Entwurf und Prototyping eines Expertensystems zur Diagnose von Störungen im Anwendungsbetrieb

Fachrichtung Wirtschaftsinformatik

Diplomarbeit

Entwurf und Prototyping eines Expertensystems zur Diagnose von Störungen im Anwendungsbetrieb

Daniel Krüger

Kurs : WWI 05 G

Inhaltsverzeichnis

Abstract ... I

1 Einführung ... 3

1.1 Motivation ... 5
1.2 Aufbau der Diplomarbeit ... 6

2 Analyse ... 7

2.1 Workflow-Anwendung ... 7
2.1.1 Workflow ... 7
2.1.2 Architektur ... 9
2.2 Systemüberwachung ... 10
2.2.1 Überwachungsablauf ... 10
2.2.2 Architektur ... 12

3 Konzeption und Entwurf des Expertensystems ... 14

3.1 Abstrakte Architektur ... 15
3.2 Basisschnittstelle ... 19
3.3 Systemkern ... 20
3.3.1 Wissensbasis ... 21
3.3.2 Steuerungssystem ... 25
3.3.2.1 Inferenzkomponente ... 26
3.3.2.2 Erklärungskomponente ... 27
3.3.3 Diagnostische Auswertung ... 27
3.4 Regeleditor ... 30
3.5 Ansätze zur Optimierung ... 31
3.5.1 Temporale Inferenz ... 31
3.5.2 Automatische Schwellwertbestimmung ... 35

4 Prototypisierung ... 40

4.1 Wissensbasis ... 41
4.2 Inferenzkomponente ... 42
4.2.1 Kontrollsystem ... 42
4.2.2 Regelinterpreter ... 43
4.3 Diagnostische Auswertung ... 45
4.4 Regeleditor ... 45
4.4.1 Regeleingabe ... 46
4.4.2 Transfer zur Datenbank ... 46
4.4.3 Auslesen der Faktentabelle ... 47
4.4.4 Eingabe potentieller Diagnosen ... 47

5 Bewertung ... 48

6 Zusammenfassung und Ausblick ... 51

Literaturverzeichnis ... III

Abkürzungsverzeichnis ... VIII

Abbildungsverzeichnis ...IX

1 Einführung
 

Das „Robotermärchen“ des polnischen Philosphen Stanislaw Lem befasst sich mit den Themen Wissen und Information. Der Autor erzählt die Geschichte der Raumfahrer Klapaucius und Trurl, die von einem Räuber gefangen genommen werden. Dem Räuber steht der Sinn nicht nach Gold und Silber, sondern nach den Schätzen des Wissens. Die Astronauten konstruieren für ihn eine Maschine, die am laufenden Band Informationen generiert und auswirft. Schließlich lässt der Räuber die Beiden laufen und beginnt, die generierten Informationen zu lesen. So erfährt er zum Beispiel, dass die Tochter des Königs Petricius aus Laubaudien Garbunda hieß, und er erfährt die Anzahl der Elektronenhüllen eines Termionoliumatoms. Schließlich stellt der Räuber jedoch fest, dass ihm die Informationen nichts nützen. Er kann für sich aus den Informationen keinen positiven Vorteil ableiten.¹ Umgangssprachlich werden die Begriffe „Wissen“ und „Information“ oftmals gleichwertig behandelt. Doch die philosophische Geschichte zeigt, dass zwischen den Begriffen „Wissen“ und „Information“ durchaus ein Unterschied besteht. In der Ausdrucksweise der mathematischen Informationstheorie wird der Begriff „Information“ als das Neue an einer Nachricht definiert. Der Begriff „Wissen“ hingegen kennzeichnet die praktische Anwendbarkeit bzw. den Nutzen der Information.²

Der philosophischen Geschichte kann auch entnommen werden, dass es in einer bestimmten Situation nicht einfach ist, an die Informationen zu gelangen, die gerade von Bedeutung sind. Der Zugriff auf Informationen erscheint manchmal weniger problematisch, als die Abgrenzung des Relevanten. Solch eine Abgrenzung kann ggf. lange dauern und teuer sein. Die Filterung von Informationen ist historisch betrachtet ein relativ zeitloses Gebiet. Zudem existiert ein breiter industrieller Hintergrund. Beispielsweise wurde in den ersten Automobilen der Fahrer noch eher als Maschinist betrachtet. Moderne Fahrzeuge hingegen teilen dem Fahrer genau mit, wo sich eine Störung befindet und was zu tun ist, um den Normalbetrieb wieder herzustellen. Inzwischen verfügen sogar Kaffeemaschinen über Anzeigen, die vom Anwender bestimmte Maßnahmen fordern, um den Betrieb aufrecht zu erhalten.

