Integration heterogener Datenbanken am Beispiel eines Hochschul- Informationssystems Thomas Kudraß (HTWK Leipzig) 13. Leipziger Informatik-Tage LIT05 22.09.2005.

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1 Integration heterogener Datenbanken am Beispiel eines Hochschul- Informationssystems Thomas Kudraß (HTWK Leipzig) 13. Leipziger Informatik-Tage LIT05 22.09.2005

2 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 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

3 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 Motivation am 20.09.2005: Akademische Servicewüste Datenchaos zwingt Unis in die Knie!

4 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 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

5 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 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.

6 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 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)

7 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 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

8 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 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)

9 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 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

10 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 Beispiel-Szenario (Ist-Zustand) Neue wahlobligatorische Lehrveranstaltung Antrag beim Prüfungssausschuß angenommen Neues Fach anlegen Publikation in Vorlesungsverzeichnis Aufnahme in Wahlfachkatalog Webadmin Fachbereich Studiendekan Prüfungssekr. Fachbereich Lehrender Professor PLANet LaTex, HTML Word ja

11 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 Beispiel-Szenario (Ist-Zustand) - 2- Neues Fach anlegen Teilnehmerzahl > n Neues Fach anlegen Stunden- und Raumplanung Dezernat Studienang. Prüfungssekr. Fachbereich LIPS Admin E-Learning HIS-POS Einschreibung Teilnehmerliste Erhebung der Teilnehmer Teilnehmerliste Lehrender Professor S-PLUS ja

12 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 Beispiel-Szenario (Ist-Zustand) - 3- Evaluierung Neues Fach anlegen Publikation Prüfungsnoten Prüfungssekr. Fachbereich Eleva Evaluations- beauftragter Prüfungsnoten und Teilnehmer erfassen ja HIS-POS Prüfungsliste Prüfungssekr. Fachbereich nein Ende

13 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 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)

14 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 Studenten Weiterbildungs- teilnehmer Kooperations- partner Unternehmen Ministerium Hochschule Employee Relationship Management (ERM) Management Information System (MIS) Information Management Hochschulen MitarbeiterProfessorenBeschäftigte Student Relationship Management (SRM) Supply Chain Management (SCM) Benutzer und Komponenten eines Hochschul-Informationssystems

15 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 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

16 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 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?

17 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 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)

18 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 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)

19 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 Anforderungen (4) Pflege von Kooperationsbeziehungen – Datenbank für Praktikumsplätze – Datenbanken für Sponsoren und Kooperationspartner / Ansprechpartner Alumni-Verwaltung

20 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 IT-Systemlandschaft der HTWK Administrative 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)

21 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 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

22 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 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)

23 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 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

24 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 EAI-Architekturen Application-to-Application Bus-Architektur Hub & Spoke Architektur Geschäftsprozesse Serviceorientierte Architektur (SOA)

25 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 Application-to-Application (A2A) Punkt-zu-Punkt-Verbindung Spaghetti-Architektur [Pezzini, Gartner Research]

26 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 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

27 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 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

28 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 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

29 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 Umsetzung einer SOA [Prof. Abeck Computerzeitung 18/2005]

30 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 App1: S-PLUS App3: HIS App2: PLANet App4: ELEVA Hub Common View Enterprise Service Bus AV CV XML Services Client-Applikationen (z.B. Personalisierter Stundenplan, Lehrbericht) Zielarchitektur eines Hochschul- Informationssystems Kombination aus Bus und Hub&Spoke

31 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 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

32 © Prof. T. Kudraß, HTWK Leipzig, LIT05 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