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An e-science infrastructure for collecting, sharing, retrieving, and analyzing heterogeneous scientific data
An e-science infrastructure for collecting, sharing, retrieving, and analyzing heterogeneous scientific data
The process of collecting, sharing, retrieving, and analyzing data is common in many areas of scientific work. While each field has its own workflows and best practices, the general process can be aided by an e-Science infrastructure. The contribution of this thesis is to support the workflow of the scientists which can be split in four parts: In the first part, we introduce xBook, a framework which aids the creation of database application to collect, back-up, and share data. In the second part, we describe the synchronization which is a vital part of the xBook framework that, with the use of timestamps, allows data to be entered offline. The data then can be shared with coworkers for analyses or further processing. It also can be used as a backup system to avoid data loss. Third, we present an architecture allowing data from distributed data sources to be retrieved without a central managing instance. This is achieved with the use of minimal search parameters which are guaranteed to exist in all connected data sources. This architecture is based on the concept of mediators, but gives data owners full control over their data sources as opposed to the traditional mediator where the connected data sources are managed by a central administrator. Fourth we describe an embeddable analysis tool which can be integrated into a base application where the data is gathered. With the aid of simple modules, called ``Workers'', this tool empowers domain experts to easily create analyses particularly designed for their area of work in a familiar working environment. Additionally, we present another tool which allows the graphical display of temporal and spatial information of archaeological excavations. This tool uses an interactive Harris Matrix to order findings temporally and allows the comparison with their spatial location., Viele wissenschaftliche Bereiche haben gemeinsame Vorgänge, wie die Erfassung, das Teilen, das Abrufen und das Analysieren von Daten. Jeder Bereich hat zwar seine eigenen Vorgänge und bewährte Verfahren, jedoch kann der allgemeine Prozess durch eine e-Science Infrastruktur unterstützt werden. Der Beitrag dieser Dissertation ist die Unterstützung des typischen wissenschaftlichen Arbeitsablaufes, der in vier Teile unterteilt werden kann: Im ersten Teil stellen wir xBook vor, ein Framework zur Erstellung von Datenbankanwendungen, das Wissenschaftler dabei unterstützt, Daten zu erfassen, zu sichern und zu teilen. Im zweiten Teil beschreiben wir die Synchronisation, die ein wichtiger Teil des xBook Frameworks ist. Diese erlaubt, dass Daten offline bearbeitet werden können, indem Änderungen über Zeitstempel protokolliert werden. Diese Daten können dann mit Kollegen für Analysen oder weitere Eingaben geteilt werden. Die Synchronisation kann zusätzlich als Sicherungssystem verwendet werden, um Datenverlust zu verhindern. Im dritten Teil präsentieren wir eine Architektur, um Daten aus verteilten Datenquellen ohne ein zentrales Verwaltungssystem abrufen zu können. Dies wird mit Hilfe eines minimalen Suchparameters, der in allen angeschlossenen Datenquellen existieren muss, ermöglicht. Diese Architektur basiert auf dem Konzept des Mediators, benötigt aber im Gegensatz zum traditionellen Mediator keinen zentralen Administrator zur Verwaltung der Datenquellen und gibt deren Besitzern volle Kontrolle über ihre Daten. Abschließend, im vierten Teil, beschreiben wir ein einbettbares Analyse Tool, das in eine Hauptanwendung integriert werden kann, in der Daten erfasst werden. Dieses Tool ermöglicht Fachexperten auf einfache Weise, mit Hilfe von speziellen Modulen, Analysen in einer vertrauten Arbeitsumgebung zu erstellen, die genau für ihr Fachgebiet benötigt werden. Zusätzlich stellen wir ein weiteres Tool vor, das die zeitlichen und räumlichen Informationen archäologischer Ausgrabungen visualisiert. Dieses Tool verwendet eine interaktive Harris Matrix, um Funde zeitlich zu ordnen und erlaubt den Vergleich ihrer räumlichen Position.
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Lohrer, Johannes-Y.
2018
English
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Lohrer, Johannes-Y. (2018): An e-science infrastructure for collecting, sharing, retrieving, and analyzing heterogeneous scientific data. Dissertation, LMU München: Faculty of Mathematics, Computer Science and Statistics
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Abstract

