Interoperabilität

Interoperabilität beginnt nicht bei der Verbindung

Zwei Systeme können technisch miteinander verbunden sein.

Zum Beispiel:

System A
   ↓
 HTTPS
   ↓
System B

Damit ist zunächst nur bekannt, dass ein technische Kommunikationsweg existiert.
Ob die Systeme tatsächlich sinnvoll zusammenarbeiten können, ist eine andere Frage.
Dafür müssen weitere Eigenschaften zueinander passen.

Daten übertragen ist noch nicht genug

Angenommen, System A sendet:

{
  "customer": 4711,
  "status": "active"
}

System B empfängt exakt dieselben Daten.
Die Übertragung war fehlerfrei.

Damit ist trotzdem noch nicht geklärt:

Was bedeutet customer?
Was bedeutet 4711?
Was bedeutet active?
Welche Zustände sind sonst möglich?
Welche Wirkung soll der Wert in System B haben?

Technisch erfolgreiche Datenübertragung ist deshalb nur eine Voraussetzung für Interoperabilität.
Die beteiligten Systeme müssen die ausgetauschten Informationen auch ausreichend übereinstimmend verstehen.

Mehrere Ebenen müssen zusammenpassen

Interoperabilität kann auf unterschiedlichen Ebenen betrachtet werden.

Eine vereinfachte Darstellung ist:

technische Verbindung
        ↓
gemeinsames Protokoll
        ↓
kompatibles Datenformat
        ↓
kompatibles Datenmodell
        ↓
gemeinsames Verständnis
        ↓
passende Prozesse und Reaktionen

Nicht jeder Anwendungsfall benötigt auf jeder Ebene dieselbe Tiefe.
Für einen einfachen Dateitransfer kann bereits eine relativ kleine gemeinsame Grundlage ausreichen.
Bei komplexen Geschäftsprozessen können dagegen zusätzliche Abstimmungen notwendig sein.

Technische Interoperabilität

Auf der technischen Ebene muss zunächst Kommunikation möglich sein.

Dazu können beispielsweise gehören:

• Netzwerkprotokolle
• Transportprotokolle
• Authentifizierung
• Schnittstellen
• Nachrichtenformate
• Zeichencodierungen

Wenn System A ausschließlich Protokoll X verwendet und System B nur Protokoll Y versteht, können beide ohne zusätzliche Vermittlung nicht direkt miteinander kommunizieren.
Diese Ebene ist notwendig.
Sie ist aber noch nicht ausreichend.

Syntaktische Interoperabilität

Die beteiligten Systeme müssen die Struktur der ausgetauschten Daten verstehen können.

Beispielsweise können beide Systeme JSON verwenden:

{
  "quantity": 12
}

Damit kennen sie die syntaktische Struktur.

Sie wissen:

Es gibt ein Feld quantity.
Sein Wert ist 12.

Noch nicht bekannt ist jedoch:

12 was?

Genau dort beginnt die nächste Ebene.

Semantische Interoperabilität

Semantische Interoperabilität betrifft die Bedeutung der ausgetauschten Informationen.

Ein Feld:

stock = 12

kann beispielsweise bedeuten:

12 physisch vorhandene Einheiten

oder:

12 verkäufliche Einheiten

oder:

12 Einheiten einschließlich bereits reservierter Ware

oder:

Bestand zum Zeitpunkt der letzten Synchronisation

Die Syntax kann vollständig identisch sein.
Die fachliche Bedeutung ist trotzdem unterschiedlich.
Wenn diese Unterschiede nicht berücksichtigt werden, können formal korrekte Daten zu falschem Verhalten führen.

Gleicher Wert, andere Bedeutung

Angenommen, zwei Systeme verwenden:

status = active

System A versteht darunter:

Kundenkonto ist nicht gelöscht.

System B versteht darunter:

Kunde besitzt derzeit einen aktiven Vertrag.

