Imagebank: Online-Archiv der digitalen Fotografie

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1 Departement für Informatik Universität Fribourg Imagebank: Online-Archiv der digitalen Fotografie Implementierung eines verteilten Systems in.net Martin Surka Matrikelnummer: Masterarbeit Eingereicht bei: Prof. Dr. Jacques Pasquier Rocha Betreut durch: Dr. Patrik Fuhrer Fribourg, März 2008

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Zielsetzung Aufbau des Dokuments Konventionen Wirtschaftliche Aspekte Die Fotojournalismus-Branche e-business Gliederung des e-business Geschäftsmodelle des e-commerce Software as a Service Das Imagebank-Geschäftmodell Technologie Software-Architektur Monolithische Mainframes Layered applications Tiered-Distribution Entwicklungsmuster Net Common Language Runtime Framework Class Libraries ASP.NET Software Visual Studio Internet Information Services SQL-Server Anforderungen Use-Cases Login Bilder suchen Bilddetails i

3 4.1.4 Bilder in die Lightbox ablegen Lightbox verwalten Vergrösserte Bildansicht Warenkorb Bilder kaufen Bestellungsverlauf und Download der Bilder Bilder im System publizieren Bilder editieren Wörterbuch verwalten Kunden-Accounts verwalten Kunden-Firmen verwalten Event log Help-System Datenmodell Entitäten-Beziehungsmodell ER-Modell der Imagebank-Anwendung Implementierung Übersicht der Anwendungsarchitektur Präsentationsschicht Model-View-Controller Page Controller Template View Sicherheitsaspekte Web-Business-Logic Web-Business-Components Client-Proxy Remoting Server Broker Server-Proxy Application Business Logic Business Objects Business-Components Data Access Data Transfer Objects Data Access Objects Bilder-Suchmaschine SQL-Server ii

4 6 Fazit Ergebnis Durchführung Mögliche Erweiterungen A Screenshots...57 B Code-Beispiele...62 B.1 Template View B.2 Berechnung der Reihenfolge der Suchresultate C Projekt-CD...65 D Demo-Version der Imagebank...66 E Übersicht der Datenbanktabellen...67 F Abkürzungsverzeichnis...79 Bibliographie...81 Web-Ressourcen...83 iii

5 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Imagebank-Web-Interface... 2 Abbildung 2: Definition des e-commerce [9]... 7 Abbildung 3: Schichten des TCP/IP-Referenzmodells [Nitsche04] Abbildung 4: Entwicklungsmuster nach Abstraktion [ESP03] Abbildung 5: Architektur des.net Frameworks [21] Abbildung 6: Visual Studio Abbildung 7: Internet Information Services (IIS) Manager Abbildung 8: SQL Server Management Studio Abbildung 9: Use-Cases der Imagebank-Anwendung Abbildung 10: Entitäten-Beziehungsmodell der Imagebank-Anwendung Abbildung 11: Physische Verteilung der Anwendung Abbildung 12: Detaillierte Sicht der Anwendungsarchitektur Abbildung 13: Model-View-Controller [Fowler02] Abbildung 14: Page Controller [Fowler02] Abbildung 15: Beispiel der Page-Controller in der Imagebank-Anwendung Abbildung 16:.Net HtmlControls (in Anlehnung an [Moroney06]) Abbildung 17: PictureGrid-UI-Control Abbildung 18: Struktur eines verteilten Systems mit Broker [ESP03] Abbildung 19: Ablauf beim Aufruf einer Remote-Funktion [ESP03] Abbildung 20: ImageVersionBLL Business Object Abbildung 21: Data Table Gateway für die Entität Order Abbildung 22: Screenshot: Einstiegsseite Abbildung 23: Screenshot: Übersicht der Suchresultate Abbildung 24: Screenshot: Bilddetails iv

6 Abbildung 25: Screenshot: Lightbox-Leiste Abbildung 26: Screenshot: Inhalt der Lightbox mit Bildauswahl Abbildung 27: Screenshot: Warenkorb Abbildung 28: Screenshot: Bestellungsverlauf Abbildung 29: Screenshot: Bearbeiten von Bildattributen Abbildung 30: Beigelegte Projekt-CD v

7 Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Die grössten Marktspieler der Fotoindustrie ([12], [13], [14], [15])... 5 Tabelle 2: Gliederung des e-business nach Akteurbeteiligung... 6 Tabelle 3: Übersicht einiger Framework Class Libraries nach [1] und [4] Tabelle 4: Beziehungstypen des Entitäten-Beziehungsmodell Tabelle 5: Sicherheitselemente der Präsentationsschicht Tabelle 6: Prioritäten der Suchresultate Fundort des Suchbegriffs vi

8 Code-Verzeichnis Code 1: Template-View-Beispiel Code 2: Berechnung der resultierenden Suchresultatsreihenfolge Code 3: Erstellung der Matrix für die Gewichtberechnung vii

