Semantische Informationsintegration - Konzeption eines auf Beschreibungslogiken basierenden Integrationssystems für die Produktentwicklung

Aufgrund der Notwendigkeit, unkontrolliert aufkommende Datenfluten zu beherrschen sowie der steigenden Produktkomplexität resultiert der Handlungsbedarf, skalierbare Informationsintegrationslösungen zu finden, die einen effizienten und kontextbezogenen Zugriff auf Wissen unterstützen. Einsatz eines semantischen Integrationskonzepts in der Produktentwicklung erweitert den Wissensbeschaffungsraum des Ingenieurs enorm und ermöglicht die Interoperabilität heterogener Informationssysteme

Semantische und logische Datenmodellierung multidimensionaler Strukturen am Beispiel Microsoft® SQL Server™ „Yukon“

Diese Diplomarbeit beschreibt die semantische und logische Datenmodellierung mehrdimensionaler Datenbanken. Aufbauend auf den Grundlagen der Modellierung für DVSysteme wird die semantische und logische Datenmodellierung erläutert. Die verschiedenen Modellierungsmöglichkeiten und Methoden zum Design einer mehrdimensionalen Datenbank werden hier vorgestellt. Dabei erfolgt ein Vergleich zwischen relationaler und multidimensionaler Datenbankentwicklung. Das Star-Schema und Snowflake- Schema werden als mehrdimensionale Datenmodelle ausführlich erklärt. Die speziellen Modellierungsaspekte von „Zeit“, welche im Data Warehouse eine besondere Rolle besitzt, wird ausführlich dargestellt. Im weiteren Verlauf erfolgt eine Illustration der Data Warehouse Referenzarchitektur und des Microsoft SQL Server 2005. Dabei werden die Business Intelligence Tools und Funktionalitäten des SQL Servers vorgestellt. Die erläuterten Modelle der gesamten Arbeit werden abschließend anhand einer Fallstudie erarbeitet und nach dem 3-Ebenen Modell semantisch, logisch und physisch auf den SQL ServerExpress 2005 implementiert. Daran kann der Entwicklungszyklus einer mehrdimensionalen Datenbank gezeigt werden

Unterstützung von Integrationsdienstleistungen durch abstrakte Integrationsmuster

Integration ist eine fortwährende Aufgabe in betrieblichen Informationssystemen. Durch den Einsatz verschiedener personeller und maschineller Aufgabenträger kommt es zu wiederkehrenden Integrationsproblemen, die vorrangig durch externe Dienstleister gelöst werden. Das zentrale Problem dieser Arbeit ist, dass in der Wissenschaft diskutiertes Lösungswissen in Form von Mustern existiert, aber keinen Eingang in die Praxis findet. Um dieses Problem zu untersuchen, wurde eine qualitative empirische Untersuchung durchgeführt, welche erstmals im deutschsprachigen Raum Wirkungszusammenhänge und Entscheidungsmechanismen in Integrationsprojekten analysiert. Als Ergebnis der qualitativen Erhebung kann festgehalten werden, dass dem Dienstleistungscharakter der Integration bisher zu wenig Beachtung geschenkt wurde und dass Integrationsmuster nicht eingesetzt werden, weil der Abstraktionsgrad des so konservierten Lösungswissens nicht zum Abstraktionsgrad der Problemstellungen passt. Deshalb definiert die Arbeit zunächst ein Dienstleistungsmodell der Integration, welches sich auf die empirische Untersuchung stützt. Danach wird auf der Grundla-ge einer eigenschaftsbasierten Definition von Integrationsmustern eine Grundmenge an Mustern aus der Literatur extrahiert, die weiter abstrahiert werden. Als Abstraktionsprinzipien werden die Klassifikation und die Generalisierung eingesetzt. Abstrakte Integrationsmuster können als Ressourcen in ein Dienstleistungsmodell eingehen. Für die Klassifikation wurde ein erweiterbares und flexibles Klassifikationsverfahren – die Facettenklassifikation – gewählt. Diese ermöglicht jederzeit das Hinzufügen weiterer Facetten. Die Einordnung eines Musters muss nur innerhalb einer Facette disjunkt sein, es kann aber in andere Facetten eingeordnet werden. Die verwendeten Facetten entstammen sowohl dem Problem als auch dem Lösungsbereich. Jeder Facette liegt eine umfassende Analyse zugrunde. Die Klassifikation bildet den Ausgangspunkt der erneuten Generalisierung. Muster mit ähnlichen bzw. identischen Ausprägungen werden erfasst und auf ein gemeinsames Konzept untersucht. Diese Generalisierung wurde exemplarisch für zwei Mustergruppen durchgeführt. Dabei wurden die beiden abstrakten Integrationsmuster „zusätzlicher Zugriffspunkt“ sowie „Vermittler“ identifiziert. Die entwickelten Konzepte flossen in eine umfangreiche Evaluation ein, welche am Beispiel einer konkreten Dienstleistung im Bereich der E-Procurement-Integration durchgeführt wurde. Die Unabhängigkeit der Bewertung konnte dadurch sichergestellt werden, dass weder der Dienstleister noch der Kunde an der zuvor durchgeführten empirischen Untersuchung beteiligt waren. Der erarbeitete Lösungsvorschlag wurde in einer Laborumgebung implementiert. Das vollständige Integrationsszenario ist dabei auf der Basis einer Virtualisierungsumgebung realitätsnah nachgebildet worden. Neben Instanzen der Kundensysteme mit identischem Versions- und Patch-Stand kamen auch Datenbestände aus Produktivsystemen zum Einsatz. Die Integrationshilfsmittel wurden ebenfalls in der Laborumgebung eingerichtet. Durch abstrakte Integrationsmuster verbessert sich die Dienstleistungserbringung. Auf der Kundenseite bewirkt dies eine Verbesserungen der Integrations- und Unternehmensarchitektur sowie die Erschließung weiteren Verbesserungspotenzials. Für den Dienstleister ergibt sich neben einem veränderten Dienstleistungsmodell vor allem die Möglichkeit, einmalige Angebote in ein konfigurierbares Standarddienstleistungsangebot zu überführen. Zusätzlich kann eine verbesserte Ressourcennutzung (vor allem der Humanressourcen) anhand des veränderten Dienstleistungsmodells nachgewiesen werden. Im Rahmen der Arbeit konnte so ein Ansatz entwickelt werden, der die empirisch belegten Abstraktionsprobleme behebt und die Einsetzbarkeit von bestehendem Lösungswissen verbessert. Gleichzeitig werden die Wirkungsmechanismen und Entscheidungszusammenhänge durch das Dienstleistungsmodell besser erfass-, erklär- und vor allem planbar