Der Wert kann technisch problemlos übertragen werden.
Wenn System B ihn ohne Übersetzung übernimmt, entstehen möglicherweise falsche Entscheidungen.
Interoperabilität benötigt deshalb nicht nur gemeinsame Werte.
Sie benötigt ein ausreichend gemeinsames Verständnis ihrer Bedeutung.

Prozesse gehören ebenfalls dazu

Manche Systeme tauschen nicht nur einzelne Informationen aus.
Sie bilden gemeinsam einen Prozess.

Zum Beispiel:

Bestellung
    ↓
Warenwirtschaft
    ↓
Versand
    ↓
Rechnung

Dann reicht es nicht unbedingt, dass alle Systeme dieselbe Bestellung lesen können.
Auch Prozesszustände müssen zueinander passen.

Beispielsweise:

Wann gilt eine Bestellung als angenommen?
Wann darf sie geändert werden?
Wann wird Bestand reserviert?
Was geschieht bei Teilmengen?
Wann wird eine Rechnung erzeugt?
Wie wird ein Fehler zurückgemeldet?

Die Interoperabilität betrifft damit auch Verhalten und zeitliche Abläufe.

Schnittstellen unterstützen Interoperabilität

Eine dokumentierte Schnittstelle kann beschreiben:

Welche Operationen existieren?
Welche Daten werden erwartet?
Welche Antworten sind möglich?
Welche Fehler können auftreten?

Damit schafft sie eine Grundlage für Zusammenarbeit.
Eine Schnittstelle allein garantiert jedoch noch keine Interoperabilität.
Die Dokumentation kann unvollständig sein.
Zwei Implementierungen können dieselbe Spezifikation unterschiedlich interpretieren.
Oder ein relevanter fachlicher Zusammenhang wurde überhaupt nicht beschrieben.

Deshalb gilt:

Schnittstelle vorhanden
        ≠
Interoperabilität bewiesen

Offene Datenformate können helfen

Offene Datenformate erleichtern Interoperabilität, weil ihre Struktur und Regeln unabhängig von einer einzelnen Anwendung dokumentiert werden können.
Mehrere Systeme können dadurch dieselbe technische Grundlage implementieren.

Aber auch hier gilt:

offenes Datenformat
        ≠
automatisch interoperabel

Zwei Programme können beispielsweise denselben Standard unterstützen, aber unterschiedliche optionale Funktionen verwenden.
Oder beide speichern dieselben Werte mit unterschiedlicher fachlicher Bedeutung.
Offene Formate schaffen Möglichkeiten.
Die konkrete Zusammenarbeit muss trotzdem geprüft werden.

Standards können gemeinsame Erwartungen schaffen

Standards können beispielsweise festlegen:

• Datenstrukturen
• Protokolle
• Wertebereiche
• Einheiten
• Semantik
• Prozessregeln
• Fehlerbehandlung

Dadurch müssen beteiligte Systeme nicht jede Vereinbarung neu erfinden.

Aber ein Satz wie:

Wir unterstützen Standard X.

ist allein noch keine vollständige Aussage über Interoperabilität.

Relevant ist unter anderem:

Welche Version?
Welche Teile?
Welche optionalen Funktionen?
Welche Erweiterungen?
Welche Profile?

Die tatsächlich verwendete Teilmenge eines Standards kann entscheidend sein.

Interoperabilität ist kontextabhängig

Zwei Systeme müssen nicht in jeder denkbaren Eigenschaft kompatibel sein.
Sie müssen für die benötigte Zusammenarbeit ausreichend kompatibel sein.

Ein System A kann beispielsweise nur folgende Daten von System B benötigen:

Artikelnummer
Bezeichnung
Preis

Wenn diese Informationen zuverlässig ausgetauscht werden können, kann für diesen konkreten Anwendungsfall ausreichende Interoperabilität bestehen.
Dass andere Funktionen von System B nicht unterstützt werden, ist möglicherweise irrelevant.

