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Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung einer komfortablen Beschreibung verteilter Anwendungen, die kontinuierliche Medien integrieren. Die Klarheit des Ansatzes ergibt sich aus der Beschränkung auf die anwenderrelevanten Funktionalitäten. Weitere Gebiete, die systembezogen sind, wurden nur soweit wie nötig behandelt. Die Aufgaben anderer Bereiche, wie des Betriebssystems und des Managementsystems sowie der Kommunikationsdienste, konnten nur gestreift werden, indem die anwendungsabhängigen Anforderungen spezifiziert wurden. Durch deren Extraktion und die Zuordnung der Anforderungen an die einzelnen Bereiche, ergibt sich eine klarere Sicht auf Betriebssystem, Management und Kommunikationsdienste und deren notwendige Weiterentwicklung. Das entwickelte Funktionenmodell beschreibt zusammenhängend alle mit kontinuierlichen Medien verbundenen Arbeiten. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, wie aus den Funktionen auf kontinuierlichen Medien durch die Spezifikation geeigneter Schnittstellen Bausteine zur Integration der Medien in verteilte Anwendungen erstellt werden. Die Beschrei­ bung der Bausteine erfolgt durch diese Schnittstellen; es sind Steuer-, Daten- und Managementschnittstellen. Die Herauslösung der gesonderten Beschreibung der Multimedia-Datenflußstruktur schafft einerseits die Grundlage für eine Teilklassifikation der Anwendungen nach Medien-­Gesichtspunkten. Andererseits kann die Erstellung einer Anwendung aus einer bestimmten Anwendungsklasse, wie zum Beispiel ein einfaches Wiedergabesystem, durch die gesonderte Beschreibung der Multimedia-­Datenflußstruktur schneller in der Bausteinstruktur realisiert werden. Das Funktionenmodell wird auch in [Fritzsche96] beschrieben. Das in dieser Arbeit konzipierte Bausteinmodell gewährleistet eine integrierte Beschreibung von Geräten, Werkzeugen und Anwendungen kontinuierlicher Medien. Die verwendete Beschreibungstechnik erlaubt dabei nicht nur eine übersichtliche Darstellung sondern bietet auch hierarchische Strukturierungen an. Das Zusammenspiel der Bausteine erfordert zu­ sätzliche Komponenten zur Steuerung und Abstimmung der einzelnen Funktionen, die in dieser Arbeit neu eingeführt werden. Es lassen sich sowohl zentralistische als auch verteilte Steuerungen realisieren. Mit einer entsprechenden Schnittstelle versehen kann eine Steuerkomponente eine ganze Gruppe von Bausteinen dem Benutzer als Einheit zur Verfügung stellen. Somit lassen sich auch verschiedene Medien und/oder mehrere Funktionen gemeinsam mit einer Steuerkomponente zu einem Baustein zusammenfassen. Diese zusammenge­ setzten Bausteine bieten nun echte Multifunktionalität und Multimedialität. Durch die Komponenten- und Anwendungsmodellierung nach [Zimm93] wird darüber hinaus eine flexible, auch dynamisch änderbare Anwendungsstruktur vom Anwendungs-Management ermöglicht. Das Bausteinmodell wird auch in [Fritzsche96] behandelt. Bisherigen Ansätzen für Multimedia-Komponenten fehlt die allgemeine Interoperabilität der Komponenten. Diese kann nur durch eine umfassende, formale Spezifikation der Komponenten-Schnittstellen, insbesondere aber von Steuerschnittstellen, erfolgen. Zur Spezifikation der Schnittstellen ist die Integration der kontinuierlichen oder zeitabhängigen Medien als abstrakte Datentypen unabdingbar. Auf diese Art werden aus den Komponenten Bausteine. Im vorliegenden Ansatz wurden erstmalig Steuerschnittstellen für Multimedia-Komponenten spezifiziert und als Hierarchie dargestellt. Der neue Ansatz erlaubt es daher, multimediale Systeme nach einem Baukastensystem zu erstellen, indem Bausteine durch Bindung untereinander zu einer Anwendung zusammengesetzt werden. Nach der Verbindungsstruktur der multimedialen Anwendung können verschiedene Anwendungstypen unterschieden werden. Die Definition der Komponentenschnittstellen bezieht sich auf ein abstraktes Datenmodell für kontinuierliche Medien. Das Datenmodell ist eine eigenständige Weiterentwicklung der Ansätze von [Herrtw91] und [Gibbs94] und kann auch zur Realisierung der Komponenten verwendet werden. Multimediadaten wurden zunächst auf zwei Ebenen als Sequenz und Sequenzelemente modelliert. Daraus lassen sich bereits einige Funktionen auf den Daten ableiten, die von den Bausteinen realisiert werden müssen. Kennzeichnend für die Sequenzelemente ist, daß sie die Zeitparameter Zeitpunkt und Dauer besitzen und damit eine explizite Integration der Zeit in das Datenmodell realisieren. Aus diesen Parametern der Elemente können auch für die Sequenz die Parameter Zeitpunkt und Dauer abgeleitet werden. Somit könnte eine Sequenz selbst wieder Element einer Sequenz werden. Da diese Sequenzen von Sequenzen aber zum Teil schwer zu handhaben sind und zum Aufbau von sehr komplexen Verschachtelungen verleiten, wird in dieser Arbeit eine andere Erweiterung der Datenhierarchie, eine Liste, vorgestellt. Diese Erweiterung führt nur eine weitere Hierarchieebene oder Granularitätsstufe ein, ist aber durch die vorgegebenen Funktionen gleichmächtig wie die Verschachtelung der Sequenzen, im Operationsablauf aber leichter nachzuvollziehen. Die Liste repräsentiert