Integration heterogener Datenbanken am Beispiel eines Hochschul-Informationssystems

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Integration heterogener Datenbanken am Beispiel
eines Hochschul-Informationssystems

• Thomas Kudraß (HTWK Leipzig)

13. Leipziger Informatik-Tage
LIT05 22.09.2005
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Aufbau des Vortrags

• Motivation
• Ist-Zustand an deutschen Hochschulen
• Wozu Integration?
• Beispiel-Prozess Neues Wahlfach
• Integriertes Hochschulinformationssystem
• Allgemeine Aspekte der Integration
• Anforderungen an ein integriertes HIS
• IT-Systemlandschaft der Hochschule (HTWK)
• Integration heterogener Systeme
• Architekturansätze
• Entwurf einer Zielarchitektur
• Aktuelle Arbeiten und Ausblick

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Motivation

• am 20.09.2005
• Akademische ServicewüsteDatenchaos zwingt
  Unis in die Knie!

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Erkenntnisse At a first Glance

• Autonomie der Fachbereiche / Fakultätenà keine
  hochschulweiten Services (z.B. E-
  Mail-Adressen)
• Modularisierung der Studiengänge
• à Datenlawine Prüfungen, Zulassungsvoraus-
• setzungen, Prüfungs- und Stundenplanung
• IT-Strategie in Lehre Organisation erforderlich
  à Zentralisierung an der Hochschule
• Neue Systeme
• à Online-Services
• à Mehr Transparenz
• Student als Kunde (Gebührenzahler)
• à erhöhte Anforderungen an die Organisation

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Erfahrungen im Data Management

• Larry English (1996)
• 70 percent of all computer printouts were used
  to re-enter data into other databases.
• One company reported that 80-90 percent of
  developers time was devoted to maintaining
  interfaces, copying and transforming data from
  database to database.
• Another company reported expending 100 million
  per year in patching programs and fixing errors
  in data, created when passing data from one
  system to another.
• Dough Erickson (1996)
• between 20 percent and 40 percent one estimate
  puts the figure at 50 percent of all labor
  costs in the U.S. is dedicated to gathering,
  storage, retrieval, reconciliation and reporting
  of the information used to run an enterprise.

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Wozu Integration?

• Heutige Informationssysteme gekennzeichnet durch
  Interoperabilität
• Beispiele für Integration
• Elektronische Patientenakte als integriertes und
  verteiltes Informationssystem
• Integration von Enterprise Ressource Planning
  (ERP) Büro-Anwendungen
• Projekt Mendocino SAP MS Office
• Integration von Dokumenten- und Content
  Management Systemen
• Enterprise Content Management (ECM)

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Ist-Zustand an Hochschulen

• IT-Einsatz an deutschen Hochschulen
• Historisch gewachsene Systemumgebungen
• Wenig integrierte Systeme
• Unvollständige Unterstützung der
  Geschäfts-prozesse
• Vorrangig Unterstützung organisationsspezifischer
  Aufgaben
• Verwaltung und akademischer Bereich separat
• Keine Standards
• HIS weitverbreitet, aber bundesweit keine
  Standardsoftware an Hochschulen
• Keine Dokumenten-Standards für Datenaustausch

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Neue IT-Anforderungen an Hochschulen

• Veränderungen im Bildungsbereich
  (Bologna-Prozess)
• Modularisierung der Studienangebote
• Einführung konsekutiver Studiengänge
• Weiterentwicklung der Informationstechnologien
• ? Anpassung und Weiterentwicklung der
  IT-Systemlandschaft
• Neue Softwaresysteme für den Lehrbetrieb
• E-Learning Systeme (einschließlich Autorensystem
  und Management-Komponente)
• Digitale Bibliotheken (z.B. für Diplomarbeiten)
• Lehrevaluations-Systeme
• Eigenentwicklungen (z.B. PLANet, jexam)
• Erweiterte Funktionalität kommerzieller
  Hochschulsoftware (z.B. HIS)
• OpenSource Systeme (Stud.IP)

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Integrierte Informationsverarbeitung

• Beispiel Hochschul-Informationssysteme
• (IT-Rahmenkonzept für Verwaltung und Management
  der
• bayerischen staatlichen Universitäten vom
  Bayrischen
• SMWFK, 2001)
• Integrierte Informationsverarbeitung ist durch
  die einmalige und ausschließliche Datenerfassung
  an der primären Datenquelle, eine
  medienbruchfreie Bearbeitung sowie eine
  durchgängige Prozessunterstützung unter Beachtung
  von Wirtschaftlichkeitsgrundsätzen
  gekennzeichnet
• Läßt sich durch die Weiterentwicklung der
  bestehenden Softwaresysteme oder durch die
  Einführung eines integrierten Systems realisieren
• Weiterentwicklung der bestehenden Systeme
  verfolgt eine objektorientierte
  (Daten)Integration der in den meisten
  Uni-Verwaltungen bereits eingesetzten operativen
  Verfahren

