Systems Interoperability Types: A Tertiary Study

Interoperability has been a focus of attention over at least four decades, with the emergence of several interoperability types (or levels), diverse models, frameworks, and solutions, also as a result of a continuous effort from different domains. The current heterogeneity in technologies such as blockchain, IoT and new application domains such as Industry 4.0 brings not only new interaction possibilities but also challenges for interoperability. Moreover, confusion and ambiguity in the current understanding of interoperability types exist, hampering stakeholders' communication and decision making. This work presents an updated panorama of software-intensive systems interoperability with particular attention to its types. For this, we conducted a tertiary study that scrutinized 37 secondary studies published from 2012 to 2023, from which we found 36 interoperability types associated with 117 different definitions, besides 13 interoperability models and six frameworks in various domains. This panorama reveals that the concern with interoperability has migrated from technical to social-technical issues going beyond the software systems' boundary and still requiring solving many open issues. We also address the urgent actions and also potential research opportunities to leverage interoperability as a multidisciplinary research field to achieve low-coupled, cost-effective, and interoperable systems.Comment: 33 page

Federated blockchain-based tracking and liability attribution framework for employees and cyber-physical objects in a smart workplace

The systematic integration of the Internet of Things (IoT) and Cyber-Physical Systems (CPS) into the supply chain to increase operational efficiency and quality has also introduced new complexities to the threat landscape. The myriad of sensors could increase data collection capabilities for businesses to facilitate process automation aided by Artificial Intelligence (AI) but without adopting an appropriate Security-by-Design framework, threat detection and response are destined to fail. The emerging concept of Smart Workplace incorporates many CPS (e.g. Robots and Drones) to execute tasks alongside Employees both of which can be exploited as Insider Threats. We introduce and discuss forensic-readiness, liability attribution and the ability to track moving Smart SPS Objects to support modern Digital Forensics and Incident Response (DFIR) within a defence-in-depth strategy. We present a framework to facilitate the tracking of object behaviour within Smart Controlled Business Environments (SCBE) to support resilience by enabling proactive insider threat detection. Several components of the framework were piloted in a company to discuss a real-life case study and demonstrate anomaly detection and the emerging of behavioural patterns according to objects' movement with relation to their job role, workspace position and nearest entry or exit. The empirical data was collected from a Bluetooth-based Proximity Monitoring Solution. Furthermore, a key strength of the framework is a federated Blockchain (BC) model to achieve forensic-readiness by establishing a digital Chain-of-Custody (CoC) and a collaborative environment for CPS to qualify as Digital Witnesses (DW) to support post-incident investigations

Automatic Generation of Personalized Recommendations in eCoaching

Denne avhandlingen omhandler eCoaching for personlig livsstilsstøtte i sanntid ved bruk av informasjons- og kommunikasjonsteknologi. Utfordringen er å designe, utvikle og teknisk evaluere en prototyp av en intelligent eCoach som automatisk genererer personlige og evidensbaserte anbefalinger til en bedre livsstil. Den utviklede løsningen er fokusert på forbedring av fysisk aktivitet. Prototypen bruker bærbare medisinske aktivitetssensorer. De innsamlede data blir semantisk representert og kunstig intelligente algoritmer genererer automatisk meningsfulle, personlige og kontekstbaserte anbefalinger for mindre stillesittende tid. Oppgaven bruker den veletablerte designvitenskapelige forskningsmetodikken for å utvikle teoretiske grunnlag og praktiske implementeringer. Samlet sett fokuserer denne forskningen på teknologisk verifisering snarere enn klinisk evaluering.publishedVersio

Design and Evaluation of Domain-Specific Platforms and the Special Case of Digital Healthcare

