[論文レビュー] Collaborative Experience between Scientific Software Projects using Agile Scrum Development

Amanda L. Baxter, S. BenZvi+50 more|arXiv (Cornell University)|Jan 19, 2021

Scientific Computing and Data Management被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、科学的ソフトウェアプロジェクトの統合—具体的には超新星早期警報システム（SNEWS）とマルチメッセンジャー天文学のためのスケーラブルなサイバインfraストラクチャー（SCiMMA）—にアジャイル・スクラム手法を適用した事例研究を提示する。並行して構築されたアジャイル・スクラムフレームワークにより、科学者と開発者が効果的に協働し、コミュニケーションの向上、科学者の能動的関与の確保、分野特有の要件の早期実装を実現した。その結果、ソフトウェアの持続可能性が向上し、技術的負債が削減された。

ABSTRACT

Developing sustainable software for the scientific community requires expertise in software engineering and domain science. This can be challenging due to the unique needs of scientific software, the insufficient resources for software engineering practices in the scientific community, and the complexity of developing for evolving scientific contexts. While open-source software can partially address these concerns, it can introduce complicating dependencies and delay development. These issues can be reduced if scientists and software developers collaborate. We present a case study wherein scientists from the SuperNova Early Warning System collaborated with software developers from the Scalable Cyberinfrastructure for Multi-Messenger Astrophysics project. The collaboration addressed the difficulties of open-source software development, but presented additional risks to each team. For the scientists, there was a concern of relying on external systems and lacking control in the development process. For the developers, there was a risk in supporting a user-group while maintaining core development. These issues were mitigated by creating a second Agile Scrum framework in parallel with the developers' ongoing Agile Scrum process. This Agile collaboration promoted communication, ensured that the scientists had an active role in development, and allowed the developers to evaluate and implement the scientists' software requirements. The collaboration provided benefits for each group: the scientists actuated their development by using an existing platform, and the developers utilized the scientists' use-case to improve their systems. This case study suggests that scientists and software developers can avoid scientific computing issues by collaborating and that Agile Scrum methods can address emergent concerns.

研究の動機と目的

• 長期的なプロジェクト期間、高い人材流動率、ソフトウェア工学リソースの制限といった状況下でも、科学的ソフトウェアの持続可能性を確保する挑戦に応えること。
• 非同期的なリリースサイクルや機能統合の遅延といった、オープンソースソフトウェアの依存関係に伴うリスクを軽減すること。
• 開発プロセスを科学的ユースケースに合わせることで、分野専門の科学者とソフトウェア開発者との協働を改善すること。
• アジャイル・スクラムが、科学的ソフトウェアにおける急増する要件を効果的に管理しつつ、コア開発の整合性を保てるかを実証すること。
• 並行スクラムフレームワークを通じて科学者を開発ライフサイクルに直接統合することで、技術的負債を削減し、ソフトウェアの保守性を向上させること。

提案手法

• SCiMMAチームの既存のスクラムプロセスと並行して、SNEWS開発を支援するための別個のアジャイル・スクラムフレームワークを構築した。
• 科学者を開発チームの積極的メンバーとして統合し、彼らの要件がスプリント内で優先順位付けられ、実装されるようにした。
• プロジェクトボードとバージョン管理（GitHub）を活用して、要件、問題、機能開発の透明性を確保した。
• 相互運用性と再現性を確保するため、メッセージングシステム（Apache Kafka）とコンテナ化デプロイメント（Docker）を活用した。
• 両チームが参加する定期的なスプリントレビューおよびリトロスペクティブを通じて、目標の一致と科学的ニーズの変化への適応を図った。
• 問題追跡、バージョン管理、継続的インテグレーションを含む軽量なソフトウェア工学手法を適用し、コード品質と持続可能性を向上させた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アジャイル・スクラム手法は、科学分野の専門家とソフトウェア開発チームとの協働をどのように改善できるか？
• RQ2 外部の科学的ユーザーをソフトウェアチームの開発プロセスに参加させることのリスクは何か。それらはどのように軽減できるか？
• RQ3 コア開発に支障をきたさずに、並行スクラムフレームワークが科学的ソフトウェア要件を効果的に支援できるか？
• RQ4 科学者がスプリントに参加することで、ソフトウェアの持続可能性と科学的ユースケースへの整合性がどの程度向上するか？
• RQ5 分野の科学者が開発ライフサイクルに統合されることで、技術的負債はどの程度削減され、長期的なソフトウェア保守性はどのように向上するか？

主な発見

• 並行アジャイル・スクラムフレームワークにより、科学者がソフトウェア開発に能動的に参加でき、彼らの要件が優先順位付けられ、実装された。
• 科学者たちは、安定した既存プラットフォーム（SCiMMA）を活用することで、自らの開発を加速し、カスタムインfraに依存する必要を減らした。
• 開発者たちは、科学者から提供された実世界のユースケースを通じて、コアSCiMMAプラットフォームの機能性と耐障害性を洗練させることができた。
• 直接的で構造的なコミュニケーションにより、オープンソースソフトウェアのリスクを軽減し、重要機能の統合を早期に実現した。
• アジャイル手法の活用により、透明性、コミュニケーション、対応性が向上し、問題の迅速な解決と科学的目標とソフトウェア提供の整合性が向上した。
• 本アプローチは、多様な技術的・科学的ニーズを有する大規模かつ分散型の複数機関プロジェクトにおいて、構造的な協働によって持続可能な科学的ソフトウェアを達成可能であることを実証した。