Suche im Semantic Web : Erweiterung des VRP um eine intuitive und RQL-basierte Anfrageschnittstelle

Datenflut im World Wide Web - ein Problem jedes Internetbenutzers. Klassische Internetsuchmaschinen sind überfordert und liefern immer seltener brauchbare Resultate. Das Semantic Web verspricht Hoffnung - maßgeblich basierend auf RDF. Das Licht der Öffentlichkeit erblickt das Semantic Web vermutlich zunächst in spezialisierten Informationsportalen, so genannten Infomediaries. Besucher von Informationsportalen benötigen eine Abfragesprache, welche ebenso einfach wie eine gewöhnliche Internetsuchmaschine anzuwenden ist. Eine derartige Abfragesprache existiert für RDF zur Zeit nicht. Diese Arbeit stellt eine neuartige Abfragesprache vor, welche dieser Anforderung genügt: eRQL. Bestandteil dieser Arbeit ist der mittels Java implementierte eRQL-Prozessor eRqlEngine, welcher unter http://www.wleklinski.de/rdf/ und unter http://www.dbis.informatik.uni-frankfurt.de/~tolle/RDF/eRQL/ bezogen werden kann.Chaos inside the World Wide Web a problem of each internet user. Classical internet search engines cannot handle the flood of web pages anymore, and often deliver poor results. The Semantic Web raises hope significantly based on RDF. The Semantic Web will probably gain popularity inside specialized information portals at first, so called infomediaries. Visitors of information portals need a query language, which can be used as easily as a common internet search-engine. But no such query language does exist for RDF. This thesis presents a novel query language which satisfies this requirement: eRQL. Part of this thesis is eRqlEngine an eRQL processor for Java which can be obtained at http://www.wleklinski.de/rdf/ and http://www.dbis.informatik.uni-frankfurt.de/~tolle/RDF/eRQL/

The Development Process of a Teaching and Learning Environment featuring Digital Media for a Poetic "Textwerkstatt Deutsch" - Constructing the Domain Model in a Didactic Design Process