Die Frage lautet deshalb nicht:

„Sind diese Systeme interoperabel?“

sondern genauer:

„Sind diese Systeme für diesen Austausch und diesen Zweck ausreichend interoperabel?“

Interoperabilität benötigt Vereinbarungen

Je komplexer ein Austausch wird, desto wichtiger können explizite Vereinbarungen werden.

Beispielsweise:

Format:
JSON

Zeichencodierung:
UTF-8

API-Version:
v2

Datum:
ISO 8601

Währung:
EUR

Preis:
Bruttobetrag in Cent

Status:
active = aktiver Vertrag

Damit werden Annahmen sichtbar, die ansonsten möglicherweise nur implizit in den Implementierungen existieren.
Solche Vereinbarungen können Teil von Schnittstellendokumentationen, Schemas, Standards oder anderen technischen Spezifikationen sein.

Interoperabilität kann getestet werden

Ob zwei Implementierungen tatsächlich zusammenarbeiten, sollte nicht nur aus ihrer Dokumentation abgeleitet werden.

Ein Test könnte beispielsweise prüfen:

System A erzeugt Nachricht
        ↓
System B liest Nachricht
        ↓
System B interpretiert Daten
        ↓
erwartetes Ergebnis vergleichen

Dadurch wird nicht nur geprüft, ob eine Datei syntaktisch gültig ist.
Auch die tatsächliche Verarbeitung kann untersucht werden.

Bei komplexeren Systemen können zusätzlich getestet werden:

• Grenzwerte
• optionale Felder
• unbekannte Werte
• unterschiedliche Versionen
• Fehlersituationen
• Wiederholungen
• Zeitüberschreitungen
• Reihenfolge von Ereignissen

Interoperabilität ist damit auch eine Eigenschaft, für die reale Evidenz erzeugt werden kann.

Fehlerfälle sind Teil der Zusammenarbeit

Interoperabilität zeigt sich nicht nur im Erfolgsfall.
Angenommen, System B kann eine Nachricht nicht verarbeiten.

Was geschieht dann?

Wird ein Fehler zurückgegeben?
Welche Bedeutung besitzt dieser Fehler?
Wird die Nachricht wiederholt?
Kann sie doppelt verarbeitet werden?
Wer besitzt anschließend den gültigen Zustand?

Wenn beteiligte Systeme darüber unterschiedliche Annahmen besitzen, funktioniert die Integration möglicherweise genau dann nicht, wenn ein Problem auftritt.
Fehlerverhalten gehört deshalb ebenfalls zu den relevanten Schnittstelleneigenschaften.

Versionen verändern Interoperabilität

Systeme entwickeln sich weiter.

Aus:

API v1

wird:

API v2

Ein Datenformat erhält neue Felder.
Ein Statuswert bekommt eine neue Bedeutung.
Ein optionales Feld wird verpflichtend.
Damit kann eine früher funktionierende Integration ihre Interoperabilität verlieren.
Versionsmanagement und Kompatibilitätsregeln können deshalb eine wesentliche Rolle spielen.

Beispielsweise:

Kann v2 weiterhin Daten aus v1 lesen?
Ignoriert v1 unbekannte neue Felder?
Wann wird v1 nicht mehr unterstützt?

Interoperabilität ist kein Zustand, der nach der ersten erfolgreichen Integration für immer garantiert bleibt.

Ein Adapter kann Interoperabilität herstellen

Zwei Systeme müssen nicht dasselbe interne Datenmodell besitzen.

Ein Adapter kann zwischen ihnen übersetzen:

System A
   ↓
Format A
   ↓
Adapter
   ↓
Format B
   ↓
System B

Der Adapter kann beispielsweise:

• Feldnamen umsetzen
• Werte konvertieren
• Einheiten umrechnen
• Zustände zuordnen
• Versionen übersetzen

Dadurch kann der Adapter eine interoperable Zusammenarbeit zwischen ansonsten inkompatiblen Systemen ermöglichen.
Der Adapter wird damit allerdings selbst zu einem Bestandteil der Integration und erzeugt eigene Wartungs- und Testanforderungen.