die gröbste Granularitätsstufe. Diese ist mit der Titelfolge einer Schallplatte oder einer CD vergleichbar. Die einzelnen Teile haben zueinander nur eine lose Ordnung. In der ersten Verfeinerung der Granularität wird in jedem einzelnen Listenelement eine strenge zeitliche Ordnung gefordert; ein Listenelement ist eine Sequenz. In der zweiten Stufe der Verfeinerung, der Unterteilung der Sequenzen, treten die bereits bekannten Se­ quenzelemente auf. Die Daten werden im Ticker-Schrittgeber-Modell interpretiert. Dieses Modell erhält zwei Zeitebenen, den Ticker als Bezugssystem der Funktionen untereinander und den Schrittgeber als Steuerung der einzelnen Funktionen. Ein zweistufiges Uhrenmodell mir festgesetzten Operationen und Uhrenbeziehungen wird in dieser Arbeit neu eingeführt. Die Beziehung zwischen Schrittgeber und Ticker ist, daß ein Schritt nach einer bestimmten Anzahl von Ticks erfolgt. Der Startwert des Tickers kann frei gewählt werden, ebenso der Startwert des Schrittgebers. Für den Schrittgeber bestimmt sein Start-Tick, wann er beginnt fortzuschreiten. Ein Schrittgeber ist mit genau einer Sequenz verbunden, deren Start-Schritt beschreibt, bei welchem Schrittwert das erste Sequenzelement gültig wird. Die Start-Zeitpunkte der Elemente und ihre Dauern werden in Schritten gemessen. Das Datenmodell für Multimedia wurde in [Fritzsche95] veröffentlicht. Implementierungen Als Grundlage für die Entwicklung der Bausteine zur Integration kontinuierlicher Medien in verteilte Anwendungen wurden die Funktionen auf den Medien herangezogen. Diese sind in ihren einfachsten Formen die Grundfunktionen Perzeption, Präsentation und Speicherung der Medien, wobei die Speicherung in die Funktionen Schreiben in den Speicher und Lesen aus dem Speicher geteilt wird. Die durch die Perzeption festgelegten, oder künstlich erzeugten Mediendaten können zwischen den einzelnen Funktionen übertragen werden. Eine Bearbeitung der Daten ist beim Austausch zwischen den Funktionen möglich. Die Veränderung der Daten und ihr Bezug zu den Grundfunktionen wird durch die Verarbeitungsfunktionen der Typen f 1 bis f 5 beschrieben. Die Funktionen werden durch Operationen gesteuert, die aus dem Datenmodell abgeleitet werden. Insbesondere wird so auch die explizite Veränderung der Zeitparameter möglich. Somit bietet das Datenmodell eine geeignete Grundlage für jede Art der Verarbeitung kontinuierlicher Medien. Das entwickelte Modell unterstützt die Anwendungserstellung durch objektorientierte Ansätze auf den Ebenen der Konzeption, der Anwendungsspezifikation und der Komponentenentwicklung. Konzeptionell bietet das Funktionenmodell die schnelle und übersichtliche Darstellung der Anwendung. Die aus dem Funktionenmodell ableitbare Anwendungsspezifikation unterstützt die weitere Entwicklung durch Anwendungs- und Komponentenschablonen, sowie durch die vorgefertigte und erweiterbare Hierarchie der Schnittstellen und durch die Bibliotheken für Standardbausteine. Die Verwendung dieser Elemente der Anwendungsspezifikation läßt sich teilweise automatisieren. Das Ergebnis der Anwendungsspezifikation ist eine Menge von Komponenten, die alle vollständig spezifiziert sind. Diese Komponenten sind die funktionsorientierten Bausteine zur Integration kontinuierlicher Medien in verteilte Anwendungen. Im ersten Schritt wurde das vorgestellte Datenmodell mit seinen Operationen in einer objektorientierten Programmiersprache (C [Lipp91]) implementiert [Braun92]. Darauf aufbauend wurden verschiedene Anwendungsfunktionen und Normalisierungsoperationen entwickelt und für den Bereich Audio realisiert [Bast93]. Die von den Funktionen auf kontinuierlichen Medien abgeleiteten Bausteine werden, wie in der vorliegenden Arbeit ausführlich dargestellt, als Komponenten verteilter Anwendungen realisiert. Aus den verschiedenen Realisierungsebenen sollen hier zwei Beispiele hervorgehoben werden. Zunächst wird auf die Komponentenrealisierung eingegangen; danach folgt die Realisierung von Tickern und enger Kopplung. Diese beiden Punkte stellen zentrale Aufgaben des Ansatzes dar. Realisierung von Komponenten Die Realisierung der Komponenten gliedert sich in zwei Abschnitte. Der erste Abschnitt ist die Zerlegung einer Komponente in Standardobjekte nach [Zimm93]. Die Standardobjekte entstammen Kommunikationsklassen, Stub-­ und Dispatcherklassen, Anwendungsklassen und Kooperationsprotokollklassen. Die Objekte der Anwendungsklassen realisieren die Anwendungsfunktionalität der Komponente. Das Ausprogrammieren dieser Objekte stellt den zweiten Abschnitt der Komponentenrealisierung dar. Dazu liefert das entwickelte Datenmodell die Programmierunterstützung. Zur Abbildung der Spezifikationskonstrukte der Komponenten auf Implementierungskonstrukte wird in [Zimm93] eine Methode vorgestellt, die die unterschiedlichen Konstrukte für Schnittstellen, Kommunikationskontexte und Komponenten auf Klassen und Objekte abbildet. So entsteht eine Klassenhierarchie von C Klassen [Lipp91] für kommunikations-­, anwendung-s­ und managementorientierte Objekte. Weiterhin wird in [Zimm93] ein Verfahren vorgestellt, durch das in Abhängigkeit von den Eigenschaften einer Komponente parallel