Ubiquitous Computing-Technologien zur Integration der realen Welt in betriebliche Informationssysteme

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1 Georg-August-Universität Göttingen Institut für Wirtschaftsinformatik Professor Dr. Matthias Schumann Platz der Göttinger Sieben Göttingen Telefon: Telefax: Arbeitsbericht Nr. 15/2006 Hrsg.: Matthias Schumann Thomas Diekmann / Svenja Hagenhoff Ubiquitous Computing-Technologien zur Integration der realen Welt in betriebliche Informationssysteme

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3 Inhaltsverzeichnis II Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis...III Abkürzungsverzeichnis... IV 1 Einleitung Ausgewählte Ubiquitous Computing-Technologien für den Einsatz im betrieblichen Umfeld Embedded Devices RFID Basisfunktionalitäten von Embedded Devices und RFID Technische Überlegungen zur Integration von Ubiquitous Computing-Technologien in betriebliche Informationssysteme Datenorientierte Integration von Ubiquitous Computing-Technologien Speicherung in Netzwerken Objektbegleitender Datentransport Integrierte Sichtweise Zusammenfassung und Beurteilung Funktionsorientierte Integration von Ubiquitous Computing-Technologien Web Services zur Integration von Embedded Devices Eignung ausgewählter Web Service Standards SOAP WSDL UDDI BPEL4WS Zusammenfassung und Beurteilung Zusammenfassung und Ausblick...35 Literaturverzeichnis...36

4 Abbildungsverzeichnis III Abbildungsverzeichnis Abbildung 2-1: Grundaufbau eines Embedded Device...4 Abbildung 2-2: Meilensteine der RFID-Entwicklung...6 Abbildung 2-3: Grundaufbau eines RFID-Systems...8 Abbildung 2-4: Aufbau des EPC...10 Abbildung 2-5: Taxonomie für Embedded Devices...11 Abbildung 2-6: Basisfunktionalitäten von RFID und Embedded Devices...13 Abbildung 3-1: Abbildung der realen Welt in ein Informationsystem...15 Abbildung 3-2: EPC-Infrastruktur...18 Abbildung 3-3: Architektur des objektbegleitenden Datentransports...22 Abbildung 3-4: Architektur zur Integration von Daten aus Ubiquitous Computing-Systemen 24 Abbildung 3-5: Vorgehen bei der Entwicklung einer SOA...26 Abbildung 3-6: Einordnung von Web Service Standards in die WSA...29 Abbildung 3-7: Integration von Embedded Devices in eine SOA mittels Web Services...33

5 Abkürzungsverzeichnis IV Abkürzungsverzeichnis ALE BPEL4WS CGI DARPA DNS EAN EEPROM EPC ESP FRAM GPS HTML IEEE IrDA ONS PAN RFID SMTP SOA SOAP SRAM UDDI UPC WLAN WSA WSDL XML Application Level Events Business Process Execution Language for Web Services Common Gateway Interface Defense Advanced Research Projects Agency Domain Name System European Article Number Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory Electronic Product Code Elektronisches Stabilitätsprogramm Ferroelectric Random Access Memorie Global Positioning System HyperText Markup Language Institute of Electrical and Electronics Engineers Infrared Data Association Object Naming Service Personal Area Network Radio Frequency Identification Simple Mail Transfer Protocol Service Oriented Architecture Simple Object Access Protocol Static random access memory Universal Description, Discovery and Integration Universal Product Code Wireless Local Area Network Web Service Architecture Web Service Description Language Extensible Markup Language

6 1 Einleitung 1 1 Einleitung Ubiquitous Computing-Technologien sollen zukünftig in alle Lebensbereiche Einzug halten. Somit stellt sich auch für Unternehmen die Frage, welche Ubiquitous Computing-Technologien für sie relevant sind. Die im Ubiquitous Computing-Zeitalter erwartete große Gerätediversifikation (vgl. Hansmann 2003, S. 18) macht es für Unternehmen schwierig, relevante Technologien zu identifizieren. Ziel der folgenden Ausführungen ist es daher, ausgewählte Kategorien von Ubiquitous Computing-Technologien darzustellen, die als besonders relevant für das betriebliche Umfeld erachtet werden. Als Grundlage für weitergehende Untersuchungen, soll anhand der verschiedenen Gerätemerkmale eine Taxonomie der dargestellten Ubiquitous Computing-Technologien entwickelt werden. Anschließend werden Basisfunktionalitäten für das betriebliche Umfeld dargestellt, die durch Ubiquitous Computing-Technologien ermöglicht werden. Während prototypische Umsetzungen von Ubiquitous Computing-Anwendungen auf der grünen Wiese erfolgen, müssen bei dem Unternehmenseinsatz bestehende Strukturen beachtet werden. So stellt sich speziell die Frage, wie Ubiquitous Computing-Technologien in die bestehenden betrieblichen Informationssysteme integriert werden. In Kapitel 3 wird diese Frage aus zwei Perspektiven betrachtet. Zum Einem soll die Integration aus einer datenorientierten, zum anderen aus einer funktionsorientierten Sichtweise beleuchtet werden. 1 Den Abschluss der Untersuchung bilden eine Zusammenfassung der Ergebnisse der Untersuchung und ein Ausblick auf zukünftige Forschungsfragen. 1 Zwar findet in Unternehmen heutzutage zumeist eine objektorientierte Perspektive Anwendung, die Verwendung der funktionsorientierten und der datenorientierten Perspektive steht aber nicht im Widerspruch dazu, da die beiden Perspektiven inhärent mit der objektorientierten Perspektive verbunden sind. In der Objektorientierung stellt ein Objekt eine Zusammenfassung von Aufgabeobjekt (Daten) und Aufgaben (Funktionen) dar. (vgl. Jung 2006, S. 41 ff.). Die objektorientierte Perspektive wird in der Untersuchung also implizit berücksichtigt.