Vertrauenswürdige, adaptive Anfrageverarbeitung in dynamischen Sensornetzwerken zur Unterstützung assistiver Systeme

Assistenzsysteme in smarten Umgebungen sammeln durch den Einsatz verschiedenster Sensoren viele Daten, um die Intentionen und zukünftigen Aktivitäten der Nutzer zu berechnen. In den meisten Fällen werden dabei mehr Informationen gesammelt als für die Erfüllung der Aufgabe des Assistenzsystems notwendig sind. Das Ziel dieser Dissertation ist die Konzeption und Implementierung von datenschutzfördernden Algorithmen für die Weitergabe sensibler Sensor- und Kontextinformationen zu den Analysewerkzeugen der Assistenzsysteme. Die Datenschutzansprüche der Nutzer werden dazu in Integritätsbedingungen der Datenbanksysteme transformiert, welche die gesammelten Informationen speichern und auswerten. Ausgehend vom Informationsbedarf des Assistenzsystems und den Datenschutzbedürfnissen des Nutzers werden die gesammelten Daten so nahe wie möglich am Sensor durch Selektion, Reduktion, Kompression oder Aggregation durch die Datenschutzkomponente des Assistenzsystems verdichtet. Sofern nicht alle Informationen lokal verarbeitet werden können, werden Teile der Analyse an andere, an der Verarbeitung der Daten beteiligte Rechenknoten ausgelagert. Das Konzept wurde im Rahmen des PArADISE-Frameworks (Privacy-AwaRe Assistive Distributed Information System Environment) umgesetzt und u. a. in Zusammenarbeit mit dem DFG-Graduiertenkolleg 1424 (MuSAMA-Multimodal Smart Appliances for Mobile Application) anhand eines Beispielszenarios getestet

