Processing and Visualizing Real-Time Data Streams with Mobile Cloud Computing Architectures using the example of a Fleet Management App

Gegenstand der hier vorgestellten Arbeit ist die Betrachtung und der Vergleich von Datenbanksystemen und deren Einsatzbereich in Verbindung mit Echtzeitdatenströmen in Mobile Cloud Computing Architekturen. Nach Erläuterung der Funktionsweise von Datenbanken und deren Eigenschaften werden die Unterschiede zwischen den traditionellen relationalen und den echtzeitfähigen Datenbanken untersucht. Daraufhin wird ein Vergleich von verschiedenen echtzeitfähigen Datenbanken, wie RethinkDB und Google Firebase Realtime Database, durch Gegenüberstellung von Features, der Query-Language und der Realtime-Fähigkeit angefertigt. Die parallel zur Arbeit entwickelte Mobile-App basiert auf dem RemoteUI-System mit Anbindung an die NoSQL-Datenbank RethinkDB. Durch die Nutzung von Mobile Cloud Computing können rechenintensive Aufgaben wie die Verarbeitung von großen Mengen von Sensordaten durch einen leistungsstarken externen Server durchgeführt werden, um Rechen- und Akkuleistung des mobilen Endgeräts einzusparen. Als Echtzeitdatenströme werden GPS-Positionsdaten eines Smartphones genutzt, die per Mobile-App über eine REST-API an den Server gesendet werden. Diese werden dort von der Datenbank verarbeitet und für andere Nutzer der App wieder visuell verfügbar gemacht. Hierbei spielt vor allem die Verarbeitung auf dem Server eine bedeutende Rolle.This study focuses on the comparison of various database systems and their usage in conjunction with real time data in mobile cloud computing systems. Ensuing an explanation of the general functionality of databases and their features, the differences between traditional relational and real time databases will be determined. Subsequently a comparison of different real time databases including RethinkDB and Google Firebase Realtime Database will be made by analyzing their features, query language and real time capabilities. Simultaneously, a mobile app based on the RemoteUI system in connection with the NoSQL database RethinkDB was developed. By using mobile cloud computing technology, intense computing work like processing big data sets from sensor data can be operated on a powerful external server to save computing and battery power on the mobile phone. GPS locations from the phone will be used as real time data and sent to the server via a REST-API. The data will be processed by the real time database, sent back to all other connected clients, and visually displayed. The importance of this procedure lies within the processing on the server side

Modelle zur Analyse, Auswahl, Einführung und Erfolgsmessung von betrieblichen Informationssystemen

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Prototypische Implementation einer oBPM-Ausführungsumgebung : basierend auf der NoSQL-Datenbank ArangoDB

Das Konzept von Prozessautomatisierungs-Systemen ist bereits seit Jahrzehnten ein fester Bestandteil von Geschäftsorganisationen. Mit den Jahren haben sich anhand verschiedener Einsatzgebiete unterschiedliche Konzepte entwickelt, wie und auf welche Weise Prozessmodelle definiert und in Automatisierungslösungen implementiert werden. Neben den traditionellen control-flow-basierten Prozessmodellen haben sich dokument- und artefakt-zentrische Modellierungskonzepte durchgesetzt. Diese stellen die Dokumente und Artefakte eines Prozesses in den Mittelpunkt und fokussieren sich weniger auf den statischen Control-Flow traditioneller Prozessmodelle. Zu den bereits bestehenden dokument-zentrischen Prozessmodellen hat sich das Konzept des Opportunistic Business Process Modeling (oBPM) dazu gesellt. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Software-Prototyp basierend auf dem Datenbanksystem ArangoDB implementiert, auf dessen Basis oBPM-basierte Prozessmodelle definiert und ausgeführt werden können. Mit Hilfe des umgesetzten Prototypen wird geprüft, inwiefern sich ArangoDB für die Umsetzung eines oBPMSystems eignet hinsichtlich der Performance, Skalierbarkeit und weiteren nichtfunktionalen Anforderungen. Dazu werden in dieser Arbeit in einem ersten Schritt die Anforderungen an ein oBPM-Modellierungs- und Ausführungssystem analysiert und zusammengefasst. In einem nächsten Schritt wird der Funktionsumfang und die Einsatzmöglichkeiten von ArangoDB geprüft, um auf dieser Basis die zu implementierende Datenstruktur zu planen. Danach werden verschiedene Varianten von möglichen Systemarchitekturen evaluiert und miteinander verglichen. Nach Abschluss der Analyse wird die Umsetzung der Implementation aufgezeigt, hinsichtlich der Datenstrukturen und Applikationsschnittstellen. Als letzter Teil dieser Arbeit wird aufgezeigt, wie die umgesetzte Implementation bezüglich der funktionalen Anforderungen, der Performance und der Skalierbarkeit getestet wird. Anhand des in dieser Arbeit implementierten Prototypen kann aufgezeigt werden, dass sich die verwendeten Software-Komponenten, im Speziellen ArangoDB, sehr gut für die Umsetzung eines oBPM-Systems eignen. Alle funktionalen Anforderungen können im Prototypen umgesetzt werden. Vor allem das Multi-Model-Konzept von ArangoDB, welches dokumenten- und graphen-basierte Datenbankkonzepte vereint, eignet sich gut um die in der Modellierung nach oBPM anfallenden Datenstrukturen zu persistieren. Mit Hilfe von Performancetests anhand verschiedener Benutzungsszenarien kann aufgezeigt werden, dass die vom implementierten Prototyp erreichte Performance und Skalierbarkeit nicht für den produktiven Betrieb genügend ist. Die Reaktionszeit des Systems unter hoher Last übersteigt die in den Testszenarien definierten Richtwerten von unter 2 Sekunden beträchtlich. Nichtsdestotrotz kann diese Arbeit aufzeigen, dass die Implementation eines oBPMbasierten Systems zur Modellierung und Ausführung von Prozessen in funktionaler Hinsicht möglich ist und dass sich das Datenbanksystem ArangoDB als zentrale Einheit einer oBPM-Umgebung bewährt