7 2 Ausgewählte Ubiquitous Computing-Technologien für den Einsatz im betrieblichen Umfeld 2 2 Ausgewählte Ubiquitous Computing-Technologien für den Einsatz im betrieblichen Umfeld Im Folgenden werden Ubiquitous Computing-Technologien für den Einsatz im betrieblichen Umfeld vorgestellt. Mit Embedded Devices wird eine Geräteklasse dargestellt, die die im Ubiquitous Computing verfolgte Verschmelzung der physischen mit der digitalen Welt ermöglichen soll. Sie stellen die technologische Grundlage der von Weiser formulierten Vision des Ubiquitous Computing dar und sollen relativ abstrakt aus Sicht des Ubiquitous Computing als Forschungsbereich erläutert werden. Während Embedded Devices, wie sie im Folgenden beschrieben werden, noch am Anfang der Entwicklung stehen, steht mit RFID eine marktreife Technologie zur Verfügung, mit der viele Ubiquitous Computing- Szenarien bereits heute realisiert werden können. Abschließend wird gezeigt, dass es sich bei den beiden erläuterten Technologien nicht um verschiedene, sondern um komplementäre Technologien handelt. Es wird eine Taxonomie vorgestellt, die es ermöglicht verschiedene Ausprägungen der beiden Technologien zu systematisieren und es werden Basisfunktionalitäten beschrieben, die im betrieblichen Umfeld von Embedded Devices und RFID übernommen werden. 2.1 Embedded Devices Eine der Grundideen des Ubiquitous Computing ist es, Gegenstände mit Computern zu kombinieren um sie so smart werden zu lassen. Die Computer werden in die physische Welt quasi eingebettet, weshalb sie auch als Embedded Devices bezeichnet werden. Die mit den Embedded Devices ausgestatteten Gegenstände werden als smarte Gegenstände oder hybride Artefakte bezeichnet (vgl. Fleisch/Mattern/Billinger 2003, S. 7). In der Ubiquitous Computing-Literatur werden vielfältige Einsatzszenarien dieser Embedded Devices beschrieben, die sehr unterschiedliche Anforderungen an die Hardware und die Software der Embedded Devices stellen. Eine der Grundideen des Ubiquitous Computing ist es, anstelle von Universal-Geräten, die die Anforderungen aller Anwendungen gleichzeitig erfüllen, Geräte einzusetzen, die speziell auf die Anforderungen der jeweiligen Anwendung zugeschnitten sind. Dieses impliziert eine starke Diversifikation bspw. hinsichtlich der Rechnerleistung und der Baugröße (vgl. Hansmann 2003, S. 18 ff.). Neben dem eigentlichen Computer, sind insbesondere die Schnittstellen des Embedded Devices von Interesse (vgl. Leimeister/Krcmar 2002, S. 1288). Netzwerkschnittstellen sollen es Embedded Devices ermöglichen mit anderen Embedded Devices bzw. mit anderen Computern zu kommunizieren. In vielen Ubiquitous Computing-Szenarien ist vorgesehen, dass verschiedene Gegenstände bzw. die dazugehörigen Embedded Devices zur Lösung einer Aufgabe kooperieren. Dazu ist eine Vernetzung notwendig, über die die notwendige Kommunikation abgewickelt wird. Sind die Gegenstände an denen die entsprechenden Embedded Devices gebunden sind mobil, sind kabelgebundene Netzwerkschnittstellen im Regelfall unzweckmäßig. Die meisten in der Literatur beschriebenen Embedded Devices verfügen daher über eine funkbasierte oder eine optische Netzwerkschnittstelle, über die eine schnelle und spontane

8 2 Ausgewählte Ubiquitous Computing-Technologien für den Einsatz im betrieblichen Umfeld 3 Vernetzung der Embedded Devices untereinander erfolgen kann. Als besonders geeignete Technologien werden in der Literatur der Bluetooth- und der IrDA-Standard angeführt, die eine Vernetzung über relativ kleine Distanzen (< 1m bei IrDA und 10 bzw. 100 m bei Bluetooth) ermöglichen. Als besonderer Vorteil werden die große Verfügbarkeit, die geringen Kosten, die kleine Baugröße und der vergleichsweise geringe Energieverbrauch genannt. Für Vernetzungen über größere Distanzen eignen sich die verschiedenen IEEE x-WLAN-Standards, die allerdings einen relativ hohen Energieverbrauch haben (vgl. Want/Borriello/Farkas 2002, S. 37 f.). Eine weitere wichtige Schnittstelle von Embedded Devices stellt die zur physischen Umwelt dar. Verschiedenen Sensoren (Beschleunigung, Helligkeit, Temperatur) ermöglichen es Embedded Devices Daten aus der physischen Umwelt zu sammeln. Die Entwicklungen im Bereich mikroelektromechanischer Systeme haben in der Sensortechnologie neue Möglichkeiten eröffnet. Bei dieser Technologie werden mechanische Sensoren mit Technologien der Halbleiterindustrie aus Silizium realisiert. Die so gefertigten Sensoren sind extrem klein, sehr robust, kostengünstig und zudem sehr messgenau. Mikroelektromechanische Sensoren werden im großen Stil in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Sie kommen dort beispielsweise als Beschleunigungssensoren für Airbags und elektronische Stabilitätsprogramme (ESP) zum Einsatz (vgl. Borriello/Want 2000, S. 63). Die mit den Sensoren gewonnenen Daten sollen Embedded Devices in die Lage versetzen, den Kontext in dem sie sich befinden zu erfassen. Auf Basis des Kontextes ist es dann möglich, dezentral Entscheidungen zu treffen bzw. Aktionen auszulösen. Um Aktionen in der physischen Umwelt auszulösen, benötigen Embedded Devices Aktuatoren (vgl. Fleisch/Mattern/Billinger 2003, S. 6). Da die Kommunikation von Mensch zu PC bisher vom Benutzer als zu aufwendig und somit oftmals als störend empfunden wird, soll im Ubiquitous Computing die Kommunikation zwischen Menschen und Computern weitgehend implizit erfolgen (vgl. Tennenhouse 2000, S. 43 ff.). Die Kommunikation zwischen und Mensch und Computer soll auf ein Minimum reduziert werden. Es ist angedacht, dass Computer anhand des Kontextes erkennen, welche Aufgaben sie zu erfüllen haben. Ist dennoch eine Kommunikation notwendig, so sollte diese so natürlich wie möglich sein. Die Benutzerschnittstellen von Embedded Devices müssen also möglichst an die menschliche Kommunikation angelehnt sein (vgl. Mark 1999, S. 677 ff.). Abbildung 2-1 fasst die grundlegenden Komponenten eines Embedded Device zusammen.

9 2 Ausgewählte Ubiquitous Computing-Technologien für den Einsatz im betrieblichen Umfeld 4 andere Embedded Devices/Computer Benutzer Umwelt Sprache, Bilder, Text, Gesten Kontext/Aktionen Netzwerkschnittstelle Benutzerschnittstelle Embedded Device Physisches Objekt Sensoren/Aktuatoren Smarter Gegenstand/ Hybrides Artefakt Abbildung 2-1: Grundaufbau eines Embedded Device Neben der hohen Gerätediversifikation ergeben sich aus den vielfältigen Einsatzszenarien von Embedded Devices weitere Herausforderungen für die Entwicklung von Embedded Devices. Die größten Herausforderungen sind der Preis, die Größe und die Energieversorgung (vgl. Ammer et al. 2005, S. 301): - Preis: Da Embedded Devices massenhaft eingesetzt werden sollen, dürfen diese nicht zu teuer sein. - Größe: Um Embedded Devices quasi unsichtbar in die Umwelt integrieren zu können, müssen sie sehr klein sein. - Energieversorgung: Aufgrund der inhärenten Mobilität vom Embedded Devices, müssen sie über eine autarke Stromversorgung verfügen. Herkömmliche Energiespeicher (Batterien etc.) sind wegen ihrer geringen Energiedichte i. d. R. nicht geeignet. Starke Impulse haben Embedded Devices aus der militärischen Forschung erhalten. Im militärischen Bereich sind Konzepte angedacht, in denen Embedded Devices eingesetzt werden, um in Kriegsgebieten dezentral Informationen zu sammeln. Sie sollen als Smart Dust von Flugzeugen abgeworfen werden, am Boden Daten über die physische Umgebung sammeln, sich untereinander vernetzen und die Daten zu einem Gesamtbild am Boden zusammensetzen. So könnten beispielsweise anhand von Erschütterungen Bewegungen feindlicher Truppen erfasst werden. Vor diesem Hintergrund hat die in den USA für die militärische Forschung zuständige Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) erhebliche Mittel in die Entwicklung von Embedded Devices gesteckt (Mattern 2003, S. 20). Der Aufwand Hardware speziell für eine bestimmte Anwendung zu entwickeln ist sehr hoch. Einige wissenschaftliche Einrichtungen haben sich deshalb als Ziel gesetzt, generische Hardwareplattformen zu entwerfen, mit denen verschiedene Anwendungsszenarien realisiert werden können (vgl. Ammer et al. 2005, S. 303 ff.). Die entwickelten Plattformen sind im Grundaufbau sehr ähnlich. Sie sind zumeist

