Roland Degelmann ist Leiter des Sachgebietes „Infrastrukturplanung“ der Obersten Baubehörde im Bayerischen Staatsministerium des Innern. In seinen fachlichen Zuständigkeitsbereich fallen unter anderem die Behandlung verkehrspolitischer Grundsatzfragen und Aufgaben der Infrastruktur- und Straßenplanung im Bereich der bayerischen Straßenbauverwaltung sowie die Steuerung der Tätigkeiten der „Zentralstelle für Informationssysteme“, die das bayerische Straßeninformationssystem BAYSIS betreut. Daneben ist er an der ressortübergreifenden Koordinierung der Geodateninfrastruktur Bayern (GDI Bayern) beteiligt. Ziel seiner Tätigkeit ist die optimierte Bereitstellung von verteilt stehenden Fachinformationen in offenen, standardisierten Systemen als Grundlage für die Bewältigung von Aufgaben und Herausforderungen in Politik, Verwaltung, Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft. 

Der Objektkatalog im Straßen- und Verkehrswesen OKSTRA^® ist seit vielen Jahren der umfassende nationale Standard für die Beschreibung von Daten aus allen Bereichen des Straßen- und Verkehrswesens und für deren anwendungsübergreifende Bereitstellung. Er ist damit die Grundlage, um verteilte Fachinformationen offen in standardisierten Systemen für die Bewältigung unterschiedlichster Aufgaben auf vernetzten Strukturen nutzbar zu machen. 

Auf der Grundlage der im OKSTRA^® definieren Strukturen wurden in den letzten Jahren eine Vielzahl von Fachanwendungen realisiert, die im Rahmen der regelmäßigen Pflegearbeit weiterentwickelt und auch an die aktuellen IT-Rahmenbedingungen angepasst werden. Um dies zu ermöglichen müssen aktuelle Trends im IT-Umfeld auf ihre Anwendbarkeit für die Aufgaben des Straßen- und Verkehrswesens hin untersucht und deren Nutzbarkeit am konkreten Beispiel überprüft werden. Ein Themenfeld, dass einer solchen Betrachtung heute unterworfen werden muss, sind Technologien, die mit dem Begriff „Cloud Computing“ beschrieben werden. 

Der Vortrag setzt sich mit den Grundlagen und der Nutzung von „Cloud Computing“-Ansätzen allgemein und im Umfeld von OKSTRA^®-basierten Daten auseinander und diskutiert deren Möglichkeiten und Grenzen. In diesem Kontext werden auch die notwendigen Entwicklungen im Straßen- und Verkehrswesen behandelt, die geleistet werden müssen, um entsprechende Ansätze künftig nutzen zu können.

Der Fachvortrag zur Veranstaltung ist im Volltext verfügbar. Das PDF enthält alle Bilder und Formeln.

Der OKSTRA^® und seine Bedeutung

Die Entwicklung des OKSTRA^® wurde 1995 mit dem Ziel gestartet, Brücken zu schlagen zwischen verschiedenen Aufgabenbereichen innerhalb des Straßen- und Verkehrswesens. Der OKSTRA^® stellt zur Erfüllung dieser Aufgabe eine fachliche Objektstruktur in Form eines konzeptionellen Datenmodells ebenso bereit wie die Kodierungsregeln für die Realisierung von Datenbereitstellungsvorgängen. Der Vorteil einer anwendungs-unabhängigen Bereitstellung von Datenstrukturen wie sie der OKSTRA^® definiert und deren hersteller-unabhängiger Einsatz kann dabei aber nur dann zum Tragen kommen, wenn die im OKSTRA^® definierten Datenstrukturen nicht nur zum Datenaustausch zwischen Anwendungen genutzt werden, sondern wenn eine aus den einzelnen Applikationen heraus gelöste, freie und unmittelbare Bereitstellung entsprechender Informationsinhalte umgesetzt wird. Der Aufbau von OKSTRA^®-basierten Datenservern ermöglicht durch die nicht-proprietäre, verteilte Bereitstellung hochaktueller Daten beispielsweise Anwendungen zur Visualisierung von Baustellen, die stets sowohl auf die aktuellen Baustelleninformationen (Server für Baustellen) als auch auf das aktuelle Straßennetz zugreifen (Netz-Server). Darüber hinaus wird die bedarfsgerechte Ad-hoc-Integration weiterer Daten (z. B. Unfalldaten, Verkehrsdaten) durch das Zugrundelegen von Standards wesentlich vereinfacht bzw. erst ermöglicht.