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Beispiel-Szenario (Ist-Zustand)Neue
wahlobligatorische Lehrveranstaltung
Antrag beim Prüfungssausschuß
angenommen
ja
Neues Fach anlegen
PLANet
LaTex, HTML
Publikation in Vorlesungsverzeichnis
Aufnahme in Wahlfachkatalog
Word
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Beispiel-Szenario (Ist-Zustand)- 2-
Neues Fach anlegen
HIS-POS
Neues Fach anlegen
LIPS
Einschreibung
Teilnehmerliste
Teilnehmerzahlgt n
ja
Stunden- und Raumplanung
S-PLUS
Erhebung der Teilnehmer
Teilnehmerliste
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Beispiel-Szenario (Ist-Zustand)- 3-
Evaluierung
nein
ja
Neues Fach anlegen
Eleva
Prüfungsnoten undTeilnehmer erfassen
HIS-POS
Publikation Prüfungsnoten
Prüfungsliste
Ende
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Perspektiven der Integration

• E-Learning Plattform mit Portalcharakter
• Zeit- und ortsunabhängiger Zugang zu relevanten
  Informationen und Diensten
• Integration in herkömmliche Verwaltungssystemen
• Zentrales Identity Management
• neue Service- und Infrastrukturangebote für
  Studierende
• Anbindung an Systeme der Hochschulverwaltung
  erforderlich
• Verknüpfung von Informationen aus
  unter-schiedlichen Quellen
• Publikation und Distribution von Lehrmaterialien
  und Dokumenten (Diplomarbeiten Online)

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Benutzer und Komponenten eines Hochschul-Informati
onssystems
Ministerium
Hochschule
Management Information System (MIS)
Hochschulen
Kooperations- partner
Studenten
Student Relationship Management (SRM)
Information Management
Supply Chain Management (SCM)
Weiterbildungs- teilnehmer
Unternehmen
Employee Relationship Management (ERM)
Mitarbeiter
Professoren
Beschäftigte
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Allgemeine Aspekte der Integration

• Beispiel E-Learning
• Integration aller Teilsysteme erforderlich
• Probleme
• Online-Einschreibung ohne Anbindung an
  administratives System
• Editor-Funktionalität
• Nutzung von Dokumenten aus digitalen Bibliotheken
• 3 Hauptaspekte
• Zusammenarbeit mit Informations- und
  Verwaltungssystemen der Hochschule
• Anbindung an bestehende Autorensysteme
• Integration von digitalen Bibliotheken u.a.
  Ablagesystemen

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Anforderungen

• Kommunikation
• Dynamische Definition von Gruppen (z.B. Mailing
  Lists)
• Aktive Benachrichtigung (push-Prinzip) vs.
  Publikation (pull-Prinzip)
• Content Management und Publishing
• Zugriff auf viele Dokumente Diplomarbeiten,
  Berichte von Praxissemestern und Auslandspraktika
• Präsentation des Lehrangebots (verschiedene
  Kanäle und Formate)
• In E-Learning System
• Broschüre (PDF-Format)
• Online Auftritt des Fachbereichs
• HTML-Datendarstellung in kommerziellen Systemen?

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Anforderungen (2)

• Selbstbedienungsfunktion
• z.B. Online-Einschreibung, Prüfungsanmeldung
• Definition plattformunabhängiger Schnittstelle
• Verknüpfung heterogener Datenbanken zur
  Informationsgewinnung
• Beispiel individuelle Stundenpläne
  Einschreibedaten (HIS) Stundenplan (S-PLUS)
• Auswertung und Berichtswesen
• Von Hochschulleitung / Ministerium gefordert,
  z.B. Lehrbericht, Lehrdeputatserfassung
• Einbeziehung digitalisierter Informationen
  (Evaluation)

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Anforderungen (3)

• Sicherheit und Datenschutz
• Zentrale Berechtigungsverwaltung (Definition von
  Benutzergruppen), umsetzbar durch Directory
  Services
• Bestimmte Gruppierung nur auf Ebene des
  Anwendungssystems (z.B. Klassifizierung der
  Lernenden bei E-Learning-Kurs)
• Hochschulweites Identity Management
• Single Sign-On
• User Provisioning
• Datenschutz
• Personenbezogene Daten
• Unterscheide Angebote im Intranet vs. Intranet
  (z.B. Zugriff auf Praktikumsberichte)

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Anforderungen (4)

• Pflege von Kooperationsbeziehungen
• Datenbank für Praktikumsplätze
• Datenbanken für Sponsoren und Kooperationspartner
  / Ansprechpartner
• Alumni-Verwaltung

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IT-Systemlandschaft der HTWKAdministrative
Systeme

• HIS (Hochschul-Informationssystem)
• SOS Studentenverwaltung
• POS Prüfungsorganisation
• ZUL Studienzulassung
• LSF Lehre-Studium-Forschung
• QIS Selbstbedienungsfunktionen
• ISY Statistik
• S-PLUS (Stundenplanungssystem)
• PLANet (Werkzeug zur Verwaltung der
  Planungsdaten)
• Online-Einschreibung (speziell für Studium
  Generale)