Nach wie vor existieren kaum Lernsoftware-Produkte bzw. digitale Lern-Arrangements, die deutschdidaktischen Ziel-, Inhalts-, Methoden- und Lernwirksamkeitsansprüchen genügen. Grundlage für die Auseinandersetzung mit diesem Defizit war ein interdisziplinäres Forschungsprojekt zwischen dem Fach Deutsch und der Bildungsinformatik. Initiiert durch das ursprüngliche Bestreben, das besondere Potenzial eines lyrik-didaktischen Gegenstands in ein digitales Medium umzusetzen, werden in der Arbeit über diesen Einzelfall hinausreichende, bildungsinformatische Modelle für Didaktische Designprozesse (didactic design process, DDP) entwickelt. Die methodischen Implikationen dieser Modelle bilden die Grundlage für das Didaktische Drehbuch (didactic storyboard, DSB), einem im Projekt entwickelten Instrument, dessen Einsatz im DDP dargestellt wird. Beim Versuch, unmittelbar das Produktziel zu verwirklichen, stößt man auf erhebliche Schwierigkeiten, die sowohl für die angewandte Mediendidaktik als auch die angewandt Informatik, insbesondere das Software Engineering (SE), oft typisch sind: Die Modellierung der fachlichen Lösung – im vorliegenden Fall der fachdidaktischen Lösung – fällt einer einseitigen Konzentration auf die dinglichen Qualitäten bzw. materialen Eigenschaften des angestrebten Endprodukts zum Opfer. Wenn man bestimmte, herkömmliche SE-Methoden für das didaktische Design einsetzt, kann es sogar zu einer Multiplikation negativer Effekte kommen. Bestimmte Formen des Prototyping-Verfahrens führen beispielsweise zu einem naiven Technizismus. Ähnliche Zusammenhänge werden in Literatur und Praxis unter anderem mit dem Sprachproblem (im vorliegenden Fall zwischen eher geisteswissenschaftlich und formalwissenschaftlich geprägten Disziplinen) oder verschiedenen, aus dem SE bekannten Phänomenen, wie der „pragmatischen Lücke“ oder dem „requirements creeping“, in Verbindung gebracht. Die eigenen Erfahrungen im Projekt deckten darüber hinaus eine tiefer liegende, prinzipielle Schwierigkeit auf: didaktische Modelle können generell kaum bis ins Detail explizit angegeben werden. Die Konzepte sind oft sehr lückenhaft. (Im Präsenzunterricht können derartige „Lücken“ durch „Improvisieren“ geschlossen werden – was u.U. die Qualität des Unterrichts sogar erhöht –, nicht jedoch bei digitalen Lernumgebungen.) Es müssen also neue Mittel und Wege für das didaktische Design gefunden werden. Schwerpunkt der Arbeit ist deshalb nicht das Ergebnis, sondern der Designprozess selbst. Ähnliche Betrachtungen im Zusammenhang mit digitalen Lern-Arrangements finden sich in anwendbarer Form in der Mediendidaktik und -pädagogik bisher kaum, in der Fachdidaktik Deutsch gar nicht. Das SE hingegen stellt Vorgehensmodelle für die Softwareentwicklung bereit; diese sind jedoch nicht ohne weiteres auf den DDP übertragbar. In Kapitel 3 werden deshalb eigene, genuin bildungsinformatische Modelle entwickelt: Ein Prozessmodell für den DDP sowie ein Produktmodell für Lern-Arrangements, das offen genug ist, sowohl das didaktische Feld zu beschreiben, als auch den Bezug zu technischen Produktmerkmalen herzustellen. Es werden die Spezifika von iterativ-inkrementellen und hermeneutisch-zyklischen DDPs, insbesondere auch das Konzept der Subprozesse, erarbeitet. Dabei ist der entscheidende Schritt zur Lösung des didaktischen Modellierungsproblems die regelrechte „Umkehr der Konstruktionsrichtung“: Zur Modellierung des Fachkonzepts ist ein spezifisches Konstruktionsverfahren, das einen erheblichen Anteil am Prozess hat, notwendig. Das bloße Abfragen von Anforderungen als Vorgaben für den Medienentwurf ist nicht ausreichend und sogar kontraproduktiv. Das Didaktische Drehbuch (DSB), das im 4. Kapitel vorgestellt wird, unterstützt ein solches Verfahren. Es bezeichnet ein Instrument, eine Methode und ein Artefakt für die Hilfestellung bei der Lösung des Sprach-, Konstruktions- und Anforderungsproblems. Ein wesentliches Konzept des DSB ist das Handlungskonstrukt, das kontrastierend zum Anforderungs- und Objektkonstrukt aus dem SE verwendet wird. Das DSB unterstützt differenzierte Heuristiken. Markant ist die „Heuristik der Spiegelung“, die Gegenüberstellung von Lehr- und Lernhandlungen. Es bestehen Zusammenhänge mit Basis- und Notationskonzepten aus der Systemanalyse („system analysis“, „business modelling“) des SE. Die Anwendung des DSB wird an einem Standard-Beispiel aus dem SE und Proben aus der Projektarbeit gezeigt. Ein softwaregestütztes DSB-Tool wird in Grundzügen beschrieben. Für die Weiterentwicklung der Modelle und Instrumente gibt es zwei Hauptrichtungen: Die Nutzung für primär didaktische Zwecke, wie z.B. eine „analytische Unterrichtsplanung“, sowie die Nutzung für die didaktisch qualifizierte Produktion von digitalen Lehr-Lern-Systemen. Das DSB verspricht auch neue Impulse für die Validierung und Evaluation von Lehr-Lern-Systemen im Kontext des didaktischen Feldes.The German “Didaktik” is the science of teaching and learning. Didactic experts of German as a school subject criticize the mostly low “didactic” quality of learning software and multimedia learning tools concerning their domain, in spite of the increasing technical possibilities of multimedia. These inadequacies result in a low effectiveness on the learning processes of students and pupils. Our research project at a university of education dealt with this problem. The objective was to find ways and methods for designing learning software including more (subject) didactic aspects. Didactic experts of the subject of German literature, especially poetry, and experts for applied computer science, especially software engineering, cooperated closely in this project. A first approach toward a solution was to use standard engineering methodology. Software engineering (SE) offers heavyweight and lightweight processes for application in software development. When using such methods of SE in order to design, the typical result might be a one-sided focus on material features of the product, thus neglecting the didactic aspects such as didactic objectives, contents and methods. For example the application of a particular concept of throwaway prototypes might produce the very simplistic effect of “technical featurism”. Literature and practice concerning SE discuss different reasons and aspects regarding these phenomena, such as the “pragmatic gap”, “requirements creeping” and especially the “communication problem” between workers of different domains (in our case specialists for poetry versus engineers). All these aspects do apply; however, when modelling a “didactic concept” a deeper, essential problem emerges: The didactic concept itself is insufficient; and as a matter of principle it is difficult to explicitly specify the didactic model. To solve this problem a new methodology is necessary: It has to integrate SE methods such as approaches to “system analysis” and “business modelling” as well as multiple didactic approaches such as learning theory, instructional design, best practices, knowledge of teachers and so on. Didactic experts must be especially involved into the design process. To realize this, a set of generic models is developed in the thesis: fundamentals of a “didactic design process” (DDP) and its products, learning-environments and “didactic media”. (We call it learning-environments or -systems rather than teaching-environments, because learning may happen without teaching. We don't call it "instructional systems", because learning-environments can be more or less "instructional"). The reversion of the “direction of construction” distinguishes the DDP from “conventional” development processes. First of all the didactic model itself has to be constructed, regardless of the architectural model of the product or any technical or media aspects. As a result of the research project, the Didactic Storyboard (DSB) offers a method to do this systematically: It is a method, a tool and an artefact that supports the “didactic modelling”. It focuses on pedagogical and didactic aspects; the technical features are derived from those. It differs from SE concepts, as, for example, it employs activities (“Handlungen”) instead of using “requirements”, “use cases” or “object-oriented” concepts. It offers different heuristic methods, e.g. the detailed contrasting of learning and teaching activities. The DSB supports practical, creative work within the design process. Concerning further development of the DSB and the DDP there are two main points of focus. In terms of form, a software tool has to be developed in order to use it ergonomically and efficiently. In terms of content, there are two main directions. Firstly, in the field of didactics, e.g. teacher education, the DSB can help to overcome the gap between theory and practice by modelling, analysing, reflecting and evaluating scenarios of lessons for specific subjects. Secondly, in software production the DSB can promote the improvement of learning-environments

