ISLE: Konzeption und Realisierung eines verteilten XML-basierten Informationssystems

Die rasante Entwicklung von XML (eXtensible Markup Language) als neue Web-Sprache eröffnet weitreichende Möglichkeiten zur flexiblen Realisierung von verteilten Informationssystemen. Diese Diplomarbeit beschreibt den grundlegenden Aufbau und die Erfahrungen, die bei der Entwicklung eines universitären Informationssystems auf der Basis von XML gesammelt wurden. Das Resource Description Framework (RDF) wurde dabei als konzeptuelle Grundlage zur Datenmodellierung eingesetzt. Zur Manipulation von XML-Dokumenten wurde eine CORBA-basierte Schnittstelle verwendet. Durch eine zur Zeit noch kaum in der Praxis eingesetzte Technologie-Kombination konnten viele Schwierigkeiten heutiger Informationssysteme mit vergleichsweise geringem Aufwand umgangen werden. Das Datenmodell wird durch eine XML-basierte Speicherungsorganisation realisiert. Die Daten werden transparent im WWW verteilt, der Zugriff darauf erfolgt mittels des HTTP-Protokolls. Dadurch daß die in XML semantisch ausgezeichneten Informationsobjekte maschinell verarbeitet werden können, lassen sich aus dieser verteilten Datenstruktur alle benötigten Informationen extrahieren und für eine detaillierte Recherche aufbereiten. Weiterhin verfügen die Daten über einen hohen Grad der Wiederverwendbarkeit und lassen sich beispielsweise zur automatischen Generierung von Dokumenten und zur Archivierung in einer digitalen Bibliothek einsetzen. Für die Präsentation der Informationen ist ein Java-Modul zuständig, das die Interpretation und Formatierung der XML-Daten direkt vom Client-Rechner aus, entsprechend den benutzerspezifischen Präferenzen, ermöglicht, die ebenfalls in Form einer XML-Datei im lokalen Dateisystem des Nutzers gespeichert werden können. Durch die Verlagerung der Datenmanipulierung auf den Client wird die Server-Last minimiert. Ein ebenfalls in Java realisierter Server für XML-Dokumente ermöglicht die Client-basierte Bearbeitung von Dokumenten über eine CORBA-Schnittstelle. Mehrere Benutzer mit unterschiedlichen Zugriffsrechten können somit gemeinsam XML-Dokumente durch ein Web-Browser-Interface editieren. Die Diplomarbeit geht darauf ein, welche Vorteile und Probleme die Verwendung von XML und der verteilten Architektur aufgeworfen hat, und stellt die grundlegenden Prinzipien und Techniken vor, die dabei eingesetzt wurden

Zugriff auf multimediale XML-Dokumente in Objekt-relationalen Datenbanksystemen

In den letzten Jahren hat die Thematik wireless-orientierter, multimedialer Content Management Systeme zunehmend an Bedeutung gewonnen. In diesem Kontext kann die Extensible Markup Language (XML) zur Verbesserung einer grossen Bandbreite möglicher Anwendungen beitragen. Diese Arbeit widmet sich der Systemkonzeption einer Schnittstelle zum jeweiligen Datenbanksystem, die eine Nutzung der objekt-relationalen Multimedia-Fähigkeit zuläßt und die Ableitung der jeweiligen anwendungs- und endgeräteabhängigen Präsentation ermöglicht. Die zugehörige XML-basierte Request-Bearbeitungs und Anfrage-Transformations-Strategien werden diskutiert

Zugriff auf multimediale XML-Dokumente in Objekt-relationalen Datenbanksystemen

In den letzten Jahren hat die Thematik wireless-orientierter, multimedialer Content Management Systeme zunehmend an Bedeutung gewonnen. In diesem Kontext kann die Extensible Markup Language (XML) zur Verbesserung einer grossen Bandbreite möglicher Anwendungen beitragen. Diese Arbeit widmet sich der Systemkonzeption einer Schnittstelle zum jeweiligen Datenbanksystem, die eine Nutzung der objekt-relationalen Multimedia-Fähigkeit zuläßt und die Ableitung der jeweiligen anwendungs- und endgeräteabhängigen Präsentation ermöglicht. Die zugehörige XML-basierte Request-Bearbeitungs und Anfrage-Transformations-Strategien werden diskutiert

