DE3638675A1 - Rechnergestuetztes schulungssystem und verfahren zur wirtschaftlichen rechnergestuetzten schulung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Datenübertragungs- oder -austauschsysteme, insbesondere in einer rechnergestützten Schulungs- oder (auch) Ausbildungsanlage, auch als CBE-Anlage bezeichnet.

CBE-Anlagen befinden sich seit 25 Jahren in Entwicklung und seit 20 Jahren, wenn auch in begrenztem Maß, im Einsatz. Der anerkannte Stand der Technik auf dem CBE-Gebiet ist das sog. PLATO-System, das erstmals an der University of Illinois entwickelt wurde und in der US-PS 34 05 457 beschrieben ist, auf deren Inhalt hiermit Bezug genommen wird.

Verschiedene Aspekte des PLATO-Systems und seine Realisierbarkeit in CBE-Anlagen sind in verschiedenen Artikeln untersucht worden; vgl. z. B. "Advances in Computer-based Education", Alpert und Bitzer, Science, 167, 1582-1590 (März 1970).

Das PLATO-System ist ein großes Grundgerät-Zentralprozessorsystem, das mehr als 1000 angeschlossene Anzeigeendgeräte auf Echtzeitbasis und Dialogbetriebsbasis zu bedienen vermag. Die Zentralprozessoreinheit macht für Studenten/Anwender Zehntausende von Kurs- oder Unterrichtsstunden in einer Vielzahl von Stoffbereichen in Form von auf den Endgeräten der Studierenden wiedergegebenem Lehrmaterial verfügbar.

Dem Studierenden steht üblicherweise ein elektronisches Anzeigegerät (z. B. ein Kathodenstrahlröhren-Bildschirm) und ein Tastenfeld zur Verfügung. Information wird in Form eines Textes und/oder graphischer Darstellungen (ähnlich einem Textbuch) dargeboten. Der Studierende kann über das Tastenfeld antworten, indem er anzeigt, daß er die Durchsicht des dargebotenen Materials beendet hat und für die Darbietung weiteren Materials bereit ist. Er kann ferner seine Verarbeitung des Materials durch Beantwortung von Fragen und dgl. beweisen.

Die Antwortgeschwindigkeit des zentralen Rechners auf Fragen und Anweisungen des Studierenden ist von großer Wichtigkeit: Studierende bleiben nicht ruhig sitzen, während die Maschine mehrere Sekunden für die Darbietung einer neuen Darstellung oder für die Antwort auf Tastenfeldbetätigungen braucht. Kurz gesagt, ein erfolgreicher CBE-Dialogbetrieb erfordert ein in Sekundenbruchteilen erfolgendes Antworten und entsprechend schnelle Bildschirmdarstellungen.

Die in PLATO-Systemen verwendeten Endgeräte können vergleichsweise "unintelligent" sein, und zwar insofern, als die meisten Anwendungsprogramme im zentralen Rechner ausgeführt werden, während Anzeige- oder Wiedergabeprogramme im Endgerät ausgeführt werden. Der größte Teil des Datenaustausches zwischen dem zentralen Rechner und den zugeordneten Endgeräten besteht aus über Fernsprechleitungen erfolgender Übertragung der für die Erzeugung einer Anzeige oder Wiedergabe nötigen Informationen und auf denselben Leitungen erfolgender Übertragung der Anwender-Tastenfeldeingaben vom Endgerät zum Rechner.

Verschiedene Hauptkostenfaktoren verhinderten bisher die wirtschaftliche Verfügbarkeit der CBE-Dienste des zentralen Rechners für den potentiellen Hauptteil der Anwender. Der erste Kostenfaktor besteht dabei in den immanenten Hardware-Kosten für die zentralen Prozessoreinheiten und die zugehörige Ausrüstung. In den letzten Jahren ist jedoch als Folge technischer Neuerungen Ausrüstung, die vergleichbare und in vielen Fällen bessere Leistungen bei erheblich verringerten Kosten zeigt, entwickelt worden. Der andere Kostenfaktor, nämlich für die Daten-Übertragungswege hat sich dagegen nicht verringert, sondern in manchen Fällen sogar erhöht.

Die Fernsprechgebühren betragen typischerweise das Doppelte oder Dreifache der monatlichen Anschlußkosten oder -gebühren für ein Endgerät. Während es beispielsweise nicht ungewöhnlich ist, daß pro Endgerät monatlich zwischen 250 und 500 US-Dollar für einen Zugang zum Zentralrechner-CBE-System bezahlt werden müssen, können die Fernsprechgebühren diesen Monatsbetrag auf 1000-1200 Dollar pro Endgerät steigern. Diese hohen Anschluß- oder Datenaustauschgebühren bestehen auch dann, wenn sich mehrere Endgeräte in eine einzige Fernsprechleitung teilen.

Der die Zahl der Endgeräte, die sich in eine Fernsprechleitung teilen können, begrenzende Faktor ist die Datenmenge, welche die Leitung aufnehmen kann (z. B. 9600 Bits/s). Beim CBE-System herrscht typischerweise ein Vorwärtskanaldatenfluß (d. h. vom Rechner zum Endgerät) gegenüber einem Rückwärtskanaldatenfluß (d. h. vom Endgerät zum Rechner) vor. Im ersteren Fall liegen beispielsweise in einem PLATO-CBE-System durchschnittlich 250-300 Bits/s pro Endgerät vor. Bei einem Auslastungsfaktor von etwa 0,7 auf einer 9600 Bits/s übertragenden Leitung können 16-20 Endgeräte auf einer einzigen Fernsprechleitung im Multiplexbetrieb arbeiten. Im Gegensatz dazu ist der Rückwärts­ kanaldatenfluß bei einem solchen System erheblich langsamer, nämlich durchschnittlich weniger als 20 Bits/s pro Endgerät. Diese niedrige Geschwindigkeit (rate) des Datenaustausches beruht darauf, daß der Rückwärtskanaldatenfluß nahezu ausschließlich aus Tastenhubdaten besteht, denen zweckmäßige Leitweginformationen hinzugefügt sind.

Ein anderer Faktor, der (bislang) die Zahl der an eine Fernsprech­ leitung angeschlossenen Endgeräte einschränkt, liegt in der kurzen Antwortzeit, die gefordert wird, um die Anwender zufriedenzustellen. Ein erfolgreiches System sollte den Studierenden (scheinbar) "augenblickliche" Antworten auf deren Fragen und Anweisungen liefern. Diese Antwort- oder Beantwortungs­ charakteristik erfordert, daß wenig oder gar keine Warte- oder Datenabrufsituationen oder andere Austauschprotokolle vorliegen, die es für den Anwender notwendig machen abzuwarten, bis er an der "Reihe" ist. Eine mittlere System- Antwortzeit zum Studierenden von einigen Zehntelsekunden (z. B. etwa 0,3 s) muß erreicht werden, bevor ein System wirklich als "dialogbetriebsfähig" ("interactive") bezeichnet werden kann. Mit dem Ziel der Senkung der mit den derzeitigen, zentral­ prozessorgestützten CBE-Systeme einhergehenden Verbindungs- oder Übertragungskosten sind bereits von Fernsprechleitungen verschiedene Datenübertragungsarten untersucht worden. In der USA-Patentanmeldung Serial No. 5 14 906 ist ein Protokoll zur Nutzung bestehender Gemeinschaftsantennen-Nachrichten(über­ tragungs)kanäle beschrieben, welches die kurze Antwortzeit für den Anwender gewährleistet.

