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Integration heterogener Datenbanken am Beispiel eines Hochschul-
Informationssystems
Thomas Kudraß (HTWK Leipzig)
13. Leipziger Informatik-Tage
LIT’05
22.09.2005
© Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT’05
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 Servicewüste“Datenchaos zwingt Unis in die Knie!
© Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT’05
Erkenntnisse: „At a first Glance“ Autonomie der Fachbereiche / Fakultäten
keine hochschulweiten Services (z.B. E- Mail-Adressen)
Modularisierung der Studiengänge
Datenlawine: Prüfungen, Zulassungsvoraus- setzungen, Prüfungs- und Stundenplanung
IT-Strategie in Lehre + Organisation erforderlich Zentralisierung an der Hochschule
Neue Systeme Online-Services Mehr Transparenz
Student als Kunde (Gebührenzahler) 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 InformationsverarbeitungBeispiel Hochschul-Informationssysteme (IT-Rahmenkonzept für Verwaltung und Management der bayerischen staatlichen Universitäten vom BayrischenSMWFK, 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
Neues Fach anlegen
Publikation in Vorlesungsverzeichnis
Aufnahme in Wahlfachkatalog
WebadminFachbereich
Studiendekan
Prüfungssekr.Fachbereich
LehrenderProfessor
PLANet
LaTex, HTML
Word
ja
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Beispiel-Szenario (Ist-Zustand)- 2-
Neues Fach anlegen
Teilnehmerzahl> n
Neues Fach anlegen
Stunden- und Raumplanung
DezernatStudienang.
Prüfungssekr.Fachbereich
Prüfungssekr.Fachbereich
LIPSAdmin
E-Learning
HIS-POS
EinschreibungTeilnehmerliste
Erhebung der Teilnehmer
Teilnehmerliste LehrenderProfessor
S-PLUS
ja
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Beispiel-Szenario (Ist-Zustand)- 3-
Evaluierung
Neues Fach anlegen
Publikation Prüfungsnoten
Prüfungssekr.Fachbereich
ElevaEvaluations-beauftragter
Prüfungsnoten und‚Teilnehmer erfassen
ja
HIS-POS
Prüfungsliste Prüfungssekr.Fachbereich
nein
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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Studenten
Weiterbildungs-teilnehmer
Kooperations-partner
Unternehmen
Ministerium
Hochschule
Employee Relationship Management (ERM)
Management Information System (MIS)
Information Management
Hochschulen
MitarbeiterProfessoren Beschäftigte
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Benutzer und Komponenten eines Hochschul-Informationssystems
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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
© Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT’05 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)
© Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT’05 Application-to-Application (A2A)Punkt-zu-Punkt-VerbindungSpaghetti-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
Service Bus
Services
Sender und Empfänger verteilt lokalisiert subscribe
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 SOA[Prof. Abeck Computerzeitung 18/2005]
© Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT’05
App1:S-PLUS
App3:HIS
App2:PLANet
App4:ELEVA
HubCommon
View
Enterprise Service Bus
AV CV
AV CV AV CV
AV CV XML
XMLXML
XML
Services
Client-Applikationen(z.B. Personalisierter Stundenplan, Lehrbericht)
Zielarchitektur eines Hochschul-Informationssystems
Kombination aus Bus und Hub&Spoke
© Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT’05
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
© Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT’05
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 <-> LIPS
HIS <-> PLANet