9 1 Einleitung 1.1 Zielsetzung Imagebank ist ein Online-Archiv der digitalen Fotografie, der als eine e-commerce- Anwendung zum Einsatz im B2B-Bereich der Publizistikbranche bestimmt ist. Die wesentlichen Aufgaben eines solchen Systems sind eine Suchmaschine, die das Finden bestimmter Bilder ermöglicht, sowie die Möglichkeit eines käuflichen Erwerbs der Fotografie mit einer Lizenz für ihre Veröffentlichung. Die in diesem Master-Projekt entwickelte Imagebank-Anwendung erlaubt den Fotografen ihre bisher angereicherten Fotoarchive online zur Verfügung zu stellen. Dabei werden Bilderattribute festgelegt wie Beschreibung, Titel, Schlüsselwörter usw. Die Schlüsselwörter der Bilder sind in mehreren Sprachen definiert. Bei der Suche werden diese durch die Suchmaschine zusammen mit den restlichen Metadaten ausgewertet, priorisiert und nach Treffergüte geordnet auf dem Benutzerinterface angezeigt. Falls man über den Kauf erst zu einem späteren Zeitpunkt entscheiden möchte, kann man das Bild in eine Sammelmappe (Lightbox) ablegen, damit es leicht wieder gefunden werden kann. Nach dem Kaufabschluss werden die erworbenen Bilder umgehend zum Download angeboten. Die Bezahlung wird ausserhalb der Anwendung bilateral zwischen dem Fotograf und dem Käufer abgehandelt. Die Anwendung soll als ein Software-as-a-Service aufgesetzt werden. Dadurch soll möglich sein, die Imagebank unter diversen Domain-Namen gleichzeitig mit unterschiedlichen Inhalten zu exponieren, ohne dass die Anwendung mehr als einmal installiert werden müsste. Somit werden mehrere Imagebanken parallel innerhalb eines Systems beherbergt. Aus diesem Grund muss eine hoch skalierbare und erweiterbare Systemarchitektur gewählt werden. Die Idee für dieses Projekt stammt von einer Gruppe der Fotografen, welche ihre Arbeit bereits auf der Webseite ausstellen. Ursprünglich wollte man die bestehende Webseite um ein kommerzielles Fotografie-Shop erweitern. Aufgrund der Komplexität der Materie und einigen philosophischen Widersprüchen hat man sich schlussendlich für ein separates Projekt entschieden. Die Imagebank sollte Ende 2008 in Betrieb genommen werden. Das Master-Projekt besteht aus der Anforderungsanalyse, Systemdesign und Implementierung der Imagebank-Anwendung (vgl. Abbildung 1). Um genügende Skalierbarkeit zu ermöglichen, ist die Architektur als ein verteiltes System konzipiert. 1

10 Einleitung 2 Abbildung 1: Imagebank-Web-Interface 1.2 Aufbau des Dokuments Das vorliegende Dokument ist in wirtschaftliche Aspekte, Technologie, Anforderungen, Implementierung und Fazit unterteilt. Zusätzlich wurde im Rahmen dieses Master-Projekts ein Benutzerhandbuch [Surka08] in englischer Sprache verfasst. Das Kapitel 2 befasst sich mit den wirtschaftlichen Aspekten dieser Arbeit. Als Erstes wird die Fotojournalismus-Branche näher gebracht. Im Anschluss darauf wird das e-business behandelt mit Schwerpunkt auf e-commerce und seine Geschäftsmodelle. Schliesslich wird das Konzept des Software-as-a-Service vorgestellt und im Hinblick darauf das Geschäftsmodell der Imagebank-Anwendung präsentiert. Das Kapitel 3 deckt die technologischen Aspekte ab. Anfangs wird in Kürze der geschichtliche Hintergrund der Entwicklung von Software-Architektur geschildert um in den nachfolgenden Unterkapiteln die Unterschiede zwischen Layers und Tiers einer Software zu erläutern, die so oft verwechselt werden. Zum Schluss wird die Bedeutung der Entwurfsmuster adressiert. Das nächste Kapitel enthält eine Übersicht der funktionalen Anforderungen an die Anwendung. Diese werden mit Hilfe von Use-Cases und des Datenmodells erklärt.

11 Einleitung 3 Das Kapitel 5 verleiht den Einblick in die Implementierung der im Rahmen dieses Projekts entwickelten Anwendung. Zu Beginn wird in einem Überblick die allgemeine Anwendungsarchitektur vorgestellt. Anschliessend werden die einzelnen Schichten des Systems näher betrachtet. 1.3 Konventionen Im vorliegenden Dokument werden folgende Konventionen verwendet: Kapitel sind in Abschnitte und eventuell Unterabschnitte aufgeteilt. Abbildungen werden fortlaufend nummeriert. Programmcode und URLs werden durch eine Typewriter Schrift kennzeichnet. Schlüsselwörter und Namen von Technologien werden kursiv geschrieben, wenn sie das erste Mal vorkommen. Referenzen sind in zwei Kategorien unterteilt und werden folgendermassen verwendet: - Bibliographie: Alphanumerischer Schlüssel, z.b. [Meier04]. - Web-Ressourcen: Numerischer Index, z.b. [12]. Abkürzungen werden beim ersten Vorkommen ausgeschrieben und im Abkürzungsverzeichnis im Anhang F aufgeführt. Für Klassen- und Sequenzdiagramme wird der UML-Standard verwendet. Klassendiagramme und Grafiken, die aus englischer Literatur entnommen wurden, werden in englischer Sprache abgebildet.