Vorwärtskanaldatenaustausch unter Verwendung lokal erzeugter Fernsehsignale ist beim PLATO-System an der University of Illinois ebenfalls angewandt worden, wobei die Rück(wärts)kanal­ austauschvorgänge über Fernsprechleitungen erfolgen. Dieses System verwendet ein Zeitschlitz-Datenaustauschprotokoll, welches die durchführbare Verkehrsmenge wesentlich verringert. Insbesondere ist dabei jedem Endgerät im System ein Zeitschlitz zugewiesen, und das Fernsehsignal wird auf Zeitteilungsbasis multiplext. Wenn dabei zu einem Endgerät keine Daten oder weniger Daten, als die Zeitteilung zuläßt, übertragen werden, wird der leere Abschnitt des Zeitschlitzes vergeudet. Dieses System ist bezüglich der aufnehmbaren Zahl von Endgeräten (oder Anschlüssen) starken Einschränkungen unterworfen. Zudem erfolgt die Fernsehsignalerzeugung unter Einschränkung des potentiellen Anwenderstamms im wesentlichen auf Sichtlinienbasis, und sie ist kostspielig, weil das Fernsehsignal an jeder Zentralstelle zusammen mit allen anderen zentralen Rechenapparaten reproduziert werden muß.

Es ist auch ein anderer Verbindungs- oder Datenaustauschmodus, nämlich über Satellit, untersucht worden. Bis in jüngste Zeit waren Satelliten-Antwortsender rar und kostenaufwendig, was derzeit nicht mehr der Fall ist. Derzeit steht ein T-1-Kanal (1,544 Megabit/s) zu annehmbaren Kosten zur Verfügung. Die Ausrüstung für den Verkehr mit einem Satelliten ist jedoch teuer. Beispielsweise sind an beiden Enden des Verbindungs- oder Austauschkanals in einem klassischen Satellitensystem kombinierte Aufwärts- und Abwärtsverbindungsantennen zur Ermöglichung eines Zweiwegeverkehrs erforderlich. Eine Aufwärtsverbindungsantenne mit zugehöriger Elektronik ist sehr kostenaufwendig; ihr Preis kann bis zu 300 000 Dollar pro Einbauanlage betragen. Der Ab­ wärtsverbindungsempfänger ist um eine Größenordnung billiger. Die Verteilung von CBE-Daten über Satellit unter Verwendung üblicher Anlagen würde eine aufwendige Aufwärtsverbindung an jedem Ort erfordern, an dem eine beträchtliche Anwender-Endgerätbelegung vorliegt. Ein ähnliches Problem bedeutet zudem die Zeitverzögerung (Laufzeit) für die einseitige Datenübertragung über einen (geo)stationären Satelliten, die etwa 0,25 s beträgt. Da die Daten bei einem solchen System sowohl in Vorwärts- als auch Rück(wärts)kanalrichtung laufen, würde die Gesamtzeitverzögerung in der Größenordnung von 0,5-0,6 s liegen und damit nahezu das Doppelte des Zeitverzugs betragen, der als für den Anwender annehmbar betrachtet wird.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines verbesserten rechnergestützten Schulungs- oder CBE-Systems, bei dem die Datenverbindungen (communications) in wirtschaftlichster Weise herstellbar sind, das mit Satelliten-Datenübertragung arbeitete und dennoch eine optimale Antwortgeschwindigkeit für den Anwender gewährleistet und bei dem eine Vielzahl entfernter CBE-Orte wirtschaftlich über Satellit von einer Zentrale aus bedient werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist ein schnell antwortendes CBE-System, dessen Dialogbetriebsfunktionen genau auf die Rechner/- Anwenderbeziehung und nicht auf eine Rechner/Rechnerbeziehung abgestellt sind. Zu diesem Zweck kommuniziert ein großer Zentral­ rechner (oder zentraler Großrechner), der Schulungs-Software zu speichern und auszuführen und einen Hochgeschwindigkeits- Datenausgabestrom zu liefern vermag, mit einer Vielzahl von entfernt angeordneten, tastenfeldbetätigbaren Anzeige-Endgeräten. Datenverbindungen im Vorwärtskanal werden über eine Satellitenverbindung durchgeführt, während der Rückkanal aus einer oder mehreren, speziell zugeordneten, landgestützten Verbindungen (links) (z. B. Fernsprechleitungen) besteht. Die Vorwärtskanal-Satellitenverbindung vermag Daten in Multimegabitmengen anzunehmen und Zehntausende von Anwender-Endgeräten mittels Satelliten-Antwortsender zu bedienen. Die Rückkanalverbindung, obgleich sie Datenmengen nur in der Größenordnung von Kilobits pro Sekunde annehmen kann, vermag aufgrund der niedrigen, durch anwenderbetätigte Endgeräte ge­ lieferten Datenmengen die Ausgaben von Hunderten von Anwender- Endgeräten anzunehmen.

Im folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines rechnergestützten Schulungs- oder CBE-Systems gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Netzschnittstelleneinheit (NIU),

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines für die Ausführung des Systems gemäß Fig. 1 verwendeten Standardschnittstellenmoduls (SIM),

Fig. 3A ein detailliertes Blockschaltbild des Übertragungs­ steuerteils nach Fig. 2,

Fig. 4 ein Schaltbild einer anderen Standardunterbaugruppe, d. h. des Verbindungsschnittstellenmoduls (LIM), zur Verwendung bei der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 4A ein detailliertes Blockschaltbild der Mikroprozessor­ anordnung nach Fig. 3,

Fig. 5 ein detailliertes Blockschaltbild der Verbindungszugriff­ einheit (LAU),

Fig. 6 ein detailliertes Blockschaltbild der Fernverbindungs­ zugriffeinheit (RLAU) und

Fig. 7 ein Blockschaltbild des Rückkanalkonzentrators (RCC).

Im folgenden ist das CBE-System gemäß der Erfindung anhand der Figuren erläutert. Zunächst ist der Gesamtsystemaufbau mit allgemein beschriebener Betriebsweise erläutert. Anschließend werden die einzelnen Hauptunterbaugruppen in Verbindung mit ihren Datenaustausch- oder Übertragungsprotokollen (communication protocols) erläutert werden. Nachfolgend sollen die System-Protokolle und Datenformate zum besseren Verständnis der Erfindung beschrieben werden.

Gemäß Fig. 1 ist ein zentraler Rechner 10 ein Grundgerät- und Hochgeschwindigkeit-Zentralprozessor mit zugeordneten Peripheriegeräten, z. B. Plattenlaufwerken, erweitertem Speicher usw., welche den Rechner in die Lage versetzen, hochentwickeltes oder komplexes Schulungsmaterial einzelnen studierenden Anwendern anzubieten. Praktisch die gesamte Unterrichtsdurchführung, Verarbeitung, statistische Analyse oder Auswertung und sonstige Datenverarbeitung des Systems erfolgt im zentralen Rechner 10. Die Ausgabe des Rechners 10 besteht im wesentlichen aus einem Wiedergabecode sowie Überwachungsanweisungen für das (Übertragungs-) Netz. Der Wiedergabecode ist derjenige Code, der ein Endgerät eines Studierenden bezüglich des Formats und des auf dem Bildschirm wiederzugebenden Informationsgehalts anweist. Infolgedessen kann die Menge des Datenflusses pro Endgerät auf einem Mindestmaß gehalten werden, wobei die Hauptverarbeitung im zentralen Rechner 10 erfolgen muß.

