Modeling, Designing, and Implementing an Ad-hoc M-Learning Platform that Integrates Sensory Data to Support Ubiquitous Learning

Learning at any-time, at anywhere, using any mobile computing platform learning (which we refer to as “education in your palm”) empowers informal and formal education. It supports the continued creation of knowledge outside a classroom, after-school programs, community-based organizations, museums, libraries, and shopping malls with under-resourced settings. In doing so, it fosters the continued creation of a cumulative body of knowledge in informal and formal education. Anytime, anywhere, using any device computing platform learning means that students are not required to attend traditional classroom settings in order to learn. Instead, students will be able to access and share learning resources from any mobile computing platform, such as smart phones, tablets using highly dynamic mobile and wireless ad-hoc networks. There has been little research on how to facilitate the integrated use of the service description, discovery and integration resources available in mobile and wireless ad-hoc networks including description schemas and mobile learning objects, and in particular as it relates to the consistency, availability, security and privacy of spatio-temporal and trajectory information. Another challenge is finding, combining and creating suitable learning modules to handle the inherent constraints of mobile learning, resource-poor mobile devices and ad-hoc networks. The aim of this research is to design, develop and implement the cutting edge context-aware and ubiquitous self-directed learning methodologies using ad-hoc and sensor networks. The emphasis of our work is on defining an appropriate mobile learning object and the service adaptation descriptions as well as providing mechanisms for ad-hoc service discovery and developing concepts for the seamless integration of the learning objects and their contents with a particular focus on preserving data and privacy. The research involves a combination of modeling, designing, and developing a mobile learning system in the absence of a networking infrastructure that integrates sensory data to support ubiquitous learning. The system includes mechanisms to allow content exchange among the mobile ad-hoc nodes to ensure consistency and availability of information. It also provides an on-the-fly content service discovery, query request, and retrieving data from mobile nodes and sensors

Über die Anwendung des service-orientierten Architekturstils auf heterogene Anwendungslandschaften

This thesis investigates the application of the service-oriented architectural style in the context of industrial enterprises. This style provides a commonly perceived paradigm for organizing distributed software systems. However, beyond general attention to this style, there are only few descriptions of the difference between service orientation and more mature styles, such as component orientation. This dissertation argues that the service-oriented style is an approach that centralizes control over distributed functionality that is provided by the application systems of an organization. This means that service orientation is a paradigm for application integration. Moreover, we argue that it is not possible to fully formalize the inherent principles of service orientation as part of an architectural style description. In fact, soft design principles are a differentiator of this style. These principles, however, are rarely applied in the context of industrial enterprises. This is why we analyze how such design principles could be objectively described and what attention should be paid to them. This analysis is performed by categorizing the potential benefits of this style and assigning the respective underlying principles to the identified benefits. Subsequently, a reference architecture is defined on the basis of these findings. This architecture focuses on structuring service-oriented applications - so-called composite applications. In order to apply the defined reference architecture in the context of actual projects, we describe a design methodology for composite applications. This design methodology focuses on using business processes for designing various types of services and on describing their interconnections by the reference architecture. To achieve this, a service design algorithm is included that derives services from business processes by incorporating the results of a statistical analysis of service design principles. The result of this methodology is a platform-independent design of a composite application. It considers the restrictions of the application landscape in which a composite will be deployed. To permit the realization of composite applications, we informally map the platform-independent reference architecture to a platform that is widely used in industrial enterprises. This mapping is, together with the design methodology and the reference architecture, applied to an industry-scale use case. This way, the applicability of the concepts is demonstrated.Diese Dissertation untersucht, wie der service-orientierte Architekturstil von großen Konzernen angewandt werden kann. Dieser Architekturstil strukturiert verteilte Systeme. Neben allgemeiner Aufmerksamkeit sind jedoch nur wenige Beschreibungen verfügbar, die zeigen, wie sich dieser Stil von anderen - so z.B. von dem der Komponentenorientierung - absetzt. Die vorliegende Arbeit beschreibt, dass der service-orientierte Stil ein Ansatz zur Kontrollzentralisierung ist. Dabei zentralisiert er die Kontrolle über die Funktionalität, die von den Applikationssystemen einer Organisation bereitgestellt wird. Daher kann er auch als Integrationsansatz verstanden werden. Zusätzlich ist es nicht möglich, alle Prinzipien des service-orientierten Stils als Architekturstil zu beschreiben. Tatsächlich stellen weiche Designprinzipien das Alleinstellungsmerkmal dieses Stils dar. Diese Prinzipien werden allerdings von großen Organisationen kaum angewendet. Diese Dissertation untersucht deshalb den Stellenwert der einzelnen Prinzipien und beschreibt, wie sie objektiviert werden können. In dieser Untersuchung werden die möglichen Vorteile dieses Architekturstils zunächst kategorisiert. Danach werden diesen potentiellen Vorteilen die Prinzipien zugewiesen, die zu ihrer Erlangung beitragen. Auf Basis dieser Analyse wird danach eine Referenzarchitektur erstellt. Diese Architektur beschreibt eine Struktur für service-orientierte Applikationen, so genannte composite applications, die es erlaubt weiche Designprinzipien zu berücksichtigen. Um diese Referenzarchitektur auf reelle Problemstellungen anwenden zu können, wird außerdem eine Methodik zum Design von composite applications beschrieben. Im Fokus dieser Methodik steht es, Geschäftsprozesse als Ausgangspunkt für das Design von Services zu benutzen und deren Verbindungen zu beschreiben. Dabei orientiert sie sich an den möglichen Verbindungen, die von der Referenzarchitektur definiert werden. Um dies zu erreichen ist außerdem ein Algorithmus für das Design von Services enthalten. Dieser Algorithmus leitet aus Geschäftsprozessen Services ab und berücksichtigt dabei die Ergebnisse einer statistischen Auswertung, die die Wiederverwendbarkeit von Services als Untersuchungsziel hat. Das Ergebnis dieser Methodik ist das plattformunabhängige Design einer composite application. Dieses Design ist an einem Geschäftsprozess orientiert, berücksichtigt aber auch die Einschränkungen der Systemlandschaft, in der die Applikation betrieben werden soll. Um auf der Basis eines solchen Designs eine composite application erstellen zu können, ist weiterhin eine informelle Abbildung der plattformunabhängigen Architektur auf eine häufig eingesetzte Plattform in der Arbeit beschrieben. Zusammen mit der Methodik und der Referenzarchitektur wird diese Abbildung dann auf ein industrielles Fallbeispiel angewandt. Auf diese Weise wird die Anwendbarkeit der beschriebenen Konzepte demonstriert