MO 24. Nov. 2008, 17:00 UHR

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1 083 MO 24. Nov. 2008, 17:00 UHR GEOGRAFISCHE INFORMATIONSSYSTEME AUS DER FROSCHPERSPEKTIVE ZUM ADLERBLICK Zürcher Fachhochschule

2 Institut für angewandte Informationstechnologie InIT Visualisierung von Transponder-Daten mittels Mashup Mitarbeiter: Michael Jäger Andreas Loeber Daniel Kramarz Marco Vergari Prof. Dr. Marcel Rupf Prof. Dr. Karl Rege Zürcher Fachhochschule

3 Übersicht Geschichte Motivation Technologie Architektur Backend Frontend Herausforderungen Ausblick Fragen 3

4 Übersicht Geschichte Motivation Technologie Architektur Backend Frontend Herausforderungen Ausblick Fragen 4

5 Geschichte Vorgängerprojekte Empfänger (Gruppe M.Rupf) mit einfacher lokaler Visualisierung auf PC Internet Information Broker: "Crawler/Datensammler für Comparis entwickelt) Machbarkeitsstudie: Darstellung auf Google Maps als Semesterarbeit 5

6 Motivation und Herausforderungen Kombination verschiedener aktueller Technologien Google Maps Mashup -mit unterschiedlichen (verteilten) Datenquellen Echtzeit Daten von eigenem Empfänger Frei verfügbare Daten aus dem Web via Internet Information Broker (IIB) Kostenpflichtiger Web Service () Weitere Herausforderungen Echtzeit Datendarstellung in Google Maps (noch eher selten gezeigt) Serviceorientierte Architektur (SOA) über Organisationsgrenzen hinweg Eigentlich nicht geplant: Betrieb einer Ajax basierten Google Maps Anwendung 6

7 Technologie: Transponder und Transponder Mode A/C Mode S GPS Daten Kollisionswarnung TCAS GPS Daten Transponder Mode A/C Mode S RADAR Empfänger Air Traffic Control 7

8 Technologie: eingesetzte Software Programmierumgebung: Java 6,.NET 2.0 Web Server: Tomcat, Apache Kommunikationsprotokoll: Datenbank: MySQL Datenbeschaffer: IIB (basierend auf XSLT, XML,.NET 2.0 ) Datenbankzugriff: JPA (Java Persistence API) Browser Interaktion: AJAX/JSON JavaScript Bibliotheken: prototype und script.aculo.us Kartendienst: Google Maps Alles basierend auf frei verfügbarer und/oder Open-Source Software 8

9 Architektur Data Collector: Sammelt Daten und sie bereitet auf : Daten als Web Service Internet Information Broker: Für beliebige Daten frei aus dem Internet Web Services von kommerziellen Anbieter Working Datastore: Datenbank zur Entkopplung Data Provider: Bereitstellung der Daten für Klienten Backend Other Data Source IIB IIB * Frontend * Data Collector * Data Provider * Browser Browser * an der ZHAW Entwickelt Working Datastore HTTP/AJAX 9

10 Backend: Data Collector - die Teile FlightStats Web Service IIB IIB 5 Data Collector 4 Flight Information Updater 6 Historical Datastore 3 1 Data Consumer (Thread) 2 Queue Data Consolidator Working Datastore 10

11 Data Consumer - im Detail Sammelt die Positionsdaten FlightStats der verschiedenen Web Service Empfänger Versieht sie mit einem Zeitstempel Mittels einer Priority Queue werden die Daten synchronisiert. Data Collector 4 Flight Information Updater IIB IIB 5 6 Historical Datastore 3 1 Data Consumer (Thread) 2 Queue Data Consolidator Working Datastore 11

12 Data Consolidator -im Detail Meldungen aus der Queue abarbeiten Fehlende Flugdaten ergänzen wenn nötig extrapolieren wenn möglich interpolieren FlightStats Web Service Daten in denworking Datastore speichern Data Collector 4 Flight Information Updater IIB IIB 5 6 Historical Datastore 3 1 Data Consumer (Thread) 2 Queue Data Consolidator Working Datastore 12

