E-Learning. Integration von E-Learning Anwendungen mit dem Verwaltungsinformationssystem. Hrsg.: H. L. Grob J. vom Brocke. Arndt, C.

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1 Hrsg.: H. L. Grob J. vom Brocke Arndt, C. Integration von E-Learning Anwendungen mit dem Verwaltungsinformationssystem HIS-GX E-Learning E-Learning-Kompetenzzentrum ERCIS European Research Center for Information Systems Universität Münster Leonardo-Campus Münster Germany e-learning@ercis.de Gefördert durch: Projektträger:: Arbeitsbericht Nr. 5

2 1 Arbeitsberichte E-Learning ERCIS European Research Center for Information Systems Hrsg.: Heinz Lothar Grob, Jan vom Brocke Arbeitsbericht 5 Integration von E-Learning Anwendungen mit dem Verwaltungsinformationssystem HIS-GX Christian Arndt

3 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 3 2 Integration von E-Learning -Anwendungen mit dem Verwaltungsinformationssystem HIS-GX Rahmenbedingungen und Integrationsprobleme Technische Heterogenität Syntaktische Heterogenität Semantische Heterogenität Verteilung Autonomie Demonstration am Beispiel des Prüfungswesens Technische Rahmenbedingungen einer Integrationslösung Das Hochschulinformationssystem HIS-GX HISZUL-GX HISPOS-GX HISSOS-GX HISSVA-GX HISLSF Architektur und eingesetzte Technologien Bestehende Schnittstellen zur Integration von HIS-GX mit Fremdsystemen Ansätze zur Integration von HIS-GX mit E-Learning Systemen Integration auf Datenebene Integration auf Funktionsebene Integration auf der Ebene der Benutzerschnittstellen Zusammenfassung und Fazit Entwurf für eine integrierte E-Learning-Architektur auf der Grundlage von Web- Services Zusammenfassung und Ausblick Ermittlung von Service Angebot und Service Nachfrage Ausarbeitung von Richtlinien bezüglich der Gestaltung und Entwicklung von Diensten Spezifikation der benötigten HIS-GX Dienste und ihrer Schnittstellen Spezifikation und Implementierung der gemeinsamen Dienste und Implementierung der Web-Service Schnittstellen in den einzelnen Anwendungen Prototypische Implementierung der Integrationsinfrastruktur A Schema Schnittstellenbeschreibung 28 B Use Cases: Prüfungswesen HIS-GX - Prüfungsunterstützungssystem 30

4 3 1 Einleitung Der vorliegende Arbeitsbericht ist im Rahmen des Projektes chl-hybrid an der Westfälischen- Wilhelms-Universität Münster entstanden. Er dokumentiert die im Teilprojekt Schnittstellen und Referenztechnologien bislang erzielten Ergebnisse und gibt zudem einen Ausblick auf künftig geplante Forschungsarbeiten. Im Rahmen des Teilprojektes wurden zwei Aufgabenbereiche verfolgt - die Entwicklung einer Plattform zur Integration der an der Universität Münster bestehenden E-Learning Anwendungen und die Anbindung der Hochschulverwaltungssoftware HIS-GX. Die beide Problemfelder stehen zueinander in wechselseitiger Beziehung. Während die Verfügbarkeit einer zentralen Integrationsplattform die Integration von HIS-GX mit den E-Learning Systemen einerseits deutlich erleichter, formuliert

5 4 2 Integration von E-Learning -Anwendungen mit dem Verwaltungsinformationssystem HIS-GX Die Zielsetzung dieses Teilprojektes besteht in der Etablierung einer technologischen Infrastruktur für die Integration der an der Universität Münster entwickelten E-Learning-Anwendungen OpenUSS (Vgl. [GBD99]), Freestyle Learning (Vgl. [Br05], [GBL01]) xlx (Vgl. [VHL01]), EASy, sowie des E-Learning Repositories mit der Hochschulverwaltungssoftware HIS-GX (Vgl. Abschnitt 2.4). Gemäß der Projektplanung sollten im vorangegangenen Projektabschnitt die konzeptionellen Vorarbeiten für den Entwurf und die Implementierung der geforderten Integrationslösung weitestgehend zum Abschluss gebracht werden. Diese umfassen im Detail folgende Aufgaben: Erfassung der vorliegenden Integrationsaufgaben und technischen Rahmenbedingungen Untersuchung des Hochschulinformationssystems HIS-GX auf mögliche Integrationspunkte Evaluation der aktuell verfügbaren Integrationsansätze und -technologien Grobentwurf einer für die angedachte Integrationslösung adäquaten Architektur Erfassung und Beschreibung von Anforderungen an Schnittstellen zum HIS-GX -System in Zusammenarbeit mit den verantwortlichen Entwicklern der einzelnen E-Learning Systeme Im Verlauf der Projektarbeit hat sich die Notwendigkeit einer Kooperation mit dem Universitätsrechenzentrum, der Organisation CampusSource und weiteren zum Teil hochschulübergreifend agierenden Arbeitsgruppen ergeben. Entsprechende Kontakte wurden bereits angebahnt und sollen im weiteren Verlauf der Arbeiten intensiviert werden. Die nachfolgende Dokumentation der Arbeitsergebnisse orientiert sich im Wesentlichen an der oben skizzierten Übersicht. Da sich viele der betroffenen E-Learning -Systeme derzeit noch in Entwicklung befinden (EASy) oder massiv umstrukturiert werden (OpenUSS, xlx), können zum gegenwärtigen Zeitpunkt nur sehr oberflächliche Beschreibungen der HIS-GX -Schnittstellenanforderungen erhoben werden. Dieser Aspekt wird in diesem Bericht daher nachrangig betrachtet. Eine Übersicht der bislang erhobenen Anwendungsfälle kann aus Anhang B entnommen werden. 2.1 Rahmenbedingungen und Integrationsprobleme Bevor in den nachfolgenden Abschnitten Ansätze zur Integration von E-Learning -Anwendungen diskutiert werden, soll an dieser Stelle kurz auf die technischen und organisatorischen Rahmenbedingungen einer solchen Integrationslösung eingegangen werden. Zunächst wird eine Reihe von Integrationsproblemen vorgestellt und bezogen auf den Kontext der Integration von HIS-GX mit den E-Learning -Systemen an der Universität Münster untersucht. Eine genauere Kenntnis der vorliegenden Integrationsproblematik erlaubt es, aus dem Fundus der verfügbaren Integrationsplattformen, -methoden und -technologien eine angemessene Lösung auszuwählen Technische Heterogenität Unterscheiden sich Anwendungen in technischen Aspekten wie den unterstützten Hardware- und Betriebssystemplattformen, Datenaustauschformaten, sowie Kommunikationsmechanismen, so kann von einer technischen Heterogenität gesprochen werden. Zwischen den betroffenen Anwendungen bestehen wesentliche Unterschiede in der technischen Repräsentation, Speicherung und Bereitstellung der von den einzelnen Systemen verwalteten Informationen. Technischer Fortschritt und Trends sorgen dafür, dass einzelne Technologien und das insgesamt am Markt verfügbare Angebot an Technologien permanenten Veränderungen unterworfen sind. Werden Systeme zu unterschiedlichen Zeitpunkten entwickelt, so führt eine auf das einzelne Informationssystem beschränkte Technologieauswahl auch bei ähnlichen Anforderungen nahezu zwangsläufig zu technisch heterogenen Systemlandschaften. Mit zunehmender technischer Heterogenität zweier Systeme wächst das Risiko von Integrationsproblemen aufgrund einer eingeschränkten oder fehlenden Kompatibilität der eingesetzten Technologien.