ablaufende Datenflüsse in ein System von leichtgewichtigen Prozessen (Threads) transformiert werden können. Als Resultat gewinnt man eine modulare Softwarearchitektur der Komponente, die sich aus interagierenden Objekten und zugehörigen Threads zusammen­ setzt. In [Zimm93] werden folgende Objektklassen unterschieden: . Kommunikationsklassen . Stub-­ und Dispatcherklassen . Anwendungsklassen . Kooperationsprotokollklassen. Eine elementare Objektarchitektur aus diesen Klassen ist in Abbildung 54 dargestellt. Es gibt jeweils eine Realisierung für eine Supplier-Komponente und eine Consumer- Komponente. Die Anwendungsobjekte können bezüglich ihrer Funktionalität in initiierende und akzeptierende Objekte eingeteilt werden. Im Falle unidirektionaler Schnittstellen sind die Anwendungsobjekte auf der Konsumentenseite (z.B. Benutzerkomponente) für die Initiierung von Methoden an Schnittstellenobjekten verantwortlich. Beispielsweise ist ein Anwendungsobjekt innerhalb der Benutzerkomponente für die Initiierung der Steueroperationen verantwortlich. Im Falle von interaktiven Komponenten [Zimm93] erfolgt dazu ein Benutzerdialog mit einem interaktiven Benutzer. Also realisiert innerhalb der Benutzerkomponente das Anwendungsobjekt einen solchen Benutzerdialog. Anwendungsobjekte auf der Konsumentenseite stellen somit typischerweise keine eigenen Methoden bereit, sondern bestehen lediglich aus einem Konstruktor. Auf der akzeptierenden Seite, den Anbieter (Supplier), realisiert ein Anwendungsobjekt die Operationen an einer Schnittstelle. Dazu wird eine Methode accept benötigt, falls ein verbindungsorientierter Kommunikationskontext zugrunde liegt. Diese Methode dient der Behandlung eingehender Verbindungswünsche. In [Alireza94] werden verschiedene Komponentenrealisierungen ausführlich vorgestellt. Die Realisierung der Ticker und Schrittgeber stellt die Einbettung der zeitbezogenen Komponenten in ihre (Betriebssystem­) Umgebung dar. Ähnlich, wie eine Komponente über den Socketmechanismus Zugang zum Kommunikationssystem erhält, erhält eine zeitbezogene Komponente über den Ticker-Schrittgeber-Mechanismus Zugang zum Zeitbezugssystem. Denn die Schrittgeber beziehen sich auf Ticker, Ticker aber auf die Systemzeit. Da auch die Systemzeit als Takt zur Verfügung gestellt wird, können Ticker und Schrittgeber wegen ihrer ähnlichen Funktionalitäten aus einer gemeinsamen Zeitgeberklasse abgeleitet werden. Im Anhang C ist die Deklaration dieser gemeinsamen Klasse angegeben. In einer Anwendung beziehen sich die Schrittgeber verschiedener Komponenten auf einen gemeinsamen Ticker. Dieser Ticker liegt in der Systemumgebung der den Komponenten gemeinsamen interaktiven Benutzerkomponente. Die interaktive Benutzerkomponente verteilt die Ticks über die Steuerschnittstellen an die Komponenten und realisiert so die enge Kopplung der Komponenten. Bei einer Tickrate von 600 Hz ist es nur innerhalb eines Systems sinnvoll jeden Tick als Ereignis zu verteilen. Anstatt nun zu jedem Tick ein Ereignis zu verteilen werden bei der Tickverteilung Tickwerte mit fester Rate verteilt, wobei diese Rate in die Größenordnung der Schritte fällt. Um die Übertragungsraten gemäß den Anforderungen an der Steuerschnittstelle klein zu halten, wird zu jedem Schritt nur ein Teil (1 Byte) des Tickwertes übertragen. Begonnen wird mit der Übertragung des höchstwertigen Bytes, so daß im letzten Schritt einer Tickerübertragung mit dem letzten Byte der genaue aktuelle Tickwert übertragen wird. Ähnliche Verfahren werden bereits bei anderen Synchronisations­ verfahren verwendet. Eine genaue Beschreibung sowie die Kodierung für die verschachtelte Übertragung von Tickwerten und Schnittstellen­Aufrufen wird in [Hesme93] vorgestellt. Weitere Entwicklung Zur Realisierung verteilter multimedialer Anwendungen, muß man die einzelnen verteilten Komponenten bestimmen und ihre Funktion beschreiben. Die Komponenten tauschen unter­ einander Steuerungsinformationen und Multimediadaten aus. Diese Daten und das beim Austausch verwendete Protokoll sollten allgemein standardisiert sein, um den Zusammen­ schluß heterogener Systeme zu ermöglichen. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, wie sowohl die Daten als auch das Zusammenspiel der Komponenten festgelegt werden können. Obwohl alle Geräteklassen und Geräte­ funktionen sowie verschiedene Werkzeuge entwickelt wurden, und das vorgestellte Modell die gesamte Entwicklung verteilter multimedialer Anwendungen unterstützt, ist dieses große Gebiet noch lange nicht erschöpfend behandelt. Eine Erweiterung der Managementschnittstellen und die Realisierung von komplexen Werkzeugen sind die vordringlichsten Aufgaben. Damit entsteht ein mächtiges Entwicklungswerkzeug für Multimediaanwendungen. Funktionsorientierte Bausteine zur Integration kontinuierlicher Medien in verteilte Anwendungen Eine weitere Aufgabe ist die genauere Untersuchung der Nebenbedingungen, die zur Unterscheidung der Funktionen der Typen f 1 bis f 5 führten. Aus diesen Untersuchungen sowie aus den Ergebnissen der Ticker- und Schrittgeber-Realisierung lassen sich dann genauer spezifizierte Anforderungen an die Betriebs- oder Kommunikations-Systeme ableiten.

