Informationsmanagement Vorlesung 9: Mobile und Cloud Computing

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1 Informationsmanagement Vorlesung 9: Mobile und Cloud Computing Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Maass Lehrstuhl für Betriebswirtschaftslehre, insb. Wirtschaftsinformatik im Dienstleistungsbereich (Information and Service Systems ISS) Universität des Saarlandes, Saarbrücken SS 2012 Donnerstags, 10:00 12:00 Uhr (s.t.) Audimax, B4 1

2 Vorlesungsagenda Übersicht 1. Einleitung Managementsicht des Informationsmanagement 2. Grundlagen des Informationsmanagement 3. Aufgaben des Informationsmanagement Management der Informationswirtschaft (2-stündig!) 4. Aufgaben des Informationsmanagement Management der Informationssysteme und Führungsaufgaben (2-stündig!) 5. Aufgaben des Informationsmanagement IT-Controlling Unternehmensarchitekturen 6. Grundlagen der Unternehmensarchitekturen Gastvortrag Dr. Steffen Roehn (2-stündig!) Systemarchitekturen 7. Architekturen von Informationssystemen 8. Webarchitekturen (2-stündig!) 9. Mobile & Cloud Computing Datenmodellierung 10. Grundlagen der Datenmodellierung (2-stündig!) 11. Semantische Datenrepräsentationen (2-stündig!) Prozessmodellierung 12. Grundlagen der Prozessmodellierung Slide 2

3 Es war einmal Evolution der IT Großrechner (Mainframe) Zentraler Hochleistungsrechner in Rechenzentrum; räumliche Nähe zum Anwender PC und Client/Server 80-er Jahre: kleiner Personal Computer in Verbindung mit zentralen Servern Flexibleres Client-Server-System mit Verteilung der Rechenleistung Dezentralisierung und extreme Nähe zum Anwender Internet 90-er Jahre: stärker zentralisierte Webanwendungen Anwendungslogik auf den Webservern Web 2.0 und SOA seit 2000: IT-Industrie -> Service-orientierte IT-Welt Auslagerung von Software-Services an Dienstleister durch lose Kopplung der Services räumliche Trennung von Rechenleistung und Nutzung Mobilität klassische Desktop-PC verliert an Bedeutung -> mobile Endgeräte Integration gefordert -> einheitliche Bedienung aller Geräte und zentralisierte Datenhaltung Online-/Offline-Arbeitsmöglichkeiten ohne Brüche (BITKOM, 2009) Slide 3

4 Mobile Computing Ziel: Zeit- und standortunabhängiger Zugriff auf Informationen, Dienste, Anwendungen Herausforderungen: Schwankungen der Qualität der Datenrate Vielfalt der mobilen Endgeräte (z.b. Tablets, Smartphones) steigende Benutzeranzahl dynamische Veränderung der Topologie (z.b. schwankende Anzahl der verwendeten mobilen Endgeräte an einem Ort) (Schill & Springer, 2012) Slide 4

5 Mobile Computing Umsetzung: spezielle Protokolle für mobile Infrastrukturen Kenntnisse über Verfügbarkeit und Ressourcen der Endgeräte nicht vorausgesetzt Einbezug des Benutzerkontexts (Ort, Zeit, Aktivität, Rolle) Anwendung: B2B Bereich: z.b. im Außendienst, Erfassung von Wartungsdaten für Fahrzeuge, Optimierung des Verkehrsflusses B2C Bereich: z.b. Mobile Banking, mobiler Check-In am Flughafen, mobiler Zugriff, Navigation (Schill & Springer, 2012) Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Maass Slide 5

6 Mobilfunknetze analog A-Netz B-Netz digital C-Netz Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Maass D-Netz (800 MHz) E-Netz (1800 MHz) Slide 6