6 Syntaktische Heterogenität Syntaktische Heterogenität ist gegeben, wenn sich die Datenmodelle zweier Systeme in syntaktischer Hinsicht unterscheiden. Die Syntax einer Sprache definiert ein System von Regeln, nach dem aus einem bestimmten Vorrat an Zeichen gültige Zeichenfolgen der Sprache konstruiert werden können. Das Datenmodell wird dabei als Sprache eines Systems aufgefasst. Nur Informationsobjekte, die gemäß der Definition dieser Sprache als gültig erachtet werden können, werden durch das System akzeptiert und verarbeitet. Sollen zwei Systeme über den Austausch von Informationsobjekten miteinander interagieren, so müssen beide diese gemäß ihrem jeweiligen Datenmodell als gültig akzeptieren können. Dies setzt voraus, dass sie zumindest im Bezug auf die kommunizierten Informationsobjekte äquivalente Datenmodelle besitzen. Ist dies nicht der Fall, so müssen die Informationsobjekte bei der Übertragung an das Zielsystem auf dessen Datenmodell hin transformiert werden. Die Hauptursache für syntaktische Heterogenität liegt in unterschiedlichen Anforderungen an die einzelnen Systeme, die zu entsprechend spezialisierten und heterogenen Datenmodellen führen. Eine weitere Quelle für syntaktische Heterogenität besteht in Unterschieden der eingesetzten Datenmodellierungs- bzw. Beschreibungskonzepte. Große Ungleichheiten hinsichtlich des Vorrats an Modellierungskonstrukten und deren Semantik führen unabhängig von den Systemanforderungen zu heterogenen Entwurfs- und Modellierungsentscheidungen. Beispielsweise bietet das relationale Modell keine direkte Entsprechung für das aus der Objektorientierung bekannte Konzept der Vererbung, weshalb diese nur indirekt nachgebildet werden kann Semantische Heterogenität Eine semantische Heterogenität ist gegeben, wenn einem Informationsobjekt durch zwei Informationssysteme unterschiedliche implizite Bedeutungen beigemessen werden. In der Regel wird die Semantik eines Informationsobjektes nicht alleine durch das Datenmodell sondern auch durch den Kontext seiner Verwendung bestimmt. Ob es sich bei einem Preis beispielsweise um einen Bruttopreis, einen Nettopreis, Einkaufspreis oder Verkaufspreis handelt, hängt in diesem Fall davon ab, ob das Datenobjekt Preis in einem Warenwirtschaftssystem, einem Fakturierungsprogramm oder einer Buchhaltungssoftware verwendet wird. Die vollständige Semantik erschließt sich nicht explizit aus dem Datenmodell, sondern nur in Verbindung mit so genannter impliziter Semantik, die im Kontext der jeweiligen Verwendung den eingehenden Informationsobjekten durch das betreffende Informationssystem zugeordnet wird. Eine in diesem Sinne semantisch korrekte Information kann richtig interpretiert und verarbeitet werden, ohne dass deren Semantik eindeutig aus dem Datenmodell erschließbar sein muss. Schwierigkeiten sind jedoch zu erwarten, wenn Informationsobjekte außerhalb dieses Kontextes eingesetzt werden sollen. Die implizite Semantik kann hier nicht vollständig und korrekt zugewiesen werden. Entsprechend wird die codierte Information überhaupt nicht oder nur fehlerhaft interpretiert. Die zentrale Ursache für semantische Heterogenität ist die Entwicklung von Informationssystemen in mehr oder weniger eigenständigen organisatorischen Einheiten oder Organisationen. Für die gleichen Begrifflichkeiten und Konzepte können in verschiedenen Organisationseinheiten, erst recht jedoch in autonomen Organisationen, unterschiedliche Interpretationen bestehen. Wird eine Integration zweier Systeme angestrebt, so müssen die ausgetauschten Informationsobjekte, mangels eines einheitlichen Verständnisses ihrer Bedeutung, auf Datenebene um semantische Informationen angereichert oder entsprechend der im Zielsystem erforderlichen Semantik einer Transformation unterzogen werden Verteilung Befinden sich die zu integrierenden Informationssysteme und Datenquellen nicht auf einem Rechner, sondern über mehrere Maschinen verteilt, so liegt die Situation einer Verteilung vor. Die betreffenden Rechner können dabei an einem Ort konzentriert oder räumlich verteilt sein. Im Fall einer Verteilung findet die Kommunikation zwischen den Systemen nicht lokal auf einem Rechner, sondern über private und öffentliche Datennetze statt. Insbesondere bei einem Datentransfer über das Internet muss neben Performanzeinbußen durch die Nutzung des TCP/IP Protokollstacks und die Übertragung der Datenpakete mit Sicherheitsrisiken wie dem Ausspähen oder der Manipulation sensibler Daten durch Angreifer gerechnet werden.

7 Autonomie Das Integrationsproblem der Autonomie ergibt sich zwangsläufig, wenn die zu integrierenden Informationssysteme unter der Verantwortung verschiedener autonom agierender Organisationseinheiten oder Organisationen stehen. Aufgrund des Fehlens einer übergeordneten koordinierenden Instanz unterliegen Planung, Entwurf, Implementierung, Betrieb und Weiterentwicklung vollständig oder zu großen Teilen den Maßgaben dieser Einheiten. Dies führt zu unabhängigen Entscheidungen in für die Integrationsfähigkeit eines Systems wesentlichen Punkten wie der Technologieauswahl, der Datenmodellierung oder der Frage, inwieweit Schnittstellen zur Integration mit Fremdsystemen umgesetzt und wie diese gestaltet werden. Streng genommen stellt Autonomie kein Integrationsproblem, sondern vielmehr eine Ursache für die oben geschilderten Integrationsprobleme dar. Nicht zu vernachlässigen sind jedoch die politischen Auswirkungen der Autonomie, die die Umsetzung eines Integrationsprojektes erschweren und nach flexiblen Integrationslösungen verlangen. Im Fall der Integration des Hochschulinformationssystems HIS-GX mit E-Learning Systemen der Universität Münster sind alle drei geschilderten Integrationsprobleme zu bewältigen. Das System HIS-GX steht unter der Verantwortung der HIS GmbH, während die zu integrierenden E-Learning -Systeme von verschiedenen Lehrstühlen des Instituts für Wirtschaftsinformatik entwickelt werden. Da HIS-GX ein über Jahre gewachsenes System ist, fanden bei dessen Entwicklung zumeist Technologien aus dem Bereich der traditionellen Applikationsentwicklung wie C++, ODBC (Open DataBase Connectivity) oder Visual Basic Anwendung. Bei den E-Learning Systemen handelt es sich fast ausschließlich um Systeme, die mithilfe der Programmiersprache Java implementiert und zumeist auf Basis der J2EE (Vgl.[SunN06]) vollständig oder in wesentlichen Bestandteilen als Webapplikation konzipiert wurden. Die Systeme wurden weitestgehend unabhängig von einander und ohne übergeordnete Koordinationsmechanismen auf der Grundlage der jeweiligen Anforderungen entworfen. Demnach gibt es keinen Vorrat an gemeinsam abgestimmten Schnittstellen. Zusätzlich erschwert wird die Integration durch deutliche Unterschiede in der Datenmodellierung. Diese sind vor allem eine Folge der spezifischen Anforderungen in Verbindung mit dem Einsatz unterschiedlicher Entwurfsmethodologien. Während man sich bei der Entwicklung von HIS-GX für eine starke Ausrichtung an der Datenhaltung in relationalen Datenbanken und folglich für das relationale Datenmodell als Entwurfskonzept entschied, war für die Entwicklung der E-Learning -Systeme das Konzept der Objektorientierung maßgebend. Da die HIS-GX -Systeme aus Sicherheitsüberlegungen und Performanzgründen nicht auf dem gleichen Rechner betrieben werden sollten wie die E-Learning -Software, muss die Kommunikation zwischen den Systemen über abgesicherte private und mitunter auch in verschlüsselter Weise über öffentliche Datennetze stattfinden können. 2.2 Demonstration am Beispiel des Prüfungswesens Im Folgenden soll beispielhaft ein Ausschnitt aus dem Prozess des Prüfungswesens betrachtet werden, welcher in Abbildung 1 veranschaulicht wird. Der Teilprozess startet mit der Erfassung der Lehrveranstaltungs- und Prüfungsdaten. Sobald die Prüfungsinformationen veröffentlicht sind, können sich Studierende zu Prüfungen anmelden. Die Teilnahmevoraussetzungen und Vorleistungen werden durch die Mitarbeiter der Prüfungsämter überprüft. Bei einem positiven Bescheid wird eine Anmeldung erfasst und in die Teilnehmerliste aufgenommen. Nach Ablauf der Anmeldefrist wird diese den betreffenden Lehrstühlen und Instituten zur Verfügung gestellt. Gleichzeitig veranlassen die Prüfungsämter die Planung der Prüfungstermine und die Reservierung von Räumen. Die weitere Prüfungsplanung und -vorbereitung vollzieht sich auf Lehrstuhl- und Institutsebene. Diese umfasst neben der eigentlichen Erstellung der Prüfungsaufgaben organisatorische Angelegenheiten wie die Suche nach Mitarbeitern für die Prüfungsaufsicht. Nachdem die Studierenden die Prüfungsleistung abgelegt haben, kann mit der Korrektur und Nachbearbeitung begonnen werden. Die Noten werden gesammelt und an die Prüfungsämter weitergeleitet, welche die Erstellung von Bescheiden und Zeugnissen verfügen. Im Bereich der Prüfungsverwaltung in den Prüfungsämtern hat sich das Prüfungsverwaltungssystem HISPOS-GX (Vgl. Abschnitt 2.4) der Hochschul Informations System (HIS) GmbH in Deutschland als de facto Standart etabliert. Dieses ist für die Registrierung und Verwaltung von Prüfungsanmeldungen zu Beginn des Prozesses gleichermaßen vorgesehen wie für die