12 2 Wirtschaftliche Aspekte Das vorliegende Kapitel beschäftigt sich mit den wirtschaftlichen Aspekten des Projekts. Als Erstes wird die Zielbranche das Fotojournalismus vorgestellt. Ferner wird e-business erörtert. Der Fokus liegt hier vor Allem bei e-commerce und seinen aktuellen Geschäftsmodellen, aus welchen zunächst das Software-as-a-Service näher betrachtet wird. Zum Abschluss wird das Geschäftsmodell der Imagebank-Anwendung aus der Sicht des e- Business diskutiert. 2.1 Die Fotojournalismus-Branche Die ersten Fotografien, die in einer Zeitung abgedruckt wurden, stammen aus dem Krimkrieg und wurden um 1855 in Illustrated London News publiziert [11]. Dies galt allerdings als eine Ausnahme. Aufgrund der damals wenig fortgeschrittenen Technik war eine massenhafte Publizierung von Aufnahmen in den Zeitungen relativ umständlich, da die Bilder zuerst in eine Druckvorlage manuell eingraviert werden mussten. Trotz der technischen Fortschritte der kommenden Jahre (z.b. Erfindung des Blitzpulvers, Halftone-Druck usw.) haben die meisten Zeitungen bis etwa 1930 ihre Geschichten mit Hilfe der Graviertechnik illustriert. Auch die damaligen Fotogeräte waren noch nicht in der Lage eine mit heute vergleichbare Fotoreportage zu ermöglichen. Erst als 1925 Leica das erste kommerzielle 35mm Filmfotoapparat vorgestellt hat, wurden die idealen Bedingungen für einen praktischen journalistischen Einsatz geschaffen. Die Zeit zwischen 1930 und 1950 wird als die Goldene Ära des Fotojournalismus bezeichnet. Viele Zeitungen wie Picture Post (London), Paris Match (Paris), Arbeiter-Illustrierte-Zeitung (Berlin), oder The New York Daily News (New York) konnten sich dank dem Einsatz der Fotografie eine breite Leserschaft erobern und viele Fotografen wie Robert Capa, Alfred Eisenstaedt und Margaret Bourke-White sind zu Berühmtheiten geworden. Die Zeitungen und Magazine waren damals der einzige Arbeitgeber der Pressefotografen. Dieses Anstellungsverhältnis war jedoch nicht für alle Fotografen optimal, da die Urheberrechte für die geschossenen Bilder immer beim Verleger blieben. Ein weiteres Problem war durch die Diktatur der Bildredakteure gegeben, welche die Einhaltung ihrer Layoutvorstellungen von den Fotografen forderten. Zum Teil wurden die Bilder vor dem Publizieren so modifiziert, dass eine andere Auslegung der Situation entstanden ist, als es vom Fotografen beabsichtigt war. 4

13 Wirtschaftliche Aspekte 5 Diese Konflikte haben zu Unabhängigkeitsbestrebungen geführt, wodurch in 1947 unter dem Namen Magnum die erste unabhängige Fotoagentur gegründet wurde. Die Agentur hat als Verkaufsvermittler agiert, wobei vor allem das Interesse der Fotografen verteidigt wurde. Es wurden Bedingungen für die Veröffentlichung der Bilder definiert, wie z.b. Angabe des Bildautors, keine Manipulation der Bilder und nicht zuletzt das Urheberrecht, welches im Besitz des Fotografen verbleibt. In den nächsten 50 Jahren sind weitere grosse Fotoagenturen wie Gamma und Sipa entstanden. Die Zeitungen und Magazine hatten zwar Bilder bzw. ganze Zeitungsartikel aus Foto- und Presseagenturen bezogen, es wurden jedoch meistens auch eigene Fotografen angestellt. Zusammen mit dem technischen Fortschritt der letzten Jahre kam es zu einer starken Veränderung in der fotografischen Medienindustrie. Der Markt wurde von neuen Spielern betreten, welche im Vergleich zu den existierenden Agenturen über gewaltige finanzielle Mittel verfügen. Diese werden unter Anderem zur massenhaften Anreicherung der Bilderurheberrechte, sowie zum Ankauf der bestehenden Fotoagenturen eingesetzt. Die Tabelle 1 zeigt eine Übersicht der drei weltweit grössten modernen Bildagenturen - Getty Images [22], Corbis [23] und Jupiter Media [24]. Name Anzahl Bilder Einkommen in 2006 Anzahl Angestellter Getty Images 70 Millionen $803 Millionen 1600 Corbis 100 Millionen $251 Millionen 1100 Jupiter Media 7 Millionen $136 Millionen (unbekannt) Tabelle 1: Die grössten Marktspieler der Fotoindustrie ([12], [13], [14], [15]) Laut [Visuell03] kam es in den letzen Jahren aufgrund einer allgemeinen Medienkrise zu zahlreichen Entlassungen in den Bildredaktionen von Zeitungen und Zeitschriften und es sind regressive Verkaufszahlen bei den traditionellen Bildagenturen zu beobachten. Die beträchtliche Marktmacht der wenigen grossen Foto-Unternehmen, der Einsatz von modernsten e-commerce-lösungen, sowie deren Preis- und Lizenzpolitik bewirken eine Transformation des klassischen Fotoagentur-Paradigma. Die Medien nutzen die Gelegenheit des schnellen Zugangs zum vergleichsweise preiswerten Bildmaterial, wodurch die Fotografie zunehmend zu Illustrationszwecken verwendet wird und demnach an Aktualität verliert. Diese Umstände führen vermehrt zu Arbeitsverhältnissen, bei denen die Fotografen als Freischaffende stets für einen bestimmten Auftrag angeheuert werden. Des Öfteren schliessen sich freiberufliche Fotojournalisten zu Kooperativen, um den zum Teil erheblichen finanziellen Anspruch mancher Aktivitäten durch Verteilung an mehrere Mitglieder zu dämpfen. Dies umfasst z.b. das eigene Marketing, Anschaffung von Material- und Technik, Miete von Ateliers, e-commerce-lösungen, usw.

