Mobile Web Services: Grundlagen und Einsatzmöglichkeiten bei der Siemens AG

Universität Gesamthochschule Kassel
Fachbereich Wirtschaftswissenschaften
Fachgebiet Wirtschaftsinformatik

Master Thesis

Mobile Web Services:
Grundlagen und Einsatzmöglichkeiten bei der Siemens AG

gemäß §7 der Prüfungsordnung für den Weiterbildungsstudiengang WINFOLine
Master of Science in Information Systems der Georg-August-Universität-Göttingen,
Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät in der Fassung vom 26.09.2002.

Autor: Ralf Oestereich

Bearbeitungszeit: 01.07.2004 bis 31.10.2004

„Die industrielle Revolution verlagerte die Arbeit
von Feld und Heim in die Fabrik.
Das Internet bringt sie dorthin zurück, wo wir angefangen haben.“

Cunningham (engl. Informatiker), 2001

Zusammenfassung
Die Möglichkeit unterwegs und zu jeder Zeit auf Softwareanwendungen zugreifen zu können, erfährt mit der rasanten Ausbreitung der Mobilfunknetze und der Entwicklung von mobilen Endgeräten (Personal Digital Assistants, Smartphones, Mobiltelefone) eine immer höhere Bedeutung. Parallel erfährt das in den letzten Jahren unter dem Begriff „Web Service“ bekannte Konzept des Zugriffes auf verteilte Anwendungen durch XML-basierte Standards große Verbreitung.
Die vorliegende Arbeit untersucht das neue Feld, welches aus der Konvergenz beider Technologien resultiert: Die Grundlagen und Möglichkeiten der Mobile Web Services. Um sich diesem Thema zu nähern, werden zunächst Grundlagen, Einsatzmöglichkeiten und Grenzen beider Konzepte dargestellt. Die technischen Standards werden beschrieben und darüber hinaus wird ein Überblick über die derzeitige und die erwartete künftige produktive Nutzung auf Basis von Marktstudien (Gartner, Meta, u. a.) gegeben.
Nach der Einführung beider Technologien werden die bislang veröffentlichten Grundsätze von Mobile Web Services erläutert und darauf aufbauend die Verwendung diskutiert. Darüber hinaus leistet die vorliegende Arbeit einen eigenen Beitrag, indem sie die relevante Literatur diskutiert und anhand eines praktischen Einsatzszenarios weiterentwickelt.
Es wird eine im Unternehmen Siemens vorhandene Web Service Anwendung auf ihre Eignung als Mobile Web Service untersucht. Hierzu werden jeweils verschiedene Benutzeroberflächen für ein PDA, Smartphone und Mobiltelefon entwickelt und daraus schließlich entsprechende Vorgaben für die Gestaltung einer Mobile Web Service Anwendung abgeleitet.
Die Arbeit gibt damit einen in dieser Form neuen, zusammenhängenden Überblick über Mobile Business und Web Services, sowie ihre Konvergenz als Mobile Web Services. Dies wird ergänzt um ein entwickeltes Szenario, welches die vorab theoretischen Möglichkeiten und Grenzen an einem Praxisbeispiel aus dem Unternehmen Siemens verdeutlicht. Die Arbeit führt damit die Konvergenz zweier erfolgreicher Technologien weiter und gibt Anstöße für zukünftige Weiterentwicklungen dieses Feldes.

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis ... VI
Tabellenverzeichnis ... VIII
Abkürzungsverzeichnis ... IX

1 Einleitung ... 1
1.1 Zielsetzung und Motivation ... 1
1.2 Aufbau der Arbeit ... 2

2 Grundlagen Mobile Business und Web Services ... 4
2.1 Mobile Business – Grundlagen und Einsatzmöglichkeiten ... 4
2.1.1 Definition und Merkmale von Mobile Business ... 4
2.1.2 Grundlagen der Mobile Business Technologien ... 7
2.1.2.1 Netztechnologien und Protokolle ... 8
2.1.2.2 Mobile Endgeräte ... 11
2.1.3 Einsatzmöglichen von Mobile Business ... 14
2.1.4 Systematisierung von mobilen Diensten ... 18
2.2 Web Services – Grundlagen und Einsatzmöglichkeiten ... 20
2.2.1 Definition und Merkmale von Web Services ... 20
2.2.2 Web Service orientierte Architekturen ... 23
2.2.3 Standardisierung von Web Services ... 25
2.2.3.1 XML – eXtensible Markup Language ... 27
2.2.3.2 SOAP ... 33
2.2.3.3 WSDL - Web Service Description Language ... 37
2.2.3.4 UDDI - Universal Description, Discovery and Integration ... 39
2.2.4 Fortgeschrittene Web Service Technologien ... 42
2.2.5 Einsatzmöglichkeiten von Web Services ... 46

