Konzipierung und Realisierung einer Software zum Import von ARIS-Modellen in MLDesigner

140 Pages·2006·4.41 MB·German

by  Danny Ammon

Technische Universit(cid:228)t Ilmenau
Fakult(cid:228)t f(cid:252)r Informatik und Automatisierung
Institut f(cid:252)r Biomedizinische Technik und Medizinische Informatik
Fachgebiet Biosignalverarbeitung
Konzipierung und Realisierung einer Software
zum Import von ARIS-Modellen in MLDesigner
Diplomarbeit
zur Erlangung des akademischen Grades
(cid:18)Diplom-Informatiker(cid:16)
vorgelegt von: Danny Ammon
Adresse: Kleine Bahnhofstra(cid:255)e 15a, 98544 Zella-Mehlis
Telefon: [phone]
E-Mail: [email protected]
Matrikelnummer: 31224
Verantwortlicher Hochschullehrer: Univ.-Prof.Dr.(USA) Horst Salzwedel
Hochschulbetreuer: apl.Prof.Dr.-Ing.habil.Vesselin Detschew, Dipl.-Inf.Katja Eisentraut
Inventarisierungsnummer: 2006-06-01/077/IN00/2222
Einreichungsdatum: 17.08.2006
Im Rahmen des klinischen Prozessmanagements werden klinisch-administrative Vorg(cid:228)n-
ge mit informationstechnischen Mitteln modelliert und simuliert. Zwei hierf(cid:252)r nutzbare
Werkzeuge sind das ARIS Toolset und der MLDesigner. In der vorliegenden Arbeit soll
eine M(cid:246)glichkeit gescha(cid:27)en werden, mit dem ARIS Toolset erstellte Prozessmodelle auto-
matisch und m(cid:246)glichst vollst(cid:228)ndig und fehlerfrei in den MLDesigner zu transferieren. Zu
diesem Zweck werden die beiden Modellierungssysteme zun(cid:228)chst analysiert und ihre Mo-
delltypen sowie deren Elemente n(cid:228)her erl(cid:228)utert und miteinander verglichen. Es zeigt sich,
dass die M(cid:246)glichkeit der Darstellung von klinischen Prozessen mit Hilfe von ereignisge-
steuerten Prozessketten (EPK) eine starke ˜hnlichkeit gegen(cid:252)ber der Blockstruktur von
Modellen im MLDesigner aufweist. Speziell die EPK-Objekte Ereignis, Funktion bzw. Re-
gel sind problemlos als MLDesigner-Modul bzw. Primitiv beschreibbar. Im zweiten Teil der
Betrachtungen wird diese theoretische Vorarbeit genutzt, um den Prototyp eines Konver-
ters f(cid:252)r ARIS-Toolset-Modelle in das MLDesigner-Format zu entwerfen und zu realisieren.
Die XML-Exportfunktion des ARIS Toolset und das XML-Speicherformat des MLDesigner
erm(cid:246)glichen dabei eine Datentransformation mittels XSLT; auf Grund der unterschiedli-
chen Betriebssysteme, unter denen die beiden Softwaresysteme operieren (Windows kontra
Linux), eignet sich die betriebssystemunabh(cid:228)ngige Programmiersprache Java f(cid:252)r die Imple-
mentierung.DassoerstellteWerkzeugzumTransfervonARIS-ModellenindenMLDesigner
hat damit die Form einer Java-Applikation mit XSLT-Einbindung, die sowohl unter Win-
dows als auch unter Linux lau(cid:27)(cid:228)hig ist. Der fertige ARIS-MLDesigner-Konverter wird nach
einer Erl(cid:228)uterung der in seinem Quellcode verwendeten Methoden einer Validierung und
Leistungsbewertung unterzogen; schlie(cid:255)lich werden Ans(cid:228)tze f(cid:252)r weitere Forschungen auf
dem Gebiet der Modellkonvertierung mit Augenmerk auf o(cid:27)ene Standards aufgezeigt.
