Diplomarbeit. Methodische Beiträge zu Computergestützter Projektierung von drahtlosen und Drahtgebundenen Netzwerken

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1 Technische Universität Dresden Fakultät Informatik Institut für Systemarchitektur Professur Rechnernetze D Dresden Diplomarbeit Methodische Beiträge zu Computergestützter Projektierung von drahtlosen und Drahtgebundenen Netzwerken Eingereicht von Andreas Dorawa Matr.-Nr.: Betreuer: Dr. rer. nat. Dietbert Gütter Dr. Ing. Andriy Luntovskyy Betreuender Hochschullehrer: Prof. Dr. habil. Alexander Schill, TU Dresden Mai

2 Technische Universität Dresden / Fakultät Informatik AUFGABENSTELLUNG FÜR DIE DIPLOMARBEIT Name, Vorname: Dorawa, Andreas Studiengang: Medieninformatik Matr. Nr.: Thema: Methodische Beiträge zu Computergestützter Projektierung von drahtlosen und Drahtgebundenen Netzwerken Zielstellung: Aktueller Standard beim Netzentwurf ist die kombinierte Projektierung kabelgebundener und drahtloser lokaler Netze in einem Gebäude/Campus. WLAN/WiMAX hat in sämtliche Bereiche des öffentlichen Lebens Einzug gehalten. Allein die Planung flächenhafter Abdeckung gestaltet sich nach wie vor als schwierig. Die Projektierung solcher kombinierter Netzstrukturen erweist sich dabei meist als sehr kompliziert, will man doch mit minimalem Aufwand eine größtmögliche Abdeckung erreichen. Deshalb werden solche Strukturen vorher am Rechner geplant und bedürfen anschließend einer genauen Analyse mittels Modellierung, Simulation und Optimierung, um Fehler in Architektur oder Dimensionierung auszuschließen. Im Rahmen des Diplomvorhabens soll durch die Gestaltung und Aufbau einer Wissensdatenbank mit begleitender Webpräsentation, eine so genannte CANDYpedia entstehen, die das zukünftig besser unterstützt und Redundanzen bestmöglich vermeidet. Die in der Diplomarbeit gesammelten methodischen Beiträge zu Computergestützter Projektierung von drahtlosen und drahtgebundenen Netzwerken sollen eine Basis für weitere universitäre Praktika bilden. Ein weiteres Ziel dieser Diplomarbeit ist es, vorhandene Ausbreitungsalgorithmen zu analysieren, vergleichen, validieren, verbessern und Vorschläge für neue Ausbreitungssimulationen zu formulieren. Weiterhin soll ein neuer Algorithmus entwickelt werden, der durch Abstraktion praktischer Erfahrung und bereitgestellter Datenblätter einen größtmöglichen Erkenntnisgewinn für die die Ausbreitung von Funknetzwerken erbringt

3 Schwerpunkte: 1. Analyse der Erkenntnisse im CANDY Projekt (theoretisch, praktisch, software-technisch) 2. Entwicklung eines Konzeptes und passender Darstellungsform zur CANDYpedia 3. Evaluierung des CANDY Frameworks, Vergleich zu existierenden Projektierungstools zu drahtlosen und Drahtgebundenen Netzwerken (AIXCOM Composis, NetML, Netml, OPNET, Ekahau etc.) 4. Praktische Umsetzung der CANDYpedia bzw. Wissensdatenbank (begleitende Webpräsentation) für das CANDY Web Portal Betreuer: Dr.AndriyLuntovskyy/ Dr. rer. nat. Dietbert Gütter Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr. A. Schill Institut: Institut für Systemarchitektur Lehrstuhl: Rechnernetze Beginn am: 15. November 2006 Einzureichen am: 14. Mai

4 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung Motivation für CANDY Aktuelle Entwicklungen bei WLAN und WiMAX Knowledgebase CANDYpedia Benutzerbeschreibung einer Knowledgebase Betreiber Inhaltsverwalter Antragsteller und Autor Rezensent Taxonom Abgrenzung Content Management System gegen Wiki Systeme Content Management System (CMS) Serverseitiges CMS Clientseitiges CMS Server- und Clientseitig Hybride Systeme Dynamische Systeme Statische Systeme Dynamisch- und Statisch Hybride Systeme Wiki Plattformen Erstellung und Verlinkung von Inhalten Vergleich von Wiki und CMS Vorstellung einiger wichtiger Systeme MediaWiki TWiki TikiWiki OpenWiki JSPWiki Vergleich der Wiki Systeme Vorstellung von CMS Systemen Typo Joomla! Drupal OpenCMS Redaxo Vergleich der WCMS CandyPedia Anforderungsbeschreibung Entscheidung für eine Plattform Wiki Plattformen als Knowledgebase WCMS als Knowledgebase Suche nach Alternativen F.A.S.T KnowledgeBasePublisher (KBPublisher) Standards ein Vergleich von WLAN und WiMAX WLAN IEEE a IEEE b und b IEEE g

5 3.1.4 IEEE n Weitere Standards und Erweiterungen von IEEE WiMAX IEEE (-2001) IEEE a IEEE d (WiMAX fixed) IEEE e (WiMAX mobile) IEEE Übersicht und Vergleich der WiMAX Standards Übersicht und Stand aller WiMAX Standards Definition der wichtigsten WiMAX Standards Vergleich von WLAN und WiMAX Standards IEEE Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) Systemarchitektur Anwendungen und Szenarien von MBWA PHY Layer QoS, Link Adaption und PowerControl MAC Layer und höhere Schichten Modulationsverfahren, Kodierung und Übertragungstheorie Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDM Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) Frequency Division Duplex (FDD) und Time Division Duplex (TDD) Quadratur Amplituden Modulation (QAM) MIMO Technologie Physikalische Faktoren und Modelle der Funkwellenausbreitung Fresnelzone Reflektionen Diffraktion Absorbtion und Dämpfung Interferenzen Beam Forming Antennen Antennengewinne Planung und Simulation von Funknetzwerken WiMAX Netzplanung WiPLAN WinProp WLAN Netzplanung WiSE CINDOOR Ekahau Site Survey Airespace Control System (ACS) Ausbreitungsmodelle und Algorithmen Empirische Ausbreitungsmodelle Free Space Loss Modell (FSL) Log- distance Path - loss Modell COST Hata Modell Semi- Empirische Ausbreitungsmodelle COST Walfisch Ikegami Modell