Prozessorientiertes Facility Management in verteilten Umgebungen

The term Facility Management describes one part of business management with the goal of supporting the management activities through the delivery of infrastructure, technology and services. It covers the whole life cycle of a structural facility. An integration of facility management in the active processes of an enterprise or an enterprise group will be substantially supported by the introduction of an efficient, flexible and future-safe computer aided facility management system. But still no universal standards were established in this area. With high expenditure adapted single solutions are the rule, harm however the demand for a save investment independently of proprietary special solutions of individual manufacturers. An analysis of existing business standards shows that these solutions are suitable only partly for combining the existing isolated solutions in a virtual enterprise group in order to create a sustainable architectural approach for a process oriented facility management. In doing so the communication must not be reduced to pure data exchange, but only stable interface definitions and accurately specified document formats can lead to a continuous solution. In order to make these solutions for developers and end users in the phases of the design, the implementation and maintenance equally clear, a common vocabulary of concepts is necessary. The usage of the Unified Modeling Language gives thereby a promising basis. The concrete models with the contained types and their relations to each other are described over meta models. The usage of XML as means to data exchange between the individual components and for the description of the meta models guarantees a flexible and future-safe development basis. In the context of the work based on use cases the conception for a framework with core components for process oriented facility management in distributed environments is designed. The framework Simplix conceived by the author integrates meta models for the description of concrete data, workflow and access schemes. The designed modules are embedded into a component-based architecture, in order to obtain a greatest possible flexibility for the deployment in heterogeneous IT environments. The framework Simplix covers four core components. The SchemaService describes the concrete product models, the associated processes are represented by the WorkflowService. The realization of the access rules is realized by the SecurityService. The exchange of workflow messages with the encapsulated project data is done by the ExchangeService in XML. The presented design focuses on the integration of existing business and IT standards. The design of the four core components describes a possibility of standardization in the area of CAFM, which connects only the relevant data over processes detached from conventional export/import scenarios: <ul> <li>Reduction of the complexity of conventional product models by a standardization over meta models, the actual product and process models can be designed for end users and to their vocabulary of concepts adapted</li> <li>Support of the Ad-Hoc-manipulation of concrete product and process models, only thereby can be achieved an integration of different vocabulary of concepts</li> <li>The usage of standardized methods in the analysis and design phases makes a fast technical implementation of the individual services possible, especially during the integration of external software systems as always necessary in the CAFM sector</li> <li>Due to a clear interface specification external offers for individual services can be provided and used, the continuous use of XML makes an effective long-term data storage in a standardized, self-describing language possible</li></ul>Der Begriff Facility Management bezeichnet eine Facette des unternehmerischen Managements, die es zum Ziel hat, die unternehmerischen Aktivitäten durch die Bereitstellung von Infrastruktur, Technologien und Diensten zu unterstützen und umfaßt den gesamten Lebenszyklus einer baulichen Anlage. Eine Einbettung von Facility Management in die laufenden Prozesse eines Unternehmens oder eines Unternehmensverbundes wird durch die Einführung eines leistungsfähigen, flexiblen und zukunftssicheren Computer Aided Facility Management Systems wesentlich unterstützt. Allerdings haben sich auf diesem Gebiet noch keine durchgängigen Standards etabliert, mit hohem Aufwand angepaßte Einzellösungen sind die Regel, verletzen aber die Forderung nach Investitionssicherheit unabhängig von den proprietären Speziallösungen einzelner Hersteller. Eine Analyse vorhandener Geschäftsstandards zeigt, daß diese Ansätze nur teilweise dazu geeignet sind, die vorhandenen Insellösungen in einem virtuellen Unternehmensverbund miteinander zu kombinieren, um einen tragfähigen Architekturansatz für ein prozeßorientiertes Facility Management zu schaffen. Dabei darf die Kommunikation nicht auf den reinen Datenaustausch reduziert werden, sondern nur stabile Schnittstellendefinitionen und exakt spezifizierte Dokumentenformate können zu einer durchgehenden Lösung führen. Die konkreten Modelle mit den enthaltenen Typen und deren Beziehungen zueinander werden über Metamodelle beschrieben. Der Einsatz von XML als Mittel zum Datenaustausch zwischen den einzelnen Komponenten und zur Beschreibung der Metamodelle garantiert eine flexible und zukunftssichere Entwicklungsgrundlage. Im Rahmen der Arbeit wird auf der Basis von Anwendungsfällen die Konzeption für ein Framework mit Kernkomponenten zum prozeßorientierten Facility Management in verteilten Umgebungen entworfen. Das vom Autor konzipierte Framework Simplix integriert Metamodelle zur Beschreibung konkreter Daten-, Workflow- und Zugriffsschemata. Die dazu geplanten Module werden in eine komponentenbasierte Architektur eingebettet, um eine größtmögliche Flexibilität beim Einsatz in heterogenen IT-Umgebungen zu erzielen. Das Framework Simplix umfaßt vier Kernkomponenten. Der SchemaService beschreibt die konkreten Produktmodelle, die zugehörigen Prozesse werden über den WorkflowService abgebildet. Die Realisierung der Mechanismen zur Zugriffskontrolle werden vom SecurityService übernommen. Der Austausch von Workflow-Nachrichten mit den gekapselten Projektdaten erfolgt über den ExchangeService in XML. Der vorgestellte Ansatz setzt auf die Integration vorhandener Geschäfts- und IT-Standards. Der Entwurf der vier Kernkomponenten beschreibt eine Möglichkeit der Standardisierung im CAFM-Sektor, die losgelöst von herkömmlichen Export-/Import-Szenarios funktioniert und nur die relevanten Daten über Prozesse verknüpft: <ul> <li>Reduzierung der Komplexität herkömmlicher Produktmodelle durch eine Standardisierung über Metamodelle, die eigentlichen Produkt- und Prozeßmodelle können für die Endanwender entworfen und an deren Begriffswelt angepaßt werden</li> <li>Unterstützung der Ad-Hoc-Manipulation von konkreten Produkt- und Prozeßmodellen, nur dadurch kann eine Integration verschiedener Begriffswelten erreicht werden</li> <li>der Einsatz standardisierter Techniken im Entwurf und dem Design ermöglicht eine schnelle technische Umsetzung der einzelnen Dienste gerade bei der im CAFM immer notwendigen Einbindung von Fremdsoftware</li> <li>auf Grund einer klaren Schnittstellenspezifikation können externe Serviceangebote für einzelne Dienste erstellt und genutzt werden, der durchgehende Einsatz von XML ermöglicht eine effektive Langzeitdatenhaltung in einem standardisierten, selbstbeschreibenden Format</li></ul&gt