8 7 Abbildung 1: Abläufe im Bereich des Prüfungswesens (vereinfachte Übersicht) abschließende Verbuchung der Noten. Die eigentliche Vorbereitung, Durchführung und Nachbereitung der Prüfung in den Instituten und Lehrstühlen kann in mehr oder weniger großem Umfang durch Prüfungsunterstützungssysteme abgebildet werden. Inwiefern dies im konkreten Fall möglich ist, hängt von der Art der Prüfungsleistung, sowie den spezifischen Eigenheiten der Prüfungsorganisation an einem Institut oder Lehrstuhl ab und soll an dieser Stelle nicht weiter vertieft werden. Ergänzend zu diesen Systemen finden häufig Standardanwendungen aus dem Office Bereich Verwendung. Bei unzureichender Integration der am Prozess beteiligten Systeme beschränkt sich deren Einsatz vielmals auf die Überführung von Daten über eine Systemgrenze hinweg von einem Teilprozess in einen anderen. Aufgrund ihrer recht hohen Verbreitung und der Verfügbarkeit von Im- bzw. Exportschnittstellen in vielen kommerziellen Informationssystemen, darunter auch HISPOS-GX, werden Office Dateiformate bevorzugt als behelfsmäßiges Datenaustauschformat in schlecht integrierten Systemlandschaften verwendet. Beispielhaft erwähnt sie hier der Export einer Teilnehmerliste aus HISPOS-GX als Excel Tabelle, welche anschließend elektronisch an den Empfänger weitergeleitet und dort ausgedruckt, mithilfe von Excel weiterbearbeitet oder bestenfalls in ein vorhandenes Prüfungswerkzeug importiert wird. Wenn in einem Geschäftsprozess Informationen von einem Quellmedium 1 auf ein zu diesem inkompatibles Zielmedium übertragen werden müssen, so kommt es zu einem Medienbruch. Medienbrüche kosten Zeit, Geld und sind anfällig für Fehler, welche bei der Übertragung der Information vom Quellmedium auf das Zielmedium entstehen. Darüber hinaus verleiten sie zur redundanten Speicherung von Informationsbeständen auf verschiedenen Medien mit dem Risiko der Entstehung von Inkonsistenzen. 1 In diesem Zusammenhang soll der Begriff Medium nicht alleine im physikalischen Sinne als Speicher- oder Übertragungsmedium verstanden, sondern auch auf Informationssysteme (Quelle und Senke von Informationen) ausgeweitet werden.

9 8 2.3 Technische Rahmenbedingungen einer Integrationslösung Bevor die Hochschulverwaltungssoftware HIS-GX der HIS GmbH im folgenden Abschnitt detailliert vorgestellt wird, soll an dieser Stelle kurz auf die technischen Eigenheiten der bestehenden E-Learning -Systeme eingegangen werden. An der Universität Münster befinden sich derzeit fünf E-Learning -Systeme in Entwicklung und zum Teil bereits seit mehreren Jahren im Produktivbetrieb, die im Rahmen des Projektes chlhybrid untereinander und mit den HIS -Systemen integriert werden sollen. Im Einzelnen handelt es sich um die Systeme Freestyle Learning, HERBIE (Vgl. [BH05]), OpenUSS, xlx, sowie EA- Sy. Ergänzend befindet sich ein E-Learning Repository (Vgl. [VW03]) in Entwicklung, welches allgemeine Such- und Verzeichnisdienste bereitstellen soll. Mit Ausnahme von xlx, welches in der derzeitigen Version in PHP implementiert wurde, verwenden alle genannten Systeme die J2EE als Implementierungsplattform. Für xlx wurde eine Portierung auf eine neue Plattform angekündigt, wobei eine Entscheidung zwischen.net und J2EE derzeit noch aussteht. Zwischen den J2EE-Implementierungen gibt es markante Unterschiede hinsichtlich Werkzeug- und Methodeneinsatz (traditionelles Vorgehen vs. Model Driven Architekture), im Bereich der Datenhaltungsschicht (EJB Entity Beans vs. Hibernate), sowie bezüglich der eingesetzten EJB Version (2.x/ 3.0). In den Zielsetzungen für das Projekt chl-hybrid [ERC06] wurde ausdrücklich verankert, dass die derzeit bestehende Autonomie der E-Learning Anwendung auch innerhalb einer Integrationslösung gewahrt bleibt. Dies impliziert insbesondere, dass die Weiterentwicklung und der Betrieb der Systeme auch losgelöst von der Integrationsplattform möglich sind. Aus Sicherheits- und Performanzgründen laufen die Systeme, die sich im Produktivbetrieb befinden auf unterschiedlichen Servern. Diese befinden sich in unterschiedlichen Teilnetzen und sind darüber hinaus in den meisten Fällen durch Firewalls geschützt. Eine sichere und zuverlässige Interaktion der Systeme über das Internet und über Firewallgrenzen hinweg sollte demnach gewährleistet sein. Dieser Aspekt ist insbesondere dort von Relevanz, wo Personen-, Studien- und Leistungsdaten von Studierenden zwischen den Systemen ausgetauscht werden. 2.4 Das Hochschulinformationssystem HIS-GX Nach einem kurzen Überblick über Anwendungsbereiche und Funktionsumfang ausgewählter HIS -Module [HIS05] werden in diesem Abschnitt die derzeit in HIS-GX verfügbaren Schnittstellen zur Anbindung von Fremdsystemen ausführlich vorgestellt. Abschließend werden diese im Rahmen eines Fazits kritisch auf ihre Einsatztauglichkeit zur Integration von HIS-GX mit E-Learning-Anwendungen bewertet HISZUL-GX Das HIS -Modul ZUL dient der Unterstützung von Bewerbungs-, Auswahl- und Zulassungsverfahren. Die bereitgestellten Funktionalitäten adressieren den gesamten Prozess der Auswahl und Hochschulzulassung von Studienbewerbern, ausgehend vom Eingang der Bewerbungen bis hin zur Einschreibung oder dem Versand der Ablehnungsbescheide. Zum Funktionsumfang gehören die Erfassung und Verwaltung von Bewerberdaten, die Automatisierung der Wartezeitberechnung, die Unterstützung standardisierter, sowie hochschulspezifischer Auswahlverfahren, die Erfassung und Verwaltung von NC Studiengängen und das Erstellen von Bescheiden. Ergänzend wird Studieninteressenten eine Möglichkeit zur Online-Bewerbung über QISZUL angeboten. Das HIS - Modul ZUL stellt Schnittstellen zu HISSOS-GX, ASSIST, ZVS und MS-Office zu Verfügung HISPOS-GX Das HIS -Modul POS wird im Bereich der Prüfungsverwaltung eingesetzt. Seine Kernfunktionalitäten unterstützen den Prozess der Prüfungsverwaltung ausgehend von der Prüfungsanmeldung bis hin zur Erstellung von Zeugnissen und Bescheiden. Die wesentlichen Teilfunktionen des Moduls HISPOS-GX sind die Unterstützung der Prüfungsanmeldung, die Verwaltung und automatische Überprüfung von Vorleistungen, die Berechnung und Verwaltung von Zwischen- und Gesamtnoten, das Generieren von Auswertungen und Statistiken, sowie die Erstellung von Bescheinigungen, Zeugnissen und Listen. Auch für das Modul POS stehen mit dem Zusatzmodul QISPOS webbasierte Selbstbedienungsfunktionen zur Verfügung. Diese erlauben es Studierenden sich