3 Mobile Web Services ... 51
3.1 Definition und Merkmale Mobile Web Services ... 51
3.2 Grundlagen der Mobile Web Service Technologien ... 52
3.3 Einsatzmöglichkeiten von Mobile Web Services ... 54

4 Einsatzszenario Mobile Web Services bei Siemens ... 56
4.1 Einführung und Ausgangssituation ... 57
4.2 Anforderungen an das Szenario ... 59
4.3 Entwurf des Szenarios ... 61
4.4 Entwurf verschiedener Mobile Web Service Oberflächen (GUI) ... 64
4.4.1 Oberflächen für Mobile Web Services – PDA ... 64
4.4.2 Oberflächen für Mobile Web Services – Smartphone ... 67
4.4.3 Oberflächen für Mobile Web Services – Mobiltelefon ... 70

5 Fazit und Ausblick ... 72

Anhang ... XII
WDSL-Dokument am Beispiel des Siemens Szenarios ... XII
UDDI Datenmodell ... XV
Normalisierung des konzeptueller Entwurf des Szenarios ACMAN ... XVII
Entitätstypen des ACMAN Szenarios ... XVIII
Literaturverzeichnis ... XX

Abbildungsverzeichnis
Bild 1 Aufbau der Arbeit ... 3
Bild 2 Paradigmenwechsel in der IT [nach Wieh04] ... 7
Bild 3 Drahtlose Technologien [Siem03] ... 8
Bild 4 Migrationswege zur 3. Mobilfunkgeneration (3G) [nach Wieh04] ... 9
Bild 5 Kategorien Mobiler Endgeräte [Siem03] ... 12
Bild 6 Anwendungsgebiete im Mobile Business [Wieh04] ... 14
Bild 7 Hype-Cycle für mobile Anwendungen [Gart03] ... 17
Bild 8 Systematisierung mobile Dienste [Reich02] ... 18
Bild 9 Prinzip der Kommunikation von Web Services [Alon04] ... 23
Bild 10 Web Services Technologien und Standards [Slee01] [Kre01] ... 24
Bild 11 XML-Dokument mit DTD ... 30
Bild 12 Verwendung eines XSD-Schemas ... 31
Bild 13 Möglichkeiten der Datenverarbeitung mit XML ... 32
Bild 14 Aufbau einer SOAP Nachricht inklusive HTTP Header ... 34
Bild 15 Kommunikation mit SOAP [Alon04] ... 36
Bild 16 Struktur der WSDL Dokumente [ChWe04] ... 38
Bild 17 UDDI Dokumentenbeispiel ... 39
Bild 18 Sequenzdiagramm UDDI Abfrage ... 41
Bild 19 Hemmnisse beim Einsatz von Web Services [Meta03] ... 47
Bild 20 Ansehen von Web Services [CoZe04] ... 48
Bild 21 Hype-Cycle für Web Services [Gart03] ... 49
Bild 22 Szenarien für den Einsatz von Web Services [nach Zimm03] ... 50
Bild 23 Konvergenz von Web Services und Mobilkommunikation [Gilb03] ... 51
Bild 24 Plattform für Mobile Web Services [Micro03] ... 53
Bild 25 Projektbeschreibung ACMAN [Haen04] ... 58
Bild 26 Architektur Siemens Szenario ACMAN [Haen04] ... 60
Bild 27 Siemens ACMAN Anwendung im Intranet (webbasiert) [Glaub04a] ... 61
Bild 28 Systematisierung des Siemensszenarios ... 62
Bild 29 Entity-Relationship-Modell Siemens Szenario ACMAN (normalisiert, Ausschnitt) ... 63
Bild 30 Oberflächen „Projektauswahl“ Mobile ACMAN für PocketPC [Glaub04b] ... 65
Bild 31 Oberflächen „Projektbeschreibung“ Mobile ACMAN für PocketPC [Glaub04b] ... 65
Bild 32 Oberflächen „Skilleingabe“ Mobile ACMAN für PocketPC [Glaub04b] ... 66
Bild 33 Oberflächen Mobile ACMAN für ein Smartphone (RIM BlackBerry 7230) ... 68
Bild 34 Oberflächen Mobile ACMAN für ein Smartphone (RIM BlackBerry 7230) ... 69
Bild 35 Oberflächen Mobile ACMAN für ein Mobiltelefon (Siemens S65) ... 70
Bild 36 WDSL-Dokument am Beispiel des Siemens Szenarios ... XIII
Bild 37 UDDI Datenmodell [UDDI04] ... XV
Bild 38 ERM Modell ACMAN vor der Normalisierung ... XVII