10 2 Ausgewählte Ubiquitous Computing-Technologien für den Einsatz im betrieblichen Umfeld 5 modular aufgebaut und verfügen über ein Prozessorboard, eine Sensoreinheit zur Erfassung des Kontexts, eine eigene Stromversorgung und eine Netzwerkschnittstelle um ad-hoc mit anderen Geräten zu kommunizieren. Anfänglich waren die Testplattformen zumeist noch relativ groß (etwa 10 cm³), verfügten aber über vergleichsweise hohe Rechenkapazitäten (z. B. WINS der UCLA (vgl. Lin/Sanchez/Kaiser 1998), PicoNodeI aus Berkley (vgl. Rabaey et al. 2000, S. 42 ff.), µamps-i des MIT (vgl. Min et al. 2000, S. 581 ff.)). Folglich war der Stromverbrauch dieser Plattformen für den Einsatz in realitätsnahen Anwendungsszenarien signifikant zu hoch. Spätere Entwicklungen vernachlässigten deswegen die Prozessorleistung zugunsten der oben erläuterten Herausforderungen Preis, Größe und Energieversorgung. An der UC Berkeley wurde beispielsweise mit COTS eine Plattform aus elektronischen Standardkomponenten entwickelt, die eine geringe Baugröße mit einem geringem Preis und einem sehr kleinen Energieverbrauch verbindet (vgl. Hollar 2000, S. 6 ff.). Die in den vorangegangenen Ausführungen beschriebenen Prototypen werden in der Literatur unter dem Begriff Wireless Sensor Nodes zusammengefasst. Sie dominieren die Literatur zu Embedded Devices, was sicherlich nicht zuletzt an der o. a. Smart Dust-Inititiative der DARPA liegt. In der Literatur wird aber auch immer wieder darauf hingewiesen, dass in den meisten Anwendungsszenarien Wireless Sensor Nodes alleine nicht ausreichend sind. Aufgrund ihrer sehr begrenzten Energieversorgung und den damit verbundenen Restriktionen hinsichtlich der Rechenkapazität, ist oftmals eine Zusammenarbeit mit leistungsfähigeren Embedded Devices notwendig. Systematisiert man die zum Einsatz kommenden Embedded Devices hinsichtlich der Größe, der Energieversorgung und der Mobilität, so kann man drei Kategorien unterscheiden (vgl. Snijders 2005, S. 260): - Autonomous micro devices sind sehr klein und müssen über ihren gesamten Lebenszyklus autonom agieren (z. B. Daten sammeln) können. D. h. sie müssen die für den Betrieb benötigte Energie aus ihrer Umwelt gewinnen (Solarzellen, Vibrationen, elektromagnetische Felder). Da sie vornehmlich mit anderen Embedded Devices kommunizieren, werden sie in der Regel über keinerlei Benutzerschnittstelle verfügen. Die oben beschriebenen Wireless Sensor Nodes sind ein Beispiel für diese Geräteklasse. - Portable mini devices sind mobile Geräte, die über ausreichend Rechenleistung verfügen um komplexe Aufgabenstellungen lösen zu können. Viele der dieser Geräte werden über eine Benutzerschnittstelle verfügen. Die Stromversorgung erfolgt mit Batterien, Brennstoffzellen o. ä. und erlaubt einen mehrtägigen unterbrechungsfreien Betrieb. In diese Geräteklasse fallen u. a. die sog. Personal Information Devices (Mobiltelefone, PDAs). - Static Maxi Devices sind ortsgebunden und hinsichtlich der Rechenleistung und der Stromversorgung nicht eingeschränkt. Es handelt sich bei diesen Geräten beispielsweise um Server oder aber auch um andere Infrastruktur wie Bildschirme

11 2 Ausgewählte Ubiquitous Computing-Technologien für den Einsatz im betrieblichen Umfeld RFID Die Ursprünge von RFID reichen in die 1940er Jahre zurück (vgl. hierzu und zum Folgenden Landt 2005, S. 8 ff.). Das Militär suchte eine Möglichkeit feindliche Flugzeuge von eigenen Flugzeugen zu unterscheiden. Ein sog. Transponder eine Zusammensetzung aus den englischen Begriffen Transmitter (Empfänger) und Responder (Antwortsender) im Flugzeug empfängt ein codiertes Signal und übermittelt daraufhin seine eigene verschlüsselte Identifikation. Das Grundprinzip wird bis heute vom Militär angewendet. In den letzten Jahrzehnten sind noch eine Reihe weiterer Einsatzgebiete von RFID - weitgehend unbemerkt von der breiten Öffentlichkeit erschlossen worden. Seit den 1970er Jahren finden einfache RFID-Systeme zur Diebstahlsicherung Anwendung. Auf einem an dem zu sichernden Artikel befestigten Transponder wird gespeichert, ob die Ware bezahlt wurde. Bei Verlassen des Geschäftes kann diese Information ausgelesen werden. Seit den 1980er Jahren wird RFID zunehmend zur Identifikation von Tieren in der Landwirtschaft genutzt. In den 1990er Jahren wurde RFID beispielsweise für Wegfahrsperren, Skitickets und Tankkarten eingesetzt. Mit der Jahrtausendwende wurde durch Entwicklung eines global gültigen Standards zur Warenidentifikation (EPC) die Grundlage für den massenhaften Einsatz der RFID-Technologie gelegt. Neben der technischen Entwicklung von RFID erfolgten parallele Entwicklungen, die letztendlich den Einsatz der RFID-Technologie ebneten. Abbildung 2-2 fasst die Entwicklung von RFID und die wichtigsten parallelen Entwicklungen zusammen (vgl. Kern 2006, S. 9 und Melski 2006, S. 7). RFID Parallele Entwicklungen Flugzeugerkennung Freund-Feind Stockmans Communications by Means of Reflected Power Steigerung der Leistungsfähigkeit der Computer (Miniaturisierung) Telekommunikation (digitalisierte Datenübertragung, drahtlose Kommunikation) Globale Vernetzung (Internet) Fortschritte in Materialwissenschaften (Siliziumchip, Polymertechnologie) Betriebswirtschaftliche Konzepte (Supply Chain Management etc.) Warensicherung Erster RFID- Patentantrag durch Cardullo Tieridentifikation bei Nutztieren Mautgebührensystem Bibliotheken Zugangskontrolle Wegfahrsperre Behältermanagement Zeitmessung bei Sportveranstaltungen Personalausweis Supply Chain Management Abbildung 2-2: Meilensteine der RFID-Entwicklung Wenn man der Bezeichnung RFID folgt, handelt es sich dabei um eine Technologie, mit der man Gegenstände über Funkwellen identifizieren kann. Damit konkurriert RFID mit anderen Verfahren der automatischen Identifikation (vgl. Pflaum 2001, S. 33 f.): - Optical Character Recognition-Verfahren - Biometrik