Ziel der Arbeit war es, neue Techniken zur Erschließung und Selektion von Web- basierten Suchservern zu entwickeln und zu evaluieren, um hieraus eine integrierte Architektur für nicht-kooperative Suchserver im WWW abzuleiten. Dabei konnte gezeigt werden, daß die im Sichtbaren Web vorhandene Informationsmenge dazu geeignet ist, um eine effektive Erschließung des Unsichtbaren Webs zu unterstützen. Existierende Strategien für verteiltes Information Retrieval setzen eine explizite Kooperation von Seiten der Suchserver voraus. Insbesondere Verfahren zur Selektion von Suchservern basieren auf der Auswertung von umfangreichen Termlisten bzw. Termhäufigkeiten, um eine Auswahl der potentiell relevantesten Suchserver zu einer gegebenen Suchanfrage vornehmen zu können (z. B. CORI [26] und GlOSS [54]). Allerdings werden derartige Informationen von realen Suchservern des WWW in der Regel nicht zu Verfügung gestellt. Die meisten Web-basierten Suchserver verhalten sich nicht kooperativ gegenüber hierauf aufsetzenden Metasuchsystemen, was die Übertragbarkeit der Selektionsverfahren auf das WWW erheblich erschwert. Außerdem erfolgt die Evaluierung der Selektionsstrategien in der Regel in Experimentumgebungen, die sich aus mehr oder weniger homogenen, künstlich partitionierten Dokumentkollektionen zusammensetzen und somit das Unsichtbare Web und dessen inhärente Heterogenität nur unzureichend simulieren. Dabei bleiben Daten unberücksichtigt, die sich aus der Einbettung von Suchservern in die Hyperlinkstruktur des WWW ergeben. So bietet z. B. die systematische Auswertung von Backlink-Seiten ­ also jener Seiten die einen Hyperlink auf die Start- oder Suchseite eines Suchservers enthalten ­ die Möglichkeit, die im WWW kollektiv geleistete Indexierungsarbeit zu nutzen, um die Erschließung von Suchservern effektiv zu unterstützen. Eine einheitliche Systematik zur Beschreibung von Suchservern Zunächst ist es notwendig alle Informationen, die über einen Suchserver erreichbar sind, in ein allgemeingültiges Beschreibungsmodell zu integrieren. Dies stellt eine Grundvorraussetzung dar, um die einheitliche Intepretierbarkeit der Daten zu gewährleisten, und somit die Vergleichbarkeit von heterogenen Suchservern und den Aufbau komplexer Metasuchsysteme zu erlauben. Ein solche Beschreibung soll auch qualitative Merkmale enthalten, aus denen sich Aussagen über die Reputation einer Ressource ableiten lassen. Existierende Beschreibungen von Suchservern bzw. Dokumentkollektionen wie STARTS-CS [53] oder RSLP-CD [93] realisieren ­ wenn überhaupt ­ nur Teilaspekte hiervon. Ein wichtiger Beitrag dieser Arbeit besteht somit in der Identifizierung und Klassifizierung von suchserverbeschreibenden Metadaten und hierauf aufbauend der Spezifikation eines als Frankfurt Core bezeichneten Metadatensatzes für web-basierte Suchserver, der die genannten Forderungen erfüllt. Der Frankfurt Core berücksichtigt Metadaten, deren Erzeugung eine explizite Kooperation von Seiten der Suchserver voraussetzt, als auch Metadaten, die sich automatisiert ­ z. B. durch linkbasierte Analyseverfahren ­ aus dem sichtbaren Teil des WWW generieren lassen. Integration von Wissensdarstellungen in Suchserver-Beschreibungen Ein wichtige Forderung an Suchserver-Beschreibungen besteht in der zusätzlichen Integration von wissens- bzw. ontologiebasierten Darstellungen. Anhand einer in Description Logic spezifizierten Taxonomie von Suchkonzepten wurde in der Arbeit exemplarisch eine Vorgehensweise aufgezeigt, wie die Integration von Wissensdarstellungen in eine Frankfurt Core Beschreibung praktisch umgesetzt werden kann. Dabei wurde eine Methode entwickelt, um unter Auswertung einer Suchkonzept-Taxonomie Anfragen an heterogene Suchschnittstellen verschiedener Suchserver zu generieren, ohne die Aussagekraft von kollektionsspezifischen Suchfeldern einzuschränken. Durch die Taxonomie wird die einheitliche Verwendung von syntaktisch und semantisch divergierenden Suchfeldern verschiedener Suchserver sowie deren einheitliche Verwendung auf der integrierten Suchschnittstelle eines Metasuchsystems sichergestellt. Damit kann diese Arbeit auch in Zusammenhang mit den Aktivitäten des Semantischen Webs betrachtet werden. Die Abstützung auf Description Logic zur Wissensrepräsentation sowie die Verwendung von RDF zur Spezifikation des Frankfurt Core verhält sich konform zu aktuellen Aktivitäten im Bereich Semantisches Web, wie beispielsweise der Ontology Inference Layer (OIL) [24]. Darüber hinaus konnte durch die Integration der Suchkonzept-Taxonomie in den Arbeitsablauf einer Metasuchmaschine, bereits eine konkrete Anwendung demonstriert