Generische Systemarchitektur für die Erhebung mikroskopischer Verkehrsdaten

Die fortschreitende Entwicklung im Bereich der Digitalisierung, Datenerfassung und Informationsverarbeitung ermöglicht die Konzeption und Ausgestaltung neuer innovativer Lösungen für ein intelligentes Verkehrssystem. Die sich stetig verschiebenden Grenzen des technisch Machbaren lassen neue Denkweisen und Konzepte für die unterschiedlichen Zielbereiche Sicherheit, Effizienz und Umweltverträglichkeit zu. Ein Kernaspekt liegt dabei in der Analyse von verkehrlichen Verhaltens- und Interaktionsmustern. Ein wichtiger Baustein hierfür ist die Erfassung und Interpretation der jeweils maßgeblichen verkehrlichen Bewegungen, auf deren Grundlage das Wissen um Wirkketten und Zusammenhängen für unterschiedliche Anwendungen erarbeitet werden kann. Für die wissenschaftliche Untersuchung der zugehörigen Fragestellungen ist der Aufbau von adäquaten Werkzeugen essentiell. Der Aufbau und die Entwicklung von Referenzarchitekturen für diese Werkzeuge schlüsselt die Zusammenführung aus verschiedenen Nutzungskontexten in einen gesamtheitlichen Konzeptentwurf auf. Aus diesem Entwurf lassen sich daran anschließend effizient einzelne technische Lösungen unter grundsätzlicher Wahrung von gewünschten Systemeigenschaften und Interoperabilitätsbedingungen ableiten. Durch die Einbettung dieser Systemlösungen in einen Testfeldbetrieb können nachhaltig genutzte und aufeinander abgestimmte Infrastrukturen mit dem Nutzungsfokus der vorwettbewerblichen Forschung und Entwicklung geschaffen werden. Dabei ermöglicht dieses Vorgehen die Wiederverwendbarkeit und den Transfer der zugrundeliegenden Konzepte über die bestehenden technischen Ausprägungen hinaus und damit eine Weiternutzung im Zuge zukünftiger technischer Entwicklungen und Anwendungsfelder. Diese Forschungsarbeit entwickelt eine Systemarchitektur für die messtechnische Erfassung, Verfolgung und Interpretation von verkehrlichen Bewegungen in Form von Trajektorien für unterschiedliche verkehrliche Szenarien. Zielstellung ist die Schaffung eines Ansatzes mit einem übergreifenden Gestaltungsschema, welcher alle gegebenen Anforderungen einbezieht und abdeckt. Die Systemarchitektur wird dabei ausgehend von einem generisch angelegten Entwurfsmuster stückweise expliziert und ausgestaltet. Für die vorliegende Arbeit werden verschiedene Blickwinkel und Arbeitsfelder zusammengeführt. Dies sind Technologien und Methoden der Objekterfassung und Situationsinterpretation, des Datenmanagements und verteilter Systemkonzepte wie auch technische und organisatorische Rahmenbedingungen für eine betriebliche Einbindung unter grundsätzlicher Wahrung datenschutzrechtlicher Gegebenheiten. Der Ansatz ermöglicht die Nutzung der resultierenden Systemstrukturen für die unterschiedlichen relevanten Anwendungsbereiche. Diese liegen in der automatisierten Erfassung von Bewegungsverläufen und Interaktionsformen von Verkehrsteilnehmern als Grundlage für spezifische Situationsanalysen im Bereich der Verkehrskonflikttechnik, der Nutzung im Bereich szenariengebundener Entwicklungsprozesse automatisierter und vernetzter Fahrfunktionen und deren Validierung sowie der echtzeitfähigen infrastrukturellen Erfassung und Interpretation von verkehrlichen Bewegungen als Baustein für prototypische Implementierungen von kooperativ ausgelegten Fahrfunktionen. Der Nachweis zur Umsetzbarkeit und Leistungsfähigkeit der entwickelten Konzepte erfolgt an den physischen Systemstrukturen und etablierten Diensten des Testfelds Anwendungsplatt-form für intelligente Mobilität (AIM) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt. Die Nutzung dieses Testfelds im Kontext unterschiedlicher Projekte zeigt die erschlossenen Möglichkeiten für die Bearbeitung der maßgeblichen Anwendungsfälle auf. Diese reichen von der Ex-Post-Analyse der Trajektoriendaten bis in die echtzeitbasierte Einbindung der ermittelten Informationen in innovative Konzepte mit kooperativer verteilter Umfelderfassung für die Nutzung im Rahmen der Fahrzeugautomation