OKSTRA^®-konforme Web-Services

Die Bayerische Straßenbauverwaltung arbeitet seit Längerem an der Umsetzung von Lösungen, die den Zugriff auf ihr Straßeninformationssystem BAYSIS umfassend öffnen, damit Applikationen entwickelt werden können, die stets auf aktuelle Straßendaten zugreifen und diese auch bearbeiten können. Der Zugriff auf BAYSIS wird dabei über XML-Web-Services realisiert, die auf dem OKSTRA^®-Standard basieren und den Festlegungen des „Web Feature Servers“ genügen.

Dass dieser Weg inzwischen weit gediehen ist, lässt sich an den Darstellungen im Vortrag von Herrn Tyroller im Rahmen des aktuellen OKSTRA^®-Symposiums klar ablesen. Im Hinblick auf den genannten Vortrag wird hier auf eine Vertiefung des Themas der OKSTRA^®-konformen Web- Services verzichtet, auch wenn es im weiteren Verlauf dieses Vortrags im Zusammenhang mit den Anwendungen im Rahmen des Cloud Computing nochmals anzusprechen sein wird. 

Cloud-Computing

„Cloud Computing“ (deutsch etwa „Rechnen in der Wolke“) ist das aktuelle Buzzword, das bei der Diskussion um die Realisierung unterschiedlichster IT-Einsatz-Szenarien gegenwärtig nicht zu umgehen ist. Es steht somit auch bei allen Überlegungen zu OKSTRA^®-basierten Lösungsansätzen im Focus der Diskussion. Gleichwohl wird der Begriff heute in einem Umfang und einer Art benutzt, die deutlich macht, dass dieser inhaltlich nicht wirklich gesichert ist und häufig nur dazu dient, fachlich Unkundigen Strukturen als neu (und teuer) zu verkaufen, die aber schon länger verfügbar und in der bisherigen Vermarktung nicht wirklich vermittelbar waren. Vor diesem Hintergrund ist für das Thema „OKSTRA^® in the Cloud“ zunächst eine begriffliche Klärung vorweg zu schicken.

Der Begriff „Cloud Computing“ beschreibt einen Ansatz, bei dem unterschiedliche IT-Ressourcen (z. B. Rechenkapazität, Datenspeicher, Netzwerkkapazitäten und Software aber auch Teilkomponenten der genannten Ressourcen) dynamisch an den Bedarf der Nutzer angepasst zur Verfügung gestellt werden. Grundprinzip ist das Auslagern von Soft- oder Hardwarefunktionen in einen von der eigentlichen Bearbeitung unabhängigen Bereich, der aufgrund seiner Größe von verschiedensten Anwendern gemeinsam genutzt werden kann. In vielen Fällen ist dann für den Nutzer nicht mehr unmittelbar erkennbar, wo sich die Quelle der ausgelagerten Ressourcen tatsächlich befinden. Sie ist gleichsam wie in einer „Wolke“ verhüllt.

Ausgangspunkt für die Diskussionen zum Einsatz des Cloud-Computing waren Überlegungen, wie ständig wachsende und zum Teil stark schwankende Anforderungen an IT-Ressourcen arbeitsfeld-übergreifend möglichst effektiv zur Verfügung gestellt und genutzt werden können. Konkret sollten die an einem beliebigen Rechner verfügbaren freien Ressourcen (z.B. CPU- Kapazitäten) von einem Anwender an einem anderen Rechner für eigene Ressourcen-intensive Aufgaben genutzt werden können. Obwohl dieser Ansatz einfach erscheint, müssen die verfügbaren und angeforderten Ressourcen zueinander gebracht und organisiert werden, was häufig nicht mit einem nicht zu unterschätzenden Organisations- und Kostenaufwand verbunden ist. Dies umso mehr, wenn man den Ansatz nicht auf Einzelrechner und Anwendungen beschränkt, sondern auf hochkomplexe Anwendungen und Rechnerstrukturen überträgt. So kann es nicht verwundern, dass Cloud Computing maßgeblich durch einige schnell wachsende Internetfirmen wie Amazon oder Google geprägt wurde. Diese Firmen standen aufgrund des schnellen Wachstums ihrer Nutzerbasis vor dem Problem, ständig wachsende Systeme vorhalten zu müssen, die auch zu Spitzenlastzeiten ausreichende Performance bereitstellen. So war die Spitzenlast bei Amazon im Weihnachtsgeschäft des Jahres 2006 um den Faktor 10 höher als die Grundlast im regulären Tagesgeschäft. Um dem Problem von Überkapazitäten bzw. Unterversorgung zu begegnen, entschied man sich, die Architektur und die Dienste, die man zum Bewältigen der zum Teil stark schwankenden oder auch sehr hohen Nutzerzahlen entworfen und etabliert hatte, zu einem Produkt zu machen, das man nach außen hin anbietet. Die Skalierungseffekte der Cloud-Dienste wurden damit zur Basis des Produktes Cloud Computing selbst, das man ab da nicht mehr nur intern, sondern auch extern anbot.