10 9 über eine Weboberfläche zu Prüfungen anzumelden, Ergebnisse einzusehen oder allgemeine Informationen des Prüfungsamtes abzurufen. Prüfer können darüber hinaus auf einfache Weise die Verbuchung von Noten vornehmen. Aufgrund der engen wechselseitigen Verflechtung der Verwaltungsprozesse im Studierendensekretariat und im Prüfungsamt ist HISPOS-GX eng mit dem Studierendeninformationssystem HISSOS-GX integriert. Darüber hinaus werden Schnittstellen zu ISY, der Webanwendung HISLSF und MS-Office bereitgestellt HISSOS-GX Das Modul SOS dient zur Erfassung und Verwaltung der Studierendendaten und stellt damit wichtige Funktionalitäten bereit, die durch die HIS -Module POS und ZUL in Anspruch genommen werden. Es deckt die Abläufe der Studierendenverwaltung von der Einschreibung bis hin zur Bereitstellung von Absolventendaten für amtliche Statistiken ab. HISSOS-GX unterstützt häufig wiederkehrende Verwaltungsabläufe der Studierendensekretariate wie Einschreibung, Rückmeldung, Fachwechsel, Exmatrikulation oder Beurlaubung. Darüber hinaus bietet es Funktionen zur Verwaltung von Chipkarten und Studienkonten, für die automatische Vergabe von Adressen, Login Kennungen und Passwörtern, sowie für die Übernahme von Prüfungsdaten aus POS. Über die Webanwendung QISSOS werden Studierenden Selbstbedienungsfunktionen wie die Änderung der Adressdaten oder der Abruf allgemeiner Informationen des Studierendensekretariats zur Verfügung gestellt. Neben der Integration mit dem Modul POS implementiert HISSOS-GX Schnittstellen für den Datenabgleich mit Kreditinstituten, Krankenkassen, statistischen Landesämtern und der ZVS. Darüber hinaus wird eine Schnittstelle zu MS-Office bereitgestellt HISSVA-GX Das Modul HISSVA-GX unterstützt eine transparente Personal- und Stellenverwaltung. Zu den Kernfunktionalitäten von HISSVA-GX gehören die Bewirtschaftung von Stellen, die Abwicklung von Personalverwaltungsvorgängen und die haushaltsmäßige Überwachung von Stellen. Im Detail müssen zum Teil sehr komplexe Verwaltungsvorgänge wie die Einstellung neuer Mitarbeiter, die Verwaltung von Arbeitszeitkonten oder die Berechnung und Verbuchung von Reisekosten abgebildet werden. HISSVA-GX verfügt über Schnittstellen zu MS-Office, Zeiterfassungshardware, Crystal Reports, den statistischen Landesämtern und den Systemen der Länder zur Berechnung der Bezüge. Die Module COB (Kosten- und Leistungsrechnung), FSV (Finanz- und Sachmittelverwaltung), sowie RKA (Reisekostenabrechnung) sind in HISSVA-GX integriert. Das Modul LSF kann lesend auf die Personaldaten aus SVA zugreifen HISLSF Mit der HIS Plattform für Lehre, Studium, Forschung (LSF) steht eine webbasierte Anwendung für die Verwaltung und Präsentation von Lehrveranstaltungen und Forschungsprojekten zur Verfügung. Studierenden bietet LSF die Möglichkeit, sich über das Lehrveranstaltungsangebot einer Hochschule zu informieren und sich verbindlich für eine Veranstaltung anzumelden. Durch die Einbindung der verschiedenen QIS Funktionen in die LSF Plattform können Studierende darüber hinaus auf Daten aus SOS und POS zugreifen. Dozenten können mithilfe der in HISLSF eingebundenen QIS Funktionen Lehrveranstaltungen administrieren, Teilnehmerlisten überprüfen oder nach freien Räumen suchen. HISLFS und die angebundenen QIS Module greifen dabei auf Daten der HIS-GX -Module POS, SOS, SVA und BAU zu, welche über XML (Extensible Markup Language) basierte Schnittstellen importiert werden. Auch Fremdsysteme lassen sich laut Aussage des Herstellers über diese Schnittstelle einbinden Architektur und eingesetzte Technologien Abbildung 2 zeigt eine schematische Übersicht der an der Universität Münster verfügbaren HIS -Module. Den Kern der HIS-GX -Installation bilden das Prüfungsverwaltungssystem HISPOS-GX und das Studierendenverwaltungssystem HISSOS-GX. Aufgrund der hochgradigen Vernetzung der Abläufe der Prüfungsverwaltung mit Prozessen der Studierendenverwaltung, sind die beiden

11 10 Systeme, sowie das Zulassungsverwaltungssystem HISZUL-GX eng über die gemeinsam genutzte SOSPOS -Datenbank integriert. Die übrigen HIS -Systeme verfügen über eigene Datenbanktabellen und sind über Datenaustauschschnittstellen lose miteinander gekoppelt. Um eine hohe Flexibilität bei der Konfiguration einer HIS-GX -Installation zu ermöglichen, wurden die einzelnen Module so konzipiert, dass sie auch unabhängig von einander betrieben werden können. Die Module der HIS-GX Familie sind über Jahre gewachsene Systeme, welche fortwährend erweitert und an sich ändernde Rahmenbedingungen des Hochschulbetriebes angepasst wurden. Alle HIS-GX -Systeme wurden mit Ausnahme der QIS Module in C++ und Visual Basic auf der Grundlage einer MS Access, PostGreSQL (ab HIS-GX Version 7.0) oder INFORMIX Datenbank implementiert. Da eine Portierung aufgrund ihrer Komplexität mit hohem Aufwand und enormen Risiken verbunden ist, wurde auf eine Umstellung auf aktuellere Technologien verzichtet. Um die Nutzung der HIS-GX Funktionalität auch mit einem Web Browser zu ermöglichen, wurde HIS-GX um LSF und die QIS Module ergänzt. Technologisch setzen diese auf Produkten aus dem Open Source Bereich wie J2EE oder PostgreSQL auf. Die Anbindung der QIS Module an die entsprechenden HIS-GX -Systeme erfolgt über eigens geschaffene Schnittstellen. Das LSF Portal greift hingegen direkt auf die Datenbestände von SOS, POS und BAU zu. Aus Sicherheitsgründen sind jedoch lediglich lesende Zugriffe vorgesehen. Abbildung 2: HIS-GX -Systeme an der Universität Münster Bestehende Schnittstellen zur Integration von HIS-GX mit Fremdsystemen Für HIS-GX wurde mit dem PublishModul eine Funktionalität entwickelt, die es erlaubt SQL - Abfragen an unterschiedliche HIS-GX -Datenbanken abzusetzen und die ermittelten Datensätze in Form eines XML-Baumes weiter zu verarbeiten. Das PublishModul ermöglicht es, Daten in Form einer XML Struktur aus den HIS-GX -Datenbanken in Fremdsysteme zu importieren, Berichte zu erstellen oder Informationen aus HIS-GX auf HTML Basis auszugeben. Wie der Name der Schnittstelle bereits suggeriert stellt das PublishModul keine Importschnittstelle zu den HIS -Systemen zur Verfügung, sondern unterstützt ausschließlich die Veröffentlichung von HIS Daten. Eine allgemeiner gehaltene Datenaustauschschnittstelle für HISLSF steht mit der DB-Interface