6 7.3 Analytische Verfahren Strahlenoptische Verfahren Raytracing Raylaunching Feldtheoretische Modelle Praktische Anwendung und Bewertung Link Budget Bilanz Modelle zur Simulation von Breitbandfunknetzwerken Dominant Path Prediction Model (DPPM) DPPM für CANDY Urban Street Propagation Verbesserung Multi Wall Model (MWM+) Enhanced Multi Wall Model (EMWM) mit Interferenzen und Waveguiding Effect Multi Wall Multi Level Modell (MWML) Digital Heightmap Model (DHM) Digitale Karten Clearance Modell Simulation mit DHM Antennenwinkel Zusammenfassung und Ausblick von DHM CANDY Projekt Zusammenfassung und Ausblick A.1 Tabellenverzeichnis 140 A.2 Abbildungsverzeichnis A.3 Abkürzungsverzeichnis. 143 Quellen- und Literaturverzeichnis B Selbstständigkeitserklärung

7 1. Einleitung Funktechnologien haben in der letzten Zeit massiv an Bedeutung gewonnen. Waren vor wenigen Jahren noch die Kabelnetze dominierend, so wird heutzutage zunehmend die Kommunikation über Funkstrecken abgewickelt. Gerade die Mobilität ist den Verbrauchern zunehmend wichtig geworden, was gerade zu dem rasanten Erfolg der Mobilfunkunternehmen führte. Für Gespräche wurde der Markt für die Kabelnetzbetreiber zunehmend härter, weil die Anzahl der Kunden schwand. Allein die Datenkommunikation lag bisher fest in der Hand von Kabelbetreibern. Aber auch hier haben die Funknetzbetreiber mit UMTS Fuß in diesem Markt gefasst. Durch die zunehmende Verbreitung von Laptops und auch der allgemein vereinfachten Anschlussart, setzten sich vor allem im privaten Bereich sehr schnell die Funknetzwerke mit WLAN- oder Bluetoothstandards durch. Dabei spielt für den privaten Anwender eine genaue Planung eher eine untergeordnete Rolle. Für ihn sind weder Lastmodelle, Frequenzbänder noch der optimale Standort für maximale Ausbreitung von Bedeutung. Er wird seinen Accesspoint immer in der Nähe der Endgeräte positionieren oder ausprobieren. Anders ist das für ein Firmennetzwerk oder die Abdeckung eines Bürogebäudes mit WLAN Funktechnik. Dann spielen die Anzahl der Nutzer, Flächen- und Ausbreitungsmodelle, Architektur des Gebäudes und vor allem der Kostenfaktor eine erhebliche Rolle. Schon bei der Planung eines Gebäudes sollte die spätere Verkabelung und der Anschluss der Nutzer mit dem Internet geplant werden. Dadurch lassen sich spätere Wanddurchbrüche, Verzögerungen beim Bau und zusätzliche Kosten vermeiden. Außerdem müssen die Lastmodelle berücksichtigt werden, damit sich die Anwender später in den WLAN Kanälen nicht überschneiden oder die maximalen Kabellängen und Kapazitäten der Switches nicht überschreiten. Aber nicht nur der lokale Bereich wird zunehmend von Funknetzwerken erschlossen. Auch die Städte und DSL-freie Zonen können durch die neuen Technologien, über unterschiedliche Topologien erreicht und versorgt werden. Dabei konkurriert man inzwischen sowohl mit den Kabelnetzbetreibern als auch mit den GSM-Funknetzanbietern um Kunden. Allein die zuverlässige Planung solcher Netzwerke aufgrund von Ausbreitungsmodellen, bereitet noch große Schwierigkeiten. Dabei sind unterschiedliche Topologien ebenso zu beachten wie die Ausbreitung eines Funkstrahls oder die unterschiedlich großen Dämpfungen von Materialien

8 1.1 Motivation für CANDY CANDY ist das Projekt, welches das computerunterstützte Planen von Kabel- und Funknetzwerken ermöglichen soll. Zwischen diesen beiden Arten gibt es natürlich große Unterschiede. Während eine Mauer durch den Funkstrahl einfach durchdrungen wird, ist bei einem Kabel der physikalische Durchbruch der Wand für die Kabeltrasse notwendig. Es ist also oft effektiver, eine Planung und den Aufbau von Funknetzwerken durchzuführen. Das hat viele Vorteile und eine Simulation solcher Netzwerke vereinfacht die Planung und Umsetzung noch mal zusätzlich. Aber es gibt auch eine gemeinsame Schnittstelle dieser Netzwerkformen. Jedes WLAN benötigt Accesspoints, in den sich die Nutzer einwählen. Und dieser benötigt wieder eine Kabelverbindung zum Breitbandanschluss, Switch oder Router. Das heißt, dass ein Funknetzwerk auch immer der Kabelprojektierung bedarf und sich dieser bedienen muss. Es gibt schon viele Werkzeuge, die in der Lage sind, ein Funknetzwerk zu planen und zu simulieren. Auch die Erweiterung und Überwachung von diesen Netzwerken ist schon gelöst. Allerdings haben die vorhandenen Lösungen auch noch einige Nachteile und Defizite: Keine Planung der notwendigen Kabelverlegung Gebäudemodelle nur als 2D Bilder einlesbar Keine Last- und Raummodelle Ungenaue Simulation Auf eine Technologie beschränkt Meist nur wenige Standards unterstützt Sehr teuer Nicht weiterverwendbare Ausgabeformate Genau diese Nachteile versucht das Projekt CANDY zu analysieren und zu beseitigen. Am Ende soll ein mächtiges Werkzeug entstehen, womit sich die Planung wesentlich vereinfachen und beschleunigen lässt