14 Wirtschaftliche Aspekte e-business Gemäss [8] umfasst E-Business sämtliche Abwicklungen administrativer und betriebswirtschaftlicher Geschäftsprozesse unter Nutzung von modernen Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT). Dies schliesst Abläufe ein, die mit Hilfe von Computersystemen, Netzwerken (z.b. Internet, Intranet), Mobilfunk, Satellitenkommunikation, usw. ausgeübt werden. Das folgende Kapitel stellt eine grundlegende Gliederung des e-business vor. Als nächstes wird der Fokus auf e-commerce und dessen Geschäftsmodelle gerichtet, worauf die Aspekte des Application-Service-Provider-Geschäftsmodells behandelt werden Gliederung des e-business Je nach Art der elektronischen Abläufe sind an ihrer Abwicklung unterschiedliche Akteure beteiligt. Die Tabelle 2 zeigt die Gliederung des e-business nach Akteurbeteiligung: Nachfrage Consumer Business Administration Consumer Consumer-to-Consumer (C2C) z.b. private Anzeigen Consumer-to-Business (C2B) z.b. private Webseite mit Beschreibung professioneller Fähigkeiten Consumer-to- Administration (C2A) z.b. ein Bürger wertet ein Umweltprojekt aus Angebot Business Business-to-Consumer (B2C) z.b. online Shopping Business-to-Business (B2B) z.b. online Materialbeschaffung Business-to- Administration (B2A) z.b. Steuerabwicklung Admin. Administration-to- Consumer (A2C) z.b. Consulting-Dienste Administration-to- Business (A2B) z.b. öffentliche Projektausschreibungen Administration-to- Administration (A2A) z.b. Datenabgleich zwischen den Verwaltungsstellen Tabelle 2: Gliederung des e-business nach Akteurbeteiligung (in Anlehnung an [Meier04]) Die in der Tabelle 2 zusammengefassten Beziehungen umschliessen Prozesse, die zwischen den verschiedenen Akteuren stattfinden. Vor allem in grösseren Unternehmen existiert

15 Wirtschaftliche Aspekte 7 zusätzlich noch eine Reihe interner Abläufe, die ebenfalls elektronisch umgesetzt werden können wie z.b. Abwesenheitsanfragen, Pflege von Stundenzetteln, usw. Die elektronische Abwicklung der Prozesse zwischen Firmenadministration und den Mitarbeitern wird als Business-to-Employee (B2E) bezeichnet. Des Weiteren bestehen in einem Unternehmen Abläufe, bei denen mehrere Mitarbeiter involviert sind. Einige davon können ebenfalls elektronisch realisiert werden, wie z.b. Anfrage nach Infrastruktur-Supportleistung, die über ein dazu geschaffenes Task-Tracking-Modul erstellt wird. Dieses Gebiet ist als Employee-to- Employee (E2E) bekannt. Eine spezifische Unterkategorie des e-business ist das e-commerce, welches sich an den elektronischen Handel mit Waren und Dienstleistungen fokussiert. Dies schliesst die Prozesse der elektronischen Integration der unterschiedlichen Wertschöpfungsketten eines Unternehmens, wie auch das Management der Geschäftsbeziehungen ein (vgl. Abbildung 2) [9]. Das e-commerce erstreckt sich somit über die Bereiche des B2C und B2B [Meier04]. Abbildung 2: Definition des e-commerce [9] Die elektronische Interaktion der Verwaltungsstellen mit Unternehmen und Bürgern wird als e-government bezeichnet. Das e-government schliesst die gemäss der Tabelle 2 definierten Bereiche des A2C, A2B, C2A, B2A und A2A ein Geschäftsmodelle des e-commerce Mit dem Aufkommen der modernen Informations- und Kommunikationstechnologien sind Unternehmen entstanden, bei denen das e-commerce einen wichtigen Bestandteil Ihrer Marktstrategie bildet. Je nach Ausrichtung der Unternehmen kommen bei der Umsetzung dieser Strategien verschiedene Geschäftsmodelle zur Anwendung. In der folgenden Übersicht werden die heutigen e-commerce-geschäftsmodelle zusammengefasst [10]: E-Shop ist eine Anwendung zur Vermarktung der Produkte eines Unternehmens im Web. Aufgrund der Online-Präsenz ist das Unternehmensangebot global und jederzeit erreichbar,