werden. Entwicklung neuartiger Verfahren zur Erschließung von Suchservern Für einzelne Felder des Frankfurt Core wurden im Rahmen dieser Arbeit Strategien entwickelt, die aufzeigen, wie sich durch die systematische Auswertung von Backlink- Seiten Suchserver-beschreibende Metadaten automatisiert generieren lassen. Dabei konnte gezeigt werden, daß der Prozeß der automatisierten Erschließung von Suchservern durch die strukturelle und inhaltliche Analyse von Hyperlinks sinnvoll unterstützt werden kann. Zwar hat sich ein HITS-basiertes Clustering-Verfahren als wenig praktikabel erwiesen, um eine effiziente Erschließung von Suchservern zu unterstützen, dafür aber ein hyperlinkbasiertes Kategorisierungsverfahren. Das Verfahren erlaubt eine Zuordnung von Kategorien zu Suchservern und kommt ohne zusätzliche Volltextinformationen aus. Dabei wird das WWW als globale Wissenbasis verwendet: die Zuordnung von Kategorienbezeichnern zu Web-Ressourcen basiert ausschließlich auf der Auswertung von globalen Term- und Linkhäufigkeiten wie sie unter Verwendung einer generellen Suchmaschine ermittelt werden können. Der Grad der Ähnlichkeit zwischen einer Kategorie und einer Ressource wird durch die Häufigkeit bestimmt, mit der ein Kategoriebezeichner und ein Backlink auf die Ressource im WWW kozitiert werden. Durch eine Reihe von Experimenten konnte gezeigt werden, daß der Anteil korrekt kategorisierter Dokumente an Verfahren heranreicht, die auf Lerntechniken basieren. Das dargestellte Verfahren läßt sich leicht implementieren und ist nicht auf eine aufwendige Lernphase angewiesen, da die zu kategorisierenden Ressourcen nur durch ihren URL repräsentiert werden. Somit erscheint das Verfahren geeignet, um existierende Kategorisierungsverfahren für Web-Ressourcen zu ergänzen. Ein Verfahren zur Selektion von Suchservern Ein gewichtiges Problem, durch welches sich die Selektion von Suchservern im WWW erheblich erschwert, besteht in der Diskrepanz zwischen der freien Anfrageformulierung auf Benutzerseite und nur spärlich ausgezeichneten Suchserver-Beschreibungen auf Seiten des Metasuchsystems. Da auf der Basis der geringen Datenmenge eine Zuordnung der potentiell relevantesten Suchserver zu einer Suchanfrage kaum vorgenommen werden kann, wird oft auf zusätzliches Kontextwissen zurückgegriffen, um z. B. ein Anfragerweiterung durch verwandte Begriffe vornehmen zu können (siehe z. B. QPilot [110]). Eine solche Vorgehensweise erhöht allerdings nur die Wahrscheinlichkeit für Treffer von Anfragetermen in den Suchserver-Beschreibungen und liefert noch keine ausreichende Sicherheit. Deshalb wurde in der Arbeit ein Selektionsverfahren entwickelt, das sich auf die Auswertung von Ko-Zitierungs- und Dokumenthäufigkeiten von Termen in großen Dokumentsammlungen abstützt. Das Verfahren berechnet ein Gewicht zwischen einem Anfrageterm und einem Suchserver auf der Basis von einigen wenigen Deskriptortermen, wie sie z. B. aus der FC-Beschreibung eines Suchservers extrahiert werden können. Dies hat den Vorteil, daß die Suchbegriffe nicht explizit in den einzelnen Suchserver-Beschreibungen vorkommen müssen, um eine geeignete Selektion vornehmen zu können. Um die Anwendbarkeit des Verfahrens in einer realistischen Web-Umgebung zu demonstrieren, wurde eine geeignete Experimentumgebung von spezialisierten Suchservern aus dem WWW zusammengestellt. Durch anschließende Experimente konnte die Tauglichkeit des entwickelten Verfahrens aufgezeigt werden, indem es mit einem Verfahren verglichen wurde, das auf Probe-Anfragen basiert. Das heißt, daß eine erfolgreiche Selektion durchgeführt werden kann, ohne daß man explizit auf das Vorhandensein von lokalen Informationen angewiesen ist, die erst aufwendig durch das Versenden von Probe-Anfragen ¨uber die Web-Schnittstelle des Suchservers extrahiert werden müssten. Herleitung einer integrierten Architektur Um das Zusammenspiel der erarbeiteten Strategien und Techniken zur Erschließung, Beschreibung und Selektion in einer integrierten Architektur umzusetzen, wurde die Metasuchmaschine QUEST entwickelt und prototypisch implementiert. QUEST erweitert die Architektur einer traditionellen Metasuchmaschinenarchitektur, um Komponenten, die eine praktische Umsetzung der Konzepte und Techniken darstellen, die im Rahmen dieser Arbeit entwickelt wurden. QUEST bildet einen tragfähigen Ansatz zur Kombination von wissensbasierten Darstellungen auf der einen und eher heuristisch orientierten Methoden zur automatischen Metadatengenerierung auf der anderen Seite. Dabei stellt der Frankfurt Core das zentrale Bindeglied dar, um die einheitliche Behandlung der verfügbaren Daten zu gewährleisten.

