1.1 Neue Datenbanktechnologien |
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Eigentlich war man mit den relationalen Datenbanken und Datenbanksystemen gut bedient, doch in den letzten 20 Jahren hat sich die Situation grundlegend gewandelt. Im Kern geht es dabei darum, dass unstrukturiert genannte Information auch Gegenstand von digitaler Erfassung, Speicherung, Verwaltung und Verarbeitung wurde. |
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Dies betraf zuerst Texte, nicht als Attributsausprägung, sondern als Langtext, dann Dokumente (sozusagen strukturierte Texte), Graphen und Netzwerke (motiviert durch die Beziehungsdaten des Internet), Audio- und Video-Daten und einige mehr. |
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Diese Informationen konnten nicht sinnvoll mit relationalen Datenbanken verwaltet werden. Die erste Herausforderung bestand also darin, datenverwaltende Systeme für diese Informationsarten zu finden. Das geschah im Übrigen schon in den 1990er-Jahren bei den Anbietern von sog. Online-Datenbanken (in Deutschland bei den Fachinformationszentren), nur damals noch nicht Internet-basiert und auf der Basis proprietär programmierter Lösungen. |
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Dieses Beschreibungsmerkmal ist also nur wichtig, weil es unterschiedliche Datenbankarchitekturen erzwingt. |
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Die zweite Herausforderung stellten die großen Datenmengen dar. Selbst wenn es mal gelang, einige dieser "neuen" Daten in eine relationale Datenbank zu packen, erwiesen sich die Antwortzeiten der relationalen Datenbanksysteme als zu langsam. Diese Herausforderung verlangte also nach "mehr und schnellerer Hardware" (vertikale Skalierung durch immer stärkere Server, leistungsfähigere Prozessoren). |
Vertikale Skalierung |
Die dritte Herausforderung bestand darin, dass diese Daten teilweise nicht nur "im Internet" entstehen, sondern dort auch verwaltet werden müssen (horizontale Skalierung). |
Horizontale Skalierung |
Es entstand also Leidensdruck, der zu verschiedenen neuen Angeboten führte: |
Leidensadruck |
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Sehr schnell wurde erkannt, dass diese Informationsarten und die mit ihnen möglichen Auswertungen im Rahmen des Informationsmanagements der Organisationen genutzt werden müssen, so dass sich neue Aufgaben für die Verwaltung der Daten ergaben. |
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Leidensdruck |
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Wie auch im sonstigen Leben bewegen sich in der Informatik und Wirtschaftsinformatik die Dinge meist nur, wenn Leidensdruck entsteht. Wenn also Probleme mit den herkömmlichen Mitteln nicht, nicht mehr oder nur mit sehr hohem Aufwand gelöst werden können. |
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Hier war es so, dass „das Internet“ zu einem Medium geworden war, das intensiv und immer mehr für geschäftliche Transaktionen genutzt wurde. Dies erforderte die Verwaltung der dabei anfallenden Daten. |
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Dafür wiederum erwiesen sich die damals dominanten Datenbanktechniken (relationale Datenbanken) als nicht tauglich, v.a. als die Datenmenge immer größer wurde. So wurden neue Datenbanktechniken („für das Internet“) entwickelt, zuerst bei Google und den anderen großen im Internet tätigen Untenehmen, dann darüberhinaus. |
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So weit so gut, die dabei entstehenden NoSQL-Systeme sind da und bewähren sich. |
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Überraschend ist, dass der Leidensdruck gar nicht so groß hätte sein müssen, wäre da nicht ein blinder Fleck in der Wahrnehmung des Datenbankgeschehens durch die Informatik. Diese hat einen wichtigen Bereich das Datenbankgeschehens, in dem es schon seit den 1960er Jahren um unstrukturierte Information aller Art ging, schlicht übersehen. Dieser Bereich (vgl. für eine kurze Anmerkung Abschnitt 2.1, eine umfangreichere Darstellung ist in Vorbereitung) kennt für so gut wie alle Arten „unstrukturierter Informationen“ Datenbanklösungen, die auch nicht in den Softwarelaboren hängen blieben, sondern jeden Tag im Einsatz sind. |