The implementation of digital innovations in the healthcare sector is faced with different barriers and challenges. The complex system of regulations, the lack of interoperability, and highly dynamic interorganisational networks lead to missing widespread adoption of eHealth solutions. Digital platforms can help to overcome these barriers by providing a holistic infrastructure. They create a modularised foundation that innovators can use to create own innovations and provide them to demanders of digital solutions. As intermediaries, they can be accessed both by healthcare professionals and eHealth solution providers. Providers can offer their eHealth services via the platform. Healthcare professionals can use these services to create own interorganisational information systems. In the field of information systems research, effects and strategies for two-sided platforms are well researched and the potentials of eHealth platforms are also discussed. However, the organisational and technological design and methods for the construction of platforms are fewer questioned. Nonetheless, platform owners can benefit from implementation strategies and architectural guidance to create sustainable platforms and surrounding ecosystems. This doctoral thesis questions how domain-specific platforms can be designed systematically. Conducting a design-science research process, it develops both a modelling system and the Dresden Ecosystem Management Method (DREEM) to support the development of platforms in different domains. Furthermore, it describes the design characteristics of two-sided platforms in the healthcare sector and provides an evaluation approach to analyse the platforms’ ability to create a viable innovation ecosystem in the healthcare sector. The doctoral thesis contributes by providing methodical guidance for platform owners and researchers to design and evaluate digital platforms in different domains and improves the understanding of platform theory in the healthcare sector.:A. Synopsis of the Doctoral Thesis 1. Introduction 2. Foundational Considerations 3. Requirements for Design Artefacts and Knowledge 4. Structure of the Doctoral Thesis 5. Conclusion B. Paper 1 - Governance Guidelines for Digital Healthcare Ecosystems C. Paper 2 - Revise your eHealth Platform! D. Paper 3 - Business Model Open ”E-Health-Platform” E. Paper 4 - Modelling Ecosystems in Information Systems F. Paper 5 - Designing Industrial Symbiosis Platforms G. Paper 6 - Management of Digital Ecosystems with DREEM H. Paper 7 - Guiding the Development of Digital Ecosystems I. Paper 8 - Towards Maintenance Analytics Ecosystems J. Paper 9- Sustainability of E-Health-Projects K. Paper 10 - ISO 11354-2 for the Evaluation of eHealth-Platform

DevOps for Trustworthy Smart IoT Systems

ENACT is a research project funded by the European Commission under its H2020 program. The project consortium consists of twelve industry and research member organisations spread across the whole EU. The overall goal of the ENACT project was to provide a novel set of solutions to enable DevOps in the realm of trustworthy Smart IoT Systems. Smart IoT Systems (SIS) are complex systems involving not only sensors but also actuators with control loops distributed all across the IoT, Edge and Cloud infrastructure. Since smart IoT systems typically operate in a changing and often unpredictable environment, the ability of these systems to continuously evolve and adapt to their new environment is decisive to ensure and increase their trustworthiness, quality and user experience. DevOps has established itself as a software development life-cycle model that encourages developers to continuously bring new features to the system under operation without sacrificing quality. This book reports on the ENACT work to empower the development and operation as well as the continuous and agile evolution of SIS, which is necessary to adapt the system to changes in its environment, such as newly appearing trustworthiness threats

DevOps for Trustworthy Smart IoT Systems

ENACT is a research project funded by the European Commission under its H2020 program. The project consortium consists of twelve industry and research member organisations spread across the whole EU. The overall goal of the ENACT project was to provide a novel set of solutions to enable DevOps in the realm of trustworthy Smart IoT Systems. Smart IoT Systems (SIS) are complex systems involving not only sensors but also actuators with control loops distributed all across the IoT, Edge and Cloud infrastructure. Since smart IoT systems typically operate in a changing and often unpredictable environment, the ability of these systems to continuously evolve and adapt to their new environment is decisive to ensure and increase their trustworthiness, quality and user experience. DevOps has established itself as a software development life-cycle model that encourages developers to continuously bring new features to the system under operation without sacrificing quality. This book reports on the ENACT work to empower the development and operation as well as the continuous and agile evolution of SIS, which is necessary to adapt the system to changes in its environment, such as newly appearing trustworthiness threats

