Heiko Niemann OFFIS Escherweg 2 26121 Oldenburg heiko.niemann@offis.de

1. Datenreplikationstechniken für stationäre und mobile Informationssysteme im Krankenhaus Heiko Niemann OFFIS Escherweg 2 26121 Oldenburg heiko.niemann@offis.de Wilhelm Hasselbring Carl von Ossietzky Universität Fachbereich Informatik, Abt. SE 26111 Oldenburg hasselbring@informatik.uni-oldenburg.de Workshop Mobile Datenbanken und Informationssysteme Dortmund, 2. Oktober 2002

2. Überblick • Motivation • Datenreplikation • Konfliktmanagement • Adaptiver Replikationsmanager • Verwandte Arbeiten • Fazit und Ausblick Motivation Datenreplikation Konfliktmanagemt Repli.-manager Verwandte Arb. Fazit

3. Mobile Systeme ? SAP R/3 Verschiedene Module, z.B. Material, Fibu, Controlling Stationäre Systeme Notebook … IS-H (Patientenverwaltung) PDA App.Server: Replikations- Manager (adaptive RS) eGate Architektur Universitätsklinikum Leipzig (Grober Ausschnitt des KIS) Apotheke Telefon Bezüge Klinische Systeme Z1, MediTec, IKA MCC, SUMED, ... Zeiterfassung Dienstplanung Küche OP-Systeme ISOP, GISI ESB, DIACOS NEODOK, SoftCon, ... Labor-Systeme Lantis, LDS, Siemedos, Viro Gelab, Pathos, ... Ambulanz-Systeme Archiv Motivation Datenreplikation Konfliktmanagemt Repli.-manager Verwandte Arb. Fazit

4. Datenreduktion wegen eingeschränkter Ressourcen Replikationsverfahren Synchron (pessimistisch; zeitgleiche Aktualisierung) ROWA (Read One Write All) Primary Copy Quorum Asynchron (optimistisch; zeitversetzte Aktualisierung) Master/Slave Peer to Peer Themen der Replikation aufmobilen Komponenten Motivation Datenreplikation Konfliktmanagemt Repli.-manager Verwandte Arb. Fazit

5. z.B. unter-schiedliche Attribute „echte“ Teilmenge z.B. Stationsdaten Synchrone Replikation hohe Konsistenz- anforderung im Online-Modus Asynchrone Replikation hohe Autonomie- anforderung im Online- und Offline-Modus Ähnliche Probleme, aber unterschiedliche Lösungen, z.B. Konfliktmanagement Adaptive Replikationsstrategie für heterogene, autonome Informationssysteme Datenreduktion/-replikation Stationäre Systeme Mobile Systeme Datenreduktion kaum domänenspezifisch Motivation Datenreplikation Konfliktmanagemt Repli.-manager Verwandte Arb. Fazit

6. Manuelle Konfliktbehandlung Automatische Konfliktbehandlung Konfliktmanagement Konfliktmanagement Konflikt-erkennung Konflikt-vermeidung Konflikt-behandlung initiiert 1 0..1 Motivation Datenreplikation Konfliktmanagemt Repli.-manager Verwandte Arb. Fazit

7. Konfliktvermeidung • Das ändernde System sperrt während der Änderung und Propagierung: • Sperrung aller beteiligten Kopien • Sperrung an einer zentralen Stelle, die wiederum von allen beteiligten Systemen abgefragt wird • Ein ausgewähltes System erhält ein „Token“ • intern, z.B. Besitzer im Datensatz speichern • extern, z.B. Besitzer zentral verwalten / abfragen • auch: Ein Besitzer lädt Daten auf das mobile Gerät, zentral werden die Daten gesperrt. Motivation Datenreplikation Konfliktmanagemt Repli.-manager Verwandte Arb. Fazit

8. Konflikterkennung • Aktualität des „alten“ Wertes prüfen • Vergleich alt, aktuell, neu • Zeitstempel • Versionsnummer • Protokoll der Änderungen Motivation Datenreplikation Konfliktmanagemt Repli.-manager Verwandte Arb. Fazit

9. Automatische Konfliktbehandlung • Ermittlung einer überlebenden Änderung • Zeitstempel • Versionskontrolle • Prioritäten, z.B. anwender- oder systemanhängig • Berechnung einer resultierenden Änderung • Nach speziellen Methoden wird auf Basis aller Änderungen eine gemeinsame Änderung berechnet. • Beispiel: Platzreservierungssysteme Motivation Datenreplikation Konfliktmanagemt Repli.-manager Verwandte Arb. Fazit