12 11 Schnittstelle zur Verfügung. Über diese Schnittstelle ist es möglich, SQL select, insert, delete und update Anfragen an die Tabellen der LSF und der SOSPOS -Datenbanken zu senden. Der Austausch der Datensätze erfolgt wie im Falle des PublishModuls über eine XML Datenstruktur. Einem Datenimport mit dieser Schnittstelle muss jedoch mit Vorsicht begegnet werden. Ein Klient, der Daten in die HIS -Datenbanken exportiert ist alleinig für deren Korrektheit, Plausibilität und Vollständigkeit verantwortlich. Ein Aufruf von HIS-GX eigenen Funktionen zur Überprüfung der Daten erfolgt nicht. Schreibt ein Klient fehlerhafte Daten in die HIS-GX -Datenbanken, so kann er die Korrektheit und Konsistenz der Tabellen nachhaltig stören und Fehlfunktionen in HIS-GX bis hin zum Datenverlust auslösen. Das HIS -Modul POS verfügt über eine Importschnittstelle, die die oben skizzierten Probleme umgeht, indem sie für den Datenimport die Option einer Korrektheits- und Plausibilitätsprüfung anbietet. Im Unterschied zu den bisher betrachteten Schnittstellen lässt sie sich jedoch nur in speziellen Anwendungsfällen sinnvoll einsetzen. Gemäß den Angaben des Herstellers ist die Schnittstelle für folgende Aktionen vorgesehen: Importieren von Anmeldesätze (Prüfungsanmeldung) aus Fremdverfahren in POS Übernehmen von Leistungsdaten in vorhandene Anmeldesätze Einspielen von Altdaten Die Konfiguration der Schnittstelle erfolgt durch Anlegen spezieller Datensätze in der Tabelle k pausw der SOSPOS -Datenbank. Auf diese Weise wird das Verhalten der Schnittstelle spezifiziert. Die POS internen Korrektheits- und Plausibilitätsprüfung lassen sich auf diese Weise nach Belieben aktivieren oder deaktivieren. So kann zum Beispiel angegeben werden, ob eine Prüfungsanmeldung mit oder ohne Voraussetzungsprüfung verbucht werden soll. Der Import der Daten erfolgt über eine Text-Datei, welche die einzulesenden Daten in einem bestimmten Format bereithält. Nach dem Start fragt das POS-Batch-Programm den Pfad dieser Datei, sowie den Speicherort für die Protokolldatei vom Benutzer ab. Konfiguration und Benutzung der Schnittstelle sind aus heutiger Sicht betrachtet umständlich und nicht mehr zeitgemäß. Da die Schnittstelle ursprünglich für einen halbautomatischen Datenimport konzipiert wurde, erfordert deren Betrieb Eingriffe von Seiten des Benutzers. Eine Automatisierung des Datenimports ist, wenn überhaupt, nur mit erheblichem Implementierungsaufwand möglich. Bevor dieser in Kauf genommen wird, sollte jedoch geprüft werden, inwieweit der Nutzen einer derartigen Integration den Aufwand rechtfertigen kann. Mit der Version 8.0 stellt die LSF/QIS Infrastruktur Web-Services auf der Grundlage des PublishModuls zur Verfügung. Diese ermöglichen es Fremdsystemen Suchanfragen an die HISLSF bzw. SOSPOS -Datenbanken zu übermitteln und die gefundenen Datensätze als XML Struktur zu importieren. Darüber hinaus wurde ein Dienst verfügbar gemacht, der es Fremdanwendungen erlaubt einen Benutzeraccount durch QIS/LSF prüfen zu lassen. Die Veröffentlichung weiterer Web-Service Implementierungen wurden seitens der HIS GmbH für das Jahr 2006 in Aussicht gestellt. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt sind diesbezüglich jedoch keine näheren Informationen verfügbar. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass das Auslesen von Daten aus den HIS -Datenbanken durch Fremdsysteme spätestens mit der HIS-GX Version 8.0 gut unterstützt wird. Schwierig umzusetzen ist nach wie vor der Import von Daten in die HIS -Systeme. Während die POS- Batch -Schnittstelle unkomfortabel zu handhaben ist und zudem nur eng umrissene Funktionalitäten anbietet, lässt die DB-Interface -Schnittstelle beliebige SQL -Anfragen an die HIS - Datenbanken zu, was jedoch aus Sicherheits- und Datenschutzgründen abgelehnt werden muss. Der Charakter von HIS-GX als gewachsenes System spiegelt sich in einer großen Vielfalt an verwendeten Schnittstellentechnologien wieder. Ausgehend vom Batch Import von Textdateien, bis hin zu Web-Service basierten Implementierungen muss ein Klient eine ganze Reihe unterschiedlicher Technologien integrieren, um alle über Schnittstellen zugänglichen HIS-GX Funktionen und Daten nutzen zu können. Der Integrationsaufwand der hierdurch entsteht, ließe sich deutlich reduzieren, wenn die HIS GmbH die bestehenden Schnittstellen in künftigen Versionen durch Portierung oder Ablösung auf eine einheitliche Technologie umstellt.

13 Ansätze zur Integration von HIS-GX mit E-Learning Systemen In diesem Abschnitt werden ausgewählte Architekturen und Technologien zur Integration von Informationssystemen kurz vorgestellt und auf ihre Eignung zur Integration von E-Learning Systemen mit HIS-GX untersucht. Er befasst sich mit der Frage, welche Technologien für die Integration von Informationssystemen zur Verfügung stehen und wie deren spezifische Vor- und Nachteile im Hinblick auf die Zielsetzung des Projektes zu beurteilen sind. Die Auswahl an Integrationstechnologien erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Da aus Gründen der Plattform- und Herstellerunabhängigkeit und zur Vermeidung von Lizenzkosten schwerpunktmäßig offene Standards in Betracht gezogen wurden, sind kommerzielle Integrationsplattformen in die Untersuchung nur nachrangig eingegangen Integration auf Datenebene Bei der Datenintegration erfolgt die Integration heterogener Anwendungen durch unmittelbaren Zugriff auf die Daten, die von den verschiedenen Anwendungen erzeugt, verwaltet und gespeichert werden (Vgl. Abb. 3). Ein wesentlicher Vorteil dieser Methode liegt darin, dass keine Modifikationen der Datenstrukturen oder der Anwendungslogik der zu integrierenden Anwendungen erforderlich ist. Dies ermöglicht vielmals eine schnelle Lösung von Integrationsproblemen und erlaubt eine Integration auch dann, wenn eine Anpassung der zu integrierenden Anwendungen nicht möglich ist, da der Quellcode nicht verfügbar gemacht werden kann. Abbildung 3: Integration auf Datenebene (vgl. [CHK+06] S. 18) Für die Überwindung der technischen Heterogenität zwischen verschiedenen Datenbankmanagementsystemen und syntaktischer Heterogenitäten als Folge von unterschiedlichen Konzepten der Datenmodellierung, bietet sich eine Vielzahl von Werkzeugen an. Dennoch ist eine Datenintegration keine triviale Angelegenheit. Ursache sind die syntaktischen und semantischen Heterogenitäten, welche sich aus den spezifischen Anforderungen der einzelnen Anwendungen ergeben. Unterschiede auf Daten- und Schemaebene, ergeben sich durch die Nutzung verschiedener Attribute eines Datenobjektes, unterschiedliche Datentypen, Bezeichnungen, Maßeinheiten oder Wertebereiche, sowie die verschiedenartige Anwendung von Abstraktionsmechanismen wie der Vererbung. Um die Datenbestände verschiedener Anwendungen im Zuge einer Integration zusammenzuführen, müssen die Heterogenitäten durch Transformation der Daten überwunden werden. Eine Transformation kann dabei ausgehend vom Datenmodell einer Datenquelle auf das

14 13 Datenmodell eines Zielsystems oder auf ein verallgemeinertes föderiertes Datenmodell stattfinden. In durch Autonomie geprägten Systemlandschaften werden ähnliche oder identische Daten häufig redundant in verschiedenen Anwendungssystemen vorgehalten. Werden Änderungen nur in den Datenbeständen jenes Systems berücksichtigt, welches diese auch ausgelöst hat, so kommt es zwangsläufig zu Inkonsistenzen. Werden sie andererseits in allen redundanten Datenbeständen nachgeführt, so besteht die Gefahr, dass eine Quellanwendung die Daten einer auf Datenebene integrierten Zielanwendung unter Umgehung ihrer Anwendungslogik manipuliert. Probleme sind spätestens dann zu erwarten, wenn auf diese Weise durch die Quellanwendung an den Daten Operationen ausgeführt werden, die in der Zielanwendung nicht vorgesehen sind. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn ein E-Learning -System in der SOSPOS -Datenbank eine Prüfungsanmeldung verbucht, ohne zuvor durch HISPOS-GX eine Plausibilitätsprüfung vornehmen zu lassen. Wurde die Prüfungsanmeldung durch das E-Learning -System überhaupt nicht geprüft oder mit einer eigenen gegenüber HISPOS-GX abweichenden Prüflogik, so können Daten in die SOSPOS -Datenbank gelangen, die nicht den Plausibilitätsbedingungen genügen, die HISPOS-GX in diesem Fall vorsieht. Wenn HISPOS-GX im Zuge der weiteren Verarbeitung der Prüfungsanmeldungen implizit von der Plausibilität der Daten ausgeht, so kommt es über kurz oder lang zu unvorhersehbaren Seiteneffekten. Die Ursache dieses Problems liegt in semantischen Heterogenitäten. Eine durch HISPOS-GX geprüfte Prüfungsanmeldung besitzt eine andere Semantik, als eine ungeprüfte oder im Sinne der Plausibilitätsbedingungen des E-Learning Systems geprüfte Prüfungsanmeldung. Um semantische Äquivalenz zwischen einer im E-Learning - System erzeugten Prüfungsanmeldung und ihrer Entsprechung in HISPOS-GX zu gewährleisten, reicht eine Datenintegration alleine nicht aus. Vielmehr muss auch die Programmlogik in die Integrationsüberlegungen mit einbezogen werden. HISPOS-GX bietet eine Reihe von XML basierten Datenaustauschschnittstellen für die Anbindung von Fremdsystemen. Einfache Integrationsszenarien wie das Auslesen von Lehrveranstaltungsinformationen aus der HISLSF -Datenbank oder die Abfrage von Prüfungsteilnehmerlisten aus HISPOS-GX, lassen sich auf diese Weise einfach und schnell realisieren. Zunehmend schwierig gestaltet sich diese Art der Integration, wenn schreibende Zugriffe auf die HIS- GX -Datenbanken unterstützt werden sollen und Datenbestände zu integrieren sind, die eine komplexe Semantik besitzen, welche sich aus den Daten alleine nicht vollständig erschließen lässt. Aufgrund der engen Verzahnung von Datenebene und Funktionsebene kann die Semantik nur durch Nutzung oder durch weitgehende Kenntnis und Nachbildung der relevanten HIS-GX Anwendungslogik hergestellt werden. Da der Quellcode des Systems nicht einsehbar ist und die verfügbaren Dokumentationen nur begrenzt Einblicke in die Applikationslogik erlauben, ist der Handlungsspielraum stark eingeschränkt. Als Fazit lässt sich festhalten, dass eine Datenintegration nur bei lesenden Zugriffen auf die HIS-GX Daten einfach umgesetzt werden kann. Schreibende Zugriffe bei gleichzeitiger Vermeidung von unerwünschten Seiteneffekten, lassen sich aufgrund der hohen Komplexität der HIS-GX Datenstrukturen und Programmlogik nur mit intimer Kenntnis dieses Systems realisieren Integration auf Funktionsebene Bei der Funktionsintegration wird die Programmfunktionalität systemübergreifend genutzt, d.h. die integrierten Anwendungen können gegenseitig auf ihre Methoden zugreifen (Vgl. Abb. 4). Sie stellt das weitestgehende Integrationskonzept dar und umfasst die Möglichkeiten der Benutzerschnittstellenintegration wie auch der Datenintegration. Die integrierte Informationssysteminfrastruktur kann als System von mehr oder weniger lose miteinander gekoppelten Komponenten betrachtet werden. Für die Realisierung dieses Integrationskonzeptes bietet sich ein ganzes Bündel von Technologien an. Verfügt eine Anwendung über eine API (Application Programmers Interface) so können ihre Dienste durch andere Systeme über diese Schnittstelle angesprochen und genutzt werden. Der Quellcode der Anwendung selbst wird dabei in der Regel nicht angepasst. Die Einsatzpotentiale dieses Ansatzes sind jedoch auf Integrationsszenarien beschränkt, in welchen die zu integrierenden Anwendungen nicht verteilt sind. In einem verteilten Umfeld sind Mechanismen erforderlich, die es ermöglichen, Methoden einer entfernten Anwendung aufzurufen. Für diese Aufgabe bieten sich Dienste wie Remote Proce-