Ungeachtet der Tatsache, daß der zentrale Rechner 10 hauptsächlich den Wiedergabecode liefert, kann statistisch belegt werden, daß jedes mit dem Rechner 10 kommunizierende Endgerät durchschnittlich 250 Bits/s an Vorwärtskanaldaten benötigt. Die Rück(wärts)kanaldaten, die in erster Linie aus Tastenhub­ informationen bestehen, erfordern dagegen etwa 20 Bits/s pro Endgerät.

Der zentrale Rechner 10 kommuniziert mit dem (Übertragungs-)Netz über eine Netzschnittstelleneinheit (NIU) 12, die mehrere Aufgaben erfüllt. Sie dosiert die Datenausgabe, um sicherzustellen, daß keine nachgeschaltete Vorrichtung mit Daten überfüllt wird, die sie nicht zu verarbeiten vermag, und sie stellt eine vernünftige Zuweisung der Bandbreite unter den Endgeräten an jedem Konkurrenzpunkt im Netz sicher. Sie ist für die Speicherung großer Datenmengen nicht zuständig, weil diese Aufgabe dem Rechner 10 obliegt, der die Daten für ein bestimmtes Endgerät nur dann liefert, wenn ihm durch die Einheit 12 eine Erlaubnis dafür erteilt wird. Die Einheit 12 nimmt ferner alle Rückkanaldaten über Fernsprechleitungen (z. B. 14 und 16) ab und weist weiterhin ggf. eine Verschlüsselungskapazität für den Vorwärtsdatenkanalverkehr auf.

Gemäß Fig. 2 empfängt die Netzschnittstelleneinheit 12 Vor­ wärtskanaldaten vom zentralen Rechner (bzw. der Zentralein­ heit) (CPU) 10, zu welchem Rückkanaldaten über eine Sammelschiene (Bus) 17 geführt werden. Eine Ein/Ausgabeschnittstelle 19 ist im wesentlichen ein zwei Eingänge (dual ported) aufweisender Speicher oder Zwischenspeicher, welcher 64-Bit-Wörter von Reihenschnittstellen 21, 23 zum Rechner 10 liefert und von ihm empfängt, 16-Bit-Wörter von Reihenschnitt­ stellen 21,23 abnimmt und speichert und 16-Bit-Wörter über eine Sammelschiene 25 zu einem Übertragungsprozessor 13 liefert und von ihm empfängt, und zwar nach Maßgabe von auf einer Leitung 27 eingehenden Steuerbefehlen. Der Übertragungsprozessor 13 ist vorzugsweise ein Prozessor des Typs Heurikon HK 68/M10 mit zugeordnetem Randomspeicher und zugeordneten Steuereinheitmodulen. Der Prozessor 13 bildet das 1,544 Megabit/s-Signal T-1 durch Zuweisung von Daten nach vorgegebenen Leitlinien für jede nachgeschaltete Vorrichtung im Netz und stellt sicher, daß keine Vorrichtung mit Daten überflutet wird.

Wie noch näher erläutert werden wird, sind die Vorwärtskanaldaten in Rahmen oder Blöcke oder Felder (frames) begrenzten Dateninhalts ausgelegt, wobei die Rahmen multiplext und in einem ununterbrochenen Strom zu den Anwender-Endgeräten übertragen werden. Die einzelnen Rahmen werden durch die nachgeschaltete Vorrichtung nach der darin enthaltenen Vorsatzinformation sortiert. Dieses Datenübertragungsverfahren ist wirksam und wirtschaftlich und ermöglicht es, daß ein T-1-Träger den Datenfluß für bis zu 4000 gleichzeitig arbeitende Endgeräte aufzunehmen vermag.

Gemäß Fig. 1 wird das Ausgangssignal von der Netzschnittstellen­ einheit 12 zu einem Aufwärtsverbindungs-Sender 18 geliefert, der seinerseits ein 1,544-Megabit/s-Signal T-1 zu einem (geo)- stationären Satelliten 20 überträgt. Der Satellit 20 richtet das Signal zu einer Anzahl von entfernt angeordneten Abwärts­ verbindungs-Empfängern 22, 24 usw.. Jeder dieser Empfänger prägt das Signal T-1 einer zugordneten Sammelschiene 29 auf, die ihrerseits das Signal zu einer oder mehreren Verbindungszugriff­ einheiten (link access units) (LAU) 26, 28, 30, 32 usw. leitet. Jede dieser Einheiten stellt einen Zugriff zum Netz für bis zu 255 "Wege" ("ports") oder Anschlüsse her. Beispielsweise beschickt die Einheit 26 jeweils 255 Ausgangsleitungen 36, die jeweils als Anschlüsse bezeichnet werden, von denen jeder je nach seiner ständigen Belegung ein oder mehrere Endgeräte (T) 38, 40 usw. bedienen kann. Jede Verbindungs­ zugriffeinheit (LAU) nimmt Vorwärtsverkehr von ihrer Eingabe­ sammelschiene ab und konzentriert darüber hinaus Rückkanalverkehr von jedem Endgerät für die Übertragung auf einer ausschließlich zugewiesenen Fernsprechleitung (z. B. 14). Die Anschlüsse (ports) 36 können entweder in einem ausschließlich zugewiesenen (dedicated) oder einem Anwähl-Modus betrieben werden, d. h. sie können entweder festverdrahtet oder über ein Wählfernsprechnetz mit den einzelnen Endgeräten verbunden sein.

Wenn die Teilnehmerdichte zu gering ist, um die Anwendung einer Verbindungszugriffeinheit zu rechtfertigen, kann eine Fernverbindungszugriffeinheit (RLAU) 50 angewandt werden. Eine solche Einheit ist mit einer Verbindungszugriffeinheit über eine Vollduplex-9600-Bit/s-Schaltung 52 verbunden und vermag bis zu 16 Teilnehmer zu bedienen. Sechzehn Fernverbindungs­ zugriffeinheiten können an eine einzige Verbindungszugriffeinheit angeschlossen sein. Ein Rückkanal-Konzentrator (RCC) 56 ist wahlweise vorgesehen und kann dazu dienen, die Rückverkehrsströme von bis zu drei Verbindungszugriffeinheiten (765 Teilnehmer) zu konzentrieren. Er ist für Verwendung in Gebieten vorgesehen, in denen mehr als eine Verbindungszugriffeinheit angeordnet ist. Der konzentrierte Verkehrsstrom vom Konzentrator 56 wird auf zugewiesener Fernsprechleitung 16 zur Netzschnittstelleneinheit 12 zurückgeführt.