7 Mobilfunknetze Mobilfunknetze Zentrale Weitverkehrsnetze 2. Generation (= vor allem im privaten Bereich; digital; vorrangig Sprachkommunikation), z.b. GSM (Global System for Mobile Communications) = 2G (bis 24,7 Kbit/s) GPRS (General Packet Radio Service) (bis 53,6 Kbit/s) EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) (bis 59,2 Kbit/s) 3. Generation (= Integration von Diensten der Sprach und Datenübertragung höhere Übertragungsraten), z.b. High Speed Downlink Packet Access (HSDPA, 3G+ oder UMTS- Broadband) (bis 3,6 Mbit/s) 4. Generation (deutlich höhere Datenraten) LTE (Long-Term-Evolution) = UMTS-Nachfolger (bis 100 Mbit/s) (Schill & Springer, 2012) Lokale Funknetze WLAN Reichweite: max. 100m Standard: IEEE Varianten, z.b. IEEE g) - 54 Mbps Zukunft: IEEE ac) 1 Gbps WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access - IEEE höhere Reichweiten und Datenraten als ZigBee offener Funknetz- Standard zur Verbindung von Haushaltsgeräten ( m) Slide 7

8 Mobilfunknetze Mobilfunknetze Zentrale Weitverkehrsnetze Satellitenbasierte Netze Lokale Funknetze Geostationäre Satelliten (GEO) km Abstand zur Erde hohe Signallaufzeiten; nicht für Telefonie geeignet Asynchrone Datenübertragung; z.b. Fernsehen Low-Earth-Orbit Satelliten (LEO) km Abstand zur Erde Individuelle Daten- und Telefoniedienste Sehr viele Satelliten notwendig durch Erdnähe Medium-Earth-Orbit Satelliten (MEO) km Abstand zur Erde Geringe Datenraten: 2,4 64kBit/s für individuelle Kanäle (Schill & Springer, 2012) Slide 8

9 Mobilfunknetze ( Slide 9

10 Wie funktionieren Mobilfunknetze? Problem: Funknetze können nur einen begrenzten Frequenzbereich nutzen (300 MHz ca. 5 GHz) - Frequenzbereich ist in zwei Frequenzbänder unterteilt; unteres Frequenzband = Übertragung der Daten vom mobilen Endgerät zum Sender (Uplink); oberes Frequenzband = Übertragung der Daten vom Sender zum mobilen Endgerät (Downlink) Herausforderung: möglichst effiziente Nutzung des verfügbaren Frequenzbereich Lösungsansatz: Mehrfachnutzung der verfügbaren Frequenzen - Raummultiplexverfahren (SDMA): Aufteilung in Zellen - Größe einer Funkzelle abhängig von (1) meteorologischen und geografischen Gegebenheiten, (2) Aufbauhöhe und Typ der verwendeten Antennen, (3) Sendeleistung und (4) dem verwendeten Mobilfunkstandard - z.b. GSM-Zelle (normal besiedeltes Gebiet) = ca. 35 km; GSM-Zelle (dünn besiedeltes Gebiet) = ca. 70 km - UMTS besitzt flexiblere Zellenstruktur als GSM -> vier Stufen von zellularen Sende- und Empfangsanlagen à Anpassung der Zellengröße auf Bevölkerungsdichte durch zugeschnittene Frequenznutzung und Sendeleistung - Meistens werden Zellen der Zone 2 (Urban (Micro Cell = m)) und 3 (Suburban (Macro Cell = 350 m - 20 km)) verbaut ( Slide 10

11 Wie funktionieren Mobilfunknetze? Lösungsansatz: Mehrfachnutzung der verfügbaren Frequenzen Frequenzmultiplexverfahren (FDMA) Frequenzmultiplexverfahren (FDMA): mehrere logische Übertragungskanäle innerhalb eines bestimmten Frequenzspektrums -> Aufteilung in Bänder Zeitmultiplexverfahren (TDMA): Sendezeit in feste Zeitabschnitte aufteilen -> Slots Zeitmultiplexverfahren (TDMA) Codemultiplexverfahren (CDMA): unterschiedliche Kodierungen (Schill & Springer, 2012; Quelle der Grafiken: Wikipedia) Slide 11

