#1

Hochwasserinformations-Portal auf Basis von Windows Azure

im Land Niedersachsen

Dr. Holger Schwichtenberg

www.IT-Visions.de / 5Minds IT-Solutions

Softwarearchitekt, Berater, Trainer, Fachjournalist

Version 1.1

16.10.2013

#2

Agenda

• Vorstellung

– www.IT-Visions.de / 5minds IT-Solutions GmbH & Co. KG

– NLWKN

• Das Betriebsdateninformationssystem des NLWKN

• Einsatz von Windows Azure für das Pegel Online-Portal

– Kurze Einführung zu Azure

– Nutzung von Azure für Pegel Obline

• Zusammenarbeit in diesem Projekt

#3

Vorstellung

• Spezialisten für .NET, Visual Studio, TFS, SQL Server, SharePoint, BizTalk, CRM, Windows Server, PowerShell, Windows Azure. Auch: Oracle, JavaScript, Ruby, u.a.

• www.IT-Visions.de, Essen

– Strategische und technische Beratung

– Schulungen (individuell/In-House und standardisiert/öffentlich)

– Support (Telefon/Online)

• 5Minds IT-Solutions GmbH & Co KG, Oberhausen

– Softwareentwicklung

• Dr. Holger Schwichtenberg

– Wirtschaftsinformatiker, Microsoft Most Valuable Professional (MVP), MCSD

– Entwicklungsleiter, Architektur, Beratung, Schulung

– Autor für heise.de, ix, dotnet magazin, dotnetpro,Addison-Wesley, Microsoft Press, Hanser, u.a.

– Gutachter Verfahren EU versus Microsoft

– Blog: www.DOTNET-DOKTOR.de

– Twitter: www.twitter.com/DOTNETDOKTOR

– Kontakt: buero@IT-Visions.de, 0201 7490-700

#4

Fachveröffentlichungen (Auswahl)

#5

Unsere Kunden (Auswahl)

#6

NLWKN

#7

NLWKN

• Niedersächsischer Landesbetriebfür Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz

• entstand der NLWKN zum 1. Januar 2005 aus dem Zusammenschluss mehrerer bislang selbstständiger Landesbehörden:

– Landesbetrieb für Wasserwirtschaft und Küstenschutz

– Landesamt für Ökologie

– Dezernate für Naturschutz und Wasserwirtschaft der vier 2004 aufgelösten Bezirksregierungen (Weser-Ems, Hannover, Lüneburg und Braunschweig).

• Direktion des NLWKN in der Stadt Norden

• Betriebsstellen: Aurich, Brake-Oldenburg, Cloppenburg, Hannover-Hildesheim, Lüneburg, Meppen, Norden-Norderney, Stade, Sulingen, Braunschweig, Göttingen und Verden

#8

Aufgaben des NLWKN

• Betrieb und Unterhaltung landeseigener Anlagen und Gewässer

• Planung und Bau wasserwirtschaftlicher Anlagen

• Gewässergüte / Schadstoffunfallbekämpfung

• Flussgebietsmanagement

• Gewässerkundlicher Landesdienst

• radiologische Überwachung / Strahlenschutz

• Naturschutz

#9

Hochwasservorhersagezentrale des NLWKN

• Früher: Dezentralität, bei Datenhaltung und "Berechnungen"

• HWVZ eingerichtet 1. Oktober 2009

• Software: Betriebsdateninformationsystem (BIS) und Panta Rhei

• Operationelle Vorhersagen für das Aller-Leine-Oker-Gebiet seit Januar 2011

• Operationelle Vorhersagen für das Hase-Einzugsgebiet seit 2012

• Nächstes Flussgebiet in Vorbereitung: Hunte

• Vorhersagebetrieb für weitere Einzugsgebiete geplant

#10

Flussgebiete

#11

GIS-basierte Modelldaten

Modellsystem PANTA RHEI

Hydro-Meteorologische Mess- und Vorhersagedaten +

Wasserhaushaltsmodell

kontinuierliche Modellierung der Komponenten des Wasserhaushalts

Topographie

Teil-EZG, Gewässer

Pegel etc.

Landnutzung

Bodentypen

Hochwasservorhersage – Modell

#12

Hochwasservorhersage aufgrund prognostizierter Niederschläge

#13

Zielgruppen

• Katastrophenschutzdienste

• Öffentliche Einrichtungen

• Binnenschifffahrt

• Landwirte

• Besitzer von Industrieanlagen

• Hausbesitzer

• …

#14

Betriebsdateninformationsystem "BIS"

#15

Betriebsdateninformationsystem"BIS"

• Zentrale Betriebsdatenbank des NLWKN

• Aktuell: Wasserstände/Hochwasservorhersage

• Geplant auch: Gewässergüte, Grundwasser

• Derzeit mehr als 3 Milliarden Datensätze in der Messdatentabelle

• täglicher Zuwachs ca. 3 Millionen

• Agiles Projekt, noch nicht abgeschlossen

• Aktuell: Version 0.4

• Benutzer können seit Version 0.1 damit arbeiten

• Referenzprojekt bei Microsoft Deutschland!

#16

BIS-Inhouse-Anwendung

#17

Pegel Onlinehttp://www.pegelonline.nlwkn.niedersachsen.de

alias http://pegel.cloudapp.net

#18

BIS App für iPhone und Android(geplant für Windows Phone)

18

#19

Windows Gadget

#20

BIS-Technik

#21

Systemaufbau BIS

eMailFax SMS Voice

Prognose/Modell

Panta-Rhei

Pegel GBI/GBIII

Grundwasser

Güte

via ISDN und Handy-Netz*

Echtzeit-Daten

vorplausibilisierte Daten

Prognose-Daten

„geprüfte“ Daten

Meßdaten Dritter

Datenbank

Berichte/Meldungen

Kommunikation

Meßdaten NLWKN

Leitstand

Internet

Fachanwendungen

Hochwassermeldungen

Regionale Hochwassermeldungen

Berichte

Archivierung (revisionssicher)

Kundenzugriff über Nutzerprofile

gleiche Datensicht für Entscheider

ortsunabhängig (Direktion, BSt., MU, THW)etc.