Tabellenverzeichnis
Tabelle 1 Merkmale Mobiler Dienste [nach Reich02] ... 5
Tabelle 2 Übersicht der entworfenen XML-Beispiele des Siemens Szenarios ... 62
Tabelle 3 Relation des Entitätstyps „Rolle_Berechtigung“ ... XVII
Tabelle 4 Entitätstyp MITARBEITER ... XVIII
Tabelle 5 Entitätstyp ROLLE ... XIX
Tabelle 6 Entitätstyp SKILLBEDARF ... XIX

Abkürzungsverzeichnis

[...]

1 Einleitung
Das erste Kapitel stellt Zielsetzung, Motivation und Aufbau der vorliegenden Arbeit dar.

1.1 Zielsetzung und Motivation
Mobile Business und Web Services erfahren seit einigen Jahren als separat diskutierte Themen wachsende Beachtung in Wirtschaft, Wissenschaft und Forschung. Heute hat fast jedes Großunternehmen beide Ansätze erprobt bzw. produktiv im Einsatz [Wihl04, S. 5].
Der parallel fortschreitende Drang zur Mobilität gewinnt eine immer größere Bedeutung. Mit derzeit über 400 Millionen Mobilfunknutzern in Europa [Belh04, S. 59] und geschätzten 530 Millionen mobilen Endgeräten im Jahr 2008 [Belh04, S. 13] rücken Telekommunikation, Internet und Mobile Computing immer näher zusammen.¹ Unternehmen, die ihre Systeme und Informationen auch mobilen Endgeräten zur Verfügung stellen wollen, müssen dafür sorgen, dass ihre Infrastruktur diesen Wandel unterstützt. Das Ausmaß dieses Wandels, hin zum Mobilen Internet bzw. der mobilen Nutzung von Anwendungen über Internettechnologien, wird unterschiedlich bewertet. Tendenziell wird erwartet, dass die Mobilisierung des Internets einen ähnlich drastischen Einfluss auf die Ökonomie hat bzw. haben wird, wie die Verbreitung des Internets [Rais04, S. 49].
Andererseits treiben die wachsende Komplexität von Prozessen und die stärkere Verteilung von Informationen die Weiterentwicklung der IT. Daraus hat sich

• der unternehmensinterne Einsatz von Web Services,
• die Nutzung der eXtensible Markup Language (XML) über HTTP und
• die Verwendung des Protokolls SOAP zur Nachrichtenübermittlung,

zum Standard vieler IT-Abteilungen entwickelt [Gart03, S. 5].

Web Services haben sich mit den Vorteilen der einfachen Handhabung, Standardisierung, weitreichender Industrieunterstützung und Interoperabilität von einem viel zitierten Hypethema zu einer produktiven wirtschaftlichen Alternative entwickelt [Gart03, S. 4 f.]. Dies gelang bisher allerdings nur über eine ortsgebundene Nutzung in den engen Grenzen stationärer Endgeräte oder in der Kommunikation zwischen Servern. Eine Übertragung auf die sich rasant entwickelnden Anforderungen an Mobilität und Verfügbarkeit an allen Orten gelang damit nicht.

Betrachtet man vor diesem Hintergrund die beiden Entwicklungen Mobile Business und Web Services, so findet man in der Literatur seit Ende 2002 Überlegungen zu einer möglichen Konvergenz dieser beider Themenfelder. Mobile Web Services sind ein kommender Technologietrend [Pash03, S. 79 f.] [Rao03, S. 61 f.] der, basierend auf einer fortschreitenden Verbreitung von mobilen Endgeräten einerseits und Web Service Standards andererseits, künftig verstärkt Einzug in die Unternehmens-IT-Landschaften halten wird.