(cid:21) 3 (cid:21)
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis 8
Tabellenverzeichnis 10
Abk(cid:252)rzungsverzeichnis 11
1 Einleitung 14
1.1 Modellierung und Simulation klinischer Prozesse . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.2 Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3 Aufbau der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2 ARIS 20
2.1 ARIS-Informationsmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.1.1 ARIS-Haus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.1.2 ARIS-Sichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.1.3 ARIS-Phasen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2 ARIS Platform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.3 ARIS Toolset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3.1 Datenbank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.3.2 ARIS Explorer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.3.3 ARIS Designer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.4 Modellierungselemente in ARIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.4.1 Ereignisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.4.2 Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.4.3 Regeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.4.4 Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.4.5 Organisationseinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.4.6 Weitere Objekttypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.4.7 Eigenschaften und Attribute von Objekttypen . . . . . . . . . . . . . 34
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(cid:21) 4 (cid:21)
2.5 Einsatz von ARIS in der Medizinischen Informatik . . . . . . . . . . . . . . 35
2.5.1 Top-Down-Ansatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.5.2 Bottom-Up-Ansatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3 MLDesigner 37
3.1 Systemtheoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.1.1 Signale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.1.2 Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.1.3 Weitere relevante systemtheoretische Begri(cid:27)e . . . . . . . . . . . . . 38
3.2 MLDesigner als Werkzeug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2.1 Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2.2 Bedienungsprinzipien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.3 Modellierungselemente in MLDesigner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.3.1 Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.3.2 Primitive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.3.3 Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.3.4 Beispiel-Primitive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.4 Einsatz des MLDesigner in der Medizinischen Informatik . . . . . . . . . . . 45
4 Forschungsstand 47
4.1 Klinisches Prozessmanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.1.1 Modellierung klinischer Prozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.1.2 Krankenhausvergleich (cid:252)ber Standardprozesse . . . . . . . . . . . . . 48
4.2 Modellierung und Simulation klinischer Prozesse . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.2.1 Prozessmodellierung zum Management klinischer Abl(cid:228)ufe . . . . . . 48
4.2.2 Einzelprozessmodellierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.2.3 Einzelprozesssimulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.2.4 Klinische Prozessbibliotheken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.3 (cid:220)bertragung von ARIS-Modellen in andere Softwaresysteme . . . . . . . . . 50
4.3.1 Standardisierung des EPK-Speicherformats . . . . . . . . . . . . . . 50
4.3.2 ARIS-Einzelmodellimport in der Bauinformatik . . . . . . . . . . . . 51
4.3.3 Wiedergabe und Abarbeitung von ARIS-Modellen . . . . . . . . . . 51
4.3.4 Kommerzielle Werkzeuge zur Modellkonvertierung . . . . . . . . . . 52
Inv.-Nr. 2006-06-01/077/IN00/2222
(cid:21) 5 (cid:21)
4.3.4.1 BPM-Converter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.3.4.2 TOOLBUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.3.5 Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5 ARIS-Modelle im MLDesigner (cid:21) Konzeptmodellierung 54
5.1 Vergleich ARIS (cid:21) MLDesigner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
5.1.1 Vergleich der Modellierungswerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
5.1.2 Analyse der ARIS-Modelltypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
5.1.3 eEPK versus MLDesigner-Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5.2 Analyse einer Elementumsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.2.1 Ereignisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.2.2 Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.2.3 Regeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.2.4 Umsetzung von Eigenschaften und Attributen . . . . . . . . . . . . . 66