Entwicklung multipler Benutzerschnittstellen für eine Anwendung

Die stetig wachsende Zahl von mobilen Endgeräten und Konzepte wie "Designing for Peak Experience", führt unweigerlich zu einem Streben nach Anwendungen, welche für immer mehr verschiedene Nutzungskontexte Benutzerschnittstellen (UIs) bereitstellen. Die Nutzungskontexte unterscheiden sich in Bezug auf Plattformen und Geräte, Benutzergruppen und deren Ziele, sowie Randbedingungen wie z.B. die Umgebung während der Interaktion. Diese Dissertation stellt Konzepte bereit, welche den Entwickler bei der Erstellung solcher Multi-Benutzerschnittstellen (MBS) unterstützen und die Ausführung dieser ermöglichen. Dabei liegt ein erster wesentlicher Beitrag der vorliegenden Arbeit in der Begriffsbildung und Erhebung von Anforderungen, wobei sie weit über verwandte Arbeiten hinausgeht. Begriffe der Problem- sowie der Lösungsdomäne wurden im Kontext der verwandten Arbeiten untersucht; dabei wurden Inkonsistenzen festgestellt, insbesondere im Zusammenhang mit den Begriffen "Konkrete Benutzerschnittstelle (CUI)" und "Abstrakte Benutzerschnittstelle (AUI)". Diese Erkenntnisse hatten wesentlichen Einfluss auf die in dieser Arbeit entwickelten Konzepte. Insbesondere wurde die herkömmliche Dichotomie zwischen AUI und CUI aufgehoben und durch eine beliebige Zahl von Stufen zunehmend konkreter Beschreibungen von Benutzerschnittstellen ersetzt. Diese Neuerung prägt die vorliegende Arbeit und schlägt sich im Begriff der "Abstraktionsunabhängigen Benutzerschnittstelle (UUI)" nieder. Entsprechend den Anforderungen wurde ein Konzept entwickelt, welches aus i) einem Architekturmuster für MBS, ii) einer domänenspezifischen Sprache zur Beschreibung von MBS und iii) interaktiven sowie explorativen Unterstützungskonzepten besteht. Hierbei werden Modellierungstechniken für die UI-Struktur (bei z.B. grafischen UIs das Layout) mit Programmiertechniken für das UI-Verhalten verknüpft. Das Architekturmuster für MBS basiert auf dem Muster "Model View Controller (MVC)", welches um die Unterstützung mehrerer Varianten einer UI sowie die explizite Handhabung des Erbens von Verhalten erweitert wurde. Die im Rahmen der Arbeit ebenfalls entwickelte domänenspezifische Sprache (DSL) stellt Möglichkeiten zur Modellierung der MBS-Varianten und ihrer Verfeinerungsbeziehungen (Vererbung) untereinander bereit. Die verschiedenen Varianten einer MBS werden so in einer Baumstruktur (Verfeinerungsbaum) angeordnet, welche die Propagation einer Modifikation auf beliebig viele Varianten ermöglicht. Basierend auf dem Architekturmuster und der im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Architektur wurden Unterstützungskonzepte entwickelt, welche auf einfache Nutzbarkeit durch den Entwickler ausgelegt sind. Explorative Unterstützungskonzepte machen den Entwicklungsstand der MBS transparent; sie visualisieren hierfür den Verfeinerungsbaum sowie Schnittstellen zwischen Verhalten und Struktur. Interaktive Unterstützungskonzepte dagegen ermöglichen die gleichzeitige Modifikation einer oder mehrerer Varianten der MBS. Zentral dabei ist der Interpreter, welcher Benutzerschnittstellenmodelle direkt zur Interaktion bringt; dies Konzept sieht auch den Ausbau des Interpreters zu einem WYSIWYG-artigen Editor vor. Modulare Adaptionskonzepte schließlich kapseln spezifische Anpassungen (z.B. Skalierungen) in einer einfach durch den Entwickler nutzbaren Weise. Die Konzepte wurden im Rahmen eines Forschungsprojekt mit Industriepartnern konkret eingesetzt, mit Hilfe einer prototypischen Realisierung, genannt Mapache. Eine entwickelte Infrastruktur unterstützt hierfür die Lauf- und Entwicklungszeit. Die in Eclipse realisierte Entwicklungsumgebung baut auf ihr auf und ermöglicht eine hoch integrierte Entwicklung Java basierter Multi-Benutzerschnittstellen. Abschließend wurden die entwickelten und realisierten Konzepte in einer Fallstudie des Projektes sowie einer Nutzerstudie evaluiert. Die Fallstudie zeigte, dass die erhobenen Anforderungen vom entwickelten Ansatz erfüllt werden. Die Nutzerstudie, durchgeführt in Form der sogenannten "Kooperativen Evaluation", ergab eine positive Bewertung des Ansatzes und zeigte Themen auf, welche bei der Anwendung des Ansatzes in der Praxis beachtet werden müssen. Wie erwartet, erwies sich die grundlegend neue Möglichkeit, Benutzerschnittstellen auf unterschiedlichen Abstraktionsgraden gleichzeitig zu bearbeiten, als äußerst hilfreich für die Entwicklung föderierter Benutzerschnittstellen. Insgesamt wurden Fortschritte im Bereich der Anforderungen Effizienz, Nutzbarkeit und Konsistenz gemacht. Die Qualität der Studie selbst geht über verwandte Arbeiten hinaus, weil zum Einen nur berufsmäßige Entwickler von Benutzerschnittstellen teilnahmen und zum Anderen die Wahl der Evaluationsmethode klar und transparent dargelegt wurde