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1.2 BigData |
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Seit einigen Jahren wird der Begriff Big Data genutzt, um die großen Datenmengen, die mittlerweile in der digitalisierten Welt entstehen, zu kennzeichnen. Dabei geht es inzwischen nicht mehr um MegaByte (MB) oder Gigabyte (GB), sondern um Tera-, Peta- und Zetabyte. Der Grund für das Entstehen dieser Datenmengen ist, dass sie in digitalen Systemen entstehen und daher leicht erfasst werden können und dass die digitalen Systeme aller Art intensiv genutzt werden. |
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1.2.1 Parallelwelten |
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Eine Quelle ist das Internet, das für viele Menschen nicht nur ein Hilfsmittel für Kommunikation und Informationsspeicherung geworden ist, sondern mit seinen Möglichkeiten |
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den Charakter einer Parallelweltzur realen angenommen hat. Dafür spricht auch, dass sich dort, genauso wie in der wirklichen Welt, nicht nur eine Rotlichtszene, sondern auch sehr aktive kriminelle und terroristische Milieus gebildet haben und - so sagen einige Prognosen - dort in der Zukunft auch Kriege geführt werden (cyber war). |
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Kohorte: Die, mit denen man zusammen das Leben verbringt und die nicht unbedingt zum Freundeskreis gehören. Je nach Alter z.B. die Schulklasse, die anderen Beschäftigten am Arbeitsplatz, die Menschen, mit denen man im Rahmen seiner Freizeitaktivitäten zu tun hat, usw. |
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Clique: Freundeskreis. Die, deren Urteil einem wichtig ist. |
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Diese Parallelweltberuht auf Rechnernetzen mit großen Serverrechenzentren, PCs (und Smartphones) der Nutzer und dem leistungsstarken weltumfassenden Telekommunikationsnetz. Sie ist so erfolgreich, dass ihm schon die Adressen ausgingen und deshalb neue längere Adressen eingerichtet werden mussten. Das "alte" IPv4 hatte einen Adressraum von 232 (etwas über vier Milliarden) IP-Adressen, das neue IPv6 erlaubt 2128 (rund 340 Sextillionen) Adressen. Dies sollte erst mal reichen. |
Grundlage 1: Rechnernetze |
Sie beruht aber auch auf sehr leistungsstarken Speichermedien, die inzwischen bei erschwinglichen Preisen Terabyte von Daten der unterschiedlichsten Art verwalten können. Diese Speicherkapazität kann über verteilte Netzwerkarchitekturen beliebig und flexibel ausgebaut werden. |
Grundlage 2: Datenbanken |
Der Bedarf an Datenübertragungskapazitäten, an Rechner- und Speicherkapazität im Internet (das heutzutage den wesentlichen Teil des globalen Computernetzwerks beansprucht), wird noch weiter wachsen. Die zwei wichtigsten Ursachen hierfür sollen aufgezeigt werden. |
Immer mehr Daten in den Rechnernetzen |
1.2.2 Ursache 1: Immer mehr Daten in den Rechnernetzen |
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Das weltweite Rechnernetz ist tatsächlich eine Parallelwelt geworden, in der inzwischen nicht nur die Wirtschaft wichtige Anteile ihrer Aktivitäten abwickelt. Um nur die wichtigsten zu nennen: |
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ERP-Software: Enterprise Ressource Planning. Damit wird eine prozessorientierte integrierte Standardsoftware bezeichnet. Produkte dieser Art beruhen auf einem umfassenden (oft unternehmensweiten) Datenmodell. |
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WebService: Einfach ausgedrückt ein Programm, das per Internet angeboten wird und das ein Unternehmen in seine Geschäftsprozesse einbauen kann. |
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Alles das schafft bereits Bedarf an zuverlässiger und robuster Netzkapazität und an leistungsstarken Speichermedien. Doch was ist das gegenüber dem, was wir Menschen in unserem privaten Leben, das viele ja auch ins Internet verlagert haben, an Bedarf erzeugen? Auch hier nur die wichtigsten diesbezüglichen Aktivitäten: |
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Vgl. auch die Ausführungen in [Wartala 2012, S. 15ff]. |