12 2 Ausgewählte Ubiquitous Computing-Technologien für den Einsatz im betrieblichen Umfeld 7 - Chipkarten - Barcode-Systeme Der Barcode in Verbindung mit den verschiedenen Standards (EAN etc.) hat sich in den letzten Jahren in vielen Bereichen etabliert. Für Barcodes sprechen die geringen Kosten, die bei dem Einsatz von Barcodes entstehen und die große Verbreitung dieser Technologie. Nachteilig sind die fehlende Möglichkeit sie zu verändern und die geringe Speicherkapazität. Chipkarten haben zwar einen veränderbaren Datenspeicher mit vergleichsweise hoher Speicherkapazität, um sie auszulesen muss man aber einen galvanischen Kontakt herstellen. Die weiteren Darstellungen werden zeigen, dass RFID die Vorteile von Barcodes und Chipkarten verbindet. Es gibt vielfältige Ausprägungen von RFID-Systemen. Als kleinsten gemeinsamen Nenner kann man festhalten, dass sich ein RFID-Systems aus mindestens zwei Komponenten zusammensetzt: Der RFID- Transponder enthält das Identifikationsmerkmal; ein RFID-Lesegerät kann über Funkwellen diese Identifikation auslesen. Entsprechend ihres Aufbaus werden vier verschiedene Typen von Lesegeräten unterschieden: Sog. Gate-Reader sind stationär - bspw. an Verladetoren - montiert, Compact Reader und Mobile Reader repräsentieren dagegen Kombinationen von Antenne und Lese-/Schreibgerät in kompakten, tragbaren Gehäusen. Fahrzeuggebundene Reader werden schließlich fest bspw. im Kühlraum eines Kühltransporters montiert (vgl. Bitkom 2005, S. 26) Insbesondere über die Ausprägung der Transponder lassen sich die verschiedenen RFID-Systeme systematisieren (vgl. hierzu und zum folgenden Pflaum 2001, S. 33 ff., Finkenzeller 2002, S. 11 ff., Penttilä/Engels/Kivikoski 2004, S. 143 ff. und Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik 2004). Im Grundaufbau besteht ein Transponder aus einem Chip und einer Antenne. Über die Antenne wird der Transponder vom Lesegerät ausgelesen. Bei den sog. passiven Transponder dient die Antenne darüber hinaus zur Stromversorgung. Dazu wird ein vom Lesegerät generiertes magnetisches oder elektromagnetisches Feld von dem Transponder mittels der Antenne als Koppelelement (Induktionsschleife, Dipol) in Strom induziert. Außerhalb der Reichweite eines Lesegerätes verfügen die Transponder über keinerlei Stromversorgung und sind deshalb passiv. Die passive Stromversorgung schränkt im Vergleich zur aktiven Stromversorgung die Reichweite des Transponders zwar ein, für eine passive Stromversorgung sprechen aber die tendenziell kleinere Baugröße und niedrigere Kosten eines solchen Transponders. Aktive Transponder verfügen über eine eigene Stromversorgung. Zumeist werden für die aktive Stromversorgung heutzutage Batterien eingesetzt. Zukünftig ist aber auch denkbar, dass neue Energieversorgungen wie z. B. Brennstoffzellen eingesetzt werden. Eine Zwischenform stellen die sog. semi-aktiven Transponder dar. Sie verfügen zwar über eine eigene Energiequelle, diese wird allerdings nicht zum Senden von Daten genutzt. Dafür wird weiterhin die aus dem elektromagnetischen Feld des Lesegeräts gewonnene Energie genutzt. Abbildung 2-3 zeigt den Grundaufbau eines (passiven) RFID-Systems (vgl. Finkenzeller 2002, S. 7).

13 2 Ausgewählte Ubiquitous Computing-Technologien für den Einsatz im betrieblichen Umfeld 8 Lesegerät Energie, Takt, Daten Identifikation/Daten Datenträger Kopplungselement Applikation Abbildung 2-3: Grundaufbau eines RFID-Systems In RFID-Systemen werden verschiedene Frequenzspektren verwendet, die zumeist weltweit oder regional lizenzfrei genutzt werden können. Das verwendete Frequenzspektrum ist eines der Hauptdeterminanten für die Reichweite der Funkübertragung. Darüber hinaus schränkt die zumeist gesetzlich regulierte Sendeleistung die Reichweite ein. Tabelle 2-1 fasst die wichtigsten Frequenzen, ihre Anwendung und die typische Reichweite zusammen (in Anlehnung an Bitkom 2005, S. 14 und Lampe/Flörkemeier/Haller 2005, S. 78). Frequenz Anwendung typische Reichweite 135 khz (Niederfrequenz, LF) 13,56 MHz (Hochfrequenz, HF) 868 MHz (Ultrahochfrequenz, UHF) 915 MHz (Ultrahochfrequenz, UHF) 2,45 GHz (Mikrowelle, MW) weltweit standardisierte und freigegebene Frequenz, die zumeist für passive RFID-Tags zur Tieridentifikation genutzt wird weltweit standardisierte und freigegebene Frequenz, die für passive RFID-Tags zur Identifikation von einzelnen Objekten genutzt wird in Europa standardisierte und freigegebene Frequenz für aktive und passive RFID-Tags in der Logistik analog verwendete Frequenz in den USA. RFID- Tags unterstützen i. d. R. beide Frequenzen um globale Logistikanwendung zu ermöglichen weltweit freigegebenes lizenz- und anmeldefreies Frequenzband für Industrie, Wissenschaft und Gesundheit. Wird für aktive Transponder (GPS, Temperatursensoren) eingesetzt < 1,5 m < 1,0 m < 3 m (bei erlaubten 0,4 Watt Sendeleistung) 3-5 m (bei (geplanten) 2 Watt Sendeleistung) 5-7 m (bei erlaubten 4 Watt Sendeleistung) keine Angabe möglich Tabelle 2-1: RFID-Frequenzbereiche und ihre Anwendung