Basiskomponenten von XML Datenbanksystemen

Für die Entwicklung von vielen kleinen und großen Softwaresystemen reichen herkömmliche (objekt-)relationale Datenbanksysteme nicht mehr aus. Viele interessante Daten sind in der Praxis nicht voll strukturiert und somit nicht effektiv mit einem Standarddatenbanksystem zu verwalten. Es werden deshalb neuartige standardisierte Systeme für unstrukturierte bzw. semi-strukturierte Daten benötigt. Diese Lücke wird nun von nativen XML Datenbanksystemen geschlossen, die als Datenformat das vom W3C standardisierte XML verwenden. XML Datenbanksysteme unterstützen außerdem viele weitere XML Standards, wie beispielsweise XSchema für Grammatiken, XPath und XQuery für die Anfrageverarbeitung, XSLT für Transformationen und DOM und SAX für die Applikationsanbindung. In dieser Arbeit werden Grundlagen von nativen XML Datenbanksystemen betrachtet, sowie neue Strukturen vorgeschlagen und alte Strukturen optimiert. Es wird auf eine solide Basis zum Testen von Algorithmen Wert gelegt. Hierzu wurde ein Testframework innerhalb der Java-Bibliothek XXL implementiert und anschließend verwendet. Die XXL Bibliothek enthielt bereits vor dieser Arbeit einige Komponenten, die für die Implementierung von Datenbanksystemen eingesetzt werden konnten, beispielsweise eine generische Anfrageverarbeitung und Indexstrukturen. Zusätzlich zu den vorhandenen Komponenten wurden nun neue hinzugefügt, so z.B. eine Komponente für den direkten Festplattenzugriff, ein frei konfigurierbarer Recordmanager, sowie ein Datenbank-Framework. Das zentrale Anliegen der Arbeit ist die Optimierung der Speicherungsebene von nativen XML Datenbanksystemen. Wichtig ist, dass bei der Abbildung von XML Dokumenten auf den Externspeicher die Baumstruktur erhalten bleibt und somit eine performante Anfragenverarbeitung mit wenigen Externspeicherzugriffen möglich wird. Ähnlich wie bei R-Bäumen, können für XML Speicherungsstrukturen verschiedene Splitalgorithmen angegeben werden, die gewisse Heuristiken verfolgen. Hier zeigte sich der neu entwickelte, so genannte OneCutSplit mit Scaffold als klar überlegen gegenüber den bisher bekannten Splitalgorithmen aus der Literatur. Für das Einfügen von Dokumenten wurde weiterhin ein Bulkloading Mechanismus implementiert. Es konnte gezeigt werden, dass die Speicherstruktur für die hiermit erzeugten Dokumente deutlich besser war als bei der Benutzung von Splitalgorithmen. Dies macht sich erheblich in den Antwortzeiten von Anfragen bemerkbar. Zur Beschleunigung der Anfrageverarbeitung sind in nativen XML Datenbanksystemen Indexstrukturen unverzichtbar. Zu diesem Zweck wurde ein neuartiger Signaturindex entwickelt und in die XML Speicherungsstruktur unter Verwendung von Aggregaten integriert. Die Evaluierung des Indexes zeigte einen deutlichen Vorteil bei der Auswertung von XPath-Ausdrücken. Weiterhin konnten erstmals durch die Benutzung des Datenbank-Frameworks von XXL native Speicherungsverfahren für XML mit solchen verglichen werden, die auf relationalen Datenbanksystemen aufsetzen. Hierbei zeigte sich, dass nativer XML Speicher auch bei einfachen XPath-Anfragen gute Leistungswerte besitzt. Bei Navigations- und Änderungsoperationen ist der native XML Speicher den relationalen Verfahren deutlich überlegen. In der Anfrageverarbeitung auf XML Daten spielen allerdings nicht nur XPath und XQuery eine Rolle. Für die Bearbeitung von großen Mengen von XML Dokumenten sind Operatoren sinnvoll, welche eine Verarbeitung durch Abbildung von XML Dokumenten auf neue XML Dokumente realisieren. Dies ist analog zur relationalen Algebra, in der allerdings der Grunddatentyp Tupel Verwendung findet. Im Vergleich zum relationalen Modell werden für XML jedoch viele verschiedene Operatoren benötigt, die nicht auf wenige Grundoperationen zurückgeführt werden können. In dieser Arbeit werden einige neue Operatoren vorgestellt, die nicht nur für die Anfrageverarbeitung innerhalb von XML Datenbanksystemen, sondern auch für Anfragen im Internet geeignet sind. Durch das entwickelte Framework soll es Anwendern in Zukunft auf einfache Art und Weise möglich sein, Internetquellen in eigene Anfragen einzubauen

Modellierung und prototypische Implementierung eines Repository-Ansatzes für technische Metadaten in Data Warehouse-Umgebungen