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Bei den meisten dieser Aktivitäten entstehen Daten, die dauerhaft gespeichert werden. |
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1.2.3 Ursache 2: Internet der Dinge und Industrie 4.0 |
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Lange Zeit blieb der Einsatz von PCs, Workstations und der größeren Systeme auf den Arbeitsplatz in der Firma oder zu Hause beschränkt. Durch die Kombination von Computertechnik mit modernen Kommunikationseinrichtungen eröffnen sich jedoch viele weitere Einsatzgebiete. Zum Beispiel beim Mobiltelefon (engl. mobile phone) oder Handy. Es wurde vom mobilen Telefon zum universellen Kommunikationsendgerät, den Smartphones, weiterentwickelt. Dies wurde ermöglicht durch die Einführung leistungsstarker Übertragungsstandards, v.a. UMTS (Universal Mobile Telecommunications System; bis zu 42 MBit/Sekunde) und LTE (Long Term Evolution) (ab 2010, ernsthaft dann 2012; bis zu 300 MBit/Sekunde). Diese Smartphones erlauben einen leistungsstarken Internet-Zugang. Und die Entwicklung geht ständig weiter. |
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Die Gerätevielfalt nimmt fast täglich zu und reicht bis zu am Körper tragbaren Rechnern (wearable computer), etwa in Form von Armbanduhren, Brillen oder eingenäht in "intelligente" Kleidung. Die Einsatzbereiche sind vielfältig: Sie lassen beide Hände zum Arbeiten frei, können als mobiles Navigationssystem oder als Überwachungseinheiten für Körperparameter (z.B. Blutdruck, Temperatur usw.) dienen. Will man den Kommunikationsaspekt betonen, spricht man in diesem Zusammenhang auch vom Internet der Dinge. |
Internet der Dinge |
Die technische Realisierung erfolgt so, dass winzige Computer mit Sensoren und Kommunikationsfähigkeit (z.B. RFID, Radio Frequency Identification) ausgestattet werden. Diese können dann programmiert und den (realen) Dingen unseres Daseins zugefügt werden: Bekleidung, Haushaltsgeräte, Gebäudeteile, ... Da sie sehr klein sein können, ist dies auch möglich. Die "Dinge" werden also z.B. mit einem RFID-Etikett versehen. Das ist ein winziger Computerchip, der mit einer Miniaturantenne versehen ist. Auf dem Chip lassen sich viele Informationen speichern. Z.B. ein elektronischer Produktcode (EPC, Electronic Product Code), mit dem es möglich ist, jedes weltweit hergestellte Produkt eindeutig zu identifizieren. Ebenso eventuelle Liefer-, Bestands- und weitere Informationen zum Produkt (z.B. das Verfallsdatum) . Der RFID-Chip kann entlang der Transportkette an jeder Station von RFID-Lesegeräten mittels Funksignalen gelesen und ausgewertet werden. Typischerweise werden die Daten an ein System vernetzter Computer gesandt, die dann die gewünschten Aktivitäten veranlassen (z.B. die Steuerung der Produktion oder der Lieferkette oder Inventarkontrolle von Lagern). |
Technische Realisierung |
Auch (größere) Tiere erhalten heute oftmals solch ein Gerät implementiert, was u.a. ermöglicht, dass die Fütterung der Tiere individuell gestaltet werden kann, weil der ebenfalls in das Gesamtsystem integrierte Fütterungsautomat erkennt, welches Tier gerade herangekommen ist und - auf der Basis weiterer gemessener Werte - die Fütterung steuert. Auch hierfür werden Daten gespeichert und verwaltet. |
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Es geht also um alle Gegenstände unseres täglichen Lebens. Diese sollen mit Geräten ausgestattet werden, die Informationen verarbeiten und versenden können und die auch interaktionsfähig sind. Daher rühren die oftmals in der Presse lancierten Beispiele von der Waschmaschine, die warnt, wenn man einen Pullover mit zu hoher Temperatur waschen möchte. Oder vom Kühlschrank, der selbsttätig den Einkaufszettel erstellt oder die benötigten Waren gleich selbst bestellt. Diese alles führt zu noch mehr Adressbedarf (IPv6 sollte aber reichen, siehe oben), zu noch mehr Kommunikation und zu noch viel mehr Information und Informationsverarbeitung. |