Referenzarchitekturmodell für Experience Management

Das Ziel der vorliegenden Dissertation besteht darin, Modelle für eine Referenzarchitektur zur kontinuierlichen Etablierung einer wertbringenden Kundenperspektive im betrieblichen Leistungsprozess zu bilden. Zunehmende Dienstleistungsanteile, vermehrte digitale Dienste und innovative Geschäfts-modelle erweitern die Kundenerwartung an Erfüllung funktionaler Kriterien zunehmend um Erlebniserwartungen. Die Erfassung und Analyse dieser individuellen Erlebniswelt über digitale Feedback-Kommunikation bietet neue Chancen. In Verbindung mit der Rekonstruktion digitaler Ereignisketten lässt sich die Erlebniswelt eines Kunden nachbilden. Die Daten der Erlebniswelt eines Kunden können so einem Managementprozess zugeführt werden. Zur wirtschaftlichen Nutzung der entstehenden Datenmenge für Experience Management benötigen Unternehmen referenzierbare Modelle und Architekturen. Auf konzeptueller Ebene werden zunächst die Anforderungen an Modelle für Experience Management formuliert. Die entstehenden Modelle werden Funktionsmodulen zugeordnet und in ein IT-Architekturmodell integriert. Die IT-Architektur wird durch einen Ordnungsrahmen zur Organisationsgestaltung ergänzt. Relevante Datenmodelle werden auf tieferer Abstraktions-ebene konkretisiert. Die vorgestellten Modelle bilden ein referenzierbares Gesamtkonzept zur Umsetzung von Experience Management. Sie bilden unter Berücksichtigung bestehender IT-Bebauungs-landschaften eine Basis für unternehmensspezifische Modellinstanzen. Die oft geforderte „Kundenzentrizität“ einer strategischen Unternehmensausrichtung erhält durch diesen am Total Quality Management orientierten Ansatz kontinuierlich Impulse zur Optimierung eines Leistungsportfolios, welche besonders in diesen transformativen Zeiten zur Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen beitragen

UIS BW, Umweltinformationssystem Baden-Württemberg, F+E-Vorhaben INOVUM, Innovative Umweltinformationssysteme. Phase II 2016/18. (KIT Scientific Reports ; 7751)

Das F+E-Vorhaben INOVUM des Ministeriums für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg setzt auf eine breite Kooperation mit Partnern aus Verwaltung, Wissenschaft und Wirtschaft zum gemeinsamen Ausbau der behördlichen Umweltinformationssysteme. Schwerpunkte der Projektphase INOVUM II waren u.a. Aspekte der Digitalisierungsstrategie des Landes Baden-Württemberg, Weiterentwicklung servicebasierter Umweltportale, mobile Anwendungen, Big-Data-Technologie und Aufbau eines Sensornetzwerks

Kriterien für die Abbildung von XML-Strukturen auf relationale Datenbanken bezogen auf ein Redaktionssystem