15 14 Abbildung 4: Integration auf Funktionsebene (vgl. [CHK+06] S. 18) duer Call (RPC) oder Javas Remote Method Invokation (RMI) an. Der RPC -Mechanismus führt eine zusätzliche Ebene der Abstraktion zwischen dem Klienten und dem Server ein, der die Implementierungen der beiden Systeme voneinander entkoppelt. Die Schnittstelle einer Methode wird mithilfe einer Schnittstellenbeschreibungssprache (Interface Definition Language IDL) spezifiziert. Auf der Grundlage dieser abstrakten Beschreibung generiert ein IDL Compiler einen Client Stub und einen Server Stub. Der Client Stub fungiert als lokalen Stellvertreter der durch den Server bereitgestellten Methode. Für den Klienten gestaltet sich der Aufruf der entfernten Methode als lokaler Prozeduraufruf. Die technischen Einzelheiten der Kommunikation wie der Aufbau einer Kommunikationsverbindung über den TCP-IP Protokollstack oder die Erzeugung von Nachrichten, werden durch den Client Stub bzw. vice versa durch den Server Stub realisiert. Letzterer reicht den Aufruf serverseitig als lokalen Aufruf an die adressierte Methode weiter und veranlasst die Übermittlung der Rückgabewerte an den entfernten Client. Durch diesen Mechanismus ist die Benutzung eines Kommunikationskanals zum Aufruf einer entfernten Servermethode für den Entwickler der Client - Anwendung transparent. Problematisch an RPC -basierten Integrationsansätzen ist die enge Kopplung an implementierungsspezifische Details der zu integrierenden Anwendung. Wird diese erweitert oder abgeändert, so zieht dies im Regelfall Anpassungsentwicklungen am Quellcode der integrierenden Anwendung nach sich. Da die Kommunikation über RPC und RMI Anfragen synchron abläuft, ist die aufrufende Anwendung so lange blockiert, bis vom Empfänger eine Antwort eintrifft. Um eine reibungslose Kommunikation sicherzustellen, muss dafür Sorge getragen werden, dass zwischen den kommunizierenden Anwendungen stets eine stabile Netzwerkverbindung besteht und der Server permanent verfügbar ist. Einen stärker objektorientierten Integrationsansatz vertreten komponentenorientierte Middlewareplattformen wie die Common Object Request Broker Architekture (CORBA), das von Microsoft entwickelte Distributed Component Object Model (DCOM) oder die im Rahmen der J2EE spezifizierten Enterprise Java Beans (EJB). Hier werden die in einer zu integrierenden Anwendung enthaltenen Funktionen als Methoden in verteilten Objekten zugänglich gemacht. Objekte verbergen gemäß dem Paradigma der Objektorientierten Programmierung ihre internen Struktu-

16 15 ren und Eigenschaften wie auch die meisten Details bezüglich Plattform, Programmiersprachen und Implementierung hinter einer öffentlich zugänglichen Schnittstelle. Die Aufgabe eines Object Brokers besteht nun darin, einen entfernten Methodenaufruf gegenüber einem Klienten wie einen lokalen Aufruf erscheinen zu lassen. Im Unterschied zum RPC Mechanismus wird jedoch keine Prozedur, sondern eine Methode eines Objektes aufgerufen. Aufgrund der objektorientierten Mechanismen der Vererbung und der Polymorphie können Objekte entsprechend ihrer Klassenzugehörigkeit beim Aufruf der gleichen Methode ein völlig unterschiedliches Verhalten zeigen. Die zentrale Aufgabe der Middleware besteht demnach darin, eine Verbindung zwischen einem Klienten und einem entfernten Objekt zu etablieren und die Interaktion zwischen diesen zu vermitteln. Ergänzend werden von den einzelnen Middlewaresystemen zusätzliche plattform- und herstellerspezifische Funktionen bereitgestellt, welche an dieser Stelle jedoch nicht weiter vertieft werden. Das Hauptproblem nicht nur in RPC basierten Integrationsansätzen, sondern vielmals auch bei der Verwendung komponentenorientierter Middleware, ist die zu enge Kopplung zwischen den integrierten Systemen. Bei einer Funktionsintegration auf Code- oder Komponentenebene kann neue Funktionalität nur durch Anpassung und anschließende Neuübersetzung eines Systems integriert werden. Um als Betreiber einer E-Learning-Plattform auf die Anforderungen der Nutzer flexibel reagieren zu können, sollte es jedoch möglich sein, Funktionalitäten zur Laufzeit dynamisch einzubinden. Das heißt jegliche Referenzen oder Adressierungsinformationen, die zum Auffinden einer Funktionalität erforderlich sind, dürfen nicht zur Übersetzungszeit sondern erst zur Laufzeit angelegt werden. Ein weiterer gravierender Nachteil komponentenorientierter Middleware ist die unzureichende Kompatibilität der Systeme untereinander. Die Entscheidung für eine der vorgestellten Lösungen bedingt, dass alle in die Integrationslösung eingebundenen Systeme den gleichen RPC Mechanismus, das gleiche Objektmodell oder ein einheitliches Nachrichtenformat unterstützen. Da einige der betrachteten Integrationstechnologien darüber hinaus keine vollständige Plattform- und Programmiersprachenunabhängigkeit bieten, schränkt die Integrationslösung die Auswahl der möglichen Betriebssysteme und Programmiersprachen ein. So bietet DCOM die größten Einsatzpotentiale in einer Windows Umgebung, wenngleich Implementierungen für weitere Betriebssysteme verfügbar sind. Enterprise Java Beans in Verbindung mit RMI sind an die Programmiersprache Java gebunden. Die Integration von Fremdsystemen, die nicht in Java geschrieben sind, ist möglich, lässt sich jedoch nur mit zusätzlichem Aufwand realisieren. CORBA bietet lediglich eine Spezifikation ohne konkrete Implementierung. Die verfügbaren Implementierungen weisen hingegen herstellerspezifische Erweiterungen und Besonderheiten auf, weshalb die Interoperabilität zweier Implementierungen oftmals nur sichergestellt werden kann, indem auf die Nutzung derartiger Erweiterungen verzichtet wird. Darüber hinaus setzt der objektorientierte Ansatz von CORBA implizit voraus, dass die zu integrierenden Systeme in einer Sprache implementiert wurden, die dieses Paradigma unterstützen. Sollen Funktionen und Daten integriert werden, die mit einer Skriptsprache wie Perl oder VBScript erstellt wurden, so sind diese zunächst durch einen so genannten Wrapper (Vgl. Adapter Muster in [GHJV+04]) in ein Objekt zu kapseln. Im Unterschied zu RPC und RMI unterstützen nachrichtenbasierte Integrationsplattformen sowohl synchrone, als auch asynchrone Kommunikation. Dadurch eignen sie sich gleichermaßen für den Aufruf von Funktionen wie auch für die Übertragung von Informationen. Bei der Anwendung asynchroner Kommunikation müssen Sender und Empfänger für eine funktionierende Kommunikation nicht zwingend aktiv sein. Ist der Empfänger nicht verfügbar, so werden die an ihn adressierten Nachrichten in einer Warteschlange persistent zwischengespeichert. Die sendende Anwendung wird somit auch dann nicht blockiert, wenn der Empfänger zum Zeitpunkt des Versendens einer Nachricht nicht erreichbar ist. Aus diesem Grund zeichnet sich asynchrone nachrichtenbasierte Kommunikation vor allem in einem verteilten heterogenen Umfeld aus, in welchem die zu integrierenden Anwendungen unterschiedlichen Verantwortlichkeiten unterstehen oder über das Internet interagieren müssen. Nachrichtenbasierte Kommunikation ermöglicht eine Entkopplung der zentralen Integrationsinfrastruktur von der Implementierung der einzelnen Anwendungen. Dies erlaubt gegenüber dem Einsatz von RPC oder RMI basierten Integrationslösungen einen zusätzlichen Grad an Flexibilität. In einem Java Umfeld bieten sich Java Message Service (JMS) [Sun02] als mögliche Implementierungsplattformen für eine nachrichtenbasierte Kommunikation an. Die JMS API erlaubt es J2EE Anwendungen Nachrichten zu erzeugen, zu versenden und zu empfangen. Sie unterstützt