Zu viele Übersetzungen können ein Warnsignal sein

Angenommen, ein Prozess benötigt:

System A
   ↓
Adapter 1
   ↓
Zwischenformat
   ↓
Adapter 2
   ↓
Middleware
   ↓
Adapter 3
   ↓
System B

Das kann technisch notwendig sein.
Es kann aber auch darauf hinweisen, dass historisch mehrere inkompatible Systeme miteinander verbunden wurden.
Jede Übersetzung kann zusätzliche Fehlerquellen und Bedeutungsverluste erzeugen.

Bei einer Systemanalyse kann deshalb interessant sein:

Welche dieser Übersetzungen benötigen wir tatsächlich noch?

Interoperabilität und Systemintegration

Systemintegration beschreibt den Prozess und die technische Aufgabe, unterschiedliche Komponenten zu einem zusammenarbeitenden System zu verbinden.
Interoperabilität beschreibt eine dafür wichtige Eigenschaft.

Vereinfacht:

Systemintegration:
Wie verbinden wir die Systeme?

Interoperabilität:
Können die verbundenen Systeme sinnvoll zusammenarbeiten?

Eine Integration kann technisch existieren und trotzdem schlechte Interoperabilität besitzen.
Dann entstehen möglicherweise viele Sonderfälle, manuelle Korrekturen oder Informationsverluste.

Interoperabilität und digitale Souveränität

Interoperabilität kann digitale Souveränität unterstützen.
Wenn ein System nur mit einem einzigen spezifischen Produkt zusammenarbeiten kann, entsteht eine starke technische Abhängigkeit.
Kann es dagegen über dokumentierte Schnittstellen und Formate mit mehreren Implementierungen zusammenarbeiten, entstehen zusätzliche Handlungsmöglichkeiten.

Das erleichtert beispielsweise:

Komponenten austauschen
Anbieter wechseln
eigene Werkzeuge entwickeln
Systeme schrittweise modernisieren

Interoperabilität beseitigt Abhängigkeiten nicht.
Sie kann aber deren Veränderbarkeit verbessern.

Interoperabilität und Legacy-Systeme

Legacy-Systeme besitzen häufig etablierte Schnittstellen, deren tatsächliche Bedeutung über Jahre gewachsen ist.

Eine Schnittstelle kann formal beispielsweise nur enthalten:

customer_id
amount
date

Im laufenden Betrieb existieren jedoch möglicherweise zusätzliche Regeln:

customer_id 0 besitzt Sonderbedeutung
negative Beträge werden anders verarbeitet
date leer bedeutet aktueller Buchungstag

Diese Eigenschaften stehen möglicherweise in keiner aktuellen Dokumentation.
Eine Modernisierung muss deshalb nicht nur das sichtbare Format übernehmen.
Sie muss die für den Prozess relevante tatsächliche Semantik erstehen.
Interoperabilität mit einem Legacy-System ist deshalb häufig auch eine Aufgabe der Systemanalyse.

Interoperabilität und Low-Tech

Interoperabilität kann dazu beitragen, technische Systeme kleiner und austauschbarer zu gestalten.
Wenn Komponenten über einfache, klar dokumentierte Schnittstellen zusammenarbeiten, können einzelne Teile möglicherweise unabhängig ersetzt werden.
Dafür muss nicht zwangsläufig eine komplexe Integrationsplattform eingeführt werden.
Für einen einfachen Anwendungsfall kann beispielsweise bereits ein wohldefiniertes Dateiformat ausreichend sein.
Die passende Form der Interoperabilität hängt vom tatsächlichen Bedarf ab.