16 Wirtschaftliche Aspekte 8 wodurch eine erhöhte Nachfrage erwartet werden kann. Weitere Vorteile entstehen durch die Tatsache, dass klassische Distributionskanäle auf diese Weise umgegangen werden können, was zur Kostensenkung und folglich zu besseren Produktpreisen führt. Beispiele: usw. E-Auction ist eine online Variante der klassischen Versteigerungshäuser. Auktionssysteme stellen zusätzliche Hilfsfunktionen zur Verfügung (z.b. Benachrichtigungen, automatisches bieten, usw.), wodurch die Auktion effizienter wird. Da keine physische Präsenz der Bieter nötig ist, können sich die einzelnen Versteigerungen zeitlich über mehrere Tage erstrecken. Die Betreiber der e-auktionen profitieren von Transaktionsgebühren, Treuhandservice, Werbung, usw. Beispiele: usw. Als E-Mall werden Plattformen bezeichnet, die als virtuelle Kaufhäuser funktionieren. Ihre einheitliche Präsentation des Angebots mehrerer e-shops verbessert die Übersichtlichkeit und hilft den Kunden schneller zu den gewünschten Artikeln zu gelangen. Über zusätzliche unterstützende Dienste wie z.b. Preisvergleich, Artikelrezensionen, Shopbewertung, usw. wird ein Mehrwert geschaffen, der das Vertrauen der Kunden fördert. Das Einkommen der e- Mall-Betreiber beruht auf Werbung, Mitgliedschaftsbeiträgen, Vermittlungsmargen usw. Beispiele: usw. Ein Third Party Marketplace erlaubt eine Nutzung des eigenen e-shop-interface von verschiedenen externen Anbietern. Als Beispiel kann das Amazon-Marketplace genannt werden. Bei Amazon kann der Kunde entweder ein neues Buch von Amazon kaufen, oder aber dem Angebot eines anderen Anbieters nachgehen, der seine Produkte bei Amazon registriert hat. Der Kaufprozess samt Bezahlung wird über den e-shop von Amazon abgewickelt, der dem Kunden bekannt ist und in welches er bereits Vertrauen hat. Beispiele: usw. Portale sind Web-Plattformen, die unter dem eigenen Namen einen zentralen Zugriff zu spezifischen Diensten anderer Institutionen gewähren. Sie gelten als spezialisierte Operatoren, wodurch den Institutionen die Möglichkeit zur Auslagerung geboten wird. Der Benutzer profitiert vor allem von einem stark personalisierbaren Interface, sowie den sog. Single-Sign- On, durch welchen nur ein Login-Prozess nötig ist, um auf institutionsübergreifende Dienste zugreifen zu können. Beispiele: usw. Das E-Procurement steht für elektronische Beschaffung und kommt vor allem im B2B- Bereich zum Einsatz. Bei E-Procurement werden die Systeme des Lieferanten und des Abnehmers aufeinander abgestimmt, was zu einer schnelleren und genaueren Abwicklung führt. Dadurch ergeben sich Vorteile wie Prozesskostenersparnisse, Automatisierung der Bestellvorgänge, genauere Planung durch Prozesstransparenz, usw. Beispiel: Seller Tools von In einer virtuellen Gemeinschaft (Virtual Communitiy) stehen vor allem die Beiträge der Gemeinschaftsmitglieder im Vordergrund, die zu einem Thema verfasst wurden, dass im gemeinsamen Interessenschwerpunkt der Gemeinschaft liegt. Die Betreiber solcher Gemeinschaften stellen die Kommunikationsplattform zur Verfügung und ziehen ihren Nutzen von den Informationen, welche durch die Mitglieder bereitgestellt werden (z.b. über Verbesserungsmöglichkeiten eines Produkts). Eine virtuelle Gemeinschaft gilt zusätzlich als ein Werkzeug für die Kundenbindung. Beispiel: flickr.com.