Immer mehr Hersteller bringen kleine mobile Endgeräte (PDAs1) auf den Markt, die via WLAN2 (IEEE 802.11), Bluetooth oder UMTS3 drahtlos Kontakt mit der Außenwelt aufnehmen können. Dabei werden neben zunehmend höheren Übertragungsraten auch große Fortschritte in der Miniaturisierung erzielt. Viele PDAs besitzen bereits eingebaute Funknetzwerk-Karten, bei vielen läßt sich eine solche Karte einfach zusätzlich in das Gerät einstecken. Durch die steigende Rechenleistung der Geräte und die gleichzeitig steigenden Übertragungsraten der Funkverbindungen entstehen diverse neue Anwendungsmöglichkeiten, die allerdings noch wenig ausgenutzt werden. Es überwiegen die Standardaufgaben der PDAs, wie die Termin und die Adressenverwaltung. Ein eventuell vorhandener Zugang zu Netzwerken wird meist ebenfalls nur für Standardanwendungen verwendet, wie z.B. die Synchronisation von Daten mit einem Server, der Zugang zum World Wide Web oder zum Versenden von e-Mails. Der herkömmliche Zugang zu Netzwerken ist meist ortsgebunden. Im sogenannten Infrastruktur-Modus ist man auf eine Basisstation (Access-Point) angewiesen. Bewegt man sich in Bereichen, in denen kein solcher Access-Point zur Verfügung steht, kann eine Netzwerkverbindung nicht hergestellt werden. Die Mobilität des Benutzers ist auf die Funkreichweite seines Geräts zu dieser Basisstation beschränkt. Die Bezeichnung „mobil“ trifft also nur auf das Endgerät, nicht auf die Basisstation zu. Genutzt werden üblicherweise die gleichen Dienste wie in einem kabelgebundenem Netz, nämlich Server des Intra-, bzw. Internets. Die eigenständige Vernetzung mobiler Geräte untereinander, der sogenannte Ad-hoc-Modus, eröffnet neuartige Anwendungsgebiete. Ursprünglich dafür gedacht, zwei Stationen schnell und einfach über Funk miteinander zu verbinden, können durch eine Erweiterung beliebig viele Stationen zu einem spontanen und mobilen Netzwerk zusammengefaßt werden (mobiles Ad-hoc Netzwerk, MANET). Eine zentral verwaltete Infrastruktur entfällt dabei vollständig. Die Aufgaben des Routings muß jede einzelne der beteiligten Stationen übernehmen. Auf diese Weise erhöht sich die Funkreichweite aller beteiligten Stationen, da nicht ein zentraler Access-Point, sondern jeder beliebige Teilnehmer in Reichweite den Zugriff auf das Netzwerk ermöglicht. Es muß dabei allerdings davon ausgegangen werden, daß sich die Stationen in einem solchen Netz ständig bewegen, das Netz verlassen oder neu hinzukommen können. Somit verändert sich andauernd die Netzwerktopologie und ein kontinuierliches und selbstständiges Neuorganisieren des Netzes wird notwendig. Man spricht daher von selbstorganisierenden mobilen Netzen. Der Informationsfluß in Ad-hoc Netzen ist üblicherweise ein anderer als in Festnetzen. Es entsteht eine eher interessensbezogene Kommunikation, weniger eine, die auf dem Wissen von bekannten Endpunkten im Netzwerk basiert. In Ad-hoc Netzwerken können Endpunkte und Adressen aufgrund der sich permanent ändernden Nutzerzusammensetzung naturgemäß nicht bekannt sein. Stattdessen gibt jeder Nutzer Informationen über seine Interessen und seine Angebote im Netzwerk bekannt. Findet sich ein zu diesem Interessensprofil passendes Angebot, so kommt eine Verbindung zustande. Die Flexibilität der PDAs, ihre Mobilität und ihre ständig steigende Leistung lassen die Entwicklung von mobilen Ad-hoc-Anwendungen sinnvoll erscheinen. MANET Netzwerke sind in ihrer Auslegung flexibel und schnell, genau so, wie es die modernen PDAs sind. Es eröffnet sich durch durch beides eine große Zahl neuer und innovativer Anwendungsmöglichkeiten. Eine davon, das so genannte E-Learning, soll im Folgenden näher betrachtet werden. E-Learning ist ein Beispiel für eine Anwendung in Ad-hoc Netzen, die besonders geeignet erscheint, die Beweglichkeit ihrer Anwender in vielerlei Hinsicht zu unterstützen. Durch die Eigenschaft, geeignete Kollaborationspartner und Informationen schnell und gezielt im Netzwerk finden zu können, wird ein spontaner Wissensaustausch über die bisher bestehende Grenzen hinaus möglich. Es werden im Rahmen dieser Diplomarbeit Mechanismen behandelt, die dem Anwender die Nutzung von kollaborativen Anwendungen wie dem E-Learning ermöglichen und ihn bei dessen Nutzung unterstützen sollen.