Für Anwendungen, die mit XML-Dokumenten arbeiten, kann es aus der Sicht eines Unternehmens sinnvoll sein, die Daten in einer relationalen Datenbank zu speichern. Sollte die Anwendung von sich aus nur mit nativen XML Datenbanken arbeiten und gar keine Anbindung an relationale Datenbanken vorsehen, sind umfassende Untersuchungen notwendig. Vor allem bei Redaktionssystemen, die für den Produktiv-Betrieb eines Unternehmens essentiell sind, darf es zu keinen Beeinträchtigungen durch die Datenhaltung kommen. Redaktionssysteme arbeiten zudem aufgrund ihrer Funktionsvielfalt mit verschieden strukturierten Dokumenten, an die unterschiedliche Anforderungen bestehen. Es müssen also optimale Strukturen für die einzelnen Dokument-Gruppen gefunden werden. Möglichkeiten XML-Dokumente in einer relationalen Datenbank zu speichern gibt es allerdings viele. Sei es ein nativer XML-Datentyp, ein Mapping auf Relationen oder gar ein hybrides Verfahren. Die Wahl der passenden Struktur wird nicht nur durch die Anwendung, die Nutzer und die Datenbanken beeinflusst, sondern auch durch die Struktur und die Nutzungskontexte der XML-Dokumente. Ziel dieser Arbeit ist es, anhand von ermittelten Kriterien, optimale Strukturen für verschiedenartige XML-Dokumente zu finden. Dazu werden neben dem Redaktionssystem, den Datenbanken und den Daten, auch verschiedene Strukturen untersucht. Abgesehen von den Strukturlösungen sollen die Erkenntnisse in dieser Arbeit dabei helfen, die native XML Datenbank des betroffenen Redaktionssystems durch eine relationale Datenbank zu ersetzen

Qualitätsentwicklung in der Aus- und Weiterbildung mit ontologiebasierten Supportsystemen

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Konzeption eines ontologiebasierten Supportsystems, welches die an Bildungsprozessen beteiligten Akteure bei der Einführung und Optimierung eines expliziten Qualitätsmanagements organisationsübergreifend unterstützt. Das Leben in einer Informationsgesellschaft zeichnet sich durch steten Wandel und einen extremen Bedarf an Informationsverarbeitung aus. Durch immer kürzere Produktlebenszyklen und die sich beständig wandelnden Prozessabläufe ist Flexibilität zu einem essentiellen Bestandteil unseres (Berufs-)Lebens geworden. Die hierdurch gestiegenen Anforderungen an die Aus- und Weiterbildung im Sinne eines lebenslangen Lernens unter gleichzeitig steigendem Kostendruck sowie die zunehmende Flexibilisierung der Lernprozesse durch E-Learning bzw. Blended Learning-Szenarien stellen zunehmend höhere Anforderungen an die Qualität von Bildungsprodukten und -prozessen. Bei Qualität handelt es sich dabei um ein abstraktes Konstrukt, welches im jeweiligen Anwendungskontext unter Berücksichtigung der verschiedenen Perspektiven und zum Teil konträren Anforderungen der verschiedenen an Bildungsprozessen beteiligten Akteure mit Hilfe konkreter Kriterien und Instrumente greifbar definiert werden muss. Dabei gibt es keine ‚One-fits-All’-Lösungen, sondern die Eignung anwendbarer Aspekte muss jeweils kontextspezifisch immer wieder untersucht und konkret definiert werden. Hierbei bedarf es geeigneter Unterstützungsmethoden. Eine Basis für die Definition und Steigerung der Qualität von Bildungsprozessen bieten Qualitätsansätze, die eine dezidierte Prozessorientierung basierend auf einheitlichen Standards unter Einbeziehung möglichst aller Stakeholder-Perspektiven ermöglichen. Die Einführung und Etablierung erfolgreicher Qualitätsmanagement-Maßnahmen erfordert Qualitätskompetenz bei den beteiligten Akteuren. Bei Qualitätskompetenz handelt es sich um ein Konstrukt, das sich aus dem Wissen über Maßnahmen des Qualitätsmanagements und Erfahrung in deren praktischer Anwendung zusammensetzt. Zur Erreichung einer ganzheitlichen organisationsübergreifenden Qualitätsentwicklung ist umfangreiche Qualitätskompetenz auf verschiedenen Ebenen erforderlich. Zugrunde liegt hierbei ein dreistufiges Modell, welches ausgehend von dem Qualitätsbewusstsein auf der Ebene der beteiligten Individuen über eine organisationsweite Qualitätsstrategie schließlich mit der Integration entsprechender Methoden und Instrumente in die eigentlichen Geschäfts- und Bildungsprozesse für eine nachhaltige Qualitätsentwicklung sorgt. Im Vordergrund dieser Arbeit steht die Frage, wie Supportsysteme gestaltet sein müssen, um die Entwicklung von Qualität in Bildungsprojekten und -prozessen zu unterstützen. Der Fokus liegt hierbei auf der Steigerung der Qualitätskompetenz aller an Bildungsprozessen Beteiligten über alle Managementebenen hinweg. Zentraler Aspekt der vorliegenden Arbeit ist dabei die Frage, wie und warum eine Implementierung auf Basis von Ontologien die Anforderungen an Qualitätsentwicklung insbesondere erfüllt und in wie weit die Ontologien einen Beitrag dazu leisten, durch strukturierte und gleichzeitig flexibel gehaltene kontextspezifische Informationsaufbereitung zur Bildung und Steigerung von Qualitätskompetenz bei allen an Bildungsprozessen beteiligten Akteuren beizutragen