5.3 Konvertierung von Modellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.3.1 Modellexport aus ARIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.3.2 Modellimport in den MLDesigner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
6 Konverter-Design 71
6.1 Eigenschaften des Anwendungsbereichs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.1.1 Anwendungsbereich ARIS Toolset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.1.2 Anwendungsbereich MLDesigner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
6.2 Begri(cid:27)e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
6.2.1 Quelldatei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
6.2.2 Zieldatei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
6.2.3 Konverter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
6.3 Anforderungsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.3.1 Windows-native Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.3.2 Betriebssystemunabh(cid:228)ngige Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . 76
6.3.3 Linux-spezi(cid:28)sche Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
6.4 Ableitung der Spezi(cid:28)kationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
6.4.1 Spezi(cid:28)kationen der Benutzerschicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
6.4.2 Spezi(cid:28)kationen der Anwendungsschicht . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Inv.-Nr. 2006-06-01/077/IN00/2222
(cid:21) 6 (cid:21)
6.4.3 Spezi(cid:28)kationen der Betriebssystemschicht . . . . . . . . . . . . . . . 79
6.5 Entwurf und L(cid:246)sungsweg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
6.5.1 Modelltransformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
6.5.1.1 Stylesheet f(cid:252)r Library-Datei . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
6.5.1.2 Stylesheet f(cid:252)r System-Datei . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
6.5.1.3 Stylesheet f(cid:252)r Modellelement-Datei . . . . . . . . . . . . . . 83
6.5.2 Nutzerinteraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
6.5.2.1 Benutzerober(cid:29)(cid:228)che . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
6.5.2.2 Konvertierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
6.5.2.3 Export . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
7 Implementierung 87
7.1 Modellkonvertierung durch XSLT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
7.1.1 XSLT-Dokument library.xsl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
7.1.2 XSLT-Dokument system.xsl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
7.1.3 XSLT-Dokument module.xsl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
7.2 Programmrealisierung mit Java . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
7.2.1 Klassen f(cid:252)r die Benutzerober(cid:29)(cid:228)che . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
7.2.1.1 Klasse Hauptfenster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
7.2.1.2 Klasse Durchsuchenfenster . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
7.2.1.3 Klasse Hilfefenster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
7.2.1.4 Klasse Beenden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
7.2.2 Klasse f(cid:252)r die Konvertierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
7.2.3 Klassen f(cid:252)r den Export . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
7.2.3.1 Klasse Export . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
7.2.3.2 Klasse TempDateienLoeschen . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
7.3 Konverterimplementierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
7.3.1 Konverterstruktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
7.3.2 Konverter-Ein- und Ausgabeverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
8 Validierung und Leistungsbewertung 112
8.1 Validierung der Elementumsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
8.2 Modelle aus der klinischen Praxis als Validierungsinstrument . . . . . . . . 113
Inv.-Nr. 2006-06-01/077/IN00/2222
(cid:21) 7 (cid:21)
8.2.1 Modell (cid:18)Siemens Process Framework Level 2 (cid:21) Treat(cid:16) . . . . . . . . . 114
8.2.2 Modell (cid:18)Therapiestandard Akutes Koronarsyndrom(cid:16) . . . . . . . . . 117
8.3 Veri(cid:28)kation und Leistungsbewertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
8.3.1 Analyse des Ist-Zustandes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
8.3.2 Vergleich mit dem Soll-Zustand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
8.4 Abschlie(cid:255)ende Beurteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
9 Zusammenfassung 123
10 Ausblick 126
Anhang: Inhalt der beiliegenden CD-ROM 128
Literaturverzeichnis 129
Thesen zur Diplomarbeit 139
Eidesstattliche Erkl(cid:228)rung 140
Inv.-Nr. 2006-06-01/077/IN00/2222
(cid:21) 8 (cid:21)
Abbildungsverzeichnis