9 1.2 Aktuelle Entwicklungen bei WLAN und WiMAX Schon seit einiger Zeit wird vor allem für DSL- freie Gebiete der Breitbandanschluss in Form von WiMAX angeboten. Bis Dezember 2006 waren allerdings keinerlei Frequenzen für WiMAX in Deutschland spezifiziert, freigegeben oder zu kaufen gewesen. Was bisher unter dem Namen des neuen Funkstandards verkauft wurde, waren alte Breibandfunkfrequenzen mit dem Namen WLL (Wireless Local Lopp). Diese 3,5 GHz Frequenzen wurden von der Bundesnetzargentur (BNetzA) schon vor Jahren vergeben. Allerdings sind alle Unternehmen inzwischen insolvent oder aufgekauft wurden, weswegen das Frequenzband als nicht mehr benutzt galt. Nur einige Unternehmen benutzten die Frequenzen aus Anteilen der gekauften Firmen. Die BNetzA beschloss die Neuverteilung der Frequenz, worauf sich von Dezember 2005 bis Februar 2006, 1221 Unternehmen bewarben. Die meisten Bestellungen galten zwar für den regionalen Bereich, aber der Frequenzbedarf überstieg bei weitem die verfügbaren Frequenzbänder. Außerdem sollte eine Versorgungspflicht der Frequenzbesitzer sichergestellt werden, damit die vergebenen Frequenzen nicht ungenutzt verfallen. Durch das hohe Interesse entschloss man sich, ein faires Frequenzvergabeverfahren einzuleiten. Dieses sollte ähnlich wie bei den UMTS Frequenzen ablaufen. Das heißt, dass unter allen Bewerbern die vorhandenen Frequenzen versteigert werden sollten. Die insgesamt 28 Regionen, decken in der Summe das gesamte Bundesdeutsche Gebiet ab. In folgende Regionen wurde unterteilt: 1. Schleswig 2. Hamburg 3. Weser-Ems 4. Bremen/ Lüneburg 5. Hannover/ Braunschweig 6. Mecklenburg 7. Vorpommern 8. Köln/ Düsseldorf 9. Detmold/ Arnsberg 10. Münster 11. Sachsen- Anhalt 12. Berlin/ Brandenburg 13. Trier/ Koblenz 14. Saarland/ Pfalz 15. Rhein/ Main 16. Kassel/ Gießen 17. Thüringen 18. Halle/ Leipzig 19. Dresden/ Lausitz 20. Chemnitz 21. Stuttgart/ Karlsruhe 22. Freiburg 23. Tübingen 24. Franken 25. Oberpfalz 26. Schwaben 27. Oberbayern 28. Niederbayern Abbildung 1-1 BNetzA Einteilung der 28 Frequenzregionen [1] - 9 -

10 Die Versorgungspflicht ist in mehreren Stufen gestaffelt. Die Interessenten hatten die Möglichkeiten, zwischen 28 Regionen zu wählen, in denen sie Frequenzen kaufen konnten. Jede Region umfasst 4 Frequenzbänder von je 21 MHz Breite. Die ersten beiden Bänder, stehen in jeder Region zur Verfügung und sollten als bundesweite Lizenz verkauft werden. Die anderen beiden Bänder sind nicht in jeder Region uneingeschränkt durch die oben erwähnten noch gültigen WLL Lizenzen nutzbar. Jede Region ist in Gemeinden aufgeschlüsselt. Bis ins Jahr 2009 sollten die Anbieter etwa 15% der Gemeinden mit der Funktechnologie erreichen können und bis zum Jahr 2011 schon etwa 25%. Für die Einhaltung dieser Verpflichtung verlangte die BNetzA eine Kaution, die sich nach Anzahl der Gemeinden und Einwohneranzahl richtete. Für die Region 19 (Dresden/Lausitz mit 299 Gemeinden) waren Euro als Kaution zu hinterlegen. Die höchste Kaution war für die Region 8 (Köln/Düsseldorf) mit Euro zu hinterlegen. Am begann das Versteigerungsverfahren für die BWA Frequenzen, mit denen sich WiMAX realisieren lässt. Von den ursprünglich knapp 1200 Interessenten, hatten sich zum Ende der Anmeldefrist nur 6 Firmen für die Versteigerung angemeldet. Das stärkste Unternehmen dabei ist Clearwire, welches eine Kooperationsfirma von Intel und Motorola ist. Clearwire Europe hat ihren Sitz in Luxemburg. Am fand die Versteigerung der Frequenzen ein Ende. Zum Schluss hatten 5 der teilnehmenden 6 Unternehmen Lizenzen ersteigert. Dabei haben Clearwire, DBD (Deutsche Breitband Dienste) und Inquam Broadband GmbH je eine bundesweite Frequenz ersteigert, während sich MGM und Televersa einige regionale Frequenzen teilen. Die Versteigerung kostete die Unternehmen insgesamt etwa 56 Millionen Euro. Damit kosteten die BWA Frequenzen nur etwa ein Tausendstel von dem, was die im Jahr 2000 versteigerten UMTS Frequenzen einbrachten. Allgemein gelten die Lizenzen damit als Schnäppchen und stehen mit Versteigerungsdatum sofort zur Verfügung. Durch die günstige Vergabe erhofft man sich, dass genügend Mittel für einen schnellen Netzaufbau und -ausbau zur Verfügung stehen. Die Frequenzen sind vorerst bis zum Jahr 2021 befristet. In einem Presseschreiben von DBD heißt es, dass rund eine Milliarde Euro in den Infrastrukturausbau in Deutschland investiert werden sollen. Weiterhin sollen mit einem neuen radikalen Geschäftsmodell nicht nur DSL- freie Regionen, sondern vor allem auch Metropolen mit WiMAX ausgebaut werden. Wer dann von seinem Telekomanschluss zur MaXXonair wechselt, soll die Internetflatrate kostenlos zum Funkanschluss dazubekommen. DBD benennt in der Mitteilung Intel als strategischen Partner, mit dem auch zukünftig der Ausbau vorangetrieben werden soll. Mit der Marke MaXXonair und DSLonair betreibt DBD schon jetzt über 30 Breitbandinternetnetzwerke in Deutschland