Knowledge management framework based on brain models and human physiology

The life of humans and most living beings depend on sensation and perception for the best assessment of the surrounding world. Sensorial organs acquire a variety of stimuli that are interpreted and integrated in our brain for immediate use or stored in memory for later recall. Among the reasoning aspects, a person has to decide what to do with available information. Emotions are classifiers of collected information, assigning a personal meaning to objects, events and individuals, making part of our own identity. Emotions play a decisive role in cognitive processes as reasoning, decision and memory by assigning relevance to collected information. The access to pervasive computing devices, empowered by the ability to sense and perceive the world, provides new forms of acquiring and integrating information. But prior to data assessment on its usefulness, systems must capture and ensure that data is properly managed for diverse possible goals. Portable and wearable devices are now able to gather and store information, from the environment and from our body, using cloud based services and Internet connections. Systems limitations in handling sensorial data, compared with our sensorial capabilities constitute an identified problem. Another problem is the lack of interoperability between humans and devices, as they do not properly understand human’s emotional states and human needs. Addressing those problems is a motivation for the present research work. The mission hereby assumed is to include sensorial and physiological data into a Framework that will be able to manage collected data towards human cognitive functions, supported by a new data model. By learning from selected human functional and behavioural models and reasoning over collected data, the Framework aims at providing evaluation on a person’s emotional state, for empowering human centric applications, along with the capability of storing episodic information on a person’s life with physiologic indicators on emotional states to be used by new generation applications

Rethink Digital Health Innovation: Understanding Socio-Technical Interoperability as Guiding Concept