Das System gemäß Fig. 1 arbeitet wie folgt: Ein Studierender meldet sich (signs on) an z. B. einem Endgerät 38. Die Meldeinformation wird durch die Verbindungszugriffeinheit 26 über Fernsprechleitung 14 zur Netzschnittstelleneinheit 12 übertragen, welche die Meldedaten in den zentralen Rechner 10 eingibt, der daraufhin eine Aufforderung zum Endgerät 38 für die Angabe der gewünschten Lektion übermittelt. Die Aufforderung vom Rechner 10 wird über die Schnittstelleneinheit 12 zum Auf­ wärtsverbindungssender 18 und über den Satelliten 20 zu allen Abwärtsverbindungsempfängern 22, 24 übertragen. Die Aufforderung des zentralen Rechners 10 ist entsprechend adressiert, so daß nur die dem Endgerät 38 zugeordnete Verbindungszugriff­ einheit 26 die Aufforderung abnimmt und zum Endgerät 38 weiter­ leitet. Hierauf wird eine Dialogverbindung hergestellt, bei welcher der Studierende Anforderungen oder Aufforderungen abnimmt und über die zugewiesene Rückfernsprechleitung ant­ wortet, wobei die Daten vom Rechner 10 über die Satellitenverbindung 20 zum Endgerät 38 übertragen werden.

Die Wirtschaftlichkeit des oben beschriebenen Datenflußverfahrens ist im Vergleich zu bisherigen Systemen äußerst augenfällig. Wie eingangs erwähnt, ist es nicht unüblich, daß die Kosten für Fernsprechverbindungen oder -übertragungen bei weitem die monatliche Gebühr für einen CBE-Dienst übersteigen. Beim vorliegenden satellitengestützten System kann unter der Annahme einer Belegung von etwa 6000 Teilnehmern belegt werden, daß die Gesamtkosten der Datenübertragung auf Monatsgebührbasis pro Endgerät 10-12 Dollar nicht übersteigen. Dies beruht in erster Linie auf zwei Umständen: Die Verfügbarkeit von Antwortsenderraum zu ungefähren Monatsgebühren von 10 000 Dollar sowie die Verfügbarkeit von ausschließlich zugewiesenen Mietleitungen zu einer Gebühr von 1,25-1,50 Dollar pro Monat pro Meile (1,609 Kilometer). Wie eingangs erwähnt, stellt bei den bisherigen CBE-Systemen, die ausschließlich auf das Fernsprechnetz gestützt sind, die vergleichsweise große Vorwärtskanaldatenmenge eine künstliche Grenze für die Zahl der an eine einzige Leitung anschließbaren Endgeräte dar, auch wenn die Rückkanaldatenflußerfordernisse pro Endgerät um eine ganze Größenordnung niedriger sind. Durch Richtung des Vorwärts­ kanalverkehrs mit großem Datenfluß oder -strom über ein Breitbandnetz (das Zehntausende von Endgeräten oder Anschlüssen über ein außerordentlich großes geographisches Gebiet hinweg gleichzeitig zu bedienen vermag) und durch Benutzung vergleichsweise schmalbandiger Fernsprechleitungen für Rückkanaldatenfluß ermöglicht die Erfindung die bestmögliche Nutzung der beiden Datenübertragungssystemen eigenen Fähigkeiten. Es ist dabei insbesondere zu beachten, daß dieses Übertragungsprotokoll am effektivsten ist, wenn der Endgerät-Datenfluß in das Übertragungsnetz auf vergleichsweise geringer Größe vorliegt, z. B. durch Lieferung von Tastenhubdaten durch eine menschliche Bedienungs­ person. Genauer gesagt: das beschriebene System arbeitet in einer präzise auf die Optimierung der Mensch/Rechner- Datenübertragungsverbindung im Gegensatz zu Rechner/Rechner- Datenübertragungen abgestimmten Weise.

Die die Verbindungszugriffeinheiten, Fernverbindungszugriffeinheiten und Rückkanalkonzentratoren bildenden Unterbaugruppen sind im folgenden beschrieben. Dabei werden zwei grundsätzliche Module oder Bausteine verwendet, nämlich ein Reihen­ schnittstellenmodul (SIM) 70 gemäß Fig. 3 und ein Verbindungs­ schnittstellenmodul (LIM) 100 gemäß Fig. 4. Jedes Verbindungsschnitt­ stellen- oder LIM-Modul dient zur Verbindung von Reihenschnittstellen bzw. SIM-Modulen (an Anschlußstellen) mit Teilnehmern und einer Rückkanalschnittstelle. Gemäß Fig. 3 ist das SIM-Modul 70 über einen Vorwärtskanal-Anschluß 72 zu zwei Über­ tragungssteuereinheiten 74 und 76 parallelgeschaltet, deren Ausgänge auf die Rückkanalsammelschiene 78 aufgeschaltet sind. Ein/Ausgangsleitungen 80 von jeder Steuereinheit 74 und 76 sind mit einzelnen Endgeräten verbunden und steuern deren Daten­ fluß. Jede Übertragungssteuereinheit 74 und 76 besitzt den in Fig. 3A näher veranschaulichten Aufbau.

Jede Übertragungssteuereinheit enthält einen Übertragungs­ prozessor 81, der über eine Bus- oder Sammelschienenanordnung 82 mit zwei Reihensteuereinheiten 83, 84 verbunden ist, von denen jede mit zwei Endgeräten verbindbar ist. Ein Festwertspeicher (ROM) 85 speichert die Programmsteuerung bzw. das Steuerprogramm für den Übertragungsprozessor 81, während ein Randomspeicher (RAM) 86 zur Speicherung der zu den und von den Endgeräten gelieferten Daten dient. Schließlich ist jede Übertragungs­ steuereinheit mit einem Rücksammelschienenschnittstellen-Modul 88 verbunden, das den Rück(übertragungs)verkehr aufnimmt und auf die Rückkanalsammelschiene 78 aufschaltet. Die Übertragungsprozessoren 81 sind dabei vorzugsweise vom Typ 8344 Communication Controller der Firma Intel Corporation. Die Reihensteuereinheiten 83 und 84 sind bevorzugt vom Typ 8274 Multiprotocol Serial Controllers der Firma Intel Corporation.

Jedes SIM-Modul führt eine Anzahl von Funktionen aus. Es nimmt Informationen vom Vorwärtskanal ab, speichert diese Informationen und überträgt sie zu einem der von ihm bedienten Endgeräte. Die von einem zugeordneten Endgerät empfangene Rückkanalinformation wird ebenfalls gespeichert und über die Rücksammelschienen- Schnittstelle auf die Rückkanalsammelschiene oder -bus aufgeschaltet. Je nach der Einstellung eines Konfigurations- Schalters 87 kann dieses Modul auch als Multiplexkonzentrator wirken, welcher Informationen für bis zu 16 Endgeräte auf einer einzigen Fernsprechleitung konzentriert. Im Multiplexmodus sind alle Informationen auf einen Anschluß (z. B. T₀) beschränkt, während die sieben anderen Anschlüsse (T₁-T₇) unbelegt oder unbenutzt bleiben.

Die Rücksammelschienen-Schnittstelle 88 nimmt den Rückkanal­ verkehr vom Übertragungsprozessor 81 ab und schaltet ihn auf die Rücksammelschiene 78 auf. Letztere enthält eine "Belegt"- Leitung, die dann, wenn sie aktiviert ist, jede Informationsübertragung zur Sammelschiene 78 sperrt. Nur dann, wenn die Belegt-Statusleitung nicht aktiviert ist, kann die Rücksammelschienen- Schnittstelle 88 einen Zugriff zur Rücksammelschiene 78 herstellen.