Die vorliegende Arbeit leistet hier einen Beitrag, indem sie zunächst aus der existierenden Literatur die für die Konvergenz wichtigen technologischen Grundlagen beider Welten erarbeitet und die Anforderungen an Mobile Web Services entwickelt. Damit wird die Basis geschaffen, Mobile Web Services für einen möglichen Unternehmenseinsatz beurteilen zu können.

Darüber hinaus wird ein Beispielszenario entwickelt, das anhand einer existierenden (Web Service) Anwendung der Siemens AG die Potenziale und Herausforderungen einer Erweiterung auf mobile Technologien aufgezeigt. Hierzu werden zunächst die Architektur sowie die Anforderungen aus dem betrieblichen Umfeld der Siemens AG entworfen und zusätzlich Oberflächen für die gängigen Typen mobiler Endgeräte entwickelt. Anhand dessen lassen sich die besonderen Herausforderungen und Anforderungen die sich bei mobilen Endgeräten an Ergonomie und Aufbau stellen am praktischen Beispiel aufzeigen.

1.2 Aufbau der Arbeit
Der Aufbau dieser Arbeit leitet sich aus den im vorangegangenen Abschnitt beschriebenen Zielen ab. Sie gliedert sich dabei in sechs Teile (s. Bild 1).
Kapitel 1 beschreibt, nach der Darstellung der Motivation und der daraus resultierenden Ziele den Aufbau der Arbeit. Es folgt in Kapitel 2 eine umfassende Darstellung der theoretischen Grundlagen von Mobile Business einerseits und Web Services andererseits.

!! Bild 1 ist in der Downloaddatei verfügbar !!

Bild 1 Aufbau der Arbeit

Dem Grundverständnis folgend, dass Prozesse und wirtschaftliche Anforderungen die treibenden Kräfte sind, werden zuerst Mobile Business (Treiber) und anschließend Web Services (Technologie) betrachtet. Dabei werden zunächst die beiden Begriffe definiert und die technologischen Standards beschrieben, um schließlich die Einsatzmöglichkeiten beider Konzepte zu diskutieren.

Aufbauend auf diesen Grundlagen beschäftigt sich Kapitel 3 mit dem Ansatz Mobile Web Services. Der Begriff wird zunächst präzisiert, bevor er unter den Aspekten Technik, Organisation und Geschäftsmodell diskutiert wird.

In Kapitel 4 werden die vorher diskutierten Eigenschaften und Anforderungen an Mobile Web Services durch ein Einsatzszenario Mobiler Web Services bei der Siemens AG praktisch dargestellt indem die graphischen Oberflächen verschiedener mobiler Endgeräte entworfen und diskutiert werden.

Kapitel 5 schließt die Arbeit mit einem Fazit und Ausblick auf die weitere Entwicklung von Mobile Web Services.

2 Grundlagen Mobile Business und Web Services

Dieses Kapitel gibt eine Einführung in Mobile Business und Web Services. Es bildet damit die Basis für die weitergehende Diskussion von Mobile Web Services im anschließenden Kapitel 3.

2.1 Mobile Business – Grundlagen und Einsatzmöglichkeiten
Das folgende Kapitel gibt eine Einführung in das Themenfeld Mobile Business. Es bildet zusammen mit Kapitel 2.2 (Web Services – Grundlagen und Einsatzmöglichkeiten) die Grundlage zum Verständnis von Mobile Web Services. Mobile Business wird zunächst definiert und über seine Merkmale abgegrenzt. Dann werden die zum weiteren Verständnis notwendigen technischen Grundlagen erläutert und schließlich das aktuelle Marktumfeld und die Einsatzmöglichkeit beschrieben.

[...]

1 Mobile Computing bzw. Mobile Web Services wird im Zusammenhang dieser Arbeit in erster Linie für Technologien mit großer Reichweite und damit großer Ortsunabhängigkeit im Sinne von Mobilfunk (GSM, GPRS, UMTS) verwendet, Techniken wir WLAN oder Bluetooth stehen nicht im Fokus.