Kontextbasierte Kooperation: Unterstützung verteilter Prozesse im Mobile Computing

Abstract

In der modernen Dienstleistungsgesellschaft ist Mobilität - z.B. von Personen, Waren, Daten oder Diensten - zu einem wichtigen Faktor geworden. In Kombination mit dem derzeit in der Informations- und Kommunikationstechnologie vorherrschenden Trend zur Dezentralisierung sind daher inzwischen eine Vielzahl von portablen und miteinander vernetzten Geräten entstanden, deren Einsatz die ubiquitäre Verfügbarkeit von Informationen und Dienstleistungen für mobile Benutzer kontinuierlich gesteigert hat. Dazu sind - neben der Portabilität von Geräten - aber auch Softwaresysteme mobil geworden, indem sie auf mobilen Geräten ablaufen können, sich der Mobilität dieser Geräte bewusst werden und sich so möglichst optimal an die sich dynamisch verändernden Ausführungskontexte anpassen können.

Vor diesem Hintergrund hat das Forschungsgebiet des Mobile Computing zum Ziel, moderne mobile Informationssysteme durch innovative Systemsoftware, Middleware-Systeme und Anwendungen an die sich stetig weiter entwickelnden Bedürfnisse der Benutzer anzupassen. Dabei nehmen kontextbezogene Systeme eine zentrale Rolle ein, da sie durch die Integration von Kontextwissen mobile Applikationen flexibel und anpassungsfähig machen. Jedoch sind solche Systeme bisher meist noch eher ad-hoc statisch, monolithisch strukturiert sowie geschlossen und daher insgesamt für spezielle und eher kurzzeitige Aufgaben konzipiert. Mobile Systeme, die sich auch an den langfristigen und oftmals spontanen Aufgaben und Anforderungen der Benutzer orientieren, sind mit den etablierten Verfahren und Methoden daher bislang kaum realisierbar.

Die vorliegende Arbeit untersucht daher die Defizite aktueller mobiler Systeme sowie der sie unterstützenden Middleware-Plattformen. Basierend auf den Ergebnissen dieser Untersuchung wird das Konzept der kontextbasierten Kooperation erarbeitet, das eine Unterstützung von benutzerzentrischen, langlebigen und komplexen Aufgaben in mobilen Systemumgebungen als konsequente Weiterentwicklung etablierter kontextbezogener Konzepte ermöglicht. Durch das Zusammenführen der kontextbasierten Kooperation mit den Konzepten und Methoden der Service-Oriented Architecture wird ein entsprechendes Umsetzungskonzept in Form von Mobilen Prozessenerarbeitet und eingeführt. Zudem wird mittels einer prototypischen Implementierung einer Systemplattform für Mobile Prozesse die praktische Realisierbarkeit der eingeführten Konzepte belegt. Mit Hilfe dieser Plattform werden ferner die Konzepte der kontextbasierten Kooperation und der Mobilen Prozesse evaluiert und bewertet.

Als Ergebnis dieser Arbeit wurde eine Middleware-Systemplattform erarbeitet, die es (mobilen) Umgebungen ermöglicht, ad-hoc entstehende, komplexe Prozesse ohne zentrale Koordinierungsinstanz auszuführen. Somit stellt der eingeführte Ansatz eine wesentliche Weiterentwicklung kontextbezogener Systeme im Sinn des Ubiquitous Computing dar.

Within the modern services society, mobility has become one of the main driving factors. Supported by the trend of decentralization in information and communication technology, a great diversity of portable and networked devices has evolved. The use of these devices has increased continuously and leads to a ubiquitous availability of information and services for mobile users. Next to the portability of devices, software systems themselves have become mobile - enabled by an increased awareness of the devices' mobility and thus by the ability to adjust to highly changing execution contexts.

With this background, the research field of Mobile Computing subsumes efforts to adapt modern mobile information systems, middleware platforms, and applications to new evolving needs of mobile users. In doing so, context-based systems play a major role, as these systems supplement mobile applications by adding context knowledge to achieve flexibility and adaptability for such systems. However, in reality most of these currently existing systems are rather ad-hoc static, monolithic structured, and closed. In consequence they are mostly restricted to support rather specific and short time tasks. On the other hand, more general systems being able to support also long running and spontaneous user tasks, are still hardly realizable with existing methods and techniques.

Therefore, this thesis addresses these shortcomings of current mobile systems and supporting middleware platforms in a detailed study. On the basis of the results of this study, the concept of context-based cooperation is proposed and elaborated in detail. As a consequent evolution of concepts derived from established context-based systems, this approach serves to integrate support of user-centric, long running, and ad-hoc tasks into (new) mobile system environments. Finally, by merging context-based cooperation with well-established concepts and methods of Service-Oriented Software Architectures, the realization concept of Mobile Processes is elaborated. Based on that, a prototype implementation of a system platform for Mobile Processes is realized in order to prove the practical realizability as well as to evaluate the feasibility of the introduced concepts of context-based cooperation and Mobile Processes.

Finally, the practical result of this thesis is a middleware system platform that enables (mobile) environments to execute ad-hoc arising, complex processes without a central coordination mechanism. Thus, the introduced approach represents an important enhancement of context-based systems towards the vision of Ubiquitous Computing.