12 Wie funktionieren Mobilfunknetze? ( Slide 12

13 Protokolle für Mobile Computing Bestehende Protokolle für drahtgebundene Netze müssen an die Bedürfnisse von mobilen Netzen angepasst werden Mobile Geräte müssen dynamisch Netze wechseln können Grundlage sind Internet-Protokolle auf Basis von TCP/IP DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Dynamische Variante für mobile Geräte Automatische Zuweisung einer IP- Adresse ohne manuelle Anpassung Mobile IP Ermöglicht den Wechsel von Netzen bei Beibehaltung einer IP-Adresse Jedes Endgerät hat 2 Adressen: primär = Home Address, sekundär = Care-Of- Address (CoA) In fremdem Netz bekommt mobiles Gerät eine CoA zugewiesen, die er dann seinem Heimnetz mitteilt, welches den Datenverkehr dann an die CoA und damit mobiles Gerät weiterleitet (IP-to- IP-Kapselung) Mobile Varianten von TCP und RPC Anpassung von TCP (Transmission Control Protocol) für mobilen Kontext; z.b. Verfahren bei Paketverlust Anpassung von RPC (Remote Procedure Call), um Unterbrechungen in Verbindung verarbeiten zu können (Schill & Springer, 2012) Slide 13

14 Beispiel: Ortsbasierte Dienste Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Maass Slide 14

15 Es war einmal Evolution der IT Internet 90-er Jahre: stärker zentralisierte Webanwendungen Anwendungslogik auf den Webservern Web 2.0 und SOA seit 2000: IT-Industrie -> Service-orientierte IT-Welt Auslagerung von Software-Services an Dienstleister durch lose Kopplung der Services räumliche Trennung von Rechenleistung und Nutzung Mobilität klassische Desktop-PC verliert an Bedeutung -> mobile Endgeräte Integration gefordert -> einheitliche Bedienung aller Geräte und zentralisierte Datenhaltung Online-/Offline-Arbeitsmöglichkeiten ohne Brüche Cloud Computing Software und Daten auf externer Infrastruktur basierend auf vorhandenen Technologien Vorreiter: diverse Gratisangebote im Internet, u.a. -Dienste (z.b. web.de), Bilder-Dienste (z.b. Picasa), Server Farmen (z.b. Amazon) (BITKOM, 2009) Slide 15

16 Cloud Computing Quelle: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie Slide 16

17 Was ist Cloud Computing? Communication Computation Storage User Presentation Business Logic Data Cloud Computing ist ein Modell, das es erlaubt bei Bedarf, jederzeit und überall bequem über ein Netz auf einen geteilten Pool von konfigurierbaren Rechnerressourcen (z.b. Netze, Server, Speichersysteme, Anwendungen und Dienste) zuzugreifen, die schnell und mit minimalem Managementaufwand oder geringer Serviceprovider-Interaktion zur Verfügung gestellt werden können. (Hogan et al., 2011 (dt. Übersetzung)) is provided by some Infrastructure Abstraktion von der Infrastruktur - das Cloud Computing Prinzip Slide 17

18 Merkmale des Cloud Computing On-demand Self Service - Automatische Bereitstellung der Ressourcen (z.b. Rechenleistung, Speicherung) ohne Interaktion mit Service Provider Broad Network Access - Services sind mit Standardmechanismen über Internet verfügbar; nicht an bestimmten Client gebunden Resource Pooling - Ressourcen des Anbieters liegen in Pool vor, aus welchem sich viele Anwender bedienen (Multi-Tenant Modell -> Mandantenfähigkeit) - Anwender wissen nicht, wo genau sich die Ressourcen befinden; Möglichkeit der vertraglichen Festlegung des Speicherorts, z.b. Region, Land Rapid Elasticity - Services können schnell und elastisch zur Verfügung gestellt werden, zum Teil automatisch - Aus Anwendersicht -> unendliche Ressourcen Measured Services - Ressourcennutzung kann gemessen / überwacht werden und deswegen in angemessenem Umfang den Cloud-Anwendern zur Verfügung gestellt werden (Hogan et al., 2011) Slide 18

19 Der Begriff der Cloud Cloud = einer der ältesten Begriffe im Jargon der Informationstechnologien Ingenieure zeichneten Wolken in Diagramme, um zu zeigen, dass ihr Netzwerk ein externes Netzwerk berührt, dessen innere Struktur unbekannt oder irrelevant ist Ab 1990 wurden Wolken zum Metaphor für das Internet an sich Neue Bedeutungsebenen kamen in den letzten 10 Jahren hinzu, als u.a. Google Software anbot, die simultan auf mehreren Servern laufen konnte Auf einer Konferenz, 2006, äußerte sich Eric Schmidt (Google) zur neuen Bedeutung der Cloud : I don t think people have really understood how big this opportunity really is. > Branchenumsatz europäischer Clouddienste im Jahr 2008: 971 Mio. Euro (Singer, 2010 bezugnehmend auf International Data Corporation (IDC)) Unterschied zu klassischem IT- Outsourcing und Grid Computing in der!übung am 05. Juli (Fowler & Worthen, 2009; Singer, 2010) Slide 19

