Interconnected virtual organizations based on a novel data-oriented architecture

Abstract

In den letzten 20 Jahren hat das Internet einen triumphalen Eroberungsmarsch in alle Ecken unserer Welt zurückgelegt. Die Möglichkeit, Informationen und Daten in Millisekunden mit jedem in der Welt zu teilen, hat ein ganz neues Ökosystem an Anwendungen, verteilten Daten und globalen Arbeitsplattformen geschaffen. Menschen zu vernetzen ist nach wie vor eines der Hauptziele des Internets, allerdings geht der Trend weg von reiner Mensch-zu-Mensch (H2H) Kommunikation zu intelligenterer und stärker automatisierter Maschine-zu-Maschine (M2M) Kommunikation um unser alltägliches Leben im Hintergrund zu unterstützen. Das "Internet der Dinge" (Internet-of-Things, IoT) ist ein vielversprechendes Konzept um diese Vision zu verwirklichen, allerdings existieren eine Reihe an konkurrierender Technologien um dieses Ziel zu erreichen und diese sind nicht immer miteinander kompatibel. Darüber hinaus folgen viele der vernetzten Systeme im Internet der klassischen Client-Server-Architektur, wohingegen sich unser Umfeld deutlich geändert hat. Immer mehr Menschen nutzen mobile Geräte, die mehr Rechenleistung haben als Hochleistungsrechner vor 30 Jahren. Internetnutzer heutzutage sind keine passiven Konsumenten, sondern produzieren aktiv Daten und Inhalte und teilen sie mit ihren Liebsten. Es existiert ein (kontinuierlich wachsendes) Bewusstsein für Privatsphäre und Netzneutralität und die so genannte "Demokratisierung des Internets". Der klassische Ansatz, Nutzer zu passiven Konsumenten zu degradieren während alle aktiven Prozesse auf Webservern laufen, bildet die reale Situation nur mehr unzutreffend ab - Daten zu teilen und Ressourcen von anderen Personen zu nutzen soll nicht nur mithilfe der Infrastruktur großer IT-Riesen funktionieren sondern auch direkt zwischen den Usern. In dieser Arbeit wird ein neues Architekturmuster präsentiert, das die Anforderungen an eine moderne und zeitgemäße Softwarearchitektur erfüllt und Nutzern die Möglichkeit bietet, Daten schnell und einfach mit anderen zu teilen, ohne auf Infrastruktur von großen Unternehmen angewiesen zu sein. Das Architekturmuster folgt einigen Hauptprinzipien, zum Beispiel werden Daten nicht über ihren Ort (zB. URL) identifiziert sondern über das Programm, das die Daten produziert hat. Bevor das Architekturmuster mit Namen "Data-Oriented Architecture" (DOA) vorgestellt wird, soll ein Überblick über die Herausforderungen gegeben werden, die sich für vernetzte Geräte stellen. Außerdem wird ein Vergleich von DOA mit bereits existierenden Architekturmustern angestellt und qualitativ und quantitativ evaluiert.In the last 20 years, the Internet has started a triumphal march that has reached all corners of our world. The possibility of sharing information with everyone in the world in milliseconds was the basis for a whole new ecosystem of applications, distributed data and global collaboration platforms. Connecting people is still one of the main goals of the Internet, however, a rising interest exists to expand the technologies tailored for H2H (Human-to-Human) communication and enable more autonomous and smart M2M (Machine-to-Machine) communication to support our daily life in the background. Internet-of-Things (IoT) is a promising concept to make this possible but there are a lot of competitive technologies in the field that are not always compatible with each other. Furthermore, most of the connected systems in the Internet still follow the classic client-server-oriented architectural style while the environmental conditions have changed tremendously in the last years. More and more people use mobile devices that have more computing power and storage than advanced high performance computers 30 years ago. People nowadays are not passive consumers but actively produce content and share it with their loved ones. There is a (not fully developed but still growing) awareness for privacy, net neutrality and the so called "democratization of the web". The classic approach of degrading users to passive consumers while every active task is done on (web)servers does not longer reflect the true situation - sharing data and using resources around us should not only be achieved by using the infrastructure of large server providers but can also happen among users directly. In this thesis, a new architectural style is presented, that fits the need of a modern and contemporary architecture and gives the users the possibility of exchanging data with others without being depended of infrastructure offered by companies. The architectural style follows several main principles, for example, data is not identified by its location but by the application which created it. Furthermore data should be split in small pieces (called data chunks) that use a well-known format and can be used directly by any other user. Before the architectural style called DOA (Data-Oriented Architecture) is described more detailed, an overview about the challenges that arise when multiple connected computers talk to each other is given. Furthermore a comparison of DOA with existing approaches is given and a practical implementation of the architectural style is shown. In the end, DOA is evaluated by qualitative and quantitative criteria