Um sich der Architektur einer Cloud zu nähern, kann man sich einen einfachen Rechner vorstellen. Er hat Prozessorkerne, Arbeitsspeicher, eine Festplatte und Programme. Diese Komponenten finden sich auch in einer Cloud, nur in einer Form, die massive Skalierung ermöglicht und nutzt. Google hat entsprechend den Darstellungen in Wikipedia seine Datenbereitstellung auf rund 15.000 einzelnen Rechnern verteilt (Stand 2009). Im Jahre 2008 gibt Google – ebenfalls nach Wikipedia – bekannt, 10 Milliarden Dokumente, die über 1000 physische Computer verteilt sind, innerhalb von 68 Sekunden sortieren zu können.

Die Darstellung zeigt, dass für verschiedene insbesondere umfangreiche Informationsfelder die Nutzung verteilter Strukturen, wie sie das Cloud Computing ermöglicht wesentliche Vorteile zeigt. Gleichzeitig treten aber neue Risiken auf, die bei einer Entscheidung für oder gegen entsprechende Strukturen nicht vernachlässigt werden dürfen. So sind unter anderem die Verfügbarkeit der Datenbereitstellung oder die Sicherheit von Zugriffen durch unberechtigte Dritte ein breites Feld technischer und rechtlicher Fragen. 

Strukturen in der Cloud

Aufgrund der noch sehr kurzen Geschichte von Cloud Computing gibt es bis heute keine eindeutige bzw. abschließende Definition des Begriffes Cloud. Ebenso finden sich in diversen Artikeln immer wieder unterschiedliche Architekturbeschreibungen. In den meisten Fällen werden im Cloud Computing alle Bereiche der Architekturinfrastruktur, der Plattformen und der Anwendungen behandelt, so dass von einem umfassenden Technikmodell gesprochen werden kann. Die nachfolgenden Darstellungen orientieren sich im Wesentlichen an den Darstellungen, die in Wikipedia zum Thema Cloud Computing zusammengestellt sind.

Jede der dargestellten Schichten stellt einen Grad an Abstraktion der Cloud dar, die jeweils als Dienst angeboten und genutzt werden können. Mit der Betrachtung dieses „Cloud-Stack“ können die unterschiedlichen Typen von Clouds wie folgt beschrieben werden.

• Infrastructure as a Service (IaaS): Der Vorteil der Nutzung von Infrastructure as a Service gegenüber und die Unterscheidung zu traditionellen Datencentern ist die Skalierbarkeit. Die Recheninstanzen können je nach Anforderungen beliebig um weitere Instanzen erweitert oder verkleinert werden. Der Benutzer hat dabei vollen Zugriff auf die Instanzen mit der Eigenschaft, dass er für die Instanzen ab der Betriebssystemebene selbst verantwortlich ist.
• Platform as a Service (PaaS): Bei der Nutzung von Platform as a Service erstellt der Entwickler die Anwendung selbst und lädt diese in die Cloud. Diese kümmert sich dann eigenständig um die Aufteilung auf die eigentlichen Verarbeitungseinheiten. Im Unterschied zu IaaS hat der Benutzer hier keinen direkten Zugriff auf die Recheninstanzen. Er betreibt auch keine virtuellen Server. Im PaaS-Szenario bringt er ausschließlich seine Programmlogik in die Cloud ein.
• Software as a Service (SaaS): Die Anwendungssicht stellt die abstrakteste Sicht auf Cloud- Dienste dar. Bei der Nutzung von Software as a Service bringt der Benutzer seine Applikation nicht in die Cloud ein, noch muss er sich um Skalierbarkeit oder Datenhaltung kümmern. Er nutzt hierbei eine bestehende Applikation, die ihm die Cloud nach außen hin anbietet.

Entsprechend der unterschiedlichen Abstraktion bei der Nutzung des Cloud Computing ergeben sich verschiedene Vor- und Nachteile, die bei einer angestrebten Nutzung jeweils gegeneinander abzuwägen sind.