17 16 die Umsetzung einer lose gekoppelten, verteilten und asynchronen Kommunikationsplattform. Vorteilhaft ist die Verfügbarkeit einer ausgereiften API, die dem Anwender eine einfache Benutzung ermöglicht und darüber hinaus Dienste wie Transaktionssicherung oder die Unterstützung verschiedener Nachrichtenmodelle bereitstellt. Schwierigkeiten sind jedoch zu erwarten, wenn Anwendungen zu integrieren sind, die in einer Programmiersprache vorliegen, für die keine JMS Implementierung verfügbar ist. 2 Eine Integration kann in diesem Fall nur mit erhöhtem Implementierungsaufwand oder unter Einschränkungen vorgenommen werden. Sollen Anwendungen über Organisationsgrenzen hinweg angebunden oder die Systeme geografisch verteilter Einheiten einer einzelnen Organisation integriert werden, so findet die Kommunikation der Anwendungen zumeist über eine Firewall oder einen Proxy statt. Hierbei ist zu beachten, dass der JMS Dienst standardmäßig den Port 7676 nutzt, weshalb JMS Anfragen im Regelfall durch die Firewall blockiert werden. 3 Eine nicht nur plattformunabhängige, sondern auch programmiersprachen- und protokollunabhängige Alternative stellen Web-Services dar. Ein Web-Service lässt sich als Komponente auffassen, die ihre Funktionalität über eine veröffentlichte Schnittstelle anbietet und über offene, im Internet verwendete Protokolle zugreifbar ist. Mithilfe von Web-Services kann eine Service Orientierte Architektur (SOA) realisiert werden. Im Sinne einer SOA ist ein Dienst ein, durch eine wohldefinierte und über ein öffentliches Verzeichnis zugängliche Schnittstellenbeschreibung dargestelltes, sowie wieder verwendbares Stück Software, das eine abgegrenzte Funktionalität anbietet und durch einen Klienten integriert werden kann. Dienste sind relativ grobgranular und bilden einen Ausschnitt aus einem Geschäftsprozess oder eine inhaltlich klar umrissene Funktionalität ab. Technologisch beruhen Web-Services auf den XML basierten Standards SOAP (Simple Object Access Protocol), WSDL (Web-Services Description Language) und UDDI (Universal Description, Discovery and Integration) [W3C04]. Ein SOAP Aufruf lässt sich als XML Dokument verstehen, welches einen Methodenaufruf beschreibt. Die grundlegende Semantik einer SOAP- Nachricht entspricht somit im Wesentlichen der eines RPC-Aufrufes. SOAP-Nachrichten können mithilfe verschiedener Transportprotokolle, wie HTTP, UDP (User Datagram Protocol) oder SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) übertragen werden. Firewallprobleme wie sie im Zusammenhang mit JMS beschrieben wurden, können umgangen werden, wenn HTTP als Übertragungsprotokoll gewählt wird. WSDL erlaubt es, die durch einen Klienten zugreifbaren Funktionen eines Web- Service zu definieren, sowie deren Schnittstellen zu beschreiben. Im Einzelnen beinhaltet ein WSDL Dokument Angaben über Parameter und Rückgabewerte der Funktionen eines Web- Service, sowie allgemeine Zugriffs- und Deploymentinformationen. Um für eine bestimmte Anforderung einen adäquaten Web-Service finden und adressieren zu können, wird der Standard UDDI benötigt. UDDI stellt mithilfe einer SOAP -Schnittstelle einen Verzeichnisdienst bereit, der Informationen über Web-Services und deren Anbieter enthält. Die Interaktionen zwischen einem Dienstanbieter und einem Konsumenten sind in Abbildung 5 veranschaulicht. Der Anbieter veröffentlicht in einer UDDI Registry Informationen zu seinem Unternehmen bzw. seiner Organisation, sowie die WSDL Beschreibung der zu veröffentlichen Web-Services. Der Konsument durchsucht dieses Verzeichnis, findet anhand der Anbieter- und Dienstbeschreibungen einen passenden Dienst und erhält die WSDL Beschreibung des ausgewählten Web-Services. Mit dieser kann er den entsprechenden Dienst integrieren und über SOAP-Nachrichten auf dessen Funktionen zugreifen. Der Hauptvorteil von Web-Services liegt in der Verwendung offener Standards, die sowohl Plattformunabhängigkeit, als auch Protokoll- und Programmiersprachenunabhängigkeit ermöglichen und somit eine hohe Flexibilität und Interoperabilität Web-Service basierter Integrationslösungen sicherstellen. Durch das üblicherweise zur Nachrichtenübertragung verwendete HTTP Protokoll ist eine Kommunikation auch über Organisationsgrenzen hinweg problemlos möglich. Nachteile betreffen vor allem die Performanz, die durch die XML Verarbeitung und die Größe der zu übertragenen Nachrichten negativ beeinflusst wird. Kritisch zu hinterfragen ist weiterhin, ob die verfügbaren Standards wie XML Encryption [W3C02], XML Signature [W3C02a] oder Web- Services Secyrity [Oas05b] ausreichen, um auch in sensiblen Bereichen wie dem Prüfungswesen ein angemessenes Sicherheitsniveau zu gewährleisten. 2 Implementierungen für den JMS Dienst liegen derzeit abgesehen von Java für C++ und C# vor. 3 Eine Lösung für dieses Problem stellt das so genannte HTTP (Hypertext Transfer Protocol) Tunneling dar. Hierbei werden JMS Nachrichten in spezielle HTTP Pakete verpackt, welche Firewalls und Proxies ungehindert passieren können.