In der modernen Hochschullehre haben sich eLearning-Elemente als ein Teil des Lehrrepertoires etabliert. Der Einsatz interaktiver webbasierter Selbstlernmodule (Web Based Trainings (WBT)) ist dabei eine Option. Hochschulen und Unternehmen versprechen sich dadurch neue Möglichkeiten des Lehrens und Lernens, um z. B. einen Ausgleich heterogener Vorerfahrungen sowie eine stärkere aktive Beteiligung der Lernenden zu bewirken. Damit die Erstellung und Strukturierung dieser Inhalte mit möglichst geringem Aufwand erfolgen kann, bieten Autorensysteme Unterstützung. Zu den Grundfunktionen von Autorensystemen gehören unter anderem, das Einbinden gebräuchlicher Medienformate, die einfache Erstellung von Fragen sowie verschiedene Auswertungs- und Feedbackmöglichkeiten. Obwohl Autorensysteme schon vor vielen Jahren ihre erste praktische Anwendung fanden, gibt es nach wie vor Schwachstellen, die sich auf den gesamten Erstellungsprozess wie auch auf einzelne Funktionen beziehen. Im Detail wird bemängelt, dass die Werkzeuge zu komplex und unflexibel sind. Darüber hinaus fehlt häufig eine zufriedenstellende Verknüpfung der vielen Werkzeuge entlang der Prozesskette zu einer Gesamtlösung. Des Weiteren wird die Konzentration auf die Produktionsphase kritisiert, wodurch andere wichtige Prozesse in den Hintergrund treten bzw. außer Acht gelassen werden. Im Rahmen der Zusammenarbeit mit einem Automobilhersteller, für den die erste Version des Autorensystems LernBar weiterentwickelt wurde, spielte der Begriff „Lean Production“ inhaltlich in der Umsetzung der WBTs eine wesentliche Rolle. Die Lean Production, die über viele Jahre für die Automobilindustrie entwickelt, verbessert und angepasst wurde, liefert Optimierungsansätze für den Produktionsbereich. Ein wirtschaftlicher Nutzen des Lean-Ansatzes wird auch in anderen Bereichen gesehen wie z. B. in der Softwareentwicklung („Lean Software Development“) oder im Management („Lean Management“). Dabei bietet die Wertschöpfungsorientierung Lösungen für die widersprüchlichen Ziele mehr Leistungen zu geringeren Kosten, schneller und in höherer Qualität zugleich zu liefern. Aus der Grundidee der Lean Production entwickelte sich vorliegendes Dissertationsthema in Bezug darauf, inwiefern sich diese Prinzipien auf den WBT-Produktionsprozess übertragen lassen und die LernBar (das hierfür weiterentwickelnde Autorensystem) dabei Unterstützung bieten kann. Zunächst wurde analysiert, welche Werkzeuge und Hilfestellungen benötigt werden, um unter dem Aspekt der Lean Production WBTs im universitären Umfeld erstellen zu können. In diesem Zusammenhang wurden Merkmale einer „Lean Media Production“ definiert sowie konzeptionell und technisch umgesetzt. Zur Verbesserung der Prozesse flossen Ergebnisse aus empirischer und praktischer Forschung ein. Im Vergleich zu anderen Entwicklungen bei denen häufig das Hauptziel eine umfangreiche Funktionalität ist, werden u.a. folgende übertragbare Ziele bei der Umsetzung verfolgt: Verschwendung vermeiden, eine starke Einbeziehung der Kunden, Werkzeuge die nahtlos ineinandergreifen, eine hohe Flexibilität und eine stetige Qualitätsverbesserung. Zur Erreichung dieser Zielsetzungen wurden alle Prozesse kontinuierlich verbessert, sich auf das Wesentliche und die Wertschöpfung konzentriert sowie überflüssige Schritte eliminiert. Demnach ist unter dem Begriff „Lean Media Production“ ein skalierbarer, effizienter und effektiver Produktionsprozess zu verstehen, in dem alle Werkzeuge ineinandergreifen. Die Realisierung der „Lean Media Production“ erfolgte anhand des Autorensystems LernBar, wobei die typischen Softwareentwicklungsphasen Entwurf, Implementierung und Evaluierung mehrfach durchlaufen wurden. Ausschlaggebend dabei war, dass der „Lean“-Aspekt berücksichtigt wurde und dies somit eine neue Vorgehensweise bei der Umsetzung eines Autorensystems darstellt. Im Verlauf der Entwicklungen ergaben sich, durch eine formative Evaluation, den Einsatz in Projekten und eine empirische Begleitforschung, neue Anforderungen an das System. Ein Vergleich der zwei Produktionssysteme, Automobil vs. WBT-Produktion, zeigt und bestätigt die Erwartung, dass nicht alle Prinzipien der Lean Production übertragbar sind. Dennoch war diese Untersuchung notwendig, da sie Denkanstöße zur Entwicklung und Optimierung des Erstellungsprozesses eines WBTs gab. Auch die Ergebnisse der abschließenden Online-Befragung ergaben, dass die Ziele der Arbeit erreicht wurden, dass aber weiterer Optimierungsbedarf besteht. Die LernBar Release 3 bietet für alle Produktionsphasen Werkzeuge an, durch die eine effektive und effiziente Erstellung von WBTs von der Idee bis zur Distribution möglich ist. Stand noch vor fünf Jahren zu Beginn dieser Arbeit das Endprodukt bei der LernBar Entwicklung im Vordergrund, verlagerte sich durch den Einfluss dieser Dissertation der Schwerpunkt auf den gesamten Produktionsprozess. Unter Berücksichtigung der in diesem Zusammenhang entwickelten Prinzipien einer „Lean Media Production“, nehmen bspw. die Wirtschaftlichkeit und die starke Kundenorientierung während des Produktionsprozesses einen wichtigen Stellenwert ein. Dieser Ansatz ist eine neue Vorgehensweise im Bereich der Entwicklung von Autorensystemen, der seine Anerkennung und Professionalität durch die Ergebnisse des selbstentwickelten Evaluationsbogens sowie dem stetig wachsenden Einsatz in Schulen, Hochschulen und Unternehmen belegen kann. In weiteren Forschungsarbeiten ist zu untersuchen, welche Lean Production Prinzipien zu verwenden oder anzupassen sind, wenn z. B. in größeren Teams oder mobil produziert wird. Des Weiteren sollte überprüft werden, inwieweit die Lernenden mit dem Endprodukt zufrieden sind und in ihrem Lernprozess unterstützt werden. Durch diese Forschungsarbeit wurde ein Beitrag dazu geleistet, die Lehre und Ausbildung zu optimieren, indem die Autoren/Lehrende in der Erstellung ihrer digitalen Lerninhalte im gesamten Prozess von aufeinander abgestimmten Werkzeugen unterstützt werden.