Diese Dissertation sucht nach einem theoretischem Grundgerüst, um komplexe, digitale Gesundheitsinnovationen so zu entwickeln, dass sie bessere Erfolgsaussichten haben, auch in der alltäglichen Versorgungspraxis anzukommen. Denn obwohl es weder am Bedarf von noch an Ideen für digitale Gesundheitsinnovationen mangelt, bleibt die Flut an erfolgreich in der Praxis etablierten Lösungen leider aus. Dieser unzureichende Diffusionserfolg einer entwickelten Lösung - gern auch als Pilotitis pathologisiert - offenbart sich insbesondere dann, wenn die geplante Innovation mit größeren Ambitionen und Komplexität verbunden ist. Dem geübten Kritiker werden sofort ketzerische Gegenfragen in den Sinn kommen. Beispielsweise was denn unter komplexen, digitalen Gesundheitsinnovationen verstanden werden soll und ob es überhaupt möglich ist, eine universale Lösungsformel zu finden, die eine erfolgreiche Diffusion digitaler Gesundheitsinnovationen garantieren kann. Beide Fragen sind nicht nur berechtigt, sondern münden letztlich auch in zwei Forschungsstränge, welchen ich mich in dieser Dissertation explizit widme. In einem ersten Block erarbeite ich eine Abgrenzung jener digitalen Gesundheitsinnovationen, welche derzeit in Literatur und Praxis besondere Aufmerksamkeit aufgrund ihres hohen Potentials zur Versorgungsverbesserung und ihrer resultierenden Komplexität gewidmet ist. Genauer gesagt untersuche ich dominante Zielstellungen und welche Herausforderung mit ihnen einhergehen. Innerhalb der Arbeiten in diesem Forschungsstrang kristallisieren sich vier Zielstellungen heraus: 1. die Unterstützung kontinuierlicher, gemeinschaftlicher Versorgungsprozesse über diverse Leistungserbringer (auch als inter-organisationale Versorgungspfade bekannt); 2. die aktive Einbeziehung der Patient:innen in ihre Versorgungsprozesse (auch als Patient Empowerment oder Patient Engagement bekannt); 3. die Stärkung der sektoren-übergreifenden Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Versorgungpraxis bis hin zu lernenden Gesundheitssystemen und 4. die Etablierung daten-zentrierter Wertschöpfung für das Gesundheitswesen aufgrund steigender bzgl. Verfügbarkeit valider Daten, neuen Verarbeitungsmethoden (Stichwort Künstliche Intelligenz) sowie den zahlreichen Nutzungsmöglichkeiten. Im Fokus dieser Dissertation stehen daher weniger die autarken, klar abgrenzbaren Innovationen (bspw. eine Symptomtagebuch-App zur Beschwerdedokumentation). Vielmehr adressiert diese Doktorarbeit jene Innovationsvorhaben, welche eine oder mehrere der o.g. Zielstellung verfolgen, ein weiteres technologisches Puzzleteil in komplexe Informationssystemlandschaften hinzufügen und somit im Zusammenspiel mit diversen weiteren IT-Systemen zur Verbesserung der Gesundheitsversorgung und/ oder ihrer Organisation beitragen. In der Auseinandersetzung mit diesen Zielstellungen und verbundenen Herausforderungen der Systementwicklung rückte das Problem fragmentierter IT-Systemlandschaften des Gesundheitswesens in den Mittelpunkt. Darunter wird der unerfreuliche Zustand verstanden, dass unterschiedliche Informations- und Anwendungssysteme nicht wie gewünscht miteinander interagieren können. So kommt es zu Unterbrechungen von Informationsflüssen und Versorgungsprozessen, welche anderweitig durch fehleranfällige Zusatzaufwände (bspw. Doppeldokumentation) aufgefangen werden müssen. Um diesen Einschränkungen der Effektivität und Effizienz zu begegnen, müssen eben jene IT-System-Silos abgebaut werden. Alle o.g. Zielstellungen ordnen sich dieser defragmentierenden Wirkung unter, in dem sie 1. verschiedene Leistungserbringer, 2. Versorgungsteams und Patient:innen, 3. Wissenschaft und Versorgung oder 4. diverse Datenquellen und moderne Auswertungstechnologien zusammenführen wollen. Doch nun kommt es zu einem komplexen Ringschluss. Einerseits suchen die in dieser Arbeit thematisierten digitalen Gesundheitsinnovationen Wege zur Defragmentierung der Informationssystemlandschaften. Andererseits ist ihre eingeschränkte Erfolgsquote u.a. in eben jener bestehenden Fragmentierung begründet, die sie aufzulösen suchen. Mit diesem Erkenntnisgewinn eröffnet sich der zweite Forschungsstrang dieser Arbeit, der sich mit der Eigenschaft der 'Interoperabilität' intensiv auseinandersetzt. Er untersucht, wie diese Eigenschaft eine zentrale Rolle für Innovationsvorhaben in der Digital Health Domäne einnehmen soll. Denn Interoperabilität beschreibt, vereinfacht ausgedrückt, die Fähigkeit von zwei oder mehreren Systemen miteinander gemeinsame Aufgaben zu erfüllen. Sie repräsentiert somit das Kernanliegen der identifizierten Zielstellungen und ist Dreh- und Angelpunkt, wenn eine entwickelte Lösung in eine konkrete Zielumgebung integriert werden soll. Von einem technisch-dominierten Blickwinkel aus betrachtet, geht es hierbei um die Gewährleistung von validen, performanten und sicheren Kommunikationsszenarien, sodass die o.g. Informationsflussbrüche zwischen technischen Teilsystemen abgebaut werden. Ein rein technisches Interoperabilitätsverständnis genügt jedoch nicht, um die Vielfalt an Diffusionsbarrieren von digitalen Gesundheitsinnovationen zu umfassen. Denn