18 17 Abbildung 5: Kommunikation zwischen Web-Services (vgl. [Wes05] S. 85) Die Integration auf Funktionsebene ist die semantisch reichhaltigste Art der Integration, da hier nicht nur die Semantik der Daten sondern zudem die Semantik der Programmlogik einer Anwendung zugänglich gemacht wird. Probleme mit impliziter Semantik wie sie im vorangegangenen Abschnitt zur Datenintegration angesprochen wurden, lassen sich auf diese Weise umgehen. Darüber hinaus können Redundanzen sowohl auf Datenebene als auch auf Funktionsebene weitestgehend beseitigt werden. Andererseits ist die Funktionsintegration mit einem enormen technischen Aufwand verbunden. Im speziellen Fall der Integration von HIS-GX werden die Bemühungen zusätzlich durch den Umstand erschwert, dass HIS-GX derzeit nur wenige Schnittstellen zur Anbindung von Fremdsystemen auf Funktionsebene bereitstellt. Daher wird eine HIS- GX Integration auf Funktionsebene unabhängig von der ausgewählten Technologie nicht ohne die Beteiligung des Herstellers vonstatten gehen können. Aufgrund der Vielfalt der am Markt verfügbaren und an deutschen Hochschulen eingesetzten E-Learning -Systeme ist es für die HIS GmbH nicht vertretbar, für jedes dieser Systeme eine individuell gestaltete Schnittstelle zu implementieren. Vielmehr sind auch die Hochschulen in der Pflicht, in einem hochschulübergreifenden Gremium ihre HIS-GX Integrationsanforderungen zusammenzutragen und allgemeinverbindliche Schnittstellenspezifikationen zu erarbeiten Integration auf der Ebene der Benutzerschnittstellen Bei einer Integration auf Benutzerschnittstellenebene werden Daten, Funktionen und Prozesse einer Anwendung durch Einbindung ihrer Benutzerschnittstelle zugreifbar gemacht (Vgl. Abb. 6). Die Programmlogik oder die Daten der Anwendung bleiben bei dieser Form der Integration unberührt. In einer heterogenen E-Learning Umgebung kann eine derartige Integration durch ein Portal gewährleistet werden, welches Daten und Funktionen bestehender Anwendungen verfügbar macht. Ein Portal kann als eine webbasierte Anwendung verstanden werden, die Daten und Funktionen verschiedener Anwendungen als Dienste auf einer Plattform integriert und dem Benutzer über eine einheitlich gestaltete Bedienoberfläche zugänglich macht. Für den Benutzer ergeben sich Vorteile wie eine einheitliche Bedienung, Single Singn On (Vgl. Abschnitt 2.6), benutzerspezifische Anpassung von Funktionsumfang und Layout, sowie eine einfach einzurichtende Verknüpfung von Diensten und Inhalten verschiedener Anwendungen. Die Präsentation einer Anwendung auf der Portalseite erfolgt in einem Fensterbereich, der als Portlet bezeichnet wird. Ein Portlet bildet die Benutzerschnittstelle einer einzelnen Anwendung oder einer Gruppe von logisch und/oder inhaltlich zusammengehörigen Anwendungen ab. Durch Kommunikationsmechanismen können Interaktionen zwischen Portlets realisiert werden. Beispielsweise kann die Anmeldung zu einer Lehrveranstaltung in einem HISLSF Portlet in einem weiteren Portlet automatisch die Auflistung der durch den Dozenten empfohlenen Lernmaterialien bewirken. Der OASIS Standard WSRP (Web-Services for Remote Portlets) [Oas05] beschreibt wie WSRP -kompatible Portale Anwendungen und Inhalte mithilfe standardisierter Web-Services dynamisch und ohne Programmieraufwand integrieren können. Im Unterschied zu Web-Services erlaubt WSRP, nicht nur Inhalte und Anwendungslogik sondern auch Darstellungselemente (markup Fragmente) zu veröffentlichen und zu konsumieren. Auf diese Weise können Portalbetreiber flexibel Angebote nebst ihrer Präsentation aus verschiedenen organisationsinternen und -exter-

19 18 Abbildung 6: Integration auf Benutzerschnittstellenebene (vgl. [CHK+06] S. 19) nen Quellen integrieren und dem Benutzer bereitstellen. Eine Integration auf Benutzerschnittstellenebene erweist sich vor allem dann als zweckmäßig, wenn ein Integrationsvorhaben in erster Linie das Ziel verfolgt, Funktionen und Inhalte aus heterogenen Quellen einem Benutzer auf flexible Weise an einer zentralen Stelle zur Verfügung zu stellen. In der Regel sind für die Integration keinerlei Anpassungen am Datenmodell oder den Funktionen der zu integrierenden Anwendungen erforderlich. Dies ist vor allem dann von Vorteil, wenn eine unabhängige Weiterentwicklung der einzelnen Systeme und die Möglichkeit eines stand alone Betriebes unabhängig von der Integrationslösung angestrebt werden. Steht hingegen die Automatisierung von anwendungsübergreifenden Prozessen im Mittelpunkt des Interesses, so macht eine Integration über die Benutzerschnittstellen keinen Sinn. Die Kommunikation zwischen den Anwendungen wird in diesem Fall ausschließlich durch die Programmlogik und nicht durch Interaktionen des Anwenders mit der Benutzerschnittstelle gesteuert. Gegenüber einer direkten Integration auf Funktionsebene würde der Umweg über WSRP Services einen erheblichen Mehraufwand bei der Implementierung der Integrationslösung bewirken und zudem deren Performanz einschränken. Eine Integration auf Benutzerschnittstellenebene wird in der Literatur zur EAI (Vgl. [CHK+06], [Lin00]) gemeinhin als Notlösung angesehen, die erst dann zur Anwendung kommt, wenn eine Integration auf Daten- oder Funktionsebene nicht möglich ist. Ein Hauptgrund sind deutliche Defizite dieses Integrationsansatzes hinsichtlich Performanz und Skalierbarkeit verglichen mit einer Integration auf Funktionsebene. Darüber hinaus werden in den einzelnen Anwendungen bestehende Redundanzen auf Daten- oder Funktionsebene nicht beseitigt. Bezogen auf die Integration von HIS-GX besteht zudem das Problem, dass die HIS GmbH nach derzeitigem Kenntnisstand in absehbarer Zeit keine WSRP -Dienste für HIS-GX bereitstellen wird Zusammenfassung und Fazit Eine HIS-GX Integration auf Datenebene lässt sich mit den verfügbaren Schnittstellen relativ leicht realisieren und wurde daher trotz ihrer Probleme von einigen Hochschulen umgesetzt. Auf längere Sicht scheidet sie jedoch aufgrund der geschilderten Nachteile als praktikable Integrationslösung aus. Um die geschilderten Probleme einer Datenintegration unter Umgehung der Anwendungslogik zu vermeiden, sollte bei schreibenden Zugriffen auf HIS-GX Daten, eine Integration auf Funktionsebene angestrebt werden. Diese wird durch HIS-GX derzeit kaum unterstützt. Entsprechend sind diesbezüglich noch keine erfolgreich abgeschlossenen Projekte bekannt. Die

20 19 verfügbaren HIS-GX Web-Services zeigen zwar eine gangbare Richtung auf, jedoch reicht der derzeit über Web-Service basierte Schnittstellen zugängliche Funktionsumfang für eine Integration mit E-Learning Systemen bei weitem nicht aus. Hier stehen Hochschulen und die HIS GmbH gleichermaßen in der Pflicht zusätzliche Schnittstellen zu spezifizieren und zu entwickeln. Ähnliche Probleme bestehen bei einer Integration auf Benutzerschnittstellenebene. Präsentationsorientierte WSRP -Web-Services, welche es ermöglichen die Benutzerschnittstelle von HIS-GX Funktionalitäten einfach in ein WSRP -kompatibles Portal einzubinden, sind derzeit nicht verfügbar und wurden von Seiten der HIS GmbH auch nicht in Aussicht gestellt. Eine Integration von HIS-GX auf Funktionsebene stellt somit den besten Kompromiss aus Leistung, Flexibilität und Realisierbarkeit dar. Dennoch schließt eine Integration auf der Grundlage von Web-Services den Einsatz von WSRP -Portlets nicht aus. WSRP -Portlets stellen keine grundsätzlich neue Technologie dar, sondern eine Erweiterung der bestehenden Web-Service- Standards um Möglichkeiten zum Austausch von Präsentationsinformationen. Eine auf Web- Services basierende Integrationsinfrastruktur kann daher recht leicht für die Verwendung von WSRP -Portlets modifiziert werden. Um eine unabhängige Weiterentwicklung der E-Learning -Anwendungen zu ermöglichen sollten Implementierungsabhängigkeiten soweit als möglich vermieden werden. Weiterhin wird gefordert, dass der Betrieb der Systeme unabhängig von der Integrationslösung möglich ist und durch diese nicht negativ beeinträchtigt wird. Aus diesem Grund erweisen sich RPC basierte Integrationsansätze und komponentenorientierte Middlewareplattformen aufgrund der durch sie vermittelten engen Kopplung zwischen den Systemen als ungeeignet. Ebenfalls problematisch sind Lösungen, die ausschließlich synchrone Kommunikation unterstützen, da bei einer Kommunikation über das Internet und der Autonomie der beteiligten Systeme mit dem Verlust von Nachrichten oder Systemausfällen gerechnet werden muss. In der Entscheidung zwischen JMS und Web empfehlen sich Web-Services durch ihre Plattform-, Protokoll-, und Programmiersprachenunabhängigkeit. Bei der Weiterentwicklung der bestehenden oder der Konzeption neuer E-Learning -Systeme besteht keine Bindung an eine bestimmte Programmiersprache oder Technologie. Die Implementierung einer E-Learning Anwendung kann in einer.net Umgebung mit c# gleichermaßen erfolgen wie unter Verwendung der J2EE und Java. Entscheidend ist alleine, dass jene Dienste, die diese Anwendung anderen Systemen zur Verfügung stellen soll, als Web-Services implementiert sind und einer spezifizierten Schnittstelle genügen. Die wachsende Bedeutung und Verbreitung von Web-Services forciert die Weiterentwicklung der relevanten Standards, sowie die Verfügbarkeit von Entwicklungswerkzeugen. Bei der Integration von HIS- GX bieten sich durch die Verwendung von Web-Services nicht zuletzt Vorteile, da die HIS GmbH bereits einige Web-Service basierte Schnittstellen zur Anbindung von HIS-GX Implementiert und weitere in Aussicht gestellt.

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