14 2 Ausgewählte Ubiquitous Computing-Technologien für den Einsatz im betrieblichen Umfeld 9 Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal von Transpondern ist die Fähigkeit Daten zu speichern. Die einfachsten Transponder können ein Bit speichern. Mit solchen Transpondern können beispielsweise Diebstahlsicherungen (s. o.) realisiert werden. Andere Transponder enthalten ausschließlich ein Identifikationsmerkmal (Seriennummer), das i. d. R bereits während der Produktion des Chips aufgebracht wird und später nicht mehr veränderbar ist. Sollen die auf dem Chip gespeicherten Daten veränderbar sein, so werden drei verschiedene Technologien eingesetzt. Bei passiven Transpondern kommen hauptsächlich EEPROMs (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memories) zum Einsatz. EEPROMs können zwar vergleichsweise günstig hergestellt werden, jedoch haben sie eine relative lange Schreibzeit und die Leistungsaufnahme während des Schreibens ist sehr hoch. Eine Alternative sind FRAMs (Ferroelectric Random Access Memories), die jedoch Probleme in der Herstellung bereiten. Als dritte Möglichkeit können SRAMs (static random access memories) eingesetzt werden, die zum Datenerhalt eine unterbrechungsfreie Stromversorgung benötigen und deshalb nur in aktiven Transpondern eingesetzt werden. Mit diesen drei Verfahren ist es möglich Transponder mit mehreren kbytes Speicherkapazität zu verwirklichen (vgl. Finkenzeller 2002, S. 307 ff.). Um die auf den Transponder gespeicherten Daten vor unberechtigten Zugriff zu schützen, muss eine Logik auf dem Chip vorhanden sein, die den Lese- und Schreibzugriff steuert. Im einfachsten Fall kann dies durch Zustandsautomaten realisiert werden, die als Schaltung bei der Herstellung des Chips realisiert werden. Da diese Logik aber fest ins Silizium gegossen ist, kann sie nicht umprogrammiert werden. Bei komplexeren Chips wird deshalb eine von-neumann-architektur realisiert, die es erlaubt, dass die Logik anwendungsspezifisch angepasst werden kann. Neben primitiven (proprietären) Maschinensprachen ist es auch denkbar, dass höhere (offene) Programmiersprachen zum Einsatz kommen (vgl. Finkenzeller 2002, S. 281 ff.). Die Bauform eines Transponders lässt sich sehr variabel gestalten. Üblicherweise werden Transponder in Glaszylindern, Etiketten, Kunststoffhüllen oder in metallischen Behältern integriert. Die Bauform hängt stark von dem geplanten Einsatzgebiet der Transponder ab. So sind beispielsweise Etiketten für die Kennzeichnung von Produkten im Einzelhandel und Glaszylinder für den Einsatz unter widrigen Umweltbedingungen (chemische Einflüsse) besonders gut geeignet. Wie die vorangegangenen Ausführungen zeigen, können die Ausprägungen von RFID-Systemen sehr vielfältig sein. Mit dem Ziel Standards und Normen für Transponder, Lesegeräte und die unterstützende Infrastruktur zu entwickeln, wurde 1999 das Auto-ID Center gegründet. Einheitliche Standards sollen ein globales Internet der Dinge ermöglichen, in dem jeder Gegenstand eindeutig identifiziert und über Unternehmens- und Ländergrenzen hinweg lokalisiert werden kann (vgl. Sarma/Brock/Ashton 2000, S. 4). Zentrales Element der Bemühungen des Auto-ID Center (bzw. der Nachfolgeorganisation EPCGlobal) ist die Standardisierung eines global gültigen Identifikationscodes, des sog. Electronic Product Codes (EPC). Der EPC ist ein reines Identifikationsmerkmal und lässt im Gegensatz zu anderen Standards keine Integration von Objektattributen (z. B. Preis, Gewicht) zu. In seiner jetzigen Form umfasst der EPC 96 Bit. Um die Skalierung zu gewährleisten, ist eine Unterteilung in Header, EPC Manager, Object Class und Serial Number vorgesehen. Im Header wird die Version des EPC- Standards codiert. Über den EPC Manager kann die Organisation bzw. das Unternehmen identifiziert

15 2 Ausgewählte Ubiquitous Computing-Technologien für den Einsatz im betrieblichen Umfeld 10 werden, das für die Vergabe der folgenden Felder verantwortlich ist. Anhand des Felds Object Class lassen sich verschiedene Objektklassen bzw. verschiedene Artikel (z. B. 1-Liter-Flasche Apfelsaft) unterscheiden. Mit dem Feld Serial Number wird eine eindeutige Seriennummer zugeordnet. Abbildung 2-4 stellt den Aufbau des EPCs dar (vgl. Machemer 2004, S. 29). Electronic Product Code (EPC) Header (8 Bit) EPC Manager (28 Bit) Object Class (24 Bit) Serial Number (36 Bit) Abbildung 2-4: Aufbau des EPC Ursprünglich war angedacht, dass der beschriebene EPC universell eingesetzt wird. Um die Kompatibilität zu bestehenden Standards zu wahren, wurden aber auch domänenspezifische EPC- Typen entwickelt. Beispielsweise wurde ein EPC-Typ entwickelt, der die bestehenden European Articel Number (EAN) bzw. den Universal Product Code (UPC) um eine Seriennummer und einen sog. Filter Value erweitert. Der Filter Value enthält Informationen darüber, ob es sich bei dem betreffenden Objekt um einen Einzelartikel, eine Kiste oder eine Palette handelt. Anhand des Filter Value kann ein Lesegerät so beispielsweise auf das Auslesen von Paletten beschränkt werden (vgl. Flörkemeier 2005, S. 90 f.). 2.3 Basisfunktionalitäten von Embedded Devices und RFID In Kapitel 2.1 wurde eine Systematisierung von Embedded Devices in drei Gerätekategorien vorgestellt, die auf die Gerätemerkmale Größe, Energieversorgung und Mobilität beruht. Wie die Ausführungen zu Embedded Devices aber gezeigt haben, resultiert die angesprochene Gerätediversifikation aus wesentlich mehr Gerätemerkmale. Im Folgenden soll eine Taxonomie vorgestellt werden, die eine Systematisierung, die wesentlich mehr Gerätemerkmale berücksichtigt, ermöglichen soll. Die Gerätemerkmale ergeben sich direkt aus den Ausführungen in Kapitel 2.1 und sollen hier nicht noch einmal erläutert werden. Lediglich der Aspekt der eindeutigen Identifizierung eines Embedded Device wurde, wie in der gängigen Literatur zu Embedded Devices auch, stark vernachlässigt. Wie die Ausführungen zu RFID aber gezeigt haben, ist ein Identifikationsmerkmal ein sehr wesentlicher Aspekt. Verfügt ein Embedded Device über ein eindeutiges Identifikationsmerkmal, so kann auch das dazugehörige Objekt eindeutig identifiziert werden. In dem Klassifizierungsrahmen soll deshalb unterschieden werden, ob das Identifikationsmerkmal nur lokal, also innerhalb einer bestimmten Domäne oder global, wie bei dem im Kapitel 2.2 erläuterten EPC, gültig ist.