beispielsweise das Fehlen adäquater Vergütungsoptionen innerhalb der gesetzlichen Rahmenbedingungen oder eine mangelhafte Passfähigkeit für den bestimmten Versorgungsprozess sind keine rein technischen Probleme. Vielmehr kommt hier eine Grundhaltung der Wirtschaftsinformatik zum Tragen, die Informationssysteme - auch die des Gesundheitswesens - als sozio-technische Systeme begreift und dabei Technologie stets im Zusammenhang mit Menschen, die sie nutzen, von ihr beeinflusst werden oder sie organisieren, betrachtet. Soll eine digitale Gesundheitsinnovation, die einen Mehrwert gemäß der o.g. Zielstellungen verspricht, in eine existierende Informationssystemlandschaft der Gesundheitsversorgung integriert werden, so muss sie aus technischen sowie nicht-technischen Gesichtspunkten 'interoperabel' sein. Zwar ist die Notwendigkeit von Interoperabilität in der Wissenschaft, Politik und Praxis bekannt und auch positive Bewegungen der Domäne hin zu mehr Interoperabilität sind zu verspüren. Jedoch dominiert dabei einerseits ein technisches Verständnis und andererseits bleibt das Potential dieser Eigenschaft als Leitmotiv für das Innovationsmanagement bislang weitestgehend ungenutzt. An genau dieser Stelle knüpft nun der Hauptbeitrag dieser Doktorarbeit an, in dem sie eine sozio-technische Konzeptualisierung und Kontextualisierung von Interoperabilität für künftige digitale Gesundheitsinnovationen vorschlägt. Literatur- und expertenbasiert wird ein Rahmenwerk erarbeitet - das Digital Health Innovation Interoperability Framework - das insbesondere Innovatoren und Innovationsfördernde dabei unterstützen soll, die Diffusionswahrscheinlichkeit in die Praxis zu erhöhen. Nun sind mit diesem Framework viele Erkenntnisse und Botschaften verbunden, die ich für diesen Prolog wie folgt zusammenfassen möchte: 1. Um die Entwicklung digitaler Gesundheitsinnovationen bestmöglich auf eine erfolgreiche Integration in eine bestimmte Zielumgebung auszurichten, sind die Realisierung eines neuartigen Wertversprechens sowie die Gewährleistung sozio-technischer Interoperabilität die zwei zusammenhängenden Hauptaufgaben eines Innovationsprozesses. 2. Die Gewährleistung von Interoperabilität ist eine aktiv zu verantwortende Managementaufgabe und wird durch projektspezifische Bedingungen sowie von externen und internen Dynamiken beeinflusst. 3. Sozio-technische Interoperabilität im Kontext digitaler Gesundheitsinnovationen kann über sieben, interdependente Ebenen definiert werden: Politische und regulatorische Bedingungen; Vertragsbedingungen; Versorgungs- und Geschäftsprozesse; Nutzung; Information; Anwendungen; IT-Infrastruktur. 4. Um Interoperabilität auf jeder dieser Ebenen zu gewährleisten, sind Strategien differenziert zu definieren, welche auf einem Kontinuum zwischen Kompatibilitätsanforderungen aufseiten der Innovation und der Motivation von Anpassungen aufseiten der Zielumgebung verortet werden können. 5. Das Streben nach mehr Interoperabilität fördert sowohl den nachhaltigen Erfolg der einzelnen digitalen Gesundheitsinnovation als auch die Defragmentierung existierender Informationssystemlandschaften und trägt somit zur Verbesserung des Gesundheitswesens bei. Zugegeben: die letzte dieser fünf Botschaften trägt eher die Färbung einer Überzeugung, als dass sie ein Ergebnis wissenschaftlicher Beweisführung ist. Dennoch empfinde ich diese, wenn auch persönliche Erkenntnis als Maxim der Domäne, der ich mich zugehörig fühle - der IT-Systementwicklung des Gesundheitswesens

A systematic review of blockchain in healthcare : frameworks, prototypes, and implementations

Blockchain, a form of distributed ledger technology has attracted the interests of stakeholders across several sectors including healthcare. Its' potential in the multi-stakeholder operated sector like health has been responsible for several investments, studies, and implementations. Electronic Health Records (EHR) systems traditionally used for the exchange of health information amongst healthcare stakeholders have been criticised for centralising power, failures and attack-points with exchange data custodians. EHRs have struggled in the face of multi-stakeholder and system requirements while adhering to security, privacy, ethical and other regulatory constraints. Blockchain is promising amongst others to address the many EHR challenges, primarily trustless and secure exchange of health information amongst stakeholders. Many blockchain-in-healthcare frameworks have been proposed; some prototyped and/or implemented. This study leveraged the PRISMA framework to systematically search and evaluate the different models proposed; prototyped and/or implemented. The bibliometric and functional distribution of all 143 articles from this study were presented. This study evaluated 61 articles that discussed either prototypes or pilot or implementations. The technical and architectural analysis of these 61 articles for privacy, security, cost, and performance were detailed. Blockchain was found to solve the trust, security and privacy constraints of traditional EHRs often at significant performance, storage and cost trade-offs.peer-reviewe