Echtzeitfähige Softwareagenten zur Realisierung cyber-physischer Produktionssysteme

Aktuelle ökonomische Trends, wie die zunehmende Globalisierung und die wachsende Technisierung und Individualisierung vieler Konsumgüter, führen im Hinblick auf die zur Fertigung dieser Güter eingesetzte Automatisierungstechnik zu steigender Komplexität und hohen Flexibilitätsanforderungen. Ein Konzept zur Adressierung dieser Anforderungen ist die Auslegung von automatisierten Anlagen als modulares System flexibel kombinierbarer cyber-physischer Komponenten. Die namensgebende Einheit von mechatronischem Bauteil und lokaler Rechenkapazität ermöglicht Herstellern solcher Komponenten, Softwarebausteine für typische Steuer-, Bedien- oder Diagnoseaufgaben gebrauchsfertig vorzubereiten und so den (Re-)Engineeringaufwand bei der (Um-)Gestaltung des Gesamtsystems deutlich zu reduzieren. Allerdings stellt diese Vision hohe Ansprüche an die zugrundeliegende Softwarearchitektur, die von den derzeit zur Realisierung automatisierter Systeme eingesetzten Technologien nicht vollständig erfüllt werden. Das Paradigma der Agentenorientierung ist ein tragfähiger Ansatz zur Realisierung solcher lose gekoppelten verteilten Systeme und stellt durch leistungsfähige Interaktionsmechanismen sowie die enge Integration von semantischem Wissen zusätzliche Funktionalität in Aussicht: Als Agenten ausgelegte Komponenten könnten auch die logische Vernetzung untereinander während der Inbetriebnahme, nach Umrüstungen oder in Reaktion auf Betriebsstörungen teilweise selbst übernehmen. Dadurch ergeben sich Fähigkeiten wie Selbstkonfiguration und Selbstregeneration, die in der Fachliteratur unter dem Begriff Self-X zusammengefasst werden. Die fehlende Echtzeitfähigkeit, insbesondere in Bezug auf besagte Interaktionsmechanismen, hat jedoch bisher die Einsetzbarkeit von Agentensystemen in der Automatisierung limitiert und die Ausschöpfung der genannten Potentiale behindert. Deshalb wird in dieser Dissertation eine echtzeitfähige Laufzeitumgebung für Softwareagenten entworfen und anschließend die Überarbeitung bestehenden Kommunikationsmechanismen im Hinblick auf ihre Echtzeitfähigkeit vorgenommen. In diesem Kontext wird mit dem Konzept der semantischen Adressierung eine vielfältig einsetzbare Möglichkeit geschaffen, Nachrichten an ausgewählte Gruppen von Agenten mit bestimmten, semantisch beschriebenen Eigenschaften zur verschicken. Die dabei zur Wissensrepräsentation genutzten Taxonomie-Bäume bieten ein für viele Aufgabenstellungen ausreichendes Maß an Ausdrucksstärke und erlauben zudem die Verarbeitung unter harten Echtzeitbedingungen. Abschließend werden die geschaffenen Mechanismen in einem Antwortzeitmodell abgebildet, mit dem das rechtzeitige Reagieren eines Agentensystems auf lokal oder verteilt zu behandelnde Ereignisse überprüft und nachgewiesen werden kann. Damit wird ein Hauptkritikpunkt von Agentensystemen adressiert, was zu einer nachhaltigen Steigerung der Akzeptanz des Agentenparadigmas führen könnte. Während große Teile der erarbeiten Lösung als allgemeingültige Grundlagenforschung verstanden werden können, wird bei der Formulierung von Anforderungen, der Darstellung von Beispielen und der Erläuterung von Entwurfsentscheidungen immer wieder auf automatisierungstechnische Belange Bezug genommen. Außerdem wird am Ende der Arbeit eine kritische Bewertung der Ergebnisse vor dem Hintergrund eines möglichen Einsatzes in zukünftigen Automatisierungssystemen durchgeführt und damit das Gesamtbild abgerundet