13 Data Consolidator -fehlende Flugdaten "Telegramme" FlightStats mit Flugdaten Web Service und/oder 3 1 Lösung für Fluglage: Extrapolation und Interpolation Fluglage ca. alle 250 ms Problem: Data Consumer (Thread) Historical Datastore 2 Queue Es müssen mehrere "Telegramme" empfangen werden, damit die vollständigen Daten vorliegen. Der Data Empfang Collector kann wegen topographischen Hindernissen 4 zwischenzeitlich (oder vollständig) unterbrochen sein Flight Information Updater Data Consolidator IIB IIB Für die Darstellung ist es aber notwendig, dass die Daten kontinuierlich (im Sekundentakt) geliefert werden können der fehlenden Flugdaten 5 6 Working Datastore 13

14 Data Consolidator -Extrapolation und Interpolation Extrapolation reale Flugspur Interpolation 1 angezeigte Flugspur Data Collector angezeigte interpolierte Data Consumer Flugspur (Thread) wieder empfangenes 2 Signal mit Position und Fluglage FlightStats Web Service angezeigte extrapolierte Flugspur letztes empfangenes Signal mit Position und Fluglage Lon Historical Datastore Queue neu = Lon 4 Flight Information Updater x( t) = a y( t) = a Data v Consolidator x + v x x x 1 1 ax = T T b x alt Lat IIB IIB VEW t cos( Lat neu = 60 alt = x y t t 3 3 2vx v 0 x1 T Lat + b 3 alt x + b y t t 2 2 3x + T V5 NS t c t + d x y x + c t + d 1 3x0 2 y ) 6 Working Datastore c x = v x0 d x = x 0 14

15 Flight Information Updater -das Mashup FlightStats Web Service IIB IIB 5 1 Data Collector Data Consumer (Thread) Queue Hier wird das eigentliche Mashup durchgeführt Alle Daten werden via Web Services 2 () bezogen Flight Information Updater Reichert Daten aus unterschiedlichen Quellen an Datenbank: früher erfasste Daten Historical Datastore 3 Live: mit Hilfe von kommerziellen Datenanbieter (Flightstats) Live: mit Hilfe von Internet Information Broker (IIB) Problem: Assoziation der Daten bei unabhängigen, heterogene Datenbeständen z.b. ICAO, IATA 4 Data Consolidator 6 Working Datastore 15

16 Internet Information Broker (IIB) Extrahiert Daten aus dem Internet FlightStats Web Service Der IIB ist ein Crawler, der die Information aus beliebigen (HTML basierten) Web Seiten extrahieren und als Web Service (via ) zur Verfügung stellen kann Gesteuert durch einfach zu erstellende XSLT Skripte IIB-XSLT-Builder Data Collector als komfortables Werkzeug 4 zur Erstellung dieser Skripte Flight Information Updater IIB IIB 5 6 Historical Datastore 3 1 Data Consumer (Thread) 2 Queue Data Consolidator Working Datastore 16

17 Internet Information Broker (IIB) Aufruf des IIBs über ein XML-basiertes Kommunikationsprotokoll () Abfragedaten und Resultate als XML-Dokumente () Konfiguration und Steuerung des IIBs mittels XML und XSLT (XML basierte Transformationssprache) Vorteile: XML ist als "Lingua Franca" für die Informationsbeschreibung etabliert XML lässt sich einfach maschinell ver- und bearbeiten gute Werkzeugunterstützung (C#, Java, etc). Einfaches Anwendungsszenario check address IIB IIB HTTP Eigenes Programm XML XML HTML Internet 17

18 Arbeitsweise - IIB im Detail 2 IIB 1 7 Webservice XSLT Prozessor 5 HTML2XML 4 Website 3 6 IIB-Functions Service- mapping- Datei XML XSLT- Transformations- Datei XML 18