Als Vorteile des Cloud Computing werden heute regelmäßig folgende Punkte gesehen:

• Niedrige Investitions- und Implementierungskosten
• Gute Skalierbarkeit der IT-Infrastruktur durch Zuschaltung von externen Ressourcen
• Schnellere Übernahme von Innovationen
• Hohe Verfügbarkeit
• Verbesserte Mobilität für globale Arbeitnehmer
• …

Zu lösende Herausforderungen liegen dagegen in folgenden Bereichen:

• Gewährleistung von Schutz und Pflege von Kunden- und persönlichen Daten
• Juristische Absicherung von Cloud-Diensten als internationale Implementierungen nach nationalem Recht
• Langsame Grundlagenstandardisierung und dadurch produzierte Abhängigkeiten von proprietären Cloud-Lösungen
• …

Die vertiefte Betrachtung von Vor- und Nachteilen des Cloud Computings würde den Rahmen des vorliegenden Beitrags deutlich sprengen. Hier kann bei konkreten Fragestellungen nur auf die inzwischen umfangreich vorhandene Fachliteratur verwiesen werden. Dem Entscheider bei der Frage der Nutzung von Angeboten im Bereich des Cloud Computing bleibt es nicht erspart, sich aus den vollmundigen Versprechungen aller Verkaufsstrategen im Markt zu lösen und sich selbst eine an der jeweiligen Aufgabenstellung orientierte Entscheidungsgrundlage zu schaffen.

Betrachtet man die Ankündigungen und Realitäten an einem Beispiel werden mögliche Defizite klar deutlich.

Am Abend des 07. August 2011 legte ein Gewitter in der irischen Hauptstadt Dublin die Cloud Services von Amazon und Microsoft in ganz Europa lahm. Wegen eines Blitzeinschlags fiel der Strom in den dort angesiedelten Rechenzentren aus. Das Unwetter war ein Naturereignis, das die Betreiber gleich doppelt ungünstig traf. Denn der Blitzeinschlag war so stark, dass auch die Generatoren (Notstromaggregate), die bei einem Stromausfall eigentlich automatisch einspringen, nicht genutzt werden konnten. Die Folge war, dass knapp zwei Stunden lang Teile der von Amazon gehosteten Cloud-Computing-Plattform EC2 in Europa nicht erreichbar waren. Für den weltweit größten Cloud Anbieter besonders ärgerlich, weil davon zuallererst Geschäftskunden betroffen waren. Erst 12 Stunden später waren etwa 60 Prozent der Server wieder verfügbar. Gleichzeitig wurden die Business Productivity Online Services (BPOS) von Microsoft durch den Stromausfall in Mitleidenschaft gezogen. Firmenkunden konnten unter anderem Exchange Online, SharePoint Online und Office Live Meeting nicht erreichen. Was bei diesem Schaden sicher nicht nur aus Sicht der Kunden ärgerlich sein dürfte ist, dass die für die Cloud immer versprochene, hohe Verfügbarkeit von Diensten durch weltweit, systematische Verteilung auf verschiedene Rechenzentren vor dem Hintergrund möglichst wirtschaftlichen Betriebs in wenigen großen Rechenzentren nicht wirklich geleistet wird. 

Der Cloud-Computing-Hype

Jeder Hype, und als ein solcher ist das Cloud Computing heute (noch) zu betrachten, ist mit dem Problem verbunden, dass dem gehypten Technologieansatz fast unbegrenzte Möglichkeiten zugesprochen werden. In der Regel muss jedoch festgestellt werden, dass die vermeintliche Wunderwirkung an konkreten Anforderungen scheitert.

Um die Möglichkeiten und Grenzen eines dem technischen Wandel noch stark unterworfenen und regelmäßig als Buzzword daher kommenden Ansatzes zutreffenden einordnen zu können hat das US-amerikanische Analyse-Unternehmen Gartner den sogenannten Hype-Cycle entworfen, der Technologieberatern heute regelmäßig zur Bewertung in der Einführung neuer Technologien dient. Er stellt dar, welche Phasen der öffentlichen Aufmerksamkeit eine neue Technologie bei deren Einführung durchläuft.

Der Hype-Cycle wird in fünf Abschnitte unterteilt:

• Technologischer Auslöser
• Gipfel der überzogenen Erwartungen
• Tal der Enttäuschungen
• Pfad der Erleuchtung
• Plateau der Produktivität

Betrachtet man die Abläufe des Hype-Cycle und ordnet dieser Kurve einige Felder aus dem OKSTRA^®-Bereich und des Cloud Computing zu, so ergeben sich Positionen, die der nachfolgenden Darstellung entnommen werden können.