10. Manuelle Konfliktbehandlung • Log-Protokoll enthält Konfliktmeldung • Inkonsistenz muss manuell bearbeitet werden • Provisorische Änderungen im mobilen System • Transaktionen im mobilen System werden zu-nächst provisorisch durchgeführt. Bei der Synchronisation erfolgt ggf. eine Rücksetzung. • Konfligierende Daten werden übernommen • Die in Konflikt stehenden Daten werden zunächst übernommen und später manuell bearbeitet. • Beispiel: Terminplaner Motivation Datenreplikation Konfliktmanagemt Repli.-manager Verwandte Arb. Fazit

11. Anforderungen an den Replikationsmanager • Ohne mobile Geräte • Parametergesteuerte Adaption • Systemausfall, Tageszeit / Wochentag, Last, Performance • Berücksichtigung der beteiligten Systeme • Initiierendes System, Zielsysteme • Mit mobilen Geräten • Initiale Datenreplikation • Ausgereifteres Konfliktmanagement Motivation Datenreplikation Konfliktmanagemt Repli.-manager Verwandte Arb. Fazit

12. AsynchroneReplikation • Queued Transactions Transaktionskonzepte • SynchroneReplikation • 2PC • Sagas Motivation Datenreplikation Konfliktmanagemt Repli.-manager Verwandte Arb. Fazit

13. Adaptiver Replikationsmanager Synchron: 2PC / Sagas Asynchron: Queued Transactions Ausfall T1 T2 T2 (Ausfall) K 1 K 2 Replica Queue Wechsel des Replikationsverfahrens in Abhängigkeit von: • Verfügbarkeit • Tageszeit • Last • Performance • Vorgabe ! Architektur eines Replikationsmanagers Motivation Datenreplikation Konfliktmanagemt Repli.-manager Verwandte Arb. Fazit

14. J2ME J2SE Synchronisation 2PC / Sagas: JTS Queued Transactions: JMS Topic JDBC JCA DB Applik. Replica Queue Rep.-Manager/Synchronisation mittels J2EE-Technologie Replikationsmanager Motivation Datenreplikation Konfliktmanagemt Repli.-manager Verwandte Arb. Fazit

15. Synchronisationskomponente • Initiale Datenreplikation • Zugriff auf verteilte, heterogene Systeme über den Replikationsmanager (RM) • Konfliktmanagement • Konfliktvermeidung kommt wegen Autonomie-forderung hier nicht in Frage • Konflikterkennung über Log-Files des RM • Konfliktbehandlung • Manuell: Log-Files des RM • Automatisch: nach Priorität, z.B. behandelnder Arzt oder Chefarzt Motivation Datenreplikation Konfliktmanagemt Repli.-manager Verwandte Arb. Fazit

16. Verwandte Arbeiten • Garcia-Molina, et al., 1983: Data Patch: Integrating Inconsistent Copies of a Database after a Partition. • Lenz, 1997: Adaptive Datenreplikation in verteilten Systemen. • Hasselbring, 1997: Federated Integration of Replicated Information within Hospitals. • Lubinski / Heuer, 2000: Configured Replication for Mobile Applications. • Hier: Erweiterung dieser Ideen hinsichtlich • Konfliktmanagement / Synchronisation über Rep.manager • Implementierungsaspekte: TP-Systeme und Anbindung der Altsysteme, Arbeitsplatzsysteme und mobiler Geräte Motivation Datenreplikation Konfliktmanagemt Repli.-manager Verwandte Arb. Fazit

17. Fazit und Ausblick • Im Prinzip wie stationär • Aber • geringe Bandbreite • gelegentlich nicht verfügbar Bemerkung zu drahtloser Vernetzung Adaptive Replikationsstrategie adäquat Motivation Datenreplikation Konfliktmanagemt Repli.-manager Verwandte Arb. Fazit

18. Fazit und Ausblick • Replikationsstrategien • Konfliktmanagement • Replikationsmanager / Synchronisation • Spezifika im Krankenhaus übertragbar ? • Architektur und Konzepte sind übertragbar • Steuerung des adapt. RM ist übertragbar • Replikationsverfahren, Synchronisation und Konfliktmanagement sind domänenspezifisch • Grundlage zur Anpassung für spez. Domänen Motivation Datenreplikation Konfliktmanagemt Repli.-manager Verwandte Arb. Fazit

19. Fragen... Anregungen... Motivation Datenreplikation Konfliktmanagemt Repli.-manager Verwandte Arb. Fazit