Entwicklung eines Workflow-Management-Systems zur Steuerung von Bauprozessen in Handwerkernetzwerken [online]

Die Ausgangssituation dieser Arbeit bestand darin, dass die Betriebsorganisation der Handwerksbetriebe Schwachstellen aufweist, die zur Ausführung der Baumaßnahmen notwendigen Informationen unvollständig sind, und Informationsbrüche zwischen Planung, Ausführung und Abrechnung bestehen. Das gesetzte Ziel lautete, diesen Schwachstellen entgegenzuwirken. Der Lösungsweg zum Erreichen des Ziels bestand zum einen in der Entwicklung eines Organisationssystems zur effizienteren Gestaltung der Bauprozesse aus der Sicht des Handwerks, zum anderen in der darauf aufbauenden Konzeption für eine entsprechende informations­ und kommunikationstechnische Applikation. Zu Beginn der Arbeit wurden die Organisationsstrukturen in kleinen und sehr kleinen Handwerksbetrieben und das Beziehungsgefüge des gesamten Bauprozesses unter Berücksichtigung der heute verfügbaren Software analysiert. Im Anschluss daran wurden die Prozessaktivitäten durch die Entwicklung des Organisationssystems des virtuellen Handwerkernetzwerkes, sowohl bezogen auf die Abläufe der ausführenden Handwerksbetriebe, wie auch auf den gesamten Bauprozess, minimiert. Auf der Grundlage der optimierten Geschäftsprozesse wurde über den Zwischenschritt der Modellierung des Informationsmodells das relationale Datenbankmodell entwickelt, mit dessen Hilfe die Beziehungen der Daten abgebildet wurden. Dieses Modell berücksichtigt sowohl die horizontale wie auch die vertikale Integration der unterschiedlichen Arbeitsprozesse. Die Entwicklung unterscheidet sich von den heutigen Lösungen durch den Grad der Komplexität der Interaktion zwischen den einzelnen Projektbeteiligten unterschiedlicher Benutzergruppen im gesamten Bauprozess. Durch das Überführen des Datenbankmodells in die Konzeption der Softwareapplikation Projekt­Informations­System wird das Datenbankmodell für zukünftige Benutzer greif­ und vorstellbar. Diese neue Informationstechnologie unterstützt im Gegensatz zu den momentan im Einsatz befindlichen Softwarelösungen den Informationsfluss und die Kommunikation zwischen den einzelnen Projektbeteiligten während der Ausführungsphase. Durch die gesteuerte Moderation der Bauprozesse durch das Handwerkermanagement wird das Management­Know­how des virtuellen Handwerkernetzwerkes unterstrichen. Die Transparenz der gewerkeübergreifenden Abläufe fördert die Integration der einzelnen Handwerksbetriebe in den Bauprozess und unterstützt den Handwerksmeister bei der Abwicklung seiner dispositiven Tätigkeiten. In der Folge werden die Leerkosten auf der Baustelle reduziert und die wichtigste Ressource des Handwerksmeisters, dessen Zeit, geschont. Ein Nebenprodukt der internetbasierten Abwicklung des Bauprozesses ist das Informationsmanagement für den Kunden. Die Online­Übersicht der Termine, des erzielten Fortschritts und der Kostensituation sind der Mehrwert für den Bauherren, dessen Bauausführung durch das Projekt­Informations­System unterstützt wird. Eine Reduktion der Baukosten von mindestens drei Prozent lassen sich im Bereich der Materiallogistik durch Bündelung der Transportaktivitäten ableiten. Durch den Ansatz des Garantierten Maximal­Preis (GMP) werden zusätzliche Einsparpotentiale freigesetzt. Die Einsparungen auf Seiten der Handwerksbetriebe durch den Einsatz des Projekt­Informations­Systems werden sich kurzfristig nicht direkt auf die Baukosten auswirken. Sie helfen den Handwerksbetrieben, den Aufwand für die dispositiven Tätigkeiten zu reduzieren und dadurch Kapazitäten für deren Kernkompetenz freizusetzen. Dies wird langfristig den Berufszweig des Handwerks stärken und in der Folge Arbeitsplätze sichern