In vielen technischen Geräten befinden sich heute „Expertensysteme“. Solche Expertensysteme verfügen über genügend Wissen, um die für den Anwender relevanten Informationen herauszufiltern und aufzubereiten. Dem Anwender wird eine definierte Schnittstelle nach außen angeboten, sodass er sich um Interna nicht mehr kümmern muss. ³ Das Ziel solcher Systeme ist die Vereinfachung von Bedienung und Wartung – gerade bei sehr komplexen Vorgängen. Neben technischen bzw. medizinischen Einsatzmöglichkeiten ist der Einsatz von Expertensystemen auch in der Informationstechnologie möglich, denn bei Anwendungsstörungen kann das Ableiten von Ursachen und Therapievorschlägen ebenfalls durch ein Expertensystem erfolgen. Infrastruktur- und Anwendungsmanagement haben unterschiedliche Sichtweisen auf den Support. Die Administratoren betreuen Systemsoftware wie Betriebs-, Speicher- und Rechnersysteme. Anwendungsbetreuer pflegen die Fachanwendungen. Ihre Arbeit setztfunktionsfähige Systemsoftware und Hardware voraus, jedoch sind Hardwarezustände für einen Anwendungsbetreuer von sekundärer Bedeutung. Hier stehen die Konfigurationen und Funktionen von Fachanwendungen im Mittelpunkt. Folglich ist ein anderer Blickwinkel bzw. ein Wissen über die betreffenden Anwendungen notwendig.

Doch dieses Wissen allein genügt nicht. Die Reaktionszeiten, die Fehlerbehebungszeiten und die Verfügbarkeiten von Anwendungen werden zunehmend vertraglich durch Service Level Agreements (SLAs) fixiert.4 Bei Nichteinhaltung drohen Vertragsstrafen. Dies erfordert, dass das benötigte Wissen auch zugänglich, verständlich und nachvollziehbar hinterlegt wird. Eine möglichst kurze Auswertungszeit und eine kostengünstige Automatisierung sind erwünscht. Der Einsatz eines Expertensystems zur Anwendungsdiagnose lässt sich somit begründen.

1.1 Motivation
 

Die Relevanz einer umfassenden Überwachung der Informationsinfrastruktur wird zunehmend erkannt. In den letzten Jahren haben verschiedene Überwachungsprogramme in Unternehmen und Verwaltungen Einzug gehalten. Kostenlose Open-Source-Programme, wie zum Beispiel „Nagios“ erlangen immer mehr Beliebtheit. Die kostgünstige Beschaffung der Software und eine modular erweiterbare Architektur begünstigen die Verbreitung ⁵ Das Überwachungsprogramm Nagios ist besonders für öffentliche Einrichtungen interessant. Durch den Haushalt und die Budgetierung sind die finanziellen Mittel begrenzt. Bei notwendigen Anschaffungen muss hier besonders auf deren Wirtschaftlichkeit geachtet werden. Einer Fachzeitschrift lässt sich entnehmen, dass der Deutsche Bundestag und das Bundesverwaltungsamt bereits eine Nagios-Überwachung verwenden und damit sehr zufrieden sind^{6 .}

Trotz der Zufriedenheit vieler Betreiber muss festgestellt werden, dass die Nagios-Software auf die Überwachung von Hardware und Betriebssystemen fixiert ist. Sie wurde speziell für eine Systemüberwachung (engl. system monitoring) entwickelt. Im Mittelpunkt der Überwachung und Ergebnisvisualisierung stehen die Hardware-Ereignisse von technischen Systemen. Diese Sichtweise ist deshalb nur bedingt zur Überwachung von Anwendungen geeignet. Bei der Betreuung von Anwendungen stehen die Konfigurationen und Funktionen der verteilten Anwendungskomponenten im Vordergrund. Informationen über Zustände von Rechnern und Netzwerkabschnitten sind bei der Anwendungsbetreuung nur von sekundärer Bedeutung. Diese Erkenntnis motiviert zur Innovation. Ziel dieser Diplomarbeit ist es deshalb, eine ganzheitliche Konzeption für ein Expertensystem zur Anwendungsdiagnose zu erarbeiten. Sinn und Zweck ist die Entwicklung eines Systems zur automatisierten Ursachensuche mit anschließendem Therapievorschlag. Im Mittelpunkt steht dabei die Sicht auf die Anwendungen. Die bereits bestehende Systemüberwachung ist im Entwurf zu berücksichtigen und beizubehalten. Die Konkretisierung des Entwurfs erfolgt am Beispiel eines komplexen, verteilten Informationssystems. Dadurch wird sichergestellt, dass die erarbeitete Lösung einen ganzheitlichen Charakter aufweist. Letztlich soll die theoretische Lösung prototypisiert werden. Die praktische Umsetzbarkeit ist zu bewerten.

[...]

1 Vgl. [Le82] und Vgl. [BHS07] S.1, ... 2

2 Vgl. [BK00] S.419

3 Siehe [BHS07] S ... 6

4Vgl. [HK08] S.36

5 Vgl. [Pl07] S ... 37

6 Vgl. [HK08] S.34 und 35