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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!

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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)

© Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT’05

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

© Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT’05

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)

© Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT’05

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]

© Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT’05

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

© Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT’05

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

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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

© 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