The process of collecting, sharing, retrieving, and analyzing data is common in many areas of scientific work. While each field has its own workflows and best practices, the general process can be aided by an e-Science infrastructure. The contribution of this thesis is to support the workflow of the scientists which can be split in four parts: In the first part, we introduce xBook, a framework which aids the creation of database application to collect, back-up, and share data. In the second part, we describe the synchronization which is a vital part of the xBook framework that, with the use of timestamps, allows data to be entered offline. The data then can be shared with coworkers for analyses or further processing. It also can be used as a backup system to avoid data loss. Third, we present an architecture allowing data from distributed data sources to be retrieved without a central managing instance. This is achieved with the use of minimal search parameters which are guaranteed to exist in all connected data sources. This architecture is based on the concept of mediators, but gives data owners full control over their data sources as opposed to the traditional mediator where the connected data sources are managed by a central administrator. Fourth we describe an embeddable analysis tool which can be integrated into a base application where the data is gathered. With the aid of simple modules, called ``Workers'', this tool empowers domain experts to easily create analyses particularly designed for their area of work in a familiar working environment. Additionally, we present another tool which allows the graphical display of temporal and spatial information of archaeological excavations. This tool uses an interactive Harris Matrix to order findings temporally and allows the comparison with their spatial location.

Abstract

Viele wissenschaftliche Bereiche haben gemeinsame Vorgänge, wie die Erfassung, das Teilen, das Abrufen und das Analysieren von Daten. Jeder Bereich hat zwar seine eigenen Vorgänge und bewährte Verfahren, jedoch kann der allgemeine Prozess durch eine e-Science Infrastruktur unterstützt werden. Der Beitrag dieser Dissertation ist die Unterstützung des typischen wissenschaftlichen Arbeitsablaufes, der in vier Teile unterteilt werden kann: Im ersten Teil stellen wir xBook vor, ein Framework zur Erstellung von Datenbankanwendungen, das Wissenschaftler dabei unterstützt, Daten zu erfassen, zu sichern und zu teilen. Im zweiten Teil beschreiben wir die Synchronisation, die ein wichtiger Teil des xBook Frameworks ist. Diese erlaubt, dass Daten offline bearbeitet werden können, indem Änderungen über Zeitstempel protokolliert werden. Diese Daten können dann mit Kollegen für Analysen oder weitere Eingaben geteilt werden. Die Synchronisation kann zusätzlich als Sicherungssystem verwendet werden, um Datenverlust zu verhindern. Im dritten Teil präsentieren wir eine Architektur, um Daten aus verteilten Datenquellen ohne ein zentrales Verwaltungssystem abrufen zu können. Dies wird mit Hilfe eines minimalen Suchparameters, der in allen angeschlossenen Datenquellen existieren muss, ermöglicht. Diese Architektur basiert auf dem Konzept des Mediators, benötigt aber im Gegensatz zum traditionellen Mediator keinen zentralen Administrator zur Verwaltung der Datenquellen und gibt deren Besitzern volle Kontrolle über ihre Daten. Abschließend, im vierten Teil, beschreiben wir ein einbettbares Analyse Tool, das in eine Hauptanwendung integriert werden kann, in der Daten erfasst werden. Dieses Tool ermöglicht Fachexperten auf einfache Weise, mit Hilfe von speziellen Modulen, Analysen in einer vertrauten Arbeitsumgebung zu erstellen, die genau für ihr Fachgebiet benötigt werden. Zusätzlich stellen wir ein weiteres Tool vor, das die zeitlichen und räumlichen Informationen archäologischer Ausgrabungen visualisiert. Dieses Tool verwendet eine interaktive Harris Matrix, um Funde zeitlich zu ordnen und erlaubt den Vergleich ihrer räumlichen Position.