Hochverfügbare Middlewareplattform für ein mobiles Patientenbetreuungssystem

Auswahl, Test und Implementierung einer objektorientierten, hochverfügbaren Middlewareplattform auf Basis von EJB für ein mobiles Patientenbetreuungssystem (Mobtel) unter besonderer Berücksichtigung konsistenter und persistenter Informationsspeicherung (Java

Ergebnisbericht des Jahres 2001 des Projektes MuSofT Multimedia in der SoftwareTechnik

Das Vorhaben MuSofT - Multimedia in der Softwaretechnik wird seit dem 1. März 2001 vom Bundesministerium für Buildung und Wissenschaft im Rahmen des Programms Neue Medien in der Bildung gefördert. An diesem Vorhaben nehmen die folgenden Hochschulen teil: Fachhochschule Lübeck, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Universität Paderborn, Universität Dortmund, Universität Siegen, Universität Stuttgart und die Universität der Bundeswehr in München. Wir haben uns in diesem Projekt vorgenommen, die Ausbildung in der Softwaretechnik an den Stellen, an denen es sinnvoll erscheint, durch den Einsatz Neuer Medien zu nterstützen. Das Vorhaben wird bis zum Ende des Jahres 2003 laufen. Mit dieser Sammlung wollen wir nach etwa einjähriger Laufzeit die ersten Projektergebnisse vorstellen. Wir haben uns im Zeitplan des Projekts vorgenommen, gründlich über die verwendeten Konzepte und Lehrinhalte nachzudenken, die Frage der Plattformen gerade am Anfang nicht auszuklammern, aber auch zu überlegen, wie wir die Nachhaltigkeit unserer Entwicklungen schon während der Projektarbeit sichern können. Das alles und noch viel mehr ist in den Beiträgen dieser Sammlung diskutiert. Um von der Struktur gleichförmige Beiträge zu bekommen, haben wir eine grobe Gliederung vorgegeben, um gleichförmige Qualität zu erreichen, haben wir die Beiträge intern begutachten lassen; die Ergebnisse der Begutachtung sind in die vorliegenden Darstellungen eingeflossen

Semantic web and context : storage and retrieval of rdf data considering context information