LDB

Langzeitarchiv

GIS

Geodaten

#22

Softwarearchitektur

• Mehrschichtarchitektur

• Eigener Application Server entwickelt

– Konfigurierbare Vorgänge, Protokollierung

• Großer Fokus auf Erweiterbarkeit

– Importer

– Vorgänge

– Berechnungen

– Benutzerschnittstelle

• Automatische Eingabemaskengenerierung auf Basis von Metadaten (Model Driven Architecture)

• Generisches Rechtesystem

• Skalierbarkeit

• Hochverfügbarkeit

#23

Eingesetzte Techniken

• Microsoft SQL Server 2008 R2 geplant: 2012

• .NET 4.5, C#

• ADO.NET Entity Framework

• Windows Communication Foundation (WCF)

• Windows PowerShell

• Windows Presentation Foundation (WPF)

• Task Parallel Library (TPL)

• ASP.NET

• AJAX / JavaScript

• Windows Azure mit Table Storage (NoSQL-DB)

• Bing Maps

• ObjectiveC

#24

#25

Projekt "BISCloud"

#26

Warum Windows Azure?

• Hohe Skalierbarkeit

– In „Friedenszeiten“ interessiert sich kaum jemand für die Wasserstandsdatenwebsite „Pegel Online“

– In Hochwasserzeiten (z.T. auch Niedrigwasserzeiten) aber großes / extrem großes Interesse

– Man müsste eigene Server auf den Extremstfall auslegen, der nur alle 10-20 Jahre eintritt sehr hohe Anschaffungskosten

– Automatische Skalierung bei Bedarf in Azure!

• Hochverfügbarkeit (99,95% bei min. zwei Instanzen)

• Fixe Kosten durch Abo

• .NET-Unterstützung (Code, der ursprünglich für lokale Windows Server entwickelt wurde, konnte mit wenig Aufwand zu Azure portiert werden)

• Keine rechtlichen Restriktionen

#27

Datenfluss

Lokaler

AppServer

BISCloud in Azure

Import-Service

Hintergrund-

Prozess

Web-App

Queue

Blob

Tables

#28

Table/Blob Storage versus SQL Azure

Vorteil von nicht-relationalen Technologien in der Cloud:

– Sie skalieren sehr gut. Große Datenmengen können problemlos über verschiedene Rechner verteilt werden.

– Es gibt so gut wie keine Größenlimits (hingegen 150 GB bei SQL Server in der Cloud)

– Sie sind deutlich billiger als relationale Datenbanken

– Daten werden aus Gründen der Ausfallssicherheit redundant gehalten (3 Kopien pro Eintrag in Azure-Cloud)

Nachteile:

– Bieten viele Möglichkeiten von relationalen DBs nicht und sind somit für komplexe Datenstrukturen nicht geeignet

#29

#30

Skalierung

#31

Skalierung

• Automatische Skalierung bei Bedarf (Scale Agent)

• Kontrolle der Skalierung der Cloud-Instanzen aus dem BIS Leitstand (Desktop-Anwendung) heraus

• Manuelle Skalierung möglich

#32

Automatisches Skalieren

Instanz #1

Instanz #2

Scale-Agent

Azure

Management

Service

Table-Store mit Performance-Statistiken

Skalierungs-Auftrag

#33

Überwachung

#34

Zusammenarbeit

• Architekturberatung im Vorfeld durch www.IT-Visions.de

• Machbarkeitsstudie durch www.IT-Visions.de

• Schulung der NLWKN-Entwickler und –Adminstratorendurch www.IT-Visions.de

– .NET, SQL Server, Windows Azure, SharePoint,

– Projektmanagement, TFS

• Implementierung durch 5Minds und NLWKN

• Inzwischen: Weiterentwicklung primär durch NLWKN

• Qualitätssicherung und Second-Level-Support durch 5Minds

Hilfe zur Selbsthilfe

Lösung kann durch andere Bundesländer

genutzt werden !!!

#35

Fazit

• Sehr viel schnellere und präzisere Informationsversorgung

• Agiles Vorgehen schnell eine nutzbare Lösung parallel zum

Ermitteln der Anforderungen

• Hochwasserportal ist ein klassischer Fall für die Cloud (sporadisch sehr hohe Nachfrage)

• Entscheidung für Cloud und Azure war eine gute Entscheidung

• Kosten wesentlich niedriger als bei eigenem Vorhalten der Ressourcen

• Migration der ursprünglich nicht für Azure entwickelten Website auf Azure war einfach

• Betrieb stabil (wenn man mal von dem Azure-Ausfall am 22/23.2. absieht)

#36

Am Ziel

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Fragen?

Jetzt oder später: hs@IT-Visions.de

#37

Brauchen Sie Unterstützung?

• .NET, Silverlight, WinRT, SQL Server, SharePoint, Windows Server, BizTalk, CRM, u.v.a. Microsoft-Produkte sowie Oracle, MySQL und Java …

• Beratung bei Einführung, Migration und Betrieb

• (Vor-Ort-)Schulungen, Workshops

• Coaching (Vor-Ort | Telefon | E-Mail | Online-Meeting)

• Support (Vor-Ort | Telefon | E-Mail | Online-Meeting)

• Entwicklung von Prototypen und Lösung

http://www.IT-Visions.de

Telefon 0201/7490-700

hs@IT-Visions.de