Deutlich erkennbar ist, dass auf der einen Seite der OKSTRA^® in seiner allgemeinen Beschreibung und Nutzung als Datenaustauschformat bereits auf dem Plateau der Produktivität angekommen ist. Auf diesem sind heute wohl auch die allgemeinen Ansätze zur Dienstenutzung zu verorten. Dagegen ist der OKSTRA^® als Datenbereitstellungsstruktur bis heute noch weit von diesem Stand entfernt. Dieser steht – im Hinblick auf eine wirklich übergreifende Nutzung solcherweise strukturierter Daten – vielmehr noch am Anfang einer anzustrebenden Entwicklung. In dieser Position steht auch der Bereich der offenen Dienstenutzung. Kritisch ist insbesondere, dass zwar der Einsatz von Services im Umfeld der Straßen- und Verkehrsbereichs bereits Eingang gefunden hat, dass diese aber noch nicht im möglichen Umfang den Rahmen der OKSTRA^®-konformen Web-Services nutzen. Dass darüber hinaus die proprietären Dienste eine stärkere Unterstützung erfahren als OKSTRA^®-konformen Web-Services muss im Hinblick auf die Gesamtentwicklung des OKSTRA^® als besonders nachteilig benannt werden. 

Ausblick

Nimmt man die dargestellten Strukturen des Cloud Computing und des aktuellen Standes der OKSTRA^®-Entwicklung und betrachtet deren gemeinsame Verwertbarkeit für die Aufgaben im Bereich des Straßen- und Verkehrswesens wird schnell erkennbar, dass bis zu einer übergreifenden Nutzung des „OKSTRA^® in the Cloud“ noch ein weiter Weg ist. Und dies unabhängig von der Frage, in welcher Form ein solcher Weg optimalerweise gegangen werden sollte und ob man einen solchen Weg überhaupt zu gehen bereit ist.

Für eine mögliche Entwicklung in der skizzierten Form bleibt zunächst die Frage, ob es für die Aufgaben des Straßen- und Verkehrswesens einen Themenbereich gibt, den man in einer gemeinsam genutzten Cloud zeitnah verwirklichen will. Aufgrund der Zuständigkeiten kommt eine gemeinsame Infrastruktur und/oder Plattform für eine Umsetzung wohl am wenigsten in Frage. Vorstellbar sind jedoch Softwareansätze, die in eine gemeinsame Plattform eingebracht und von dort aus nach Bedarf abgerufen werden könnten. Um letztere realisieren zu können müssen diese Software-Angebote gezielt in einer OKSTRA^®-konformen Web-Services-Struktur konzipiert, entwickelt und nutzbar gemacht werden. Dies erfordert aber ein größeres Maß an Abstimmung und Gleichklang in der Umsetzung, wie es heute vielerorts bei vermeintlich beschränkten finanziellen und personellen Ressourcen möglich erscheint. Schritte in die genannte Richtung sind erkennbar, müssen aber deutlich beschleunigt werden. Denn klar muss sein, dass heute nicht mehr so große finanziellen und personellen Ressourcen vorhanden sind, als dass man sich einen Weg, den jeder alleine für sich geht, noch leisten könnte.

So sind unabhängig von den heute in vielen Bereichen noch offenen Entwicklungen im Bereich des Cloud Computings die Lösungsansätze der OKSTRA^®-konformen Web-Services eine sichere Basis um sich zukunftsfähige Entwicklungen fit zu machen. Hierhin gilt es die Kapazitäten für die Bereitstellung von Straßen- und Verkehrsdaten zum jetzigen Zeitpunkt zu konzentrieren. 

Quellen

Wikipedia – www.wikipedia.de; Begriffe: Cloud-Computing, Hype Cycle

Wissenschaftlicher Dienst des Deutschen Bundestags; Berlin; Nr. 15/2010; Aktueller Begriff – Cloud Computing

Business Technology - Heft 06/2011; Software und Support Media GmbH; Frankfurt; Schwerpunkthema: Cloud Computing

Cloud Computing; Terplan, Voigt; mitp; Heidelberg u.a.; 2011

OKSTRA^®-konforme Web-Services – Grundüberlegungen; Degelmann; München; 2007; Vortrag im Rahmen des 4. OKSTRA^®-Symposiums 2007

Der „XML-Prototyp“ auf dem Weg in die Wirklichkeit – Nutzung OKSTRA®-konformer, XML- basierter Technologien für einheitlich organisierte, Service-orientierte Informationsstrukturen im Straßen- und Verkehrswesen; Degelmann; München; 2005; Vortrag im Rahmen des 3. OKSTRA^®-Symposiums 2005