11 2. Knowledgebase CANDYpedia Eine Wissensdatenbank (engl. Knowledgebase) ist eine spezielle Sammlung von Informationen und beinhaltet in erster Linie das Informationsmanagement. In einer solchen Sammlung wird explizites Wissen schriftlich festgehalten. Dabei teilt sich die Datenbank meist in 2 Bereiche auf. Einen externen oder öffentlichen Bereich und einen internen, auf den nur berechtigte Personen Zugriff haben. In diesen beiden Bereichen werden Ideen, Papers, Artikel, Informationen, Diskussionsgrundlagen, Erkenntnisse, Handbücher oder Problemlösungen festgehalten und für eine bestimmte Gruppe veröffentlicht. Neben einer Suche für den Inhalt, ist für die Wissensdatenbank vor allem auch die sorgfältige Strukturierung der Inhalte von besonderer Bedeutung. Viele Unternehmen benutzen diese Datenbanken auch und vor allem als Supportsystem, in der viele Antworten auf die Fragen der Benutzer stehen. Der Benutzer muss sich also selbst seine Antworten aus der Informationsmenge heraussuchen. Ihm können aber auch Anleitungen oder Benutzerhandbücher in der Knowledgebase zur Verfügung gestellt werden, damit der Nutzer Probleme möglichst von selbst lösen kann. Einige der bekanntesten Unternehmen, die Wissensdatenbanken einsetzen sind: Microsoft Toshiba Bosch Außerdem benutzen viele mittelständische und kleinere Betriebe, die in der Fertigung und Entwicklung tätig sind, eine Wissensdatenbank um ihr KnowHow abzulegen, zu ordnen und zu strukturieren. Viele Internetforen bezeichnen sich auch selbst als Wissensdatenbank. Dabei werden zwar von Benutzern oder Mitgliedern der Seite Informationen abgelegt, aber man kann sie nicht im eigentlichen Sinne als eine Knowledgebase bezeichnen, weil Informationen wesentlich schlechter strukturiert werden können, die Suche nach Wissen nicht ausreichend mächtig ist und auch die Rollenverteilung sowie Regeln in einfachen Foren meist wesentlich lockerer sind, als es in einer Wissensdatenbank erwünscht und gefordert wird. Allgemein lässt sich die Aufgabe einer Wissensdatenbank folgendermaßen beschreiben: Wissen sammeln und Personen zur Verfügung stellen Schnelles finden und zugreifen auf Ressourcen Informationen sammeln, bewerten, strukturieren, kommentieren und verknüpfen Hinter dem Webauftritt steht meist eine relationale Datenbank, deren Inhalte Texte, Bilder, Film- und Tondokumente sind. Außerdem sollte eine Suchmaschine sowie ein Index, als auch die Möglichkeit von Querverweisen auf verwandte Dokumente, gegeben werden

12 2.1 Benutzerbeschreibung einer Knowledgebase So vielfältig die Einsatzgebiete und Komplexität einer Wissensdatenbank sind, so vielschichtig sind auch die Benutzerrollen des Portals. Eine vorgegebene oder gerichtete Trennung der Benutzer gibt es dabei nicht. Vielmehr bestimmen Umsetzung und Anwendungsgebiet der Wissensdatenbank die Benutzerrollen. Die Rechte der Benutzer werden dabei von den Betreibern festgelegt oder zumindest auf deren Bedürfnisse abgerichtet. Zumeist gibt es aber keine spezifischen Rollen, sondern es entsteht eine n:m Beziehung. Das heißt ein Benutzer kann auch mehrere Rollen einnehmen, so dass eine Rolle von mehreren Personen erfüllt werden kann. Einige Rollen sind zum Betreiben einer Wissensdatenbank zwingend erforderlich, während andere eher optional eingesetzt werden können, um eine bessere Wartung zu garantieren, sowie Qualitätsmerkmale zu definieren und durchzusetzen Betreiber Der Betreiber einer Wissensdatenbank ist eine Rolle, die zwingend erforderlich ist und auch administrative Aufgaben zu erfüllen hat. Der Betreiber hat die volle Verantwortung für die Planung, Umsetzung sowie die Einführung der Knowledgebase. Außerdem ist er verantwortlich für die Beschaffung und Lizenzierung zusätzlicher Dienstleistungen. Ihm obliegt es, weiterhin die Effektivität seiner Wissensdatenbank zu beurteilen und zumeist in Abstimmung mit weiteren Benutzerrollen, die Benutzeroberfläche zu gestalten und zu koordinieren. Als letzte große Aufgabe hat er für die Schulung seiner Mitarbeiter und Benutzer zu sorgen, sowie ein Organisationsschema für die Eintragung und Datenhaltung zu entwickeln. Auch dieser letzte Punkt sollte in Abstimmung weiterer administrativer Rollen passieren Inhaltsverwalter Auch diese Rolle erfüllt gegenüber der Wissensdatenbank administrative Aufgaben. Sie kann sich allerdings mit weiteren Rollen, wie die des Autors oder Rezensenten überschneiden. Die Funktion des Inhaltsverwalters ist dabei aber für die Funktion einer Wissensdatenbank zwingend erforderlich. Zu den Aufgaben des Inhaltsverwalters oder auch Content Manager gehört vor allem das Lesen und Bewerten von Inhalten. Diese müssen auf Relevanz, Eignung und Qualität hin geprüft werden. Weiterhin obliegt es seinen Aufgabenbereich, Recherchen in der Datenbank durchzuführen um Dopplungen von Einträgen zu erkennen, zu vermeiden oder zu beseitigen. Außerdem hat er die Aufgabe, neue Artikel, die zur Eintragung beantragt werden, freizugeben, nachdem er sie nach oben genannten Kriterien geprüft hat Antragsteller und Autor Diese beiden Rollen können zwar auch getrennt geführt und betrachtet werden. Allerdings gleichen sich ihre Aufgaben im Wesentlichen. Der Autor hat die Aufgabe, Inhalte zu verfassen. Das ist ebenso auch die Aufgabe eines Antragstellers. Dabei werden die Inhalte im Zuge eines Geschäftsprozesses erschaffen oder nach Bedarf geschrieben und angefordert. Meistens sorgen die beiden Rollen nur für die reinen Inhalte, ohne dabei auf eine stilistische Vorgabe Rücksicht zu nehmen. Ein Antragsteller oder Requestor ist außerdem, wer Änderungen oder die Bearbeitung vorhandener Inhalte erfragt