Durch das Semantische Web soll es Maschinen ermöglicht werden Metadaten zu verstehen. Hierin steckt ein enormes Potenzial, wodurch sich der Umgang mit dem heutigen Internet grundlegend ändern kann. Das Semantische Web steht jedoch noch am Anfang. Es gilt noch einige offene und strittige Punkte zu klären. Das Fundament des Semantischen Webs wird durch das Resource Description Framework (RDF) gebildet, worauf sich diese Arbeit konzentriert. Hauptziel meiner Arbeit war die Verbesserung der Funktionalität und der Nutzungsfreundlichkeit für RDF-Speicher- und Anfragesysteme. Dabei stand die allgemeine Nutzung für ein Informationsportal oder eine Internetsuchmaschine im Vordergrund. Meine Überlegungen hierzu wurden in dem Speichersystem RDF-Source related Storage System (RDF-S3) und der darauf aufsetzenden Anfragesprache easy RDF Query Language (eRQL) umgesetzt. Insbesondere wurden die folgende Kernpunkte berücksichtigt: • Allgemeine Nutzbarkeit der Anfragesprache, sodass auch unerfahrene Nutzer einfach und schnell Anfragen erstellen können. Um auch von unerfahrenen Nutzern bedient werden zu können, konnte keine komplexe Syntax verwendet werden, wie dies bei den meisten existierenden Anfragesprachen der Fall ist. Es wurde sich daher an Anfragesprachen existierender Suchmaschinen angelehnt. Entsprechend bilden sogenannte Ein-Wort-Anfragen, die den Suchbegriffen entsprechen, eine wichtige Rolle. Um gezieltere Anfragen stellen zu können, sind jedoch die Schemainformationen der gespeicherten Daten sehr wichtig. Hier bietet bereits die RDF Query Language (RQL) viele hilfreiche Kurzschreibweisen, an die sich eRQL anlehnt. • Bereitstellung glaubwürdiger Metadaten, sodass den Anfrageergebnissen vertraut werden kann. Das Semantische Web ist ein verteiltes System, wobei keine Kontrolle auf die Datenquellen ausgeübt werden kann. Den Daten kann daher nicht ohne weiteres vertraut werden. Anders ist dies mit Metadaten, die von eigenen Systemen erzeugt wurden. Man weiß wie sie erzeugt wurden und kann ihnen entsprechend vertrauen. Wichtig ist eine klare Trennung zwischen den Daten und den Metadaten über diese, da sonst eine absichtliche Nachbildung der Metadaten von außen (Suchmaschinen-Spamming) das System unterlaufen kann. Für die Glaubwürdigkeit von Anfrageergebnissen sind vor allem die Herkunft der Daten und deren Aktualität entscheidend. In den umgesetzten Entwicklungen zu dieser Arbeit wurde sich daher auf diese Informationen konzentriert. In RDF-S3 wird die Verknüpfung der RDF-Aussage mit ihren Herkunftsdaten im Speichermodell abgebildet. Dies ermöglicht eine gezielte Ausnutzung dieser Daten in eRQL-Anfragen. Durch den sogenannten Dokumenten-Modus bietet eRQL die Möglichkeit Anfragen auf eine Gruppe von Quellen zu begrenzen oder bestimmte unglaubwürdige Quellen auszuschließen. Auch können die Herkunftsdaten das Anfrageergebniss erweitern und dadurch das Verständnis und die Glaubwürdigkeit für das Ergebnis erhöhen. • Anfrageergebnisse können um ihre Umgebung erweitert werden, sodass sie besser verstanden werden können. Für eRQL-Anfragen besteht die Möglichkeit die Umgebnung zu den Treffern (RDF-Aussagen) mit zu berücksichtigen und im Ergebnis mit anzuzeigen. Dies erhöht das Verständnis für die Ergebnisse. Weiterhin ergeben sich hierdurch neue Möglichkeiten wie das Auffinden von Pfaden zwischen Teilergebnissen einer Anfrage. • Unterstützung und Kombination von Daten- und Schemaanfragen. Mit eRQL werden beide Anfragetypen unterstützt und können sinnvoll miteinander kombiniert werden. Die Einbeziehung der Umgebung ermöglicht für die Kombination von Daten- und Schemaanfragen neue Möglichkeiten. Dabei werden sowohl Daten- als auch Schemaanfragen (oder deren Kombination) durch das Speichermodell von RDF-S3 optimal unterstützt. Weitere nennenswerte Eigenschaften von RDF-S3 und eRQL sind: • Durch die Möglichkeit gezielt einzelne Quellen wieder zu entfernen oder zu aktualisieren, bietet RDF-S3 eine gute Wartbarkeit der gespeicherten Daten. • RDF-S3 und eRQL sind zu 100 % in Java entwickelt, wodurch ihr Einsatz unabhängig vom Betriebssystem möglich ist. • Der Datenbankzugriff erfolgt über JDBC, wobei keine besonderen Eigenschaften für die verwendete RDBMS nötig sind . Dies sorgt für eine hohe Portabilität. RDF-S3 und eRQL wurden als Beispielimplementierungen entwickelt. Für einen produktiven Einsatz sollten die Systeme an die gegebene Hardware-Umgebung und Anwendungsfall angepasst werden. In Kapitel 6 werden Erweiterungen und Änderungsmöglichkeiten genannt, die je nach Situation geprüft werden sollten. Ein noch vorhandenes Problem für einen produktiven Einsatz auf großen Datenmengen ist die aufwendige Berechnung der Umgebungen für Anfrageergebnisse. Die Berechnung von Umgebungen im Vorhinein könnte hier eine Lösung sein, die jedoch durch die Möglichkeit der Einschränkung auf glaubwürdige Quellen erschwert wird.Main goal of my work was to generate a system with improve functionalities to store and retrieve RDF data. In addition the system should be portable and easy to install. As result of my work I implemented a storage system called RDF-S3 and a retrieval language called eRQL. Both are implemented in Java and only require the existance of an relational DBMS. With RDF-S3 I provide the possibility to keep track of the source information. By using context nodes the system can distinguee between triple information coming from outside and the information generated by RDF-S3. This increases the credibility of the system. With eRQL, applications of RDF-S3 can use the source information to concentrate on trusted sources and to get the information where the single triples are coming from, which means he see the external context of the results. Additionally eRQL provides an easy way to see the results in their internal context by including surrounding triples for each hit

Ein Integrations- und Darstellungsmodell für verteilte und heterogene kontextbezogene Informationen