20 Service-Modelle im Cloud Computing SaaS = Software as a service Lizenzfreie Software; Gebrauch der Software als Service, z.b. Google Docs Textverarbeitung IaaS = Infrastucture as a service Mieten von Hardware anstatt diese zu kaufen, z.b., Amazon EC2 (Rechnerleistung) und S3 (Speicherkapazität) PaaS = Platform as a service Integrierte Laufzeit- / Entwicklungsumgebung als Service, z.b., Windows Azure (Server Infrastruktur für Cloud Services), Google App Engine und Force.com (Entwickeln und Bereitstellen von eigenen Applikationen auf externer Infrastruktur) (OCG, 2011; Valipour et al., 2009; Bunderministerium für Wirtschaft und Technologie, 2010) Slide 20

21 Service-Modelle im Cloud Computing (A) Infrastructure-as-a-Service (IaaS) User Presentation Business Logic Data Anwendung Frameworks Web Server OS-Dienste Betriebssystem Virtualisierung Hardware is provided by some Infrastructure Slide 21

22 Service-Modelle im Cloud Computing (B) Platform-as-a-Service (PaaS) User Presentation Business Logic Data Anwendung Frameworks Web Server OS-Dienste Betriebssystem Virtualisierung Hardware is provided by some Infrastructure Slide 22

23 Service-Modelle im Cloud Computing (C) Software-as-a-Service (SaaS) User Presentation Business Logic Data Anwendung Frameworks Web Server OS-Dienste Betriebssystem Virtualisierung Hardware is provided by some Infrastructure Slide 23

24 Bereitstellungsmodelle (Deployment Models) (1) (2) (4) Hybrid Cloud - Nutzung von verschiedenen eigenständigen Cloud- Infrastrukturen über standardisierte Schnittstellen (3) Community Cloud - Infrastruktur wird von mehreren Institutionen geteilt, die ähnliche Interessen haben (Hogan et al., 2011; BITKOM, 2009) Slide 24

25 Cloud Services oder Datenzentrum? In-House Datacenter Hosted Datacenter (Open) Cloud Computing Besitz Eigentum Verleih Verleih / geteilt Kapazität Fest Fest Flexibel Kontrolle Voll Weniger Weniger Verantwortung Voll Weniger Weniger Kosten Investitionskosten + Betriebskosten Fixe Mietkosten Bedarfsgerechte Abrechnung! Kostenrechnung Cloud Services vs. Datenzentrum in der Übung am 05. Juli Slide 25

26 Beispiel PaaS: Windows Azure Quelle: Slide 26

27 Beispiel PaaS: Windows Azure Architektur Weitere Beispiele in der!übung am 05. Juli Quelle: Slide 27

28 Meinungen und Zahlen The buzz around cloud computing has reached a fever pitch. Some believe it is a disruptive trend representing the next stage in the evolution of the Internet. Others believe it is hype, as it uses long established c o m p u t i n g technologies. (Open Cloud Manifesto, 2009) Cloud Computing continues its inexorable march through the tech industry, despite a few lonely voices dismissing the term as a bunch of hot air. (Worthen, 2009) The interesting thing about Cloud Computing is that we ve redefined Cloud Computing to include everything that we already do I don t understand what we would do differently in the light of Cloud Computing other than change the wording of some of our ads. (Armbrust et al., 2009 referring to Larry Ellison quoted in Wall Street Journal, 2008) Erfolgfaktoren von Cloud Computing aus CIO-Sicht (Pütter, 2008) Part of the problem [ ] is that the tech industry has become bogged down in jargon. Companies have long pushed the likes of "network-distributed parallel processing," often packaged as "solutions" that are "end-to-end" and "scalable." Cloud sounds much nicer. (Fowler & Worthen, 2009) Slide 28

