AeroGrid

Grid-basierte Zusammenarbeit in der Luftfahrtforschung

 

Ziel des Projektes AeroGrid ist die Bereitstellung einer effizienten Grid-basierten Arbeitsumgebung für die deutsche Luftfahrtforschung. Dazu wird eine dauerhafte und praxisorientierte Grid-Infrastruktur für die Kooperation zwischen Großforschung, Industrie und universitärer Forschung aufgebaut. Praxistauglichkeit und Übertragbarkeit auf ähnliche Verbünde stehen im Vordergrund.

Im Vergleich zu anderen Industrie-Sektoren findet ein sehr großer Anteil der Luftfahrtforschung in öffentlichen Instituten und Einrichtungen statt. So benutzt im Bereich der numerischen Strömungssimulation (CFD) die Industrie direkte Codes mit innovativen Algorithmen, die gemeinschaftlich zwischen Forschungseinrichtungen wie dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und Universitäten entwickelt werden. In AeroGrid sind das DLR-Institut für Antriebstechnik, das Institut für Strahlantriebe der Universität der Bundeswehr München und der Triebwerkshersteller MTU Aero Engines als Entwickler bzw. Nutzer dabei.

Die AeroGrid-Arbeitsumgebung wird die flexible Zusammenarbeit in virtuellen Organisationen je nach Projekterfordernissen sowie die standortübergreifende Nutzung von aktuellen Programmversionen, Daten und Rechnern erlauben und die detaillierte Nachvollziehbarkeit des Entstehungsweges von Berechnungsergebnissen sicherstellen. Im Projekt sind die DLR-Einrichtung Simulations- und Softwaretechnik und T-Systems Solutions for Research (SfR) für den Aufbau der Grid-Infrastruktur und die Integration der Grid-Schnittstellen in die Arbeitsumgebungen der Anwendungspartner zuständig. T-Systems SfR wird als Service-Provider auch den Weiterbetrieb und die produktive Nutzung nach Projektende sicherstellen.

Im Projekt wird die Grid-Umgebung anhand von typischen Anwendungsszenarien aus der Turbinensimulation evaluiert. Dazu gehören insbesondere die Nutzung von Rechner-Ressourcen über das AeroGrid, die Zusammenarbeit bei der Auslegung von Triebwerkskomponenten und die kooperative Weiterentwicklung des DLR CFD-Codes TRACE.

Konkrete Evaluationsszenarien im Projekt sind exemplarische Simulationen zweier Triebwerkskomponenten: zum einen ein Verdichter und zum anderen eine Schaufelkaskade. An diesen beiden Fällen werden die Kooperation der Partner anhand einer verteilten Entwicklung der Komponenten, die Grid-Funktionalität (z.B. Ressourcennutzung, VOs oder Sicherheit), die Benutzerschnittstellen und die automatische Generierung von Metadaten getestet.

Für den Aufbau der Grid-Infrastruktur wird in AeroGrid die Grid-Middleware UNICORE 6 eingesetzt. Als Grid-Programmierschnittstelle auf Client-Seite wird zurzeit das Grid Application Toolkit (GAT) und später dessen Nachfolger Simple API for Grid Applications (SAGA) eingesetzt, um auch mit anderen Middleware-Lösungen kommunizieren zu können. Als Benutzerschnittstellen werden zum einen ein Web-Portal auf Grundlage des GridSphere-Servers und zum anderen der Datenmanagement-Client DataFinder bereitgestellt. Beide Schnittstellen werden angepasst, um die unterschiedlichen Anwendungsszenarien optimal zu unterstützen.

Ein wesentlicher Aspekt ist dabei eine „nahtlose“ Integration der Benutzerschnittstellen in die jeweiligen Arbeitsumgebungen der Anwendungspartner. Ziel ist es hier, die Grid-Funktionaliät vor den Ingenieuren möglichst gut zu verbergen. Um das zu erreichen, wird für die Forschungs- und universitären Partner der DataFinder eingesetzt, welcher CFD-Rechnungen völlig transparent auf lokalen Rechnern und Clustern oder auf UNICORE 6 Grid-Ressourcen starten kann. Und beim Industriepartner MTU werden die Schnittstellen zum AeroGrid vollständig in die dort vorhandene Arbeitsumgebung ePROTAS Engineering Workbench integriert.
 
Die Integration eines Provenance-Services, der detaillierte Informationen aller durchgeführten Bearbeitungsschritte aufzeichnet, steigert die Verlässlichkeit der Ergebnisse und erhöht das Vertrauen der Anwender in deren Qualität.

Zu den im AeroGrid aufgezeichneten Informationen zählen beispielsweise die Versionen der benutzen Programme, Informationen über die verwendete Hardware, Modell-Parameter der gerechneten Fälle und Informationen über genutzte Bibliotheken und verwendete Compiler. Durch diese Informationen wird es auch noch nach Jahren ermöglicht, durchgeführte Rechnungen nachvollziehen zu können und gegebenenfalls Rechnungen erneut mit den ursprünglichen Parametern und der ursprünglichen Software-Umgebung durchzuführen.