Warum Interoperabilität praktische Auswirkungen hat

• Systeme können sinnvoll zusammenarbeiten: Nicht nur Übertragung, sondern Verwendung der Informationen wird betrachtet.
• Semantische Fehler werden sichtbar: Gleiche Datenstrukturen bedeuten nicht automatisch dasselbe.
• Standards können gemeinsame Grundlagen schaffen: Vereinbarungen müssen nicht für jede Integration vollständig neu entwickelt werden.
• Offene Datenformate können ihr Potenzial entfalten: Unabhängige Implementierungen können auf einer gemeinsamen dokumentierten Grundlage zusammenarbeiten.
• Systeme können leichter ausgetauscht werden: Gut definierte Grenzen reduzieren bestimmte Abhängigkeiten.
• Legacy-Modernisierung wird erleichtert: Alte und neue Systeme können schrittweise gekoppelt werden.
• Fehlerverhalten wird Teil der Schnittstelle: Zusammenarbeit muss nicht nur im Erfolgsfall funktionieren.
• Interoperabilität kann geprüft werden: Reale Implementierungen können gegeneinander getestet werden.
• Digitale Souveränität kann steigen: Mehrere kompatible Implementierungen schaffen zusätzliche Handlungsmöglichkeiten.

Typisches Beispiel

Eine Warenwirtschaft liefert einem Onlineshop Lagerbestände.

Die Schnittstelle überträgt:

{
  "article": "A-4711",
  "stock": 12
}

Technisch funktioniert die Verbindung fehlerfrei.

Die Warenwirtschaft definiert stock als:

physisch vorhandene Menge

Der Shop interpretiert den Wert als:

sofort verkäufliche Menge

Von den zwölf vorhandenen Artikeln sind jedoch fünf bereits für andere Bestellungen reserviert.
Der Shop bietet deshalb zwölf Artikel zum Verkauf an, obwohl nur sieben verfügbar sind.
Die Schnittstelle funktioniert.
Die Syntax funktioniert.
Die Datenübertragung funktioniert.
Die Interoperabilität ist trotzdem unzureichend.

Nach einer Klärung wird das Datenmodell erweitert:

{
  "article": "A-4711",
  "physical_stock": 12,
  "reserved_stock": 5,
  "available_stock": 7
}

Zusätzlich wird die Bedeutung der Felder dokumentiert.
Erst dadurch besitzen beide Systeme eine ausreichende gemeinsame Grundlage für den vorgesehenen Prozess.

Abgrenzung

• Interoperabilität bezeichnet die Fähigkeit unterschiedlicher Systeme, Informationen auszutauschen und für einen bestimmten Zweck sinnvoll zu verwenden.
• Schnittstelle bezeichnet einen definierten Übergang zwischen Systemen oder Systembestandteilen, an dem relevante Eigenschaften, Wechselwirkungen oder Beziehungen festgelegt werden. Eine Schnittstelle kann Interoperabilität ermöglichen, garantiert sie aber nicht.
• Systemintegration bezeichnet die Verbindung unterschiedlicher Komponenten oder Systeme zu einem zusammenarbeitenden Ganzen. Interoperabilität ist eine relevante Eigenschaft dieser Zusammenarbeit.
• Offenes Datenformat beschreibt ein ausreichend öffentlich dokumentiertes Datenformat, das unabhängige Implementierungen ermöglicht. Es kann Interoperabilität unterstützen, garantiert sie aber nicht.
• Kompatibilität beschreibt allgemein die Verträglichkeit von Komponenten oder Systemen. Interoperabilität betrachtet insbesondere ihre Fähigkeit zur Zusammenarbeit und zum sinnvollen Austausch von Informationen.
• Digitale Souveränität beschreibt die Fähigkeit, bei digitalen Abhängigkeiten entscheidungs- und handlungsfähig zu bleiben. Interoperabilität kann Austauschbarkeit und damit vorhandene Handlungsoptionen erhöhen.

Weiterführend

Verwandte Begriffe

→ Schnittstelle
→ Systemintegration
→ Offenes Datenformat
→ Digitale Souveränität
→ Systemarchitektur
→ Legacy-Modernisierung
→ Low-Tech