13 2.1.4 Rezensent Die Aufgaben dieser Rolle dienen in erster Linie der Qualitätssicherung der Wissensdatenbank. Sie ist für das Betreiben und Weiterführen der Datenbank aber nicht zwingend erforderlich. Wie bei der Rolle des Antragstellers und Autors erwähnt, sind sie für die reine inhaltliche Bearbeitung von Artikeln verantwortlich. Danach empfiehlt es sich, dass der Rezensent (engl. Reviewer oder Editor) die stilistische und somit optische Aufbereitung übernimmt. Außerdem obliegt es seinem Aufgabenbereich, die Aktualität sowie die strukturelle Richtigkeit der Inhalte zu prüfen und gegebenenfalls zu korrigieren. Eine weitere Aufgabe dieser Rolle ist es, die Artikel in der Knowledgebase auf eine korrekte Grammatik sowie Rechtschreibung hin zu überprüfen Taxonom Die Rolle des Taxonomen ist zwar administrativ, aber nicht zwingend erforderlich für das Betreiben einer Wissensdatenbank. Allerdings empfiehlt es sich für die bessere Benutzbarkeit und Wartungsfreundlichkeit, diese Rolle zu besetzen. Zumeist wird mit der Erfüllung dieser Aufgaben auch die Akzeptanz durch den Benutzer gegenüber der Knowledgebase größer. Zu den wichtigsten Aufgaben dieser Rolle gehört es, Standards und Normen für die Konsistenz von Inhalten zu schaffen. Diese Aufgabe geht auch meistens mit der des Inhaltsverwalters einher. Weitere Aufgaben des Taxonoms ist das Setzen von Standards bezüglich der Begriffskontrolle und zusammensetzung. Dazu muss er ein Thesaurus, also Wortnetz erschaffen, welches spezifische Schlüsselwörter enthält, die in der Wissensdatenbank speziell hervorgehoben werden können. 2.2 Abgrenzung Content Management System gegen Wiki Systeme Die Informationssuche ist ein normaler und für viele Menschen alltäglicher Vorgang. Diese Informationen aber zielgruppenorientiert aktuell und angemessen ins Internet zu stellen, ist dagegen wesentlich schwieriger. Eine einfache Hilfe bieten die WYSIWYG (What You See Is What You Get) Editoren, bei denen das spätere Ergebnis direkt beim Design- oder Schreibprozess angezeigt werden kann. Sobald die Anzahl der Inhalte steigt oder von mehreren Personen gestaltet wird, sollte ein CMS zum Einsatz kommen. Das Webinterface und die Trennung von Inhalt und Layout durch Templates, welche sich leicht anpassen lassen, reduzieren den Verwaltungsaufwand einer Seite ernorm Content Management System (CMS) Content Management Systeme sind, wie der Name schon aussagt, Anwendungsprogramme, die helfen Informationen und Inhalte (Content) zu bearbeiten, indizieren und zu verwalten. Im Vordergrund steht dabei die gemeinsame Verwaltung der Informationen, weshalb CMS auch teilweise als Groupwaresysteme gebraucht oder zweckentfremdet werden. Eine spezielle Untergruppe der CMS sind die Web Content Management System (WCMS). Diese haben neben der Verwaltung des Inhaltes auch noch die Aufgabe, die Schnittstelle zwischen Benutzer und Web darzustellen. Der Benutzer muss ein solches WCM System ohne Programmierkenntnisse benutzen und auch ohne XML- oder HTML- Kenntnisse Inhalte einpflegen können. Der Leistungsumfang solcher Systeme deckt eine große Anwendungsvielfalt ab. Er reicht von einem Internetbaukasten, mit dem man einfache Webseiten erstellen

14 kann, über vollständige Workflow Integrationen bis hin zu Informations Lifecycle Management. Die speziellen Anforderungen an ein Web Content Management System kann man folgendermaßen beschreiben: Unterstützung der Arbeitsprozesse beim veröffentlichen von Inhalten. Dabei speziell die Zusammenarbeit der verschiedenen Rollen im System koordinieren Bereitstellen von Formatvorlagen und Templates zur schnelleren Bearbeitung, einhalten von Designvorgaben, sowie eine Benutzbarkeit ohne HTML Kenntnisse Life-Cycle Management von Inhalten, also dem zeitlich begrenzten Veröffentlichen oder automatischen Archivieren von Informationen Ein Content Management System kann grundsätzlich beim Client oder auf dem Server ausgeführt werden. Daraus ergeben sich sowohl Vorteile, aber Nachteile und Restriktionen Serverseitiges CMS Ein großer Vorteil eines CMS, das auf einen Webserver installiert und ausgeführt wird ist, dass es weltweit allen Benutzern gleichzeitig zur Verfügung steht. So können auch alle gleichzeitig im System arbeiten. Hieraus ergibt sich aber auch eine weitere Aufgabe, die ein serverseitiges CMS zu erfüllen hat. Für Inhalte, die gerade in Bearbeitung sind, müssen Zugriffsperren errichtet werden, damit nicht zwei Autoren denselben Artikel bearbeiten und dadurch Inkonsistenzen entstehen. Ein Webserver ist im Internet aber frei zugänglich und somit könnte jeder am CMS mitarbeiten oder absichtlich behindern. Solche böswillige Sabotage von Informationen oder allgemein der CMS, nennt man Informationsvandalismus. Um ein System zu schützen, muss man Benutzer- und Zugriffskontrollen einführen. Dazu gibt es Access Controlllisten (ACL), welche definieren, wer Zutritt zum System hat. Bei einem öffentlichen System verbietet man einzelnen Benutzern den Zutritt über Black Lists und verhindert Sabotage mit einem Spamschutz, sowie einem Anlegen eines Backups von gelöschten oder veränderten Inhalten. Serverseitige CMS sind dabei schwerer zu installieren, da sie eine serverseitige Programmiersprache verwenden und zumeist mit einer Datenbank gekoppelt sind. Allerdings sind sie grundsätzlich für Websites aller Größenordnungen geeignet Clientseitiges CMS Clientseitiges CMS bedeutet, dass man seine Artikel auf dem eigenen Rechner in ein Anwendungsprogramm schreibt. Diese Artikel werden dann meist über einen FTP Upload direkt an den Server geschickt. Man benötigt keine serverseitige Programmiersprache mehr, allerdings muss die Website von diesem Rechner steuerbar sein. Inkonsistenzen werden dadurch vermieden, dass man die Inhalte nur von dem Rechner ändern oder hinzufügen kann, auf dem das Programm läuft, welches auch die Website steuert. Da eine solche Architektur die Flexibilität sehr einschränkt, macht es nur Sinn, wenn beispielsweise große Multi Media Inhalte, wie Videos, bearbeitet werden sollen. Solche Änderungen gestalten sich über eine Internetleitung sehr aufwendig oder können über einen Browser gar nicht durchgeführt werden

