Autor: Torben Laue
Am Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES arbeiten wir täglich mit einer Vielzahl von Messdaten aus verschiedenen Forschungsbereichen, die aus unseren neun Standorten stammen. Diese reichen von Daten aus Windmessungen und Betriebsdaten von Windenergieanlagen bis hin zu Messreihen aus Komponententests bei Wasserstoffelektrolyseuren, Gondeln und Rotorblättern oder seismischen Meeresgrundmessungen. Angesichts dieser Datenvielfalt ist es entscheidend, Strategien zu entwickeln, um die Verwaltung und Nutzung dieser Daten effizient zu gestalten. Vincent Wilms vom Fraunhofer IWES hat dafür die open-source Software-Plattform NEXUS entwickelt, eingesetzt und für die Öffentlichkeit bereitgestellt. NEXUS kann mit dezentralen Datenquellen verbunden werden und stellt für Nutzende einen zentralen und standardisierten Zugriffspunkt zur Verfügung.
Komplexität der institutsweiten Datenverwaltung
In größeren Organisationen könnte es passieren, dass jede Arbeitsgruppe eine individuelle Lösung zum Speichern ihrer Messdaten entwickelt und implementiert. Je mehr dieser „Insel“-Lösungen existieren, desto schwieriger gestaltet es sich, einen Gesamtüberblick zu behalten, da es keine gemeinsame Auflistung der Daten gibt. Eine interdisziplinäre Zusammenarbeit wäre außerdem erschwert, da für jedes Datenspeichersystem zunächst ein Zugriff für Nutzende eingerichtet werden muss. Auch die Betriebs- und Personalkosten steigen mit jedem weiteren System und Tätigkeiten wie zum Beispiel das Einrichten von Zugriffsberechtigungen und Datenschnittstellen müssten mehrfach bewältigt werden. Diese Hürden konnten am Fraunhofer IWES durch die Entwicklung und Einführung von NEXUS überwunden werden.
Die IWES-Lösung: NEXUS
NEXUS (engl.: „A connection or series of connections linking two or more things”) ist eine open-source Software-Plattform zur Datenverwaltung, die am Fraunhofer IWES genutzt und kontinuierlich weitergeführt wird. Sie bietet einen zentralen und autorisierten Zugriffspunkt für dezentral gespeicherte Daten, eine Weboberfläche mit einem Überblick über alle Daten (siehe Abbildung 1) und standardisierte Datenschnittstellen. Dies vereinfacht den Arbeitsalltag aller Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler und reduziert Kosten für das Institut, da nur ein System gewartet werden muss.
In Abbildung 2 ist zu sehen, dass die Web-Oberfläche von NEXUS auch genutzt werden kann, um einen ersten Einblick in Messdaten zu gewinnen. Zusätzlich bietet NEXUS eine standardisierte Datenschnittstelle in Form einer REST-API. Diese ermöglicht es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, Daten direkt zu laden und zu speichern. Auch in gängigen Programmiersprachen wie Python und MATLAB kann die REST-API genutzt werden.
Wie in Abbildung 3 dargestellt, ist der Speicherort der jeweiligen Daten beliebig, sofern dieser über das interne Netzwerk oder das Internet für NEXUS erreichbar ist. Dies hat den Vorteil, dass Arbeitsgruppen weiterhin wählen können, wo ihre Daten gespeichert werden sollen.
NEXUS unterstützt verschiedene Import- und Exportformate. Pro Format muss dafür einmalig eine Erweiterung implementiert werden, die anschließend von allen Arbeitsgruppen genutzt werden kann. Unterstützt werden bereits Datenformate wie zum Beispiel HDF5, CSV und MATLAB und SQL-Datenbanken sowie verschiedene herstellerspezifische Formate.
Standortübergreifende Nutzung
Da alle Daten einfach und über den gleichen Zugangspunkt abgerufen werden können, ist der Weg frei für eine interdisziplinäre Zusammenarbeit. Die technische Umsetzung von NEXUS ermöglicht außerdem eine schnelle Anbindung durch lokale NEXUS -Instanzen. Hier können relevante Daten von der Hauptinstanz abgerufen und zwischengespeichert werden, damit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von einer schnellen Übertragungsrate profitieren können (siehe Abbildung 4).
Externer Zugang
Ein Zugang zur NEXUS Plattform kann individuell auch für Externe eingerichtet werden. Dies bietet uns die Möglichkeit, Messdaten unseren Kunden und Projektpartnern zur Verfügung zu stellen. Über die Weboberfläche können die Stakeholder, wie in Abbildung 2 dargestellt, einen ersten Einblick in die Messdaten gewinnen.
Da die NEXUS Software open-source ist, kann sie auch von anderen Organisationen genutzt werden. Der Vorteil von NEXUS ist, dass bestehende Systeme wie zum Beispiel Datenbankserver nicht ersetzt werden müssen, sondern lediglich mit NEXUS verbunden werden.
Effizienzsteigerung durch innovative Datenverwaltung
NEXUS stellt eine sehr gute Lösung für die Verwaltung unserer vielfältigen Messdaten dar und nimmt am Fraunhofer IWES eine zentrale Rolle ein. Dies zeigt sich auch in der stetig wachsenden Größe des Entwicklungsteams, das an der Weiterentwicklung der Plattform beteiligt ist. NEXUS vereinfacht unsere Arbeitsprozesse erheblich und wir sind bestrebt, diese Vorteile mit einer breiteren Öffentlichkeit zu teilen, damit auch andere Organisationen NEXUS für den Überblick über ihre Daten nutzen können.
Laden Sie hier die Software kostenlos herunter: https://github.com/nexus-main/nexus
Bei Fragen wenden Sie sich an die Gruppenleiterin der Softwareentwicklung Juliane Burfeind. Das Fraunhofer IWES bietet Beratungsdienste für Anwendungsmöglichkeiten, unterstützt beim Einrichten der Software und Anpassungen von NEXUS auf die Bedürfnisse Ihres Unternehmens.