17 Wirtschaftliche Aspekte 9 Collaboration-Plattformen stellen Werkzeuge zur Verfügung, die eine effiziente Zusammenarbeit von Teammitgliedern fördern. Die Elemente solcher Plattformen sind z.b. Terminplanung, Dokument-Synchronisation, Verwaltung der Aufgaben, usw. Die Betreiber der Collaboration-Plattformen bieten ihre Dienste meistens in Form eines Abonnements an. Beispiele: collaboration.xmind.ch, usw. Value Chain Services werden von Dienstleistern angeboten, die sich auf Erbringung einer spezifischen Aufgabe in der Wertschöpfungskette spezialisieren. Solche Aufgaben erfordern meistens besondere Fähigkeiten bzw. Kompetenzen und sind für viele verschiedene Wertschöpfungsketten wiederverwendbar. Services, die auf diese Art angeboten werden sind z.b. elektronische Zahlungsdienste, Logistik, Post- und Faxversanddienste, usw. Beispiele: usw. Software as a Service (SaaS) - früher als Application Service Provider (ASP) bezeichnet - sind Dienstleister, welche ihren Kunden Anwendungssysteme anbieten, die über das Internet genutzt werden können. Die Anwendungen werden auf der Infrastruktur des Anbieters betrieben und entsprechend gewartet. Falls kostenpflichtig, wird die Software entweder pro Nutzung, oder in Form eines Abonnements verrechnet. Da keine Softwarelizenzgebühren anfallen, können die Softwaremieter wesentliche Kostenersparnisse erzielen. Beispiele: usw. Die Trust Service Provider (TSP) fungieren als eine vertrauenswürdige Prüfstelle, die durch Ausstellung der Zertifikate die Identität bzw. Sicherheit der Transaktionen ihrer Partner garantieren. Die TPS kommen z.b. im Zusammenhang mit der Ausstellung von SSL- Zertifikaten, Signieren von Software-Installationspaketen, usw. zum Einsatz. Beispiel: Information Service Provider betrachten eine Information als Produkt und spezialisieren sich auf Extraktion von Informationen bzw. Wissen aus den verfügbaren Daten. Ein Informationsdienstleister kann im Auftrag Informationen generieren bzw. analysieren, oder sein gewonnenes Wissen (z.b. über ein Marktsegment) anbieten. Beispiel: Software as a Service Wie bereits im vorherigen Kapitel erwähnt wurde, stellen die SaaS-Provider ihren Kunden Software über das Internet zur Verfügung. Auf diese Weise greift der Benutzer auf ein gemietetes System zu, das sich nicht auf ihrer Infrastruktur befindet. Die SaaS-Betreiber beherbergen die Software auf der eigenen IT-Infrastruktur, wo sie von mehreren Kunden gleichzeitig genutzt wird. Demzufolge muss die Architektur der Software auf SaaS ausgelegt sein und ausreichende Skalierbarkeit- und Verfügbarkeitseigenschaften aufweisen. Die Tatsache, dass die SaaS-Anwendungen als Dienste von spezialisierten Dienstleistern betrieben werden bringt für die Kunden wesentliche Vorteile mit sich: Die Kunden besitzen die Software nicht und brauchen entsprechend keine Lizenzgebühren zu bezahlen. Die Gebühren richten sich nach Benutzung, was ein kleineres und überschaubares Risiko bedeutet. Gleichzeitig kann oft ein Feature-Paket zusammengestellt werden, wodurch nur die Funktionalität bezahlt werden muss, die auch genutzt wird.

18 Wirtschaftliche Aspekte 10 Auslagerung der Aufgaben, die nicht zum Kerngeschäft gehören. Die Wartung der Infrastruktur, Backups, usw. werden von Experten beim Dienstanbieter durchgeführt. Infrastrukturanforderungen beim Kunden begrenzen sich lediglich auf Web-Browserfähige Hardware und Zugang zum Internet. Zentrale Verwaltung der SaaS-Software durch den Betreiber mit laufenden Updates und Erweiterungen, die ohne Installation beim Klienten sofort verfügbar sind. Die SaaS-Anwendungen sind als Standard-Branchenlösungen konzipiert, wodurch laufend neue Trends und neue Anforderungen implementiert werden. Die Sicherheitsaspekte werden durch die SaaS-Provider besser umgesetzt, da dies eines der Schlüsselfaktoren für den Erfolg ihres Kerngeschäfts ist Trotz der zahlreichen Vorteile herrscht bei der potenziellen Kundschaft eine gewisse Skepsis im Hinblick auf SaaS-Produkte. Die Auslagerung der kritischen Unternehmensdaten setzt ein grosses Vertrauen in den Dienstanbieter voraus. Des Weiteren lassen sich spezifische Funktionalitätsansprüche eines Unternehmens nur begrenzt abdecken, da SaaS-Software als eine Standardlösung entworfen ist. Ebenfalls wird die Abhängigkeit von einer ausfallsicheren Internetverbindung als ein Risiko betrachtet Das Imagebank-Geschäftmodell Die Imagebank-Anwendung ist für die Nutzung als Distributionskanal der Produkte der Fotojournalisten bestimmt. Somit wird das System im B2B-Bereich, vorwiegend in der Medienindustrie eingesetzt. Die Anwendung selbst weist eine starke Ähnlichkeit mit dem Modell eines e-shops für digitale Güter auf. Die Vermarktung der Imagebank basiert auf dem SaaS-Konzept. Die Zielkundschaft sind Fotojournalisten, die ihre Archive online im Rahmen einer e-commerce-lösung zugänglich machen möchten. Mit der Imagebank- Anwendung wird ihnen die Möglichkeit gegeben, das System mit der gesamten Infrastruktur zu mieten und unter dem eigenen Namen kommerziell zu nutzen. Das Preismodell ist in Form von Transaktionsgebühren beabsichtigt. Die aktuelle Situation auf dem Markt lässt sich zurzeit als optimal bezeichnen. Es ist zwar bereits eine Grosszahl von Fotografie-Suchmaschinen und -Web-Shops im Internet verfügbar; diese präsentieren sich jedoch immer unter einem eigenen Namen. Als Fotograf kann man diesen Webseiten beitreten und so als Teil einer Community agieren, was nicht immer erwünscht ist. Als direkte Konkurrenz konnte bisher einzig das Marketplace von digitalrailroad.net [25] ausfindig gemacht werden. Die Nachteile dieses Systems (wie z.b. fehlende Internationalisierung, Komplexität des Benutzerinterface, Preispolitik, Eigenarten in der Prozessabwicklung, etc.) versucht die Imagebank anders zu behandeln und dadurch einen Vorteil zu gewinnen.