1.1 Themenbereich der vorliegenden Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.1 ARIS-Haus mit Phasenkonzept. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2 ARIS-Modelltypen (cid:21) Organigramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3 ARIS-Modelltypen (cid:21) eERM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.4 ARIS-Modelltypen (cid:21) Funktionsbaum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.5 ARIS-Modelltypen (cid:21) Leistungsbaum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.6 Elemente einer eEPK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.7 ARIS-Modelltypen (cid:21) eEPK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.8 Auswahl von ARIS-Modelltypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.9 GUI des ARIS Explorer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.10 GUI des ARIS Designer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.11 ARIS-Objekttypen (cid:21) Ereignis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.12 ARIS-Objekttypen (cid:21) Funktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.13 ARIS-Objekttypen (cid:21) Regeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.14 ARIS-Objekttypen (cid:21) Datencluster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.15 ARIS-Objekttypen (cid:21) Organisationseinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.1 Ein-Ausgangssystemmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.2 Blockdiagramm eines typischen r(cid:252)ckgekoppelten Systems . . . . . . . . . . . 39
3.3 MLDesigner-Bestandteilhierarchie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.4 MLDesigner-Benutzerober(cid:29)(cid:228)che . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.5 MLDesigner-Beispielmodell testPacket . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.1 ARIS-Haus mit Erl(cid:228)uterung der Sichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.2 Regeln in eEPK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.3 ARIS-Modelltypen (cid:21) Vorgangskettendiagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.4 ARIS-Modelltypen (cid:21) Wertsch(cid:246)pfungskette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
5.5 Schema zur ARIS-Objekttypumsetzung in MLDesigner . . . . . . . . . . . . . 65
Inv.-Nr. 2006-06-01/077/IN00/2222
(cid:21) 9 (cid:21)
5.6 Schema zur ARIS-Attributumsetzung in MLDesigner . . . . . . . . . . . . . . 67
5.7 Schema zum Modellexport aus ARIS Toolset . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.8 Schema zum Modellimport in MLDesigner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.9 Schema zur Modell(cid:252)bertragung von ARIS Toolset zu MLDesigner . . . . . . . 70
6.1 ARIS Toolset (cid:21) XML-Exportm(cid:246)glichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
6.2 Schema zur Dateistruktur von MLDesigner-Librarys . . . . . . . . . . . . . . 73
6.3 MLDesigner (cid:21) Library-Importm(cid:246)glichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
6.4 Konverterspezi(cid:28)kationen (cid:21) Schichtenarchitektur . . . . . . . . . . . . . . . . 77
6.5 Prinzip der XSL-Transformation von XML-Daten . . . . . . . . . . . . . . . 80
7.1 Software-Architektur des ARIS-MLDesigner-Konverters . . . . . . . . . . . . 87
7.2 Koordinatensysteme von ARIS Toolset und MLDesigner . . . . . . . . . . . . 91
7.3 ARIS-MLDesigner-Konverter (cid:21) Hauptfenster . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
7.4 ARIS-MLDesigner-Konverter (cid:21) Datei-(cid:214)(cid:27)nen-Dialog . . . . . . . . . . . . . . 99
7.5 ARIS-MLDesigner-Konverter (cid:21) Hilfefenster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
7.6 ARIS-MLDesigner-Konverter (cid:21) Struktur der Programmdateien . . . . . . . . 110
7.7 ARIS-MLDesigner-Konverter (cid:21) Ein-/Ausgabeverhalten . . . . . . . . . . . . . 111
8.1 ARIS-MLDesigner-Konverter (cid:21) Elementumsetzung . . . . . . . . . . . . . . . 113
8.2 Siemens Process Framework Level 2 (cid:21) ARIS-Toolset-Modell . . . . . . . . . . 114
8.3 Siemens Process Framework Level 2 (cid:21) MLDesigner-Modell . . . . . . . . . . 116
8.4 Therapiestandard Akutes Koronarsyndrom (cid:21) ARIS-Toolset-Modell . . . . . . 117
8.5 Therapiestandard Akutes Koronarsyndrom (cid:21) MLDesigner-Modell . . . . . . 118
Inv.-Nr. 2006-06-01/077/IN00/2222
(cid:21) 10 (cid:21)
Tabellenverzeichnis
2.1 Kernattribute von ARIS-Objekten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2 Weitere Attribute von ARIS-Objekten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.1 Parameter-Datentypen in MLDesigner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2 MLDesigner-Primitive der DE-Dom(cid:228)ne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.1 Gegen(cid:252)berstellung ARIS Toolset (cid:21) MLDesigner . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.2 Klassi(cid:28)zierung von ARIS-Modelltypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
5.3 Gegen(cid:252)berstellung eEPK (cid:21) MLDesigner-Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Inv.-Nr. 2006-06-01/077/IN00/2222