15 Server- und Clientseitig Hybride Systeme Es gibt auch Systeme, die sich beider Architekturen bedienen. So wird die Website zwar von einem Programm auf dem lokalen Rechner gesteuert, allerdings nur für bestimmte Bereiche, auf die man Zugriff hat. Somit können weitere Benutzer das System parallel benutzen. Die Bearbeitung der Inhalte kann mittels Plug Ins direkt aus einem Editor oder Microsoft Word geschehen. Solche hybriden Systeme sind aber zumeist speziell entwickelte Softwarekomponenten, die auf die Anforderungen des jeweiligen Endanwenders zugeschnitten sind. Sie spielen somit eine untergeordnete Rolle und haben auch eine sehr geringe Verbreitung Dynamische Systeme Bei einem volldynamischen System wird eine Website bei jedem Aufruf durch einen Anwender neu generiert. Man hat dadurch den Vorteil, dass die Seite jedes Mal auch wirklich aktuell ist. Allerdings geht die dynamische Generierung auch zu Lasten der Performance. Das spielt allerdings erst bei einer größeren Benutzeranzahl und somit der steigenden Anzahl von Aufrufen eine Rolle. Ein solches System hat weiterhin den Vorteil, dass es sehr einfach personalisiert werden kann Statische Systeme Bei dieser Systemintegration wird eine Seite mit dem Layout und den Informationen vorverarbeitet und statisch in das Dateisystem abgelegt. Dadurch muss die Seite bei einem Aufruf nur noch übertragen und nicht extra noch berechnet werden. Das beschleunigt die Auslieferungsgeschwindigkeit enorm und macht vor allem Sinn, wenn viele Aufrufe auf eine Seite kommen und keine zeitkritischen Informationen vorhanden sind. Ein denkbar schlechter Anwendungsfall wäre eine Angebotsseite auf einem Versteigerungsportal, wo ein Counter bis zum Ablauf der Auktion herunter zählt. Eine Seite wird immer nur dann neu verarbeitet, wenn eine Information für die Veröffentlichung freigegeben wird. Dadurch können auch Informationen, die nicht veröffentlicht werden sollen, gut vor ungewollten Zugriff geschützt werden. Der Nachteil dieser Variante ist, dass Informationen immer nur zeitverzögert und meist nur durch explizite Freigabe generiert werden Dynamisch- und Statisch Hybride Systeme Hybride Systeme kombinieren die Vorteile der dynamischen Systeme (Aktualität) mit der Performance der statischen Systeme. Dazu werden die Inhalte getrennt betrachtet und beim Aufruf analysiert. Suchanfragen, News und personalisierte Seiten, werden aus der Datenbank abgerufen und dynamisch zur Laufzeit generiert. Andere Teile der Seite, die keiner häufigen Änderung unterliegen, wie das Design- und Seitengerüst, Texte und Bilder werden statisch abgelegt und stehen somit schnell zur Verfügung Wiki Plattformen Der Name Wikipedia, stammt ursprünglich vom hawaiischen Wort wiki wiki ab, welches soviel wie schnell bedeutet. Das zusammengesetzte Wort soll also schnelles Wissen bedeuten. Diese noch relativ neue Idee wurde erst vor einigen Jahren umgesetzt und fand große Zustimmung und zahlreiche aktive Benutzer. Dabei war es nicht nur möglich, Seiten und Informationen zu konsumieren, sondern auch aktiv mitzugestalten. Deswegen spricht man bei