19 IIB-XSLT-Builder Graphisches Werkzeug zur Erstellung von IIB XSLT Transformations- Dateien Effizient: Anbindung/Anpassung an neue Web Seite in ca. 1/2 Stunde 19

20 Frontend: der Data Provider DP-Servlet Web Data Provider HTTP/AJAX Working Datastore GEarth Data Provider KML Working Datastore 20

21 Technologie für Data Provider: Google Maps Browser basierter weltweiter Kartendienst Strassenkarten und Satellitenbilder sehr gute Qualität, verschiedene Auflösungen sehr günstige Bedingungen für nicht kommerzielle Anwender Eigene Daten lassen sich programmatisch (via Java Script) hinzufügen Google Java Script Bibliothek stellt verschiedene geometrische Primitiven zur Verfügung Markers (für Flugzeuge) Polylines (für Flugspuren) Custom Overlays (für Schatten, Beschriftungen und Flughafen-Symbole) Jedoch bisher meist für Anreicherung mit statischen Daten verwendet z.b. Immobiliendaten, Standorte von Verbrechen,... 21

22 Technologie für Data Provider: Ajax Traditionelle Web Anwendung HTML Seite wird geladen Daten werden in Formular eingegeben Daten werden zum Server geschickt nächste HTML Seite wird geladen, usw. Ajax Modell HTML Seite wird geladen Daten werden in Formular eingegeben schon während/nach der Eingabe werden die Daten via Java Script zum Server geschickt und validiert Vorteile verbesserte Benutzerfreundlichkeit in Summe weniger Datentransfer Nachteile verschiedene Technologien beherrschen Unterschiede der Java Script Impl. im Browser 22

23 Technologie für Data Provider: Kombination Kombination von Google Maps mit Ajax Flugspuren werden mittels Ajax vom Server nachgeladen als Google Maps Polylines dargestellt Flughöhe bestimmt Farbe; standard Polylines unterstützen keine Farbverläufe Performance im Browser (beim Client) leidet stark je mehr Polyline-Fragmente auf der Karte eingezeichnet werden (nur ca. 200 Fragmente möglich) 23

24 Probleme: Performance im Browser Flugzeuge (+Flugspuren) werden entfernt sobald nicht mehr im Sichtfeld Anzahl Stützpunkte für Polylines abhängig von Krümmungsradius Flugspuren werden inkrementell aufgebaut Extrapolierte Punkte setzen und später ersetzen durch interpolierte NEU von Google: Server Side Rendering (aber dadurch höhere Anforderung an Server/Netzwerk) 24

25 Server Performance Viele (Ajax) Anfragen an Server (mehrere 100 pro Sekunde) Zur Zeit auf einem einzelnen Server 2 Xeon Quadcode 1.86 GHertz, 8 GB Memory, 4 *300 GB SAS RAID Massnahmen: Cluster Architektur mit 4 VMs:1 Apache Frontend, z.z. 2 Tomcat Backends, 1 Data Collector und DB Trennung von statischen und dynamischen Daten -> weniger Last auf Backend Vereinheitlichung der Anfragen, Frontend-Caching kann greifen. Hohe Schwankungsrate (kurzzeitig 80% der Schulnetz-Bandbreite) Traffic Shaper, mod_bw und adaptive Updaterate (noch nicht implementiert) 25

26 Weitere zu lösende Probleme Nicht alle Flugzeuge mit Mode-S Transponder ausgerüstet (ca 80%) Erkennung von Mode-A/C Signalen und Triangulation mit 3 Empfängern (DA 08) An gewissen Orten kein Empfang (z.b. Südanflug) Lösung: zweiter besser positionierter Empfänger (z.b. ETH Hönggerberg) Zuordnung der Daten für Mashup (ICAO - IATA Problematik) Lösung: Flugpläne und bessere Heuristiken 26

27 Ausblick Tagesverlauf Flugspuren Wetter Regen / Wind ZH GIS als Google Maps Overlay Globaler Flugverkehr Technorama 27

28 Web-Applikation - Demo 28

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