Konzeption, Implementierung und betriebswirtschaftliche Analyse eines prototypischen Systems autonomer, dezentral organisierter Software-Agenten zur Durchführung zweiseitiger kombinatorischer Auktionen von multimodalen Transportdienstleistungen am Beispiel des kombinierten Verkehrs

Im Rahmen der Bemühungen der Europäischen Union (EU), den Güterverkehr aus verkehrs- und umweltpolitischen Gründen von der Straße auf die Schiene zu verlagern, werden Infrastrukturprojekte wie das "Projekt CODE24" gefördert. Im Rahmen dieses Projektes war unter anderem die Schaffung einer Online-Frachtenbörse zum elektronischen Handel von güterspezifischen Transportdienstleistungen vorgesehen. Das Teilprojekt "Entwicklung einer Online-Güterbörse für Transportleistungen im Schienengüterverkehr" konnte Fortschritte u.a. bei der prototypischen Implementierung eines internetbasierten Softwaresystems vorweisen. Jedoch wurden im Laufe der Realisierung dieser Plattform strukturelle Nachteile der Etablierung einer Online-Frachtenbörse für Transportleistungen im Schienengüterverkehr deutlich. Einige dieser Nachteile sind direkt dem Verkehrsträger Schiene und den tradierten, teils hegemonialen Strukturen der Schienengüterverkehrsbranche zuzurechnen, wie bspw. die ausgeprägten Informationsasymmetrien zwischen Anbietern und Nachfragern von Transportdienstleistungen sowie die Notwendigkeit des Vor- und Nachlaufs auf der Straße. Die Anforderungen an eine Online-Frachtenbörse für den Schienengüterverkehr orientieren sich stark an den Anforderungen des Verkehrsträgers Schiene und der mit ihm verbundenen Branchenstrukturen. Zusätzlich beinhalten sie auch regelmäßig die Forderung nach einer Berücksichtigung des Vor- und Nachlaufs der schienengebundenen Transporte über andere Verkehrsträger (am häufigsten per Lkw). Hierdurch wird offenkundig, dass eine Erfolg versprechende Online-Frachtenbörse für den Schienengüterverkehr eine multimodale Frachtenbörse sein müsste, welche in der Lage ist, mehrere Verkehrsträgerarten bei der Durchführung kombinierter Verkehre zu berücksichtigen. Dies legt den Schluss nahe, dass ein Konzept für eine über schienengebundene Transporte hinausgehende Online-Frachtenbörse betriebswirtschaftlich wünschenswert ist. Die Forschungsmotivation dieser Forschungsarbeit besteht darin – ausgehend von der bereits im EU-Projekt CODE24 erfolgten Forschung im Bereich "Online-Frachtenbörse für Transportleistungen im Schienengüterverkehr"' und unter Berücksichtigung der bereits gewonnenen Erkenntnisse – einen virtuellen Marktplatz zu konzipieren, welcher den Handel multimodaler Gütertransporte ermöglicht, während er möglichst viele der beschriebenen Nachteile aufhebt und die Einstiegshürden für potentielle Marktplatzteilnehmer so weit wie konzeptionell möglich senkt. Die Zielsetzung dieser Forschungsarbeit ist die prototypische Implementierung dieses Marktplatzes in Form eines internetbasierten Softwaresystems. Es wird eruiert, wie sich die erstellten Konzepte in die Praxis übersetzen lassen und welche Probleme und Weiterentwicklungspotentiale bei ihrer Implementierung identifiziert werden können. Der im Rahmen dieser Forschungsarbeit implementierte Softwareprototyp demonstriert die technische Machbarkeit des konzipierten Marktplatzes