Durch das Semantische Web soll es Maschinen ermöglicht werden Metadaten zu verstehen. Hierin steckt ein enormes Potenzial, wodurch sich der Umgang mit dem heutigen Internet grundlegend ändern kann. Das Semantische Web steht jedoch noch am Anfang. Es gilt noch einige offene und strittige Punkte zu klären. Das Fundament des Semantischen Webs wird durch das Resource Description Framework (RDF) gebildet, worauf sich diese Arbeit konzentriert. Hauptziel meiner Arbeit war die Verbesserung der Funktionalität und der Nutzungsfreundlichkeit für RDF-Speicher- und Anfragesysteme. Dabei stand die allgemeine Nutzung für ein Informationsportal oder eine Internetsuchmaschine im Vordergrund. Meine Überlegungen hierzu wurden in dem Speichersystem RDF-Source related Storage System (RDF-S3) und der darauf aufsetzenden Anfragesprache easy RDF Query Language (eRQL) umgesetzt. Insbesondere wurden die folgende Kernpunkte berücksichtigt: • Allgemeine Nutzbarkeit der Anfragesprache, sodass auch unerfahrene Nutzer einfach und schnell Anfragen erstellen können. Um auch von unerfahrenen Nutzern bedient werden zu können, konnte keine komplexe Syntax verwendet werden, wie dies bei den meisten existierenden Anfragesprachen der Fall ist. Es wurde sich daher an Anfragesprachen existierender Suchmaschinen angelehnt. Entsprechend bilden sogenannte Ein-Wort-Anfragen, die den Suchbegriffen entsprechen, eine wichtige Rolle. Um gezieltere Anfragen stellen zu können, sind jedoch die Schemainformationen der gespeicherten Daten sehr wichtig. Hier bietet bereits die RDF Query Language (RQL) viele hilfreiche Kurzschreibweisen, an die sich eRQL anlehnt. • Bereitstellung glaubwürdiger Metadaten, sodass den Anfrageergebnissen vertraut werden kann. Das Semantische Web ist ein verteiltes System, wobei keine Kontrolle auf die Datenquellen ausgeübt werden kann. Den Daten kann daher nicht ohne weiteres vertraut werden. Anders ist dies mit Metadaten, die von eigenen Systemen erzeugt wurden. Man weiß wie sie erzeugt wurden und kann ihnen entsprechend vertrauen. Wichtig ist eine klare Trennung zwischen den Daten und den Metadaten über diese, da sonst eine absichtliche Nachbildung der Metadaten von außen (Suchmaschinen-Spamming) das System unterlaufen kann. Für die Glaubwürdigkeit von Anfrageergebnissen sind vor allem die Herkunft der Daten und deren Aktualität entscheidend. In den umgesetzten Entwicklungen zu dieser Arbeit wurde sich daher auf diese Informationen konzentriert. In RDF-S3 wird die Verknüpfung der RDF-Aussage mit ihren Herkunftsdaten im Speichermodell abgebildet. Dies ermöglicht eine gezielte Ausnutzung dieser Daten in eRQL-Anfragen. Durch den sogenannten Dokumenten-Modus bietet eRQL die Möglichkeit Anfragen auf eine Gruppe von Quellen zu begrenzen oder bestimmte unglaubwürdige Quellen auszuschließen. Auch können die Herkunftsdaten das Anfrageergebniss erweitern und dadurch das Verständnis und die Glaubwürdigkeit für das Ergebnis erhöhen. • Anfrageergebnisse können um ihre Umgebung erweitert werden, sodass sie besser verstanden werden können. Für eRQL-Anfragen besteht die Möglichkeit die Umgebnung zu den Treffern (RDF-Aussagen) mit zu berücksichtigen und im Ergebnis mit anzuzeigen. Dies erhöht das Verständnis für die Ergebnisse. Weiterhin ergeben sich hierdurch neue Möglichkeiten wie das Auffinden von Pfaden zwischen Teilergebnissen einer Anfrage. • Unterstützung und Kombination von Daten- und Schemaanfragen. Mit eRQL werden beide Anfragetypen unterstützt und können sinnvoll miteinander kombiniert werden. Die Einbeziehung der Umgebung ermöglicht für die Kombination von Daten- und Schemaanfragen neue Möglichkeiten. Dabei werden sowohl Daten- als auch Schemaanfragen (oder deren Kombination) durch das Speichermodell von RDF-S3 optimal unterstützt. Weitere nennenswerte Eigenschaften von RDF-S3 und eRQL sind: • Durch die Möglichkeit gezielt einzelne Quellen wieder zu entfernen oder zu aktualisieren, bietet RDF-S3 eine gute Wartbarkeit der gespeicherten Daten. • RDF-S3 und eRQL sind zu 100 % in Java entwickelt, wodurch ihr Einsatz unabhängig vom Betriebssystem möglich ist. • Der Datenbankzugriff erfolgt über JDBC, wobei keine besonderen Eigenschaften für die verwendete RDBMS nötig sind . Dies sorgt für eine hohe Portabilität. RDF-S3 und eRQL wurden als Beispielimplementierungen entwickelt. Für einen produktiven Einsatz sollten die Systeme an die gegebene Hardware-Umgebung und Anwendungsfall angepasst werden. In Kapitel 6 werden Erweiterungen und Änderungsmöglichkeiten genannt, die je nach Situation geprüft werden sollten. Ein noch vorhandenes Problem für einen produktiven Einsatz auf großen Datenmengen ist die aufwendige Berechnung der Umgebungen für Anfrageergebnisse. Die Berechnung von Umgebungen im Vorhinein könnte hier eine Lösung sein, die jedoch durch die Möglichkeit der Einschränkung auf glaubwürdige Quellen erschwert wird.