Die "Kontextsensitivität" genannte systematische Berücksichtigung von Umweltinformationen durch Anwendungssysteme kann als Querschnittsfunktion im betrieblichen Umfeld in vielen Bereichen einen Nutzen stiften. Wirklich praxistaugliche kontextsensitive Anwendungssysteme, die sich analog zu einem mitdenkenden menschlichen Assistenten harmonisch in die ablaufenden Vorgänge in der Realwelt einbringen, haben einen enormen Bedarf nach umfassenden, d.h. diverse Aspekte der Realwelt beschreibenden Kontextinformationen, die jedoch prinzipbedingt verteilt in verschiedenen Datenquellen, etwa Kontexterfassungssystemen, Endgeräten sowie prinzipiell auch in beliebigen anderen, z.T. bereits existierenden Anwendungen entstehen. Ziel dieser Arbeit ist die Verringerung der Komplexität des Beschaffungsvorganges von verteilten und heterogenen Kontextinformationen durch Bereitstellung einer einfach verwendbaren Methode zur Darstellung eines umfassenden, aus verteilten und heterogenen Datenquellen zusammengetragenen Kontextmodells. Im Besonderen werden durch diese Arbeit zwei Probleme addressiert, zum einen daß ein Konsument von umfassenden Kontextinformationen mehrere Datenquellen sowohl kennen und zugreifen können und zum anderen über die zwischen den einzelnen Kontextinformationen in verschiedenen Datenquellen existierenden, zunächst nicht modellierten semantischen Verbindungen Bescheid wissen muß. Das dazu entwickelte Kontextinformationsintegrations- und -darstellungsverfahren kombiniert daher ein die Beschaffung und Integration von Kontextinformationen aus diversen Datenquellen modellierendes Informationsintegrationsmodell mit einem Kontextdarstellungsmodell, welches die abzubildende Realweltdomäne basierend auf ontologischen Informationen durch in problemspezifischer Weise erweiterte Verfahren des Semantic Web in einer möglichst intuitiven, wiederverwendbaren und modularen Weise modelliert. Nach einer fundierten Anforderungsanalyse des entwickelten Prinzips wird dessen Verwendung und Nutzen basierend auf der Skizzierung der wichtigsten allgemeinen Verwendungsmöglichkeiten von Kontextinformationen im betrieblichen Umfeld anhand eines komplexen betrieblichen Anwendungsszenarios demonstriert. Dieses beinhaltet ein Nutzerprofil, das von diversen Anwendungen, u.a. einem kontextsensitiven KFZ-Navigationssystem, einer Restaurantsuchanwendung sowie einem Touristenführer verwendet wird. Probleme hinsichtlich des Datenschutzes, der Integration in existierende Umgebungen und Abläufe sowie der Skalierbarkeit und Leistungsfähigkeit des Verfahrens werden ebenfalls diskutiert.Context-awareness, which is the systematic consideration of information from the environment of applications, can provide significant benefits in the area of business and technology. To be really useful, i.e. harmonically support real-world processes as human assistants do it, practical applications need a comprehensive and detailed contextual information base that describes all relevant aspects of the real world. As a matter of principle, comprehensive contextual information arises in many places and data sources, e.g. in context-aware infrastructures as well as in "normal" applications, which may have knowledge about the context based on their functionality to support a certain process in the real world. This thesis facilitates the use of contextual information by reducing the complexity of the procurement process of distributed and heterogenous contextual information. Particularly, it addresses the two problems that a consumer of comprehensive contextual information needs to be aware of and able to access several different data sources and must know how to combine the contextual information taken from different and isolated data sources into a meaningful representation of the context. Especially the latter information cannot be modelled using the current state of the art. These problems are addressed by the development of an integration and representation model for contextual information that allows to compose comprehensive context models using information inside distributed and heterogeneous data sources. This model combines an information integration model for distributed and heterogenous information (which consists of an access model for heterogeneous data sources, an integration model and an information relation model) with a representation model for context that formalizes the representation of the respective real world domain, i.e. of the real world objects and their semantic relations in an intuitive, reusable and modular way based on ontologies. The resulting model consists of five layers that represent different aspects of the information integration solution. The achievement of the objectives is rated based on a requirement analysis of the problem domain. The technical feasibility and usefulness of the model is demonstrated by the implementation of an engine to support the approach as well as a complex application scenario consisting of a user profile that integrates information from several data sources and a couple of context-aware applications, e.g. a context-aware navigation system, a restaurant finder application as well as an enhanced tourist guide that use the user profile. Problems regarding security and social effects, the integration of this solution into existing environments and infrastructures as well as technical issues like the scalability and performance of this model are discussed too

Computer-assisted building surveying as the basis for planning for existing buildings - studies in digital capture and model representation

Die Dissertation setzt sich mit der Aufarbeitung der Aufnahme vorhandener Bauwerke hinsichtlich der IT-Unterstützung des Aufnahmeprozesses, auswertbarer Gebäudemodelle und der Bereitstellung von Informationen für die Planung auseinander. In der Arbeit ist der Bauaufnahmeprozeß gegliedert worden sowie die entstehenden Informationsmengen analysiert. Untersuchungen des aufzunehmenden Gegenstandes, der Strukturierung, der Aufnahme – hinsichtlich der Aufnahmegeräte und –methoden- und der Präsentation dienten als Grundlage für eine IT-Unterstützung. Die Aufnahme erfolgt immer als ein Prozeß der Modellbildung. Als IT-Paradigma bietet sich die „Objektorientierte Modellierungstechnologie“ an. Diese wurde einer Bewertung unterzogen. Mit Hinblick auf den konkreten Sachverhalt der Bauaufnahme, wie imperfekte und schwer formalisierbare Informationen, sind Erweiterungen berücksichtigt worden. Aus den diskutierten Ansätzen wurde ein Systemkonzept abgeleitet und Teilaspekte exemplarisch realisiert.The dissertation concerns the surveying of existing buildings with particular regard to IT-support of the surveying process, evaluable building models, and the provision of information for planning professionals. The building surveying process is examined in its structure and the resulting data analysed. A detailed study of the built object and its structure, of the survey, its methods, tools and technology and the presentation serve as a basis for developing IT-support. The survey is seen as a process of model creation, based on the ‘object-oriented modelling’ IT-paradigm. This was evaluated with regard to building surveying and extended to allow the provision of imperfect and difficult to categorise information. A system concept was developed from the studied approaches and portions thereof realised as prototypes