16 2 Ausgewählte Ubiquitous Computing-Technologien für den Einsatz im betrieblichen Umfeld 11 Identifikation ohne lokal gültig global gültig Bauform/-größe in physisches Objekt integriert mit physischem Objekt kombiniert isoliert Netzwerkschnittstelle ohne kabelgebunden kabellos (PAN/WAN) Benutzerschnittstelle ohne technisch (Tastatur/Display) natürlich (Sprache, Gesten etc.) Energieversorgung über Stromnetz induktiv intern (Batterie, Brennstoffzelle, kinetisch) Sensorik ohne einfach (Temperatur, Helligkeit,...) komplex (GPS) Datenspeicher ohne unveränderbar veränderbar Programmierbarkeit ohne mit proprietärer Programmiersprache mit offener Programmiersprache Aktuatorik ohne über Standardschnittstelle über proprietäre Schnittstelle Abbildung 2-5: Taxonomie für Embedded Devices Während Embedded Devices eher eine abstrakte, z. T. visionär anmutende Geräteklasse für eine Vielzahl verschiedener Geräte darstellt, handelt es sich bei RFID um eine sehr konkrete, teilweise sogar schon marktreife Technologie. Vergleicht man die Ausführungen zu Embedded Devices und zu RFID, so kann man zu dem Schluss kommen, dass auch RFID-Transponder eine Form von Embedded Devices darstellen. Insbesondere wenn man die Zukunftsperspektiven von RFID einiger Autoren betrachtet bspw. die Ausstattung von RFID-Transpondern mit Sensoren und zusätzlichen Speichern (vgl. z. B. Strassner/Fleisch 2005, S. 46) fällt es schwer Embedded Devices und RFID voneinander abzugrenzen. RFID-Transponder sollen deshalb im Folgenden als Embedded Devices behandelt werden, die über bestimmte Merkmale verfügen. RFID-Transponder - haben ein global eindeutiges Identifikationsmerkmal, - werden mit physischen Objekt kombiniert, - sind über eine kabellose Netzwerkschnittstelle erreichbar und - werden induktiv (passive Transponder) oder intern (aktive Transponder) mit Energie versorgt. Optional verfügen sie über einen veränderbaren Datenspeicher und Sensorik.

17 2 Ausgewählte Ubiquitous Computing-Technologien für den Einsatz im betrieblichen Umfeld 12 Bisher wurden Embedded Devices und RFID völlig losgelöst von der Anwendung im betrieblichen Umfeld beschrieben. Grundsätzlich können Embedded Devices und RFID Aufgaben an der Schnittstelle zwischen der realen Welt und den betrieblichen Informationssystemen automatisieren und somit kostengünstiger gestalten. Bei den Aufgaben, die Embedded Devices und RFID übernehmen sollen, handelt es sich zumeist um Routineaufgaben, die permanent anfallen und bei manueller Ausführung sehr kostenintensiv sind. Oftmals werden diese sog. Basisaufgaben deshalb bisher nur sporadisch durchgeführt, wodurch die Qualität der betriebswirtschaftlichen Prozesse u. U. negativ beeinflusst wird. Neben einer Substitution der manuellen Durchführungen von Aufgaben, werden die Aufgaben aufgrund der geringe Kosten auch öfter durchgeführt (vgl. Fleisch/Mattern/Billinger 2003, S. 615 f.). Trotz der Vielfalt der Aufgaben, die Embedded Devices und RFID im betrieblichen Umfeld übernehmen sollen, werden sie grundsätzlich durch fünf Basisfunktionalitäten ermöglicht (vgl Schoch/Strassner 2003, S. 28 f.): - automatische Identifikation - Ortsverfolgung - Überwachung - Notifikation - Aktion In den Ausführungen zu RFID wurde die besondere Bedeutung einer eindeutigen automatischen Identifikation von Objekten bereits hervorgehoben. Zwar gibt es andere automatische Identifikationstechnologien, die eine ähnliche Funktionalität bieten, mit den neuen Technologien können viele Prozesse, die eine automatische Identifikation voraussetzen, aber effizienter gestaltet werden. Da die automatische Identifikation auch in Bereichen eingesetzt werden kann, in denen herkömmliche Technologien bspw. aufgrund von widrigen Umweltbedingungen ungeeignet sind, kann es darüber hinaus zu einer Verbesserung der Effektivität solcher Prozesse kommen (vgl. Strassner 2005, S. 112). Verknüpft man die automatische Identifikation mit einem geographischen Ort, so kann man eine Ortsverfolgung eines Objekts durchführen (Track & Trace). Bspw. können so die Bewegungen eines physischen Objekts im Fertigungsprozess in einem Informationssystem abgebildet werden. Technisch wird die Lokalisierung eines über eine funkbasierte Netzwerkschnittstelle erreichbaren Objekts bspw. mittels Signalstärkemessung, Fingerprinting oder Signallaufzeitmessungen realisiert. Die Ortung über ein GPS-Signal ist nur für Anwendungen außerhalb von Gebäuden geeignet (vgl. Wilcox 2005, S. 33 ff.). Als nützlicher Nebeneffekt eines umfassenden Track & Trace wird in der Literatur immer wieder der Diebstahlschutz hervorgehoben (vgl. z. B. Tellkamp/Quiede 2005, S. 147). Über die Sensoren kann ein Embedded Device den Zustand der physischen Umwelt - dazu gehört auch der Zustand des physischen Objekts, mit dem es möglicherweise kombiniert ist - erfassen. So ist eine permanente Überwachung der Umwelt möglich. Die gesammelten Umweltdaten werden ggf. zwischengespeichert und dahingehend analysiert, ob bestimmte Umweltzustände eintreten. Ein viel zitiertes Beispiel für die Überwachungsfunktion ist das Embedded Device, das über einen Temperatursensor die Einhaltung einer Kühlkette überwacht (vgl. Barginda et al. 2005, S. 17).

18 2 Ausgewählte Ubiquitous Computing-Technologien für den Einsatz im betrieblichen Umfeld 13 Die Notifikationsfunktion erlaubt es Embedded Devices bei Eintreten bestimmter Ereignisse z. B. erreichen bestimmter Umweltzustände - Nachrichten abzusetzen. Dazu müssen im Embedded Device Regeln hinterlegt werden, wie das Embedded Device auf bestimmte Ereignisse reagieren soll (vgl. Panoff 2005, S. 41). Verfügt das Embedded Device über Aktuatoren so kann es auch eine Aktionsfunktion wahrnehmen, indem es auf bestimmte Ereignisse nicht nur Notifikationen absendet, sondern selbst Maßnahmen ergreift. Um diese Basisfunktionalitäten erfüllen zu können, müssen Embedded Devices über bestimmte Fähigkeiten verfügen. Für die Identifikationsfunktion muss die Möglichkeit bestehen, auf dem Embedded Device ein Identifikationsmerkmal zu speichern. Um ein Objekt orten zu können (Fremdortung), muss es über ein Identifikationsmerkmal und eine kabellose Netzwerkschnittstelle verfügen. Eine Überwachung von Umweltzuständen setzt Sensoren und ggf. Datenspeicherungskapazitäten voraus. Um Notifikationsnachrichten generieren zu können, muss ein Embedded Device über einen Datenspeicher für die Regeln und eine Datenverarbeitungskomponente für die eigentliche Generierung verfügen. Aktionen können über Aktuatoren durchgeführt werden. Abbildung 2-6 fasst die technischen Voraussetzungen der Basisfunktionalitäten zusammen. Netzwerkschnittstelle (kabellos) Sensoren Datenspeicher Identifikationsmerkmal Datenverarbeitungskomponente Aktuatoren Identifikation Ortsverfolgung Überwachung Notifikation Aktion Abbildung 2-6: Basisfunktionalitäten von RFID und Embedded Devices