16 Wiki Systemen auch öfters von sozialer Software, da es ein wirkliches Miteinander der Benutzer ist. Wie üblich bei Hypertexten, sind die Seiten untereinander querverlinkt. Damit ähneln die Wiki Systeme sehr stark den Content Management Systemen. Sie sind eine Art spezialisierte Software und somit eine Untergruppe der CMS. Wiki s werden sehr häufig öffentlich benutzt und zur Verfügung gestellt. Allerdings kann man sie auch lokal im Intranet oder nur auf den eigenen Rechner benutzen. Der Nutzer ruft ein Wiki wie eine normale Internetseite mit seinem Browser auf. Da öffentliche Wiki s keinerlei Zugriffsbeschränkungen auf die Artikel haben, unterliegen sie auch häufig einem virtuellen Vandalismus. Durch eine Art Backupsystem, in dem alle Änderungen gespeichert werden, kann jeder Benutzer veränderte oder gelöschte Inhalte wieder herstellen. Diese Systeme verwalten sich also selbst und bedürfen deshalb einer gewissen Anzahl engagierter Benutzer, einer Community. Zusammenfassend kann man sagen, dass zwei Grundideen in einem Wiki verwirklicht sind: 1. Jeder Nutzer des Wikis kann aktiv den Inhalt und das Portal mitgestalten 2. Das Verändern oder Erstellen eines Inhalts wird so weit wie möglich vereinfacht, damit auch ungelernte Benutzer mitwirken können Erstellung und Verlinkung von Inhalten Wiki s sind normalerweise Webplattformen, auf denen Hypertext Medien erstellt, geändert, angeschaut, gelöscht und verlinkt werden können. In jedem Text sind zumeist fachliche Begriffe mit den dazugehörigen Artikeln verlinkt. Dadurch entsteht eine ungerichtete netzartige Hypertextstruktur. In größeren Wiki Systemen gibt es allerdings oft auch gerichtete hierarchische Navigationsstrukturen. Darüber kann man neben der Suchfunktion ebenfalls gezielt in die Wissensgebiete mit den jeweiligen Artikeln vordringen. Dabei ähneln die Wiki Systeme stark einem öffentlichen Messageboard oder einem Forum, in denen jeder Besucher die Beiträge erstellen kann. Oft gehen dabei aber die übersichtlichen Strukturen verloren oder die Beiträge landen in einem Archiv. Das ist der Unterschied zu einem Wiki, indem die Artikel eine permanente Website bilden. Um bestimmte Begriffe mit anderen Artikeln zu verlinken oder hervorzuheben, gab es früher häufig die CamelCase oder WikiWord Methode. Der Begriff ist auch zugleich ein Beispiel für die Methode. In dem man sinnhafte Wörter zusammenschreibt und das Leerzeichen entfernt, gibt man dem System zu verstehen, dass hier ein Bezeichner gesetzt wurde. Dieses Verfahren kennt man beispielsweise auch schon vom Programmieren mit Java. Auch da werden Klassennamen oft zusammengesetzt. Das Problem dieser Methode ist die Determinierung. Wenn ein Begriff AndreasDorawa markiert wurde, so musste er vom System als Andreas Dorawa ausgegeben werden. Problematisch wird das, wenn Eigennamen beziehungsweise Firmenbezeichnungen in Spiel kommen. LionsGate wäre dann Lions Gate, was aber nicht mehr dem wirklichen Sinn entsprechen würde und man vielleicht auch keine Verlinkung gewünscht hatte. Deswegen verwenden moderne Wiki s inzwischen die free Linking Methode, welche mit Klammern arbeitet. Die WikiWord Methode ist meist schon von der Installation her deaktiviert

17 2.2.3 Vergleich von Wiki und CMS Content Management Systeme haben viele Gemeinsamkeiten mit Wiki s. Oftmals teilen sie sich einen Platz auf einem Unternehmensserver. Ein CMS ist aber weitaus mächtiger und vielseitiger als ein Wiki. Viele CMS bieten Plugins oder Inserts an, aus denen sich ein vorgefertigtes Wiki erzeugen lässt. Spezielle Grundfunktionalitäten die beide Systeme integrieren sollten, sind folgende: Artikelüberschriften sind im Hyperlink integriert Artikelseiten können von jedermann und zu jeder Zeit erschaffen oder geändert werden. Ausnahmen gibt es nur für speziell geschützte Seiten Beide Systeme sind Webplattformen. Die gemeinsame Schnittstelle zum Anzeigen und Bearbeiten ist der Webbrowser Die Systeme bieten für jede Änderung und Aktualisierung eine Versionisierung und einen Verlauf an. Damit lassen sich Änderungen nachvollziehen und ggf. rückgängig machen Die Systeme bieten ein Diskussionsportal an, in dem über Artikel geredet werden kann Wiki Web CMS Trennung Inhalt und Layout Ja Ja Direktes Veröffentlichen Ja Ja Vorkenntnisse erforderlich Nein Nein Dezentrales Arbeiten an verteilten Ja Ja System Proportionales Wachstum Aufwand zu Kaum wachsender Ja Menge des Contents Aufwand Automatischer Workflow über Content Nein Ja Life Cycle Automatische Pflege/ Link Checking teilweise Ja Redesign über Änderung der Vorlage Ja Ja Nutzer gruppieren nach Kompetenz Ja Ja Tabelle 2-1 Vergleich von Wiki und CMS Plattform Nicht jedes Wiki gestattet auch jedem Benutzer die Veränderung des Inhaltes. Wiki s können in ihrer Funktion und Bedienung stufenweise so verändert werden, dass sie am Ende von einer normalen Webpräsenz nicht mehr zu unterscheiden sind, ohne dabei das einfache Erstellen von Inhalten zu verlieren. Eine weitere Anwendung von Wiki Plattformen ist, sie als Kommunikationsportal oder Groupware einzusetzen. Das eignet sich besonders innerhalb einer Projektarbeit, um Wissen zu sammeln und zu koordinieren. Oftmals scheitern Projekte an einem internen Kommunikationsmangel. Dabei könnten solche einfachen Systeme den Verwaltungsaufwand von Mailinglisten fast komplett ersetzen, zumal auch eine Diskussion zu einem bestimmten Thema strukturierter geführt werden kann, als es durch die Mailplattformen gewährleistet werden könnte