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Diese Technologie, die auf den schon älteren eingebetteten Systemen aller Art basiert, eignet sich natürlich auch hervorragend dazu, Geräte im Haus, Auto oder Büro zu steuern oder zu überwachen. So öffnen oder schließen sie beispielsweise Fenster oder Jalousien und regeln die Heizung abhängig von der Tageszeit, vom Wetter oder vom Einfallswinkel der Sonne. Damit ist eine Kostensenkung bei Heizungs- oder Kühlungssystemen möglich. Die integrierten Haussysteme sollen möglichst alle elektrischen Geräte verknüpfen. Angefangen vom Aufzug bis zur Stereoanlage, die sich beim Betreten des Hauses einschaltet und jeweils unterschiedliche Musik auswählt, je nach Tageszeit und je nachdem, wer das Haus betritt. Diesen Trend zur Durchdringung der (Internet-basierten) Computer- und Kommunikationstechnologie in nahezu alle Lebensbereiche fasst man unter den Begriffen Ubiquitous oder Pervasive Computing zusammen (ubiquitous = allgegenwärtig, überall zu finden). |
Haussysteme |
Dieses sog. Internet der Dinge wird die "Vermaschung" der Computernetze deutlich erhöhen. Es entsteht damit unterhalb der globalen, nationalen und regionalen Ebene eine Vernetzung, die im lokalen Umfeld stattfindet. |
"Lokale Vernetzung" |
Im Bereich der Industrie, vor allem der Produktionssteuerung und der Logistik, wird das Internet der Dinge zu Industrie 4.0. Auch hier werden "Dinge" (Bauteile, Produkte, Maschinen, Anlagen) mit kommunikationsfähigen "intelligenten" Systemen ausgestattet, mit denen sie kommunizieren, Umweltbedingungen aufnehmen und innerhalb der gesetzten Grenzen handeln können. |
Industrie 4.0 |
Die Zahl 4 rührt von der Einteilung der Industriegeschichte in industrielle Revolutionen her. Die Erste: Einführung mechanischer Produktionsanlagen mit Wasser- und Dampfkraft (Ende 18. bis Beginn 20. Jahrhundert); Die Zweite: arbeitsteilige Massenproduktion mithilfe elektrischer Energie (bis in die 1970-er Jahre); Die Dritte: Einsatz von Elektronik und IT zur weiteren Automatisierung der Produktion (bis heute). Vgl. [Lange 2013, S. 110]. |
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Gedacht ist hier an Produktion und Logistik, die in Echtzeit über das Internet vernetzt werden sollen und zwar über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg, nach Möglichkeit sogar unternehmensübergreifend. Weil die Vernetzung über das Internet erfolgen soll und weil auch Software zur Steuerung der Kontrollflüsse nötig ist, spricht man hier auch von Cloud-Lösungen, denn natürlich ist die steuernde Software am besten in den Rechenzentren der Cloud aufgehoben. |
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Im Kern geht es also um die |
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"... Verbindung der realen Industrie-Abläufe mit den sie steuernden virtuellen Softwaresystemen in Echtzeit und ohne kostentreibende Medienbrüche" [Anmerkung] |
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Eine der Basistechnologien von Industrie 4.0 ist das oben vorgestellte RFID. Industrie 4.0 bringt also eine weitere intensive Vernetzung mit sich, jetzt zwischen den physikalischen Objekten unserer Welt. Hinweise auf damit verbundene Risiken und offene Fragen finden sich in [Lange 2013]. |
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Der erwartete Nutzen ist groß, denn schließlich soll eine weitere Automatisierung mit "intelligenten" Elementen erreicht werden. Dies könnte Einsparungen in der Produktion, Logistik und Lagerhaltung ermöglichen, da z.B. die Teile miteinander und mit steuernden Elementen kommunizieren könnten. Ein möglicher Vorteil könnte auch sein, niedrige Losgrößen leichter zu angemessenen Kosten herstellen zu können. Dies käme dem Trend zu immer mehr individualisierten Produkten entgegen. |
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1.2.4 Immenser Speicherbedarf und Vielfalt |
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Alle diese Aktivitäten führen zu einem immensen Speicherbedarf, denn für die meisten dieser Aktivitäten gilt: Was wären sie ohne abgespeicherte Daten? Vor allem diese können ausgewertet werden. Neben der Größe der Datenmengen ist ein zweiter Punkt wichtig, will man die jüngste Entwicklung im Datenbankbereich verstehen, die große Vielfalt der "neuen" Daten: |
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In den folgenden Kapiteln betrachten wir nun, welche Techniken, Methoden und Systeme dafür heute zur Verfügung stehen. |
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