Gemäß Fig. 4 enthält ein Verbindungsschnittstellenmodul (LIM) zwei Unterbaugruppen, nämlich eine Mikroprozessoranordnung 102 und einen Verstärker 104. Der Verstärker 104 dient lediglich zum Puffern des Vorratskanals und gewährleistet eine Leistungsverstärkung für den gesamten eingehenden Verkehr zur Ansteuerung seiner (untereinander) verbundenen SIM-Module. Die Mikropro­ zessoranordnung 102 ist in den Rückkanal eingeschaltet und konzentriert den gesamten Rückverkehr von ihren angeschlossenen SIM-Modulen, um ihn auf den Rückkanal zu leiten.

Die in Fig. 4A näher dargestellte Mikroprozessoranordnung 102 umfaßt einen Mikroprozessor 106, einen Festwertspeicher (ROM) 108, einen Randomspeicher (RAM) 110, eine Reihensteuereinheit 112, eine Rücksammelschienen-Schnittstelle 114 und einen Baudratengenerator 116. Alle diese Einheiten sind durch eine Sammelschiene 118 miteinander verbunden. Der Mikroprozessor 106 wählt über die Rücksammelschienen-Schnittstelle 114 jedes angeschlossene SIM-Modul an, um festzustellen, ob es eine Übertragung abwartende Daten enthält. Ist dies der Fall, so nimmt er diese Daten an und speichert sie im Randomspeicher 110 ab. Wenn das angeschlossene SIM-Modul keine Daten enthält, geht der Mikroprozessor 106 auf das nächste SIM-Modul über, bis er einen vollen Umlauf durchgeführt hat. Der Baudratengenerator 116 ist im wesentlichen ein Vierfrequenzgenerator, der Taktimpulse mit den Raten oder Frequenzen von 1200, 2400, 4800 und 9600 Bits zu erzeugen vermag. Diese vier Taktfrequenzen oder -raten werden kontinuierlich erzeugt und durch die Schnittstelle 114 auf die Rücksammelschiene 78 aufgeschaltet. Jedes SIM-Modul kann eine der vier Baudfrequenzen wählen. Jeder Anschluß eines SIM-Moduls kann so fernkonfiguriert werden, daß er nur eine dieser Baudfrequenzen abnimmt und Daten mit dieser Frequenz überträgt und empfängt.

In Fig. 5 ist eine Verbindungszugriffeinheit (LAU) dargestellt. Die im folgenden auch als LAU-Einheit bezeichnete Einheit nimmt auf vorher erwähnte Weise den Vorwärtsverkehr von der Datenverbindung T-1 ab und konzentriert den Rückverkehr für die Übertragung auf einem Rück(übertragungs)kanal. Jede LAU-Einheit besteht aus einer Anzahl von SIM-Modulen, die zwischen eine Vorwärtskanalleitung 72 und eine Rückkanalsammelschiene 78 geschaltet sind. Wie erwähnt, dient jedes LIM-Modul lediglich als Leistungs­ verstärker für Vorwärtskanaldaten, wobei die Datenleitwegfunktion in jedem einzelnen SIM-Modul ausgeführt wird. Jede LAU-Einheit vermag, wie erwähnt, den Eingang und Ausgang von Daten von bis zu 255 getrennten Anschlüssen zu steuern.

Gemäß Fig. 6 besteht eine Fernverbindungszugriffeinheit (RLAU) im wesentlichen aus einer LAU-Einheit einer solchen Ausgestaltung, daß nur 16 Anschlüsse (ports) anschließbar sind. Wie erwähnt, wird eine Fernverbindungszugriffeinheit (im folgenden auch als RLAU-Einheit bezeichnet) für Fernverbindungsanlagen mit wenigen Anschlüssen oder Endgeräten benutzt. Sie arbeitet praktisch auf dieselbe Weise wie die LAU-Einheit. Der in Fig. 7 gezeigte Rückkanalkonzentrator (RCC) umfaßt im wesentlichen zwei SIM-Module, die in ein LIM-Modul einspeisen. Die Aufgabe des Rückkanalkonzentrators besteht in der Vereinigung der Ausgangssignale oder Ausgaben von mehreren LAU-Einheiten und in der Konzentration von deren Datenfluß auf einer einzigen zugewiesenen Fernsprechleitung.

Alle Datenübertragungen innerhalb des Systems erfolgen unter Verwendung von Rahmen oder Blöcken (frames), die (jeweils) ein oder mehrere Bytes von Mitteilungsverkehr enthalten. Zur Verringerung unnötigen Datenverkehrs oder -austausches wird für alle Vorwärtskanalübertragungen angenommen, daß sie einwandfrei empfangen worden sind, sofern nicht eine Negativbestätigung innerhalb einer annehmbaren Zeitspanne empfangen wird, die größer ist als die maximale Schleifenübertragungszeit. Ein alternatives Bestätigungsprotokoll, das den erforderlichen Datenfluß verringert, setzt ebenfalls voraus, daß alle Übertragungen einwandfrei empfangen worden sind (sofern nicht eine Negativbestätigung eingegangen ist); bei Erreichen einer vorgegebenen Rahmenzählung wird jedoch unweigerlich ein Überwachungsrahmen übertragen, welcher eine Positivbestätigung des Empfangs anfordert. Die Integrität des Übertragungskanals wird somit auf intermittierender Basis positiv geprüft. Diese bestimmten (implicit) Vorwärtskanal-Bestätigungsprotokolle sind im Hinblick auf die wesentliche Verringerung des erforderlichen Datenflusses im Vergleich zu Systemen, welche jeden Rahmen positiv bestätigen, kritisch. Auf dem Rückkanal ist die Datenbelegung erheblich geringer, und das Protokoll verlangt eine spezifische Bestätigung für alle Rahmen wobei die ursprüngliche oder ausgebende Station den Ursprungsverkehr zurückhält, bis er einwandfrei von der Empfangsstation empfangen worden ist.

Die Rahmen sind von zwei Arten: Information (I) oder Überwachung (S). Die Rahmen I enthalten Teilnehmerverkehr, während die Rahmen S Überwachungsdaten zur Steuerung des Netzes enthalten. Im Vorratskanal werden alle Rahmen I durch die Satellitenverbindung und über die LAU-Einheiten zu den spezifisch adressierten Anschlüssen übertragen. Die Überwachungsrahmen werden gleichfalls durch die Satellitenverbindung zu den LAU-Einheiten für Überwachungskanalsteuerung übertragen. Auf dem Rückkanal werden alle Rahmen I von den Endgeräten zum zentralen Rechner über ausschließlich zugewiesene Fernsprechleitungen übertragen, was auch für einige Überwachungsrahmen von verschiedenen Systembauteilen gilt. In diesem Fall werden jedoch einige der Rückkanal-Überwachungsrahmen auch in Vorwärtsrichtung für Rück­ kanal-Überwachungssteuerung oder -kontrolle übertragen. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß in den meisten Fällen Mietleitungen auf Voll-Duplexbasis ohne Extra­ gebühr verfügbar sind, so daß einige Rückkanal-Überwachungsaktivitäten in Rückwärtsrichtung ohne zusätzlichen Kostenaufwand stattfinden können.

