Integrierte institutsweite Datenerfassung und -analyse am FHI : Bluesky

7. Januar 2020

Zu Beginn des neuen Jahrzehnts werden alle von der IT-Gruppe PP&B entwickelten Datenerfassungs- und Analysesysteme mit dem "bluesky"-Framework kompatibel sein. Diese Software wurde am NSLS-II entwickelt und ist eine weitere Gemeinschaftsentwicklung im EPICS [1]-Umfeld.

PP&B entwickelt seit vielen Jahren alle Datenerfassungssysteme mit dem EPICS-Framework (http://epics-controls.org/). Seit 2019 wird diese Entwicklung auch von der MPG intensiv unterstützt: https://epics.mpg.de. "Mit EPICS stellen sich bis zu einem gewissen Grad alle Geräte gleich dar. Man kann mit EPICS eine gemeinsame Sprache sprechen, so wie man mit verschiedenen Webseiten eine gemeinsame Sprache spricht. Es ist das Äquivalent zum 'http' in einer Webadresse, aber zur Steuerung der Hardware." (Dan Allan, NSLS-II). Bluesky basiert auf EPICS und bietet zusätzliche Möglichkeiten wie Live-Visualisierung und Analysetools . Man kann Daten in Echtzeit in nahezu jedes Dateiformat exportieren.  Bluesky wurde mit “python" entwickelt, einer Programmiersprache die im wissenschaftlichen Umfeld sehr populär ist.  Dies ermöglicht es Wissenschaftlern Bluesky zu modifizieren und bei neuen Experimenten zu implementieren.

Die Bluesky Software-Bibliotheken, die u.a. an der NSLS-II und am APS entwickelt und eingesetzt werden, erleichtern die Zusammenarbeit zwischen den unterschiedlichen Experimenten, unterstützen die "on-the-fly"-Visualisierung und Verarbeitung großer Datensätze, automatisieren die Metadatenerfassung. Diese Metadaten sind die Voraussetzung für qualitativ hochwertige Suchanfragen und Analysen und lassen sich über das wissenschaftliche Open-Source-Ökosystem von “python” sinnvoll nutzen. Dies ermöglicht es Wissenschaftlern, bestehende Python-Programme in jeder Phase des Experiments von der Datenerfassung bis zur Datenanalyse zu nutzen. Durch die Integration unseres Compute-Clusters können die Algorithmen des maschinellen Lernens auch für die Online-Optimierung genutzt werden. Das Engagement einer breiteren Anwender- und Entwicklergemeinschaft ist festzustellen und wird aktiv unterstützt (auch mit BESSY-II). Das Projekt ist ausführlich dokumentiert (https://blueskyproject.io/) und der Code ist unter einer Standard-Open-Source-Lizenz verfügbar.

Aufgrund der überschaubaren Größe der FHI und der hohen Flexibilität sind wir in der Lage, die neuesten Entwicklungen in diesem Bereich zu nutzen und so eine durchgängig objektorientierte Installation durch den Einsatz von EPICS-7 mit “pvAccess” zu erreichen. Ein eigenes S3-Speichersystem wird durch eine erste Testinstallation bereitgestellt. Mit der Einreichung eines BAR-Antrages Anfang des Jahres versuchen wir, dieses Speicherkonzept zu erweitern, um auch in Zukunft den Anforderungen z.B. der modernen Elektronenmikroskopie gerecht zu werden.

[1] https://epics-controls.org

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