In den letzten Jahren nimmt die Bedeutung des Data Warehousing für Entscheidungsprozesse stark zu. Für eine Data Warehouse-Umgebung, die mehrere heterogene Datenquellen sowie unterschiedliche Tools integriert, ist ein leistungsfähiges Metadaten-Management unerläßlich. Data Warehouse-Metadaten können in zwei Klassen unterteilt werden: technische und semantische Metadaten. Während semantische Metadaten den Endbenutzern beim Prozeß der Analyse, Abfrage und Navigation zur Verfügung stehen, unterstützen technische Metadaten Administratoren, Entwickler und Programmierer beim Extraktions-, Transformations- und Lade- (ETL-) Prozeß. Eine wesentliche Anforderung an ein mächtiges Metadaten-Management ist die Verwaltung der Metadaten in einem Repository, das die Integration von technischen und semantischen Metadaten, von unterschiedlichen Tools und Software einer Data Warehouse-Umgebung ermöglicht. Aufgrund der Komplexität der Problematik befaßt sich diese Arbeit vor allem mit technischen Metadaten. Mittels der Modellierungssprache UML wird ein Modell für technische Metadaten etabliert. Anschließend wird dieses Metamodells auf dem objektrelationalen DBMS Informix Universal Server Version 9.1 implementiert. Die Programmierung mit ODBC ermöglicht einen einheitlichen Zugriff auf unterschiedliche DBMS. Durch das entwickelte Repository können nicht nur Metadaten bezüglich Inhalt und Struktur verschiedener Datenhaltungssysteme aus den jeweiligen Data Dictionaries importiert, sondern auch Definitionen von Abbildungen zwischen diesen Systemen vorgenommen werden

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

Inkrementelle Aktualisierungstechniken für Modelle und ihre Datenbankrepräsentation

Modellgetriebene Software-Entwicklung (engl. Model Driven Software Development) steht für die Entwicklung von Software auf der Basis von Modellen. Diese stehen im Entwicklungsprozess auf einer Stufe mit Quelltext, der aus den Modellen generiert werden kann. Um die Arbeit im Team effizient zu ermöglichen, ist eine Synchronisierung der zu bearbeitenden Modelle nach einer Änderung zwischen allen Mitgliedern zwingend notwendig. Bei der Nutzung von Datenbanken zur Speicherung der Modelle ergeben sich dabei jedoch Probleme, da eine generierte Persistenzschicht häufig nur eine vollständige Ersetzung von bereits geladenen Elementen unterstützt. Eine Lösungsmöglichkeit ist die Detektion von Änderungen und die anschließende, inkrementelle Aktualisierung. Hierfür stehen bereits vorhandene Techniken zur Verfügung, welche kombiniert werden können. Im Rahmen dieser Arbeit sollten verschiedene Ansätze gefunden und anhand von Metriken bewertet werden. Eine Lösung des Problems ist die Kombination von aktiven Datenbanksystemen zur Änderungserkennung mit einer Persistenzschicht zur inkrementellen Aktualisierung einzelner Modellelemente. Bei der Untersuchung von UML-Modellen durchschnittlicher Größe (ca. 400 Elemente) ergibt sich bereits eine 25-fache Beschleunigung im Vergleich mit nicht-inkrementellen Methoden

Metainformationssysteme – Backbone der Anwendungssystemkopplung

Die Kopplung von Anwendungssystemen ist als komplexes Entwicklungsproblem im Sinne der Wirtschaftsinformatik zu begreifen. Der Beitrag ordnet aktuelle Standards und Technologien den Entwicklungsphasen der Informationssystementwicklung als Gestaltungsoptionen zu. Anhand von Terminologien und Nachrichtenstandards wird die Bedeutung von Metainformationssystemen gezeigt und es wird die Architektur der Terminologischen Klammer zur Kopplung von Anwendungssystemen eingeführt. Mittels der Kombination von Entwicklungsphasen und Abstraktionsebenen wird ein Rahmenmodell zur Kopplung von Anwendungssystemen eingeführt, welches der Strukturierung von Entwicklungsaufgaben und Beziehungen von Metainformationssystemen bei der Anwendungssystemkopplung dient. <br/

Klassifikation und Bewertung von Frameworks für die Entwicklung von Web-Anwendungen

Die Anzahl von Frameworks zur Erstellung von Web-basierten Anwendungen im Umfeld von Java und J2EE ist inzwischen kaum noch zu überschauen. Regelmäßig kommen neue Frameworks hinzu. Dabei unterscheiden sich diese Frameworks nicht nur auf Ebene von Detaileigenschaften, technischen Qualitäten oder Anwendungsschwerpunkten \u96 es werden auch äußerst unterschiedliche Grundkonzepte verwendet. Ziel dieser Arbeit ist es, aufbauend auf diesen unterschiedlichen Grundkonzepten, eine Klassifikation zu entwickeln, in welche sich jedes beliebige Web-Framework einordnen lässt. Danach werden die wichtigsten Frameworks aus dem Open-Source-Bereich vorgestellt und in die zuvor entwickelte Klassifikation eingeordnet. Im anschließenden praktischen Teil wird eine kleine Web-Anwendung prototypisch mit Hilfe ausgewählter Vertreter verschiedener Klassifikationskategorien implementiert, um diese zu vergleichen und zu bewerten. Ziel ist es, Auswahlrichtlinien für die verschiedenen Kategorien von Web-Frameworks abzuleiten und so die Framework-Auswahl zu unterstützen