Der Vorratskanalverkehr ist in Rahmen des folgenden Formats gepackt:

F= Kennzeichenbyte AL= LAU-Adreßbyte AP= Anschlußadreßbyte C= Steuerbyte I= Informationsfeld FCS= Rahmenprüfbytes

Alle Rahmen beginnen und enden mit einem Kennzeichenbyte, das auch zur Aufrechterhaltung der Rahmensynchronisation dient. Ein einziges Kennzeichenbyte kann als Schließkennzeichen für den Rahmen und als Öffnungskennzeichen für den nächsten Rahmen dienen. Dies ist der einzige Rahmen, der sechs aufeinanderfolgende Ein- Bits enthalten kann.

Das Adreßbyte AL bezeichnet, welche LAU-Einheit den spezifischen Rahmen empfangen soll. LAU-Adressen können von 0-254 reichen, wobei die Adresse 255 eine Allgemein- oder Pauschaladresse ist, die von allen am Netz vorhandenen LAU-Einheiten abgenommen wird. Auf den LAU/RLAU-Verbindungen zieht die adressierte LAU- Einheit das Byte aus dem Rahmen aus, bevor sie letzteren zur zugeordneten RLAU-Einheit weiterleitet. Das Adreßbyte AP gibt an, welcher Anschluß an einer LAU-Einheit (oder RLAU-Einheit) den Rahmen empfangen soll. Anschlußadressen reichen von 0-254, wobei die Adresse 255 eine Pauschalanschlußadresse ist, welche die LAU- oder RLAU-Einheit zur Lieferung des Rahmens zu allen Anschlüssen anweist.

Das Steuerbyte (oder Kontrollbyte) C bezeichnet die Rahmen und die Sequenzzahl. Wie erwähnt, können die Rahmen vom Informations- oder Überwachungstyp sein. Ein Teil dieses Bytes enthält die Rahmensendesequenzzahl N(S) in Informationsrahmen oder die Überwachungsfunktion in Überwachungsrahmen. In der bevorzugten Betriebsart sind die Informationsrahmen fortlaufend von 0-63 numeriert, während die Überwachungsrahmen keine Sequenz- oder Folgezahl enthalten.

Das Vorwärtskanal-Informationsfeld I enthält die Verkehrs- oder Überwachungsinformation, die durch das Steuerbyte C spezifiziert ist. Dieses Feld (field) kann zahlreiche Bytes (z. B. bis zu 64) enthalten, obgleich es gewöhnlich auf eine Höchstzahl von 12 Bytes des Datenverkehrs begrenzt ist. Es ist wichtig, den Datenverkehr auf kleine Segmente zu begrenzen, weil hierdurch das System in die Lage versetzt wird, mit einer am Anwender- Endgerät erkennbaren Mindestverzögerung zu arbeiten. Wenn die Netzschnittstelleneinheit (NIU) zu einem Zeitpunkt lange Datensegmente zu einem einzigen Endgerät übertragen muß, müßten die nachgeschalteten Endgeräte warten, bis der Daten­ verkehr des vorgeschalteten Endgeräts empfangen worden ist. Zur Vermeidung dieses Zustands reguliert die Netzschnitt­ stelleneinheit 12 die Ausgabe vom zentralen Rechner 10 zur Begrenzung der Zahl von Bytes des Datenverkehrs pro Rahmen (frame) (sowie der Zahl von Rahmen pro Sekunde) im Vorwärtskanal. Da der Vorwärtskanal Daten in einer Menge von 1,5 Megabit/s aufzunehmen vermag, erkennen die Anwender keine Verzögerung in den Vorwärtskanaldaten, wenn diese auf ihren Endgeräten wiedergegeben werden.

Dasselbe Problem besteht bezüglich des Rückkanals. Der Datenverkehr von jedem Endgerät wird einem Puffer in der zugeordneten LAU-Einheit eingegeben. Die LAU-Einheit wählt jeden der Puffer an, und sie nimmt, unabhängig von der Zahl der darin enthaltenen Datenbytes, nicht mehr als 12 Bytes für Rückübertragung zur Netzschnittstelleneinheit 12 ab, bevor sie auf den nächsten Puffer und seine Daten übergeht. Während somit die Rahmengröße wesentlich größere Datensegmente zuläßt, begrenzt oder beschränkt sich das System sowohl im Vorwärts- als auch im Rückkanal selbst genau auf diskrete Datensegmente, um eine Antwortzeitbeeinträchtigung für den Anwender zu vermeiden. Dies steht im Gegensatz zu bisherigen Netzprotokollen, welche die wirksamste oder wirtschaftlichste Nutzung der Bandbreite durch Hinzufügung von möglichst vielen Daten zur "Vorsatz"-Information zwecks Verkleinerung des Vorsatz/Datenverhältnisses anstrebten. Dies führt jedoch zu einer längeren Verzögerung (oder Laufzeit) pro Rahmen und zu unannehmbaren Ver­ zögerungen für den Anwender.

Die Überwachungsrahmen führen eine Anzahl von für die einwandfreie Arbeitsweise des Systems wichtigen Funktionen aus. Beispielsweise kann ein Überwachungsrahmen anzeigen, daß der Rückkanalempfänger bereit ist, daß der Rückkanalempfänger nicht bereit ist, daß ein Sequenzfehler auf dem Rückkanal erfaßt worden ist, daß ein adressierter Vorwärtskanalkasten eine Fehlerzustandsanzeige löschen soll, daß Daten verschlüsselt werden sollen usw.

Das Rahmenprüfbyte FCS enthält einen Code, welcher den Rahmeninhalt prüft, und zwar beginnend mit dem ersten Byte des LAU-Adreßbytes und endend mit dem letzten Byte des Informationsfelds. Diese Bytes können die an sich bekannte zyklische Redundanzprüfung (CRC) anwenden.

Jeder Anschluß (port) im Netz hält eine Empfangssequenzzahl N(R) aufrecht. Diese Zahl ist die zu erwartende Zahl des als nächstes zu empfangenden Rahmens. Diese Zahl wird für jeden ohne einen CRC-Fehler empfangenen Rahmen um 1 inkrementiert. Ein Sequenzfehler tritt dann auf, wenn ein Rahmen eingeht, der eine der Zahl N(R) nicht entsprechende Sequenzzahl N(S) enthält. Wenn ein CRC-Fehler festgestellt wird, wird der Rahmen abgeworfen, so daß schließlich ein Sequenzfehler auftritt. Der Anschluß weist den Rahmen zurück, der nicht die richtige Zahl N(R) enthält. Ein Anschluß antwortet jedoch nach einem Sequenzfehler auf Überwachungsrahmen, so daß die Netzsteuerung oder -kontrolle aufrechterhalten werden kann.