19 3 Technische Überlegungen zur Integration von Ubiquitous Computing-Technologien in betriebliche Informationssysteme 14 3 Technische Überlegungen zur Integration von Ubiquitous Computing- Technologien in betriebliche Informationssysteme Mit den in den vorangegangenen Ausführungen dargestellten Technologien werden physische Objekte um informationstechnische Einheiten ergänzt. Aus Sicht der betrieblichen Informationsverarbeitung bedeutet dies, dass Daten und Funktionen, die vorher zentral in betrieblichen Informationssystemen vorlagen, physisch verteilt werden. Im Folgenden soll untersucht werden, wie die physische Verteilung von Daten und Funktionen überwunden werden kann und sie als logische Einheit wiederhergestellt sprich integriert - werden können. Die Betrachtungen erfolgen aus zwei Perspektiven: Die datenorientierte Perspektive betrachtet, wie die von Ubiquitous Computing-Technologien erzeugten bzw. benötigten Daten mit den Datenbeständen in den Informationssystemen integriert werden können (Kapitel 3.1). In der funktionsorientierten Perspektive wird untersucht, wie durch Ubiquitous Computing- Technologien ermöglichte Funktionen mittels Web Services in die betrieblichen Informationssysteme integriert werden können (Kapitel 3.2). 3.1 Datenorientierte Integration von Ubiquitous Computing-Technologien Daten und die daraus gewonnenen zweckgerichteten Informationen dienen Unternehmen als Grundlage für Entscheidungen (vgl. Mertens et al. 2005, S. 53). Aufgrund der hohen Bedeutung der Daten, verfolgt man das Ziel der Datenintegration. Datenintegration ist der Zustand, bei dem Aufgabenträger innerhalb eines Untersuchungsbereichs Zugriff auf die Informationsobjekte haben, die für die Aufgabenerfüllung erforderlich sind. Die Informationsobjekte müssen dabei den aufgabenaufgabenträgerspezifischen Qualitätsanforderungen genügen (Jung 2006, S. 45). Betrachtet man die Datenintegration als Vorgang, so werden ursprünglich verteilte Datenbestände entweder zu einem gemeinsamen Datenbestand zusammengeführt (Datenintegration durch gemeinsame Datenbanken) oder die verteilten Datenbestände werden verbunden (Datenintegration durch automatische Datenweitergabe) (vgl. Mertens 2004, S. 1 und Jung 2006, S. 39). Durch eine omnipräsente Vernetzung nahezu aller IT-Ressourcen ist es heutzutage in der Regel völlig unproblematisch, mittels Middleware auf verteilte Datenbestände zuzugreifen bzw. von verteilten Anwendungen auf zentrale Datenbestände zuzugreifen. Die Daten verhalten sich so, als würden sie sich in konsistenter, d. h. widerspruchsfreier Form in einer Datenquelle befinden (Jung 2006, S. 46). Integrierte Informationssysteme verschaffen Entscheidungsträgern einen transparenten Datenbestand. Durch die Speicherung von Daten in Informationssystemen entsteht ein abstraktes Modell der Realität. Objekte der Realwelt werden in Informationssystemen durch Symbole (Namen, Bezeichnungen) abstrahiert. Die Abstraktion führt dazu, dass die Realwelt nicht in ihrer Gesamtheit, sondern nur die relevanten Realitätsausschnitte gespeichert werden. Die offensichtliche Schwierigkeit besteht darin, dass die laufenden Veränderungen der Realwelt in dem abstrakten Modell abgebildet werden müssen,

20 3 Technische Überlegungen zur Integration von Ubiquitous Computing-Technologien in betriebliche Informationssysteme 15 bzw. Änderungen in dem abstrakten Modell zu einer Veränderung der Realwelt führen müssen (vgl. Hansen/Neumann 2001, S. 992 ff.). Die in dem vorangegangenen Kapitel erläuterten Basisfunktionalitäten tragen dazu bei, dass dieser Abgleich zwischen der realen Welt und dem abstrakten Modell vereinfacht wird (vgl. Fleisch/Mattern/Billinger 2003, S. 12). Die Identifikations-, die Überwachungs- und die Notifikationsfunktion helfen, Veränderungen der realen Welt in das abstrakte Modell und die Aktionsfunktion hilft Veränderungen des abstrakten Modells in die reale Welt zu überführen. Durch Ubiquitous Computing-Technologien kann man ein wesentlich genaueres Abbild der realen Welt generieren. Bildlich gesprochen erhält man durch herkömmliche Technologien ein Schatten und mit Ubiquitous Computing-Technologien ein Spiegelbild der Realität. Daten, die zur Beschreibung der realen Welt dienen, werden auch als Nutzdaten bezeichnet. Sie helfen, die betrieblichen Gegebenheiten und Abläufe zu beschreiben und analysieren. Unter den Begriff Steuerungsdaten fasst man grundsätzlich Daten zusammen, die den Informationsprozess steuern. Im Folgenden sollen unter Steuerungsdaten aber auch Daten verstanden werden, die zu Änderungen der realen Welt, also zu Aktionen führen (vgl. Hansen/Neumann 2001, S. 10). Abbildung 3-1 stellt den Zusammenhang zwischen der realen Welt und des digitalen Abbilds abstrakt dar. Informationssystem Nutzdaten Steuerungsdaten Reale Welt Abbildung 3-1: Abbildung der realen Welt in ein Informationsystem Die Detailliertheit, mit der die Abbildung der realen Welt stattfinden kann, führt aber auch dazu, dass das Datenvolumen extrem ansteigt. Das bisherige Vorgehen alle Daten in zentralen Datawarehouses zu speichern um sie dort zu verarbeiten ist mit den zukünftigen Datenvolumen nicht mehr handhabbar. Vielmehr muss mit Ubiquitous Computing-Technologien dazu übergegangen werden, Daten vor Ort zu speichern und auch zu verarbeiten (vgl. Heinrich 2005, S. 45 ff.). Um Daten dezentral zu speichern, gibt es sich grundsätzlich zwei Vorgehensweisen (vgl. Lange 2004, S. 24): 1. Speicherung in Netzwerken (Data-on-Network): Ubiquitous Computing-Technologien wie RFID und Embedded Devices erlauben eine Echtzeitabbildung der realen Welt in die digitale Welt (vgl. Heinrich 2005, S. 24 f.). Aufgrund der hohen Datenvolumen werden die gesammelten Daten in dezentralen Datenbanken gespeichert und verarbeitet. Wie auf diese Daten