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Neue Anwendungen an der HTWK

• LIPS E-Learning-System
• Administrativer Teil auf Basis von ZODB (Zope
  Object Database)
• Autorensystem C4K
• Eleva Evaluierung von Lehrveranstaltungen
• Webseiten
• zumeist manuell gepflegt (HTML)
• Heterogenes Erscheinungsbild
• IMN zusätzlich etwas MySQL (z.B.
  Termin-Datenbank)
• Projekt Hochschulwissen Online (Diplomarbeiten
  digital)
• Digiboard
• Smartcard-Technologie

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Ziele der Integration heterogener Systeme

• Sicherung der globalen Datenkonsistenz bei
  redundanter Datenhaltung
• Einmalige Datenerfassung an der primären
  Datenquelle
• Reduzierung von manuellen Tätigkeiten
  (Datenerfassung)
• Verknüpfung von Daten zur Realisierung neuer
  Funktionalitäten (z.B. Erzeugung von
  Lehrberichten oder persönlichen Stunden-plänen)

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Grundbegriffe der Integration

• EAI Enterprise Application Integration
• Zusammenarbeit von heterogenen Anwendungen
• (E)II (Enterprise) Information Integration
• Virtuelles verteiltes Datenbanksystem (vgl. Idee
  der föderierten Datenbanken)
• Integrationsebenen
• Integration über Oberfläche
• Datenintegration
• Funktionsintegration (über APIs)
• Prozessintegration
• Kopplungsgrade
• Lose vs. eng gekoppelte Systeme

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EAI-Architekturen

• Application-to-Application
• Bus-Architektur
• Hub Spoke Architektur
• Geschäftsprozesse
• Serviceorientierte Architektur (SOA)

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Application-to-Application (A2A)Punkt-zu-Punkt-Ve
rbindung

• Spaghetti-Architektur Pezzini, Gartner Research

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Bus-Architektur

• Publish-Subscribe-Prinzip
• Weiterleitung der Nachrichten an die Subscriber
• Anwendung Verteilung von identischen Massendaten
  
• 1 Datenlieferant - n Empfänger
• n Datenlieferanten 1 Empfänger
• Datenorientierte Integration

• Sender und Empfänger verteilt lokalisiert

Services
subscribe
Service Bus
publish
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Hub Spoke Architektur

• Zentralistischer Ansatz
• Hub zentrale Informationsdrehscheibe steuert
  und überwacht den Datenverkehr zwischen einzelnen
  Systemen
• Business Rules in Workflow des Hub hinterlegt
• Trennung von
• systemspezifischen Konnektoren (zur Anbindung
  lokaler Systeme auf technischer Ebene)
• Workflows (zur Abbildung der Geschäftslogik)
• Vorteile
• begünstigt prozessorientierte Vorgehensweise
• Einfacher zu realisieren als Bus-Architektur
• für komplexe Datenverteilungsmechanismen
• organisationsübergreifende Integration
  (Einbindung von Legacy-Systemen)
• Nachteile
• zentraler Hub kann zum Bottleneck werden

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Analyse der Geschäftsprozesse

• Identifikation der primären Datenquellen
• Informationssysteme in den Dezernaten und
  Fachbereichen
• Gewinnung von Daten für andere Anwendungen
• E-Learning System
• Metadaten für Digitale Bibliothek
• Web Content Management System
• Lose Kopplung
• Modellierung mittels ARIS Toolset
• Integration mehrerer Teilsichten Organisation,
  Daten, Funktionen und Prozesse

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Umsetzung einer SOAProf. Abeck Computerzeitung
18/2005
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Zielarchitektur eines Hochschul-Informationssystem
s
Kombination aus Bus und HubSpoke
Client-Applikationen(z.B. Personalisierter
Stundenplan, Lehrbericht)
Enterprise Service Bus
Services
App1S-PLUS
XML
AV? CV
Hub Common View
App2PLANet
XML
XML
App3HIS
AV? CV
AV? CV
AV? CV
XML
App4ELEVA
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Zusammenfassung

• Inkrementelles Vorgehen bei der Integration von
  Systemen
• Entwicklung von Content Services Bausteine für
  Webpräsentationen
• sichert konsistente Darstellung und Verwendung
  der Daten
• Grundlage für verbesserte Berichtsfunktionen
• Services sind Prozessschritte in Workflows
• Wichtige Arbeit Definition von Standards für den
  Datenaustausch (vgl. ähnliche Initiativen im
  E-Government)
• Wichtig Hochschulweite IT-Strategie

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Aktuelle Arbeiten Ausblick

• Prototyp Virtuelles Praktikantenamt
• Verknüpfung mit HIS
• Zulassungsvoraussetzungen
• Studenten-Stammdaten
• Verknüpfung mit NIS (Fachbereich)
• Evaluierung von Integration Suites
• Cache Ensemble
• Oracle Data Hub (Bestandteil von Oracle Fusion)
• Modellierung und Realisierung von
  Datenabgleich-Prozessen über Middleware
• HIS lt-gt LIPS HIS lt-gt PLANet