Das Auftreten eines Sequenzfehlers veranlaßt die LAU-Einheit, über den Rückkanal zur Netzschnittstelleneinheit 12 ein "Vorwärts­ kanalsequenzfehler"-Paket zu senden, das die Zahl N(R) des erwarteten oder zu erwartenden Rahmen enthält. Im bevorzugten Modus wird diese Übertragung jeweils in Abständen von 0,5 s wiederholt, bis der Fehlerzustand beseitigt ist. Die Netzschnittstelleneinheit 12 erhält eine Sendesequenzzahl N(S) und eine Kopie der Zahl N(R) für jeden Anschluß im Netz. Die Zahl N(S) wird nach der Übertragung jedes Rahmens um 1 inkrementiert. Die Netzschnittstelleneinheit 12 kann eine aktualisierte Kopie der Zahl N(R) anfordern, indem sie eine eine derartige Information anfordernde Überwachungseinheit aussendet. Der so adressierte Anschluß antwortet mit einer aktualisierten Zahl N(R). Die Netzschnittstelleneinheit 12 hält eine Kopie der letzten 2 Sekunden des Datenverkehrs aufrecht, und wenn zu diesem Zeitpunkt kein Fehler gemeldet wird, werden die ältesten Rahmen abgeworfen und neue Rahmen zum Register hinzugefügt.

Für den Rückkanal werden etwas andere Rahmenkonfigurationen angewandt. Mit Ausnahme der LAU-RLAU-Verbindungen sind alle Rückkanäle für Voll-Duplex ausgelegt. Der primäre Rückkanal führt Datenverkehr zur Netzschnittstelleneinheit 12, während der sekundäre Rückkanal Überwachungsinformationen in Vorwärtsrichtung führt und zur Steuerung des Datenverkehrsflusses auf dem primären Rückkanal benutzt wird. Auf den LAU- RLAU-Verbindungen führt der Vorwärtskanal auch Überwachungsinformationen. Der Datenverkehr auf dem primären Rückkanal ist in Rahmen (frames) des nachstehenden Formats gepackt:

F= Kennzeichenbyte C= Steuerbyte I= Informationsfeld FCS= Rahmenprüfsequenz

Die Kennzeichenbytes F und die Rahmenprüfsequenzbytes FCS sind, wie in den Vorwärtskanalrahmen, in Form und Funktion identisch. Das Steuer- oder Kontrollbyte C bezeichnet die Rahmenart und enthält die "Sendesequenzzahl" N(S) des Rahmens in Informationsrahmen oder die Überwachungsfunktion in Überwachungsrahmen. Die Rahmen I sind fortlaufend von 0-63 bezeichnet, während die Überwachungsrahmen keine Sequenzzahl enthalten. Ein Bit in diesem Byte ist ein Wählbit (poll bit). Der Empfang eines Rahmens mit diesem Bit, das auf den einen Zustand gesetzt ist, fordert eine Antwort der Empfangsstation mit einem die Empfangs-Sequenzzahl N(R) enthaltenden Rahmen an.

Die Rückkanal-Überwachungsrahmen werden auf dem sekundären Rückkanal übertragen oder gesendet und zur Steuerung des Betriebs zwischen den verschiedenen Einheiten auf dem Kanal benutzt. Ein solcher Rahmen ist der "RRR"-Überwachungsrahmen, welcher angibt, daß der primäre Rückkanalempfänger für den Empfang von Datenverkehr bereit ist. Das Informationsfeld in diesem Rahmen enthält die Empfangssequenzzahl N(R) der (den Rahmen) "RRR" sendenden Station. Dieser Rahmen wird normalerweise bei Empfang eines Rahmens mit einem gesetzten Wählbit auf dem primären Rückkanal übertragen. Dieser Rahmen bildet eine Bestätigung dafür, daß die (den Rahmen) "RRR" sendende Station alle Rahmen bis zur Zahl N(R-1) einwandfrei empfangen hat und für den Empfang weiterer Rahmen bereit ist.

Ein Überwachungsrahmen "RRNR" gibt an, daß der primäre Rückkanalempfänger vorübergehend nicht in der Lage ist, weitere Rahmen zu empfangen. Dieser Rahmen wird normalerweise beim Auftreten eines Belegtzustands, wie "Empfangspuffer voll", gesendet. Ein Überwachungsrahmen "RREJ" ("Rückkanalrückweisung") dient zur Anzeige, daß die diesen Rahmen sendende Station auf der primären Rückkanal einen Rahmen empfangen hat, der eine Sendesequenzzahl N(S) enthält, die nicht mit der erwarteten Zahl N(R) übereinstimmt. Das Informationsfeld in diesem Rahmen enthält die Zahl N(S) des erwarteten Rahmens.

Das am Rückkanal verwendete Informationsfeld I kann ein oder mehrere Bytes des Rückdatenverkehrs (d. h. "Pakete") oder Überwachungsdaten enthalten. Pakete von mehreren Teilnehmern können im gleichen Rahmen enthalten sein. Das Paket besitzt folgendes Format:

T= Paketart A= Teilnehmeranschlußadresse I= (Daten-)Verkehr

Der T-"Typ"-Informationsteil jedes Pakets ist jeweils in Abhängigkeit davon verschieden, ob es sich bei dem Paket um ein Informations- oder ein Überwachungspaket handelt. Wenn ein Informationspaket vorliegt, können die im T-Abschnitt des Pakets enthaltenen Daten anzeigen, daß "Rückdatenverkehr hoher Priorität" oder "Rückdatenverkehr niedriger Priorität" vorliegt. Wenn der Teil oder Abschnitt T des Pakets eine Überwachungsfunktion besitzt, kann er anzeigen, daß der Vorwärtskanalempfänger entweder bereit oder nicht bereit ist oder daß ein Vorwärtskanal-Sequenzfehler festgestellt worden ist.

Ein Paket des Typs "FRR" (Vorwärts-Rückkanal bereit) gibt an, daß der Vorwärtskanalempfänger für den Empfang von Datenverkehr bereit ist. Das Feld I im Paket enthält die Vorwärtskanal- Sequenzzahl N(R) des durch das Adreßbyte bezeichneten Anschlusses. Dieses Paket wird normalerweise bei Eingang eines Wähl- oder Poll-Rahmens auf dem Vorwärtskanal ausgesendet. Dieses Paket ist eine Bestätigung dafür, daß der das FRR-Paket sendende Anschluß alle vorher übertragenen Vorwärtskanalrahmen empfangen hat. Das FRR-Paket wird auch zur Anzeige benutzt, daß ein Anschluß bereit ist, nach einem vorübergehenden Belegtzustand den Datenverkehrsempfang wieder aufzunehmen.

Ein Paket "FRNR" (Vorwärts-Rückkanal nicht bereit) gibt an, daß der Vorwärtskanalempfänger vorübergehend nicht in der Lage ist, weitere Informationsrahmen zu empfangen. Dieses Paket bildet zusammen mit dem FRR-Paket das Mittel zur Durchführung der Vorwärtskanal-Flußsteuerung oder -kontrolle. Schließlich zeigt ein Paket "FREJ" (Vorwärtskanal-Rückweisung) an, daß der dieses Paket ausgebende Anschluß auf dem Vorwärtskanal einen Rahmen empfangen hat, der eine Sendesequenzzahl enthält, die der erwarteten oder vorgesehenen Zahl nicht entspricht. Der Anweisungsfeldteil dieses Pakets enthält die Empfangssequenzzahl N(R) des erwarteten Rahmens.