19 3 Technologie In diesem Kapitel werden die technologischen Aspekte diskutiert. Als Erstes wird kurz der geschichtliche Hintergrund der Entwicklung von Software-Architektur geschildert um in den nachfolgenden Unterkapiteln die Konzepte der Layers und Tiers einer Software zu erläutern. Zum Schluss wird die Bedeutung der Entwurfsmuster adressiert. 3.1 Software-Architektur Das Wort Architektur hat seinen Ursprung im Griechischen und bedeutet Baukunst. Für die Softwareentwicklung kann dieser Begriff im wahrsten Sinne des Wortes übernommen werden, denn gleich wie die alten Griechen, möchten die heutigen Entwickler auch, dass ihre Software zahlreichen Systemwechsel, Kapazitätsüberlastungen und verschiedenen Störfaktoren so lange Stand halten kann, wie damals die bis heute verbliebenen griechischen Bauten. Die Architektur einer Software wird gemäss [Bass03] definiert als eine Struktur von Strukturen eines Systems. Dieses besteht aus Softwareelementen mit ihren extern sichtbaren Eigenschaften und aus den Beziehungen zwischen ihnen. Verbindet man die obigen Aussagen, so lässt sich behaupten, dass die Kunst der Software- Architektur darin besteht, Programme oder Rechensysteme so zu strukturieren, dass trotz sämtlichen künftigen Einflüssen und ohne einen nötigen Eingriff der Zweck eines Systems erhalten bleibt, beziehungsweise ohne einen grösseren Aufwand erweitert werden kann Monolithische Mainframes Betrachtet man die frühen Softwareanwendungen, waren es vor allem betriebliche Systeme, die zentral auf Grossrechnern Mainframes installiert waren. Die Interaktion mit dem Rechner erfolgte über zu diesem Zweck angeschlossene Terminals, wo man über eine Konsole Befehle eingeben konnte. Die Architektur, die solche Systeme aufweisen, wird als Mainframe-Architektur oder als monolithische Architektur bezeichnet. Unter einem als Monolith realisierten Anwendungssystem wird ein System verstanden, das aus nicht klar voneinander abgrenzbaren Systemteilen besteht [Herden06]. Falls zu einem späteren Zeitpunkt Anpassungen oder Erweiterungen der Software nötig wurden, war deren Realisierung oft mit einem beträchtlichen Aufwand verbunden. Das Herauslösen eines Teils bei einer monolithischen Architektur ist durch die enge Verkopplung der einzelnen Funktionen nur schwer realisierbar, unwirtschaftlich und oft mit Verringerung der 11

20 Technologie 12 Softwarequalität verbunden. Im Vergleich zur heutigen Software ist dadurch die Erweiterbarkeit der Mainframe-Systeme relativ gering. Da die Mainframes sämtliche anwendungsspezifischen wie auch die anwendungsübergreifenden Systemteile zentral verwaltet haben, führte die Verarbeitung der Aufgaben oft zu Performanceengpässen. Aus diesem Grund hat man versucht gewisse Funktionen wie Validierung der Benutzereingabe, Formatierung, usw. auf die Terminals zu übertragen, um schlussendlich die Grossrechner zu entlasten. Anfangs 90er Jahren wurden die Terminals immer mehr durch PC s ersetzt, welche für die Übernahme gewisser Funktionen besser geeignet waren und ausserdem auch als eigenständige Maschinen genutzt werden konnten. Die Kommunikation der Rechner erfolgte dabei nach dem allgemeinen Client/Server Prinzip, indem der Client (PC) über ein vordefiniertes Protokoll den Server (Mainframe) nach Erbringung gewisser Dienste fragt und die Resultate dem Benutzer zur Verfügung stellt. Aus der Sicht der Software-Architektur wurde dadurch das Gesamtsystem in zwei klar abgrenzbare Komponenten aufgeteilt: Präsentation und Ausführung Layered applications Die bei der Optimierung der Mainframe-Systeme entstandenen Dezentralisierungsbestrebungen hatten unter Anderem die Erkenntnis zu Folge, dass die Anwendungen prinzipiell aus den folgenden Schichten bestehen: Präsentation (Presentation Layer) zuständig für die Benutzerinteraktion (z.b. Darstellung des Benutzeroberfläche, primäre Validierung der Eingabe, usw.) Anwendungslogik (Business Logic Layer) zuständig für die Ausführung der Aufgaben (z.b. Rechenaufgaben, sekundäre Validierung gemäss Anwendungslogik, usw.) Persistenz (Data Access Layer) zuständig für die Datenhaltung (z.b. Speichern, Löschen oder Abfragen der Daten gemäss Kriterien, usw.) Eine solche Strukturierung der Software ist als 3-Layer-Architektur bekannt. Ferner wurde das Modell der Trennung von logisch unabhängigen Systemkomponenten auf eine unbestimmte Anzahl Schichten abstrahiert und hat sich als Layered-Architektur zu einem grundlegenden Muster in der Softwareentwicklung etabliert. [Fowler02] beschreibt ein System im Hinblick auf Layers als eine Menge von Subsystemen, die wie bei einer Torte aufeinander geschichtet sind. Die obere Schicht konsumiert dabei Dienste, die in der benachbarten unteren Schicht definiert sind, ohne dass die untere Schicht den Konsumenten der eigenen Dienste die obere Schicht kennen würde. Ein Beispiel für Layered- Architektur ist die Architektur der Kommunikation über TCP/IP, die durch das TCP/IP- Referenzmodell beschrieben ist (vgl. Abbildung 3). Die Kommunikation zwischen zwei Endsystemen verläuft dort scheinbar transparent, die zu übertragenden Daten werden jedoch von den verschiedenen Schichten behandelt, bis sie in TCP/IP-Pakete zerlegt sind und anschliessend als Bit-Strom gesendet bzw. empfangen werden.