21 3 Technische Überlegungen zur Integration von Ubiquitous Computing-Technologien in betriebliche Informationssysteme 16 transparent in Netzwerken zugegriffen werden kann, soll am Beispiel der EPC-Infrastruktur im Kapitel dargestellt werden. 2. Objektbegleitender Datentransport (Data-on-Tag): Die Grenzen zwischen der realen Welt und den digitalen Daten verschwimmen zunehmend. Die digitale Welt wird zunehmend in die reale Welt integriert, was Hinsichtlich der o. a. Datentransparenz verschiedene Implikationen mit sich zieht. So werden die Daten, die zur Bildung des abstrakten Modells im Informationssystem benötigt werden, nicht zwangsläufig online gesammelt. Sie werden vielmehr am Ort des realen Geschehens gesammelt, der nicht unbedingt in Reichweite von Netzwerken sein muss. Auch ist es nicht immer möglich die Änderungen des abstrakten Modells online in die reale Welt zu übertragen. Die zur Änderung der realen Welt benötigten Daten müssen u. U. physisch an dem Ort, an dem die Aktion in der realen Welt durchgeführt werden soll, vorhanden sein. Es bietet sich also an die Daten an die Objekte, die am Geschehen beteiligt sind, zu binden. Der sog. objektbegleitende Datentransport soll in Kapitel dargestellt werden. Den beiden angeführten Datenspeicherungskonzepten liegen völlig gegensätzliche Herangehensweisen zugrunde. Sie sind trotzdem nicht als konkurrierende, sondern als komplementäre Konzepte zu betrachten. In Kapitel wird beschrieben, wie die beiden Konzepte kombiniert werden können Speicherung in Netzwerken In Kapitel 2.2 wurde mit dem EPC ein global gültiger Identifikationscode vorgestellt. Er stellt die Grundlage einer vom AutoID Center bzw. EPCglobal entwickelten, in der Literatur immer wieder als Internet der Dinge bezeichneten Architektur dar. In dieser Architektur werden RFID-Tags ausschließlich mit einem EPC-Code ausgestattet. Weitere Speichermöglichkeiten auf dem RFID-Tag sind nicht vorgesehen. Dadurch sollen die Kosten für einen RFID-Tag auf ein Minimum reduziert werden und ein Einsatz in großer Breite ermöglicht werden. Ein zweiter wesentlicher Aspekt, den man bei der Entwicklung der EPC-Infrastruktur im Auge hatte, ist die Speicherung aller objektbezogener Daten in Netzwerken. Die objektbezogenen Daten sollen über den EPC, der quasi als Zeiger fungiert, referenziert werden. Im Folgenden sollen die für das Speichern und das Finden bzw. Lesen der Daten entwickelten Komponenten der EPC-Infrastrukur vorgestellt werden. Anschließend werden die Vor- und Nachteile dieses Ansatzes diskutiert. Die Rohdaten der EPC-Infrastruktur werden von den RFID-Lesegeräten erfasst. Sie überprüfen permanent oder zyklisch, ob sich RFID-Tags in ihrer Nähe befinden. Zwar benötigen RFID-Lesegeräte im Gegensatz zu Barcodes keinen Sichtkontakt zu den RFID-Tags um sie lesen zu können, durch Abschirmungen und Reflexionen der Funksignale ist die Zuverlässigkeit des Lesevorgangs u. U. nicht sehr hoch. So bedeutet das Ausbleiben des Signals eines RFID-Tags nicht zwangsläufig, dass das entsprechende Objekt sich nicht mehr im Lesebereich des RFID-Lesegeräts befindet. Die Rohdaten des RFID-Lesegeräts müssen demnach mit Vorsicht genossen werden. Filter in den Lesegeräten sollen die Rohdaten vorverarbeiten und solche Ereignisse herausfiltern. So könnte beispielsweise

22 3 Technische Überlegungen zur Integration von Ubiquitous Computing-Technologien in betriebliche Informationssysteme 17 definiert werden, dass erst das Ausbleiben eines Signals für mehr als 3 Sekunden auf ein Entfernen des entsprechenden Objekts aus dem Lesebereichs des Lesegerätes schließen lässt. Mit solchen einfachen Regeln kann verhindert werden, dass fehlerhafte Daten in die Datenbasis aufgenommen werden (vgl. Sarma 2004, S. 55). Auf der nächsten Ebene müssen die Rohdaten der einzelnen Lesegeräte untereinander abgeglichen werden. Für diesen Zweck wurden die sog. Savants entwickelt. Savants haben die Aufgabe, die Datenströme der RFID-Lesegeräte zu filtern und zu Ereignissen zu aggregieren. Die Lesegeräte liefern als Datensätze einfache 3er-Tupel, die Informationen zu dem erfassten Tag (in Form des EPC), Informationen zu dem Lesegeräts (Identifikationsmerkmal, ggf. ebenfalls ein EPC) und einen Timestamp enthalten (vgl. De/Basu/Das 2004, S. 175). Es ist vorgesehen, dass die Lesegeräte diese Informationen in einem Standardformat codieren (z. B. PML Core) und über offene Internet-Standards wie TCP/IP an die Savants weiterreichen. Die etwa Ereignisse, die ein Lesegerät u. U. pro Sekunde generiert, müssen von den Savants gefiltert und aufbereitet werden (vgl. Palmer 2004, S. 51). Den Savants obliegt es beispielsweise die mehrfache Erkennung eines RFID-Tags von mehreren Lesegeräten zu einem Ergebnis zu aggregieren um so z. B. einen Wareneingangereignis zu generieren. Das Ergebnis des Filterns und der Aggregation sind sog. Application-Level-Events (ALEs), die an andere Applikationen (z. B. ERP-Systeme) weitergegeben werden können (vgl. Flörkemeier 2005, S. 94). Alternativ können diese Daten auch einen sog. EPC Information Service weitergegeben werden, der speziell für objektbezogene Daten konzipiert wird. 2 Eine Kernaufgabe von EPC Information Services wird die Objektrückverfolgung (Track & Trace) sein. Sie werden aber auch instanzbezogene Daten zu Objekten, die von allgemeinem Interesse sind, wie z. B. Herstellungsdatum und Mindeshaltbarkeitsdatum, in EPC Information Services vorgehalten werden (vgl. Ranasinghe et al. 2005, S. 11 f.). Die zwischen den Komponenten der EPC-Infrastruktur ausgetauschten Daten sollten ursprünglich in einem speziell entwickelten XML-Standard - der sog. Product Markup Language (PML) codiert werden. Mit PML sollte es möglich sein, Attribute von Objekten (Aufenthaltsort, Besitzer) einheitlich zu beschreiben. Da sich die Entwicklung eines einheitlichen Standards für alle Anwendungsgebiete als zu aufwendig herausstellte, erarbeitete man zunächst unter der Bezeichnung PML Core einen Standard, zum Austausch von Daten, die Lesegeräte generieren (s. o.). Durch die Verwendung von XML können die Entwickler entsprechender Anwendungen von den weit verbreiteten Werkzeugen zur Generierung und Überprüfung von XML-Dokumenten profitieren, was den Entwicklungsprozess stark vereinfacht (vgl. Flörkemeier 2005, S. 95). Um die gespeicherten Informationen über den EPC referenzieren zu können, wurde der sog. Object Naming Service (ONS) entwickelt. Der ONS ist sehr stark an den vom Internet bekannten Domain Name System (DNS) angelehnt. Eine ONS-Anfrage liefert zu einem EPC eine oder mehrere Internetadressen (URLs), unter der/denen Informationen zu dem entsprechenden Objekt zu finden ist/sind. Der ONS basiert, somit auf den DNS. Neben den o. a. EPC Information Services können auch herkömmliche HTML-Seiten referenziert werden. Da der potenzielle Adressraum des EPC (96 Bit) 2 Zurzeit liegt noch keine endgültige Spezifikation vor.