18 Zugangskontrolle Backup/ Rollback Konsistenzbeachtung Check-In/Out Funktion Metainformation Anfragefunktion Wiki Offenes System für alle Benutzer. Benutzer- und Contentkontrolle meist in erweiterten Wiki Plattformen Jede Änderung einer Seite wird genau protokolliert. Entweder über eigene Historie oder externe Backup Lösung ist ein Rollback möglich Verschiedene, als auch gleiche Seiten können von mehreren Benutzern bearbeitet werden. Außer einer Warnung werden keine Beschränkungen unternommen Keine Verwendung in Wiki Systemen. Content wird nicht gecheckt sondern ohne Konsistenzprüfung eingetragen. Oftmals auch Inkonsistenzen in den Versionen, die nur selten abgefangen werden. Nur die vom Server bereitgestellten (Datei)Attribute werden verwendet. Durch Mangel an Metainformationen, typischerweise Volltextsuche, Titelsuche, WikiWords. Außerdem Suche nach verwaisten Seiten ohne Bezugslink Web-CMS Statische Webpräsentation die nur von wenigen Benutzern geändert oder aktualisiert wird. Prinzip der Authentisierung und Autorisierung um Zugriffe zu verwalten. Um eine Projektverwaltung zu unterstützen, wird protokolliert, wann welche Änderungen durchgeführt werden. Darauf aufbauend, sind Rückwirkende Inhaltsänderungen auf konsistente Zustände möglich Konsistenzprüfung nur auf Datenbankbasis. Ansonsten kaum notwendig. Oftmals verwendet, falls mehrere Personen an einem Webportal arbeiten, damit Änderungen nicht verloren gehen. Ist ein Inhalt ausgecheckt, kann ihn keiner anderer bearbeiten. Dieser Vorgang ist für alle transparent Wesentliches Merkmal der WebCMS Systeme. Hier werden zu den bereitgestellten Dateiinformationen eine Vielzahl zusätzlicher Informationen bereitgestellt und gespeichert Volltextsuche und Zugriff auf die gespeicherten Metainformationen der Daten auf dem Server

19 Massenoperation Bearbeitung und Verifikation Aggregierung und Beziehungen Multilingualitätssupport Workflow Wiki In Wikis selten umgesetzt. Meist nur umständlich über Perl Scripte oder andere optionale Konzepte. Einfachen Text über Browser ins Formulareingabefeld. Sehr einfache Bearbeitung. WYSIWYG Editoren kommen eher selten zum Einsatz. Einfachste Möglichkeiten der Verlinkung. Verwendung eines Seitennamens erstellt automatisch einen Link darauf. Oft werden Fachbegriffe mit WikiWords als Links markiert aber nicht richtig verlinkt. Grundsätzlich möglich, da die meisten Wikis auf Unicode basieren den jeder Browser verarbeitet. Ansonsten eher schlecht geeignet Inhalt in mehreren Sprachen zu verwalten. Workflow Konzept wird nicht berücksichtigt. Inhalte sollen einfach und schnell eingepflegt werden. Wiki s sind ungeeignet für das entstehen von Inhalten in Mehrstufigen, komplexen Prozessen. Web-CMS Üblicherweise in CMS umgesetzt. Operationen auf viele Objekte gleichzeitig, verringern Administrationsaufwand und erleichtern das Ändern von Daten Abhängig vom System mehrere Möglichkeiten. Teilweise komplizierte Inhaltserstellung, wenn keine Designvorlage vorhanden ist. WYSIWYG Editoren sind häufig implementiert. Links müssen explizit vergeben und eingetragen werden. Wesentlich höherer Aufwand und Gefahr von Dead Links. Abhängig von den Plattformen und deren Umfang ist die Möglichkeit gegeben gleichen Content auch gleichzeitig in mehreren Sprachen zu verwalten. Meist auch Rechtschreibprüfung der jeweiligen Sprache Vor allem bei WCMS umgesetzt. Objekte können mehrere Zustände haben (in Bearbeitung, freigegeben, publiziert und archiviert). In jedem Zustand dürfen nur erlaubte Rollen auf die Objekte zugreifen und Änderungen durchführen. Je nach Umfang des Workflows wird dieser von Drittprogrammen realisiert

20 Wiki Web-CMS Trennung von Inhalt und Layout ist unabdingbar. Inhalt wird als einfacher Text über Templates in HTML oder XHTML gewandelt. Für Gestaltung die Formatierung steht nur ein beschränkter Satz an Regeln zur Verfügung. Somit sind auch dem Design starke Grenzen gesetzt Auf eine explizite Fremdformatwandlung wird verzichtet. Meist nur Tools zum Import von Daten, Fremdformatwandlung anderer Wiki Server. Wichtigstes Mittel zum Import, ist die Copy&Paste Funktion. Wiki Seiten werden als Dynamisch betrachtet, welche ständigen Änderung ausgesetzt sind. Eine externe Verlinkung auf Wiki Content Lifecyclemanagment macht daher nur wenig Sinn. Inhalte haben kein spezielles Verfallsdatum und verwaisen lediglich (Referenzlinks nicht mehr gültig). Heutige Wiki Systeme unterstützen die Einbindung oder Erstellung von Multimedia nur sehr schlecht. Traditionell sind sie nur als Textplattformen Multimedia gewachsen und Multimedia spielte eine untergeordnete Rolle. Da Prinzip eines Wikis verbietet aber keineswegs den Einsatz verschiedener Formate. Bei Wiki s ist jeder Benutzer auch ein Autor. Dem wurde auch die Rechtevergabe angepasst. Inhalt kann bei Kollaboration Wikis inkrementell als auch parallel entstehen. Es kann auch zu Inkonsistenzen kommen. Tabelle 2-2 Leistungsvergleich von Wiki und CMS Plattformen Bei CMS wird meist aber nicht zwingend nach Trennung von Inhalt und Layout gearbeitet. XML ist bevorzugte Beschreibungssprache. Mit XSL-T und XSL-FO werden Stylesheets (Layout) zum Inhalt integriert. Abhängig von Zielplattfort. Üblicherweise wird RTF, XML und HTML standardmäßig unterstützt. Zusätzliche Parser (Import) oder Transformatoren (Export) können optional installiert werden. Inhalt kann nach Ablauf seiner Gültigkeit einfach ausgeblendet, in ein Archiv verschoben oder gelöscht werden. Das kann auch automatisch vom System geschehen. Die Gültigkeit der Links kann dabei verloren gehen. CMS sind auf den Umgang mit Multimedia geradewegs zugeschnitten. Meistens kann die Einbindung von Bildern direkt nach der Erstellung in einem Plugin erfolgen. Auch das Einbinden von externen Bildern oder Medien ist direkt für das Content Management Konzept vorgesehen und fast ausnahmslos implementiert. Ein CMS versteht unter Zusammenarbeit, das parallele Arbeiten am System, aber unterschiedlicher Inhalte. Dabei werden lediglich die Konsistenzen gewahrt

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