21 Technologie 13 Abbildung 3: Schichten des TCP/IP-Referenzmodells [Nitsche04] Die Gliederung der Software in Schichten bringt einige Vorteile mit sich: Eine Schicht kann als Ganzes verstanden werden, ohne Kenntnis der Details von den anderen Schichten. Es ist möglich eine Schicht durch eine alternative Implementierung der gleichen Dienste zu ersetzen. Die Dienste der einen Schicht stehen ausschliesslich der übergeordneten Schicht zur Verfügung, wodurch die Abhängigkeiten zwischen den Schichten reduziert werden. Dienste der einen Schicht können für verschiedene weitere Dienste der höheren Schicht verwendet werden, die auf einem höheren Abstraktionsgrad operieren. Allerdings muss man bei einer Layered-Anwendung auch mit einigen Nachteilen rechnen: Als Folge der sequenziellen Anordnung der Schichtenabhängigkeiten kann eine Änderung in einer Schicht eine Änderungs-Kettenreaktion für die restlichen Schichten auslösen. Wenn man z.b. in einer Anwendung ein neues Feld hinzufügen möchte, welches auf dem Benutzerinterface angezeigt und in der Datenbank gespeichert werden soll, so sind alle Schichten die zwischen der Persistenz- und der Präsentationsschicht liegen von dieser Erweiterung betroffen. Ein weiterer Nachteil sind die negativen Auswirkungen auf Performance, falls mit zu vielen Schichten gearbeitet wird Tiered-Distribution In der Literatur herrscht eine gewisse Uneinigkeit im Hinblick auf die Konzepte der Software- Layers und der Software-Tiers. Wie im vorherigen Kapitel beschrieben ist, werden Layers als logische Strukturierung eines Systems interpretiert, hingegen wird unter den Software-Tiers die räumliche und somit die physische Trennung verstanden. Trotz dieser Tatsache werden oft diese Modelle als gleichgültig behandelt; in diesem Dokument soll jedoch strikt zwischen den Layers und den Tiers unterschieden werden. Der Grund dafür sind die wesentlichen Unterschiede im Hinblick auf das Deployment, d.h. wie eine Software in der produktiven Umgebung verteilt, installiert und konfiguriert wird.

22 Technologie 14 Zum Beispiel hängt davon die Entscheidung ab, ob die Software in gewisse Layers separiert werden muss, oder separiert werden kann 1. Der Begriff der Tiered-Distribution kommt somit vor allem bei Anwendungssystemen zum Einsatz, deren Deployment sich räumlich über mehrere unterschiedliche physische Computer erstreckt; gegenüber dem Endbenutzer erscheinen solche Anwendungen aber als eine Ein- Computer-Anwendung. Solche Systeme werden als verteilte Systeme (Englisch distributed systems bzw. distributed computing) bezeichnet (in Anlehnung an [Tanenbaum02]) Entwicklungsmuster Die in früheren Kapiteln vorgestellten Konzepte der Layers und Tiers fallen beide in die Kategorie der Architektur-Entwicklungsmuster (Architecture Patterns). In Software Engineering werden durch die Entwicklungsmuster Lösungsansätze beschrieben, die als Leitfaden für allgemeine, bei der Softwareentwicklung und Design häufig auftretenden Problemstellungen genutzt werden können. Laut [ESP03] lassen sich Entwicklungsmuster nach Ihrer Abstraktion in drei grössere Cluster unterteilen: Architektur-, Design- und Implementierungsmuster (vgl. Abbildung 4). Abbildung 4: Entwicklungsmuster nach Abstraktion [ESP03] Die Architekturmuster repräsentieren grundlegende Softwarelösungskonzepte und beabsichtigen bei gegebenen Rahmenbedingungen die beste Alternative für allgemeine Ziele wie Erweiterbarkeit, Skalierbarkeit, Robustheit, usw. zu bieten. Die Design-Muster beschäftigen sich mit konkreteren Problemen, die je nach gewähltem Grundkonzept auftreten können. Zum Beispiel kann man mit dem Singleton-Design-Muster [Gamma94] in einer verteilten Anwendung sicherstellen, dass immer nur eine Instanz des Kommunikationskanals für alle Klassen global zur Verfügung steht, damit die verschiedenen Instanzen des einen Tiers mit dem anderen Tier kommunizieren können. 1 Dies wird im praktischen Teil dieser Arbeit besser ersichtlich. Die Tatsache, dass ein verteiltes System entwickelt wurde bedingt die Notwendigkeit weiterer Layers für den Remoting-Server, sowie für den Client-Controller. Diese Layers wären sonst nicht erforderlich.