29 Meinungen und Zahlen Globaler Markt Bis 2013: Cloud Computing-Markt -> 150 Mrd. US-Dollar (durchschnittl. jährl. Wachstumsrate: > 26%) (Gartner, 2009) - Davon 28 Mrd. US-Dollar = cloudbasierte Werbung - 11 Mrd. US-Dollar = ecommerce und Personal - 5 Mrd. US-Dollar = Anwendungen - 2,5 Mrd. US-Dollar = IaaS Deutscher Markt Jährl. Marktwachstum = 36,5% (Grund: Nachholbedarf durch anfängliche Zurückhaltung) (IDC, 2009) Entwicklung des Cloud Computing- Markts in Deutschland, (BITKOM, 2009) (BITKOM, 2009) Slide 29

30 Literatur Bücher: Office of Government Commerce (OGC) ( 2011), ITIL Service Strategy, The Stationery Office (TSO), London. Schill, A. & Springer, T. (2007), Verteilte Systeme - Grundlagen und Basistechnologien, Springer Berlin Heidelberg. Paper: Armbrust, M.; Fox, A.; Griffith, R.; Joseph, A. D.; Katz, R. H.; Konwinski, A.; Lee, G.; Patterson, D. A.; Rabkin, A.; Stoica, I. & Zaharia, M. (2009), 'Above the Clouds: A Berkeley View of Cloud Computing'(UCB/EECS ), Technical report, EECS Department, University of California, Berkeley. Bundesverband Informationswirtschaft. (2009), 'Cloud Computing - Evolution in der Technik, Revolution im Business', Technical report, BITKOM. Fowler, G. A. & Worthen, B. (2009), 'The Internet Industry Is on a Cloud Whatever That May Mean', The Wall Street Journal. Hogan, M.; Liu, F.; Sokol, A. & Tong, J. (2011), 'NIST Cloud Computing Standards Roadmap', Technical report, National Institute of Standards and Technology (NIST). IDC (2009), 'Cloud Computing und Services Status quo und Trends in Deutschland', Technical report, IDC Central Europe GmbH. Pring, B.; Brown, R. H.; Frank, A.; Hayward, S. & Leong, L. (2008), 'Forecast: Sizing the Cloud; Understanding the Opportunities in Cloud Services', Technical report, Gartner. Pütter, C. (2008), 'Zwischen Wundermittel und Sicherheitsrisiko - Cloud Computing polarisiert CIOs', CIO. Singer, O. (2010), 'Cloud Computing', Technical report, Wissenschaftliche Dienste - Deutscher Bundestag. Valipour, M. H.; Amirzafari, B.; Maleki, K. N. & Daneshpour, N. (2009), A brief survey of software architecture concepts and service oriented architecture, in '2nd IEEE International Conference on Computer Science and Information Technology, 2009', pp Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) (2010), 'Aktionsprogramm Cloud Computing', Technical report, BMWi. Worthen, B. (2009), 'A Cloud Manifesto Controversy', The Wall Street Journal. Slide 30

31 Literatur Web: Slide 31

32 Vorlesungsagenda Übersicht 1. Einleitung Managementsicht des Informationsmanagement 2. Grundlagen des Informationsmanagement 3. Aufgaben des Informationsmanagement Management der Informationswirtschaft (2-stündig!) 4. Aufgaben des Informationsmanagement Management der Informationssysteme und Führungsaufgaben (2-stündig!) 5. Aufgaben des Informationsmanagement IT-Controlling Unternehmensarchitekturen 6. Grundlagen der Unternehmensarchitekturen Gastvortrag Dr. Steffen Roehn (2-stündig!) Systemarchitekturen 7. Architekturen von Informationssystemen 8. Webarchitekturen (2-stündig!) 9. Mobile & Cloud Computing Datenmodellierung 10. Grundlagen der Datenmodellierung (2-stündig!) 11. Semantische Datenrepräsentationen (2-stündig!) Prozessmodellierung 12. Grundlagen der Prozessmodellierung Slide 32

33 Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Maass Lehrstuhl für Betriebswirtschaftslehre, insb. Wirtschaftsinformatik im Dienstleistungsbereich (Information and Service Systems ISS) Universität des Saarlandes, Saarbrücken Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Maass