Die oben beschriebenen Pakete werden zur Steuerung des Datenflusses auf dem Rückkanal benutzt. An einem Anschluß am oder im Netz ankommender Teilnehmer-Rückkanalverkehr wird in Rahmen geordnet und auf dem Rückkanal zum zentralen Rechner gesendet. Rahmen werden von Station zu Station gesendet, und fehlerfrei an irgendeiner Station empfangene Rahmen werden zur nächsten Station durchgeleitet. Jede Station hält eine Empfangs­ sequenzzahl N(R) aufrecht, welche die Zahl des nächsten erwarteten Rahmens darstellt, der auf dem Primärkanal empfangen werden soll. Jede Station erhält außerdem eine Sendesequenzzählung (oder -zahl) N(S), welche der Zahl des nächsten, auf dem Vorwärtskanal zu sendenden Rahmens entspricht. Wenn eine Station einen Rahmen mit einem Sequenzfehler empfängt, wird der Rahmen zurückgewiesen, und die Zahl N(R) wird für diesen Rahmen oder einen etwaigen folgenden Rahmen nicht inkrementiert, bis ein die richtige Zahl N(S) enthaltender Rahmen ankommt. Beim Auftreten eines Sequenzfehlers übermittelt die Empfangsstation augenblicklich einen RREJ-Rahmen auf dem Rückkanal zu der Station, die den Rahmen ursprünglich übertragen hat.

Bei Eingang dieses Rahmens sendet die Sendestation den gesamten Datenverkehr erneut, und zwar beginnend mit dem Rahmen N(R), der in dem eben empfangenen RREJ-Rahmen enthalten war. Jede Station hält einen Zeitgeber (timer) aufrecht, dessen Periode größer ist als die Schleifenübertragungszeit zur nächsten Station. Für jeden gesendeten Rahmen wird dieser Zeitgeber auf die Periode rückgesetzt. Falls der Zeitgeber (oder auch Takt) bei ausstehenden Rahmen abläuft, sendet die Sendestation einen Überwachungsrahmen mit gesetztem Wählbit, um die Empfangsstation mit der Zahl N(R) zur Antwort aufzufordern. Wenn eine Sendestation einen RRNR-Rahmen empfängt, suspendiert sie die Übertragung bis zum Empfang eines Rahmens RRR.

Ersichtlicherweise ist die Erfindung keineswegs auf die vorstehend dargestellte und beschriebene Ausgestaltung beschränkt, sondern verschiedenen Änderungen und Abwandlungen zugänglich. Während beispielsweise als Hauptübertragungsleitung Fernsprechleitungen genannt sind, können auch andere Langstreckenkommunikationsmedien eingesetzt werden, die in gleich ökonomischer Weise Datenmengen in der Größenordnung von Kilobits/s zu handhaben vermögen.

Claims (16)

1. Schnell antwortendes, für Dialogbetrieb geeignetes, rechnergestütztes Ausbildungs- oder Schulungssystem mit einem zentralen Rechner und einer Vielzahl von entfernt angeordneten, tastenfeldbetätigten Anwender-Endgeräten, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der zentrale Rechner Schulungs-Software zu speichern und auszuführen und einen Hochgeschwindigkeit- Vorwärtskanaldatenfluß zu liefern vermag, wobei letzterer in Form von Ende-zu-Ende multiplexten Datenrahmen bzw. -feldern (data frames) vorliegt, die jeweils einen den vorgesehenen Empfänger des Rahmens bezeichnenden Vorsatz bzw. Kopf enthalten,
• - die Anwender-Endgeräte (oder Bildschirme) Teile des Datenflusses empfangen, diese Teile wiedergeben und durch den Anwender eingeführte Tastenhubdaten als Ausgabe liefern, wobei die Tastenhubdaten-Flußmenge einen kleinen Bruchteil der vom Rechner kommenden Datenausgabeflußmenge darstellt,
• - für einseitig gerichtete Übertragung der Vor­ wärtskanaldaten zu den Endgeräten (ausschließlich) zugewiesene Hochgeschwindigkeits-Übertragungseinheiten mit insbesondere Aufwärts-Satellitensendern und mindestens einem Abwärts-Satellitenempfänger sowie Übertragungseinheiten mit einem Rückkanal zum Senden der Tastenhubdaten von der Vielzahl der Wiedergabe-Endgeräte zum Rechner vorgesehen sind.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwärts- und Abwärts-Stationen einer einseitig gerichteten Vorwärtskanal-Datenübertragung (ausschließlich) zugewiesen (dedicated) sind.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abwärts-Satellitenempfänger eine Zugriffeinheit zum Verteilen von Vorwärtskanaldaten auf angeschlossene Endgeräte aufweist, wobei die Zugriffeinheit Datenrahmen auf der Grundlage der Vorsatzinformation zu sortieren vermag.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugriff­ einheit Informationen von jedem angeschlossenen Endgerät zu empfangen und zu speichern und aus den Informationen Rückkanal-Datenpakete zusammenzustellen vermag, von denen jedes unabhängig von der vom Endgerät empfangenen Informations­ menge auf eine vorgegebene Informationsmenge begrenzt ist.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugriff­ einheit sequentiell die gespeicherten, von jedem ihrer angeschlossenen Endgeräte empfangenen Informationen wählt (polls), aus den gespeicherten Informationen abgeleitete Rückkanal-Datenpakete begrenzter Länge zusammenstellt und aussendet und das sequentielle Wählen (polling) fortsetzt, bis alle gespeicherten Informationen von ihren angeschlossenen Endgeräten zu Rückkanal-Datenpaketen begrenzter Länge geformt worden sind.

6. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärts- und Rückkanaldatenfluß multiplexte, begrenzte Länge besitzende Datenrahmen umfaßt, die nicht mehr als eine vorgegebene Mitteilungslänge für jedes bzw. von jedem Endgerät enthalten, wobei die Mitteilungslängenbeschränkung die schnelle Dialogbetrieb-Antwortcharakteristik verleiht.

7. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder für einen spezifischen Empfänger vorgesehene Datenrahmen mit einer sequentiellen oder fortlaufenden Rahmen- oder Feldzahl versehen ist.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Satellit-Empfänger eine Abwärtsantenne und eine zwischen die Antenne und eine Vielzahl von Wiedergabe- Endgeräten geschaltete Zugriffeinheit aufweist, die weiterhin an eine Fernsprechleitung-Übertragungseinrichtung angeschlossen ist, die Rahmenzahl eines erwarteten nächsten Datenrahmens für einen spezifischen Empfänger zu speichern und ein Signal zur Fernsprechleitung-Übertragungseinrichtung nur dann zu liefern vermag, wenn eine empfangene sequen­ tielle Rahmenzahl nicht mit der gespeicherten, erwarteten Datenrahmenzahl übereinstimmt.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Rechner nach der Übermittlung einer vorgegebenen Vielzahl von Datenrahmen zur Zugriffeinheit einen speziellen Rahmen sendet, welcher die Zugriffeinheit auffordert, den Empfang des speziellen Rahmens zu bestätigen.

10. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bzw. jede Übertragungseinheit mindestens eine (ausschließlich) zugewiesene Fernsprechleitung aufweist, die Daten in einer Menge entsprechend einem kleinen Bruchteil der Daten-Übertragungsmenge (rate) der Hochgeschwindigkeits-Übertragungseinheit zu übertragen vermag.

11. Verfahren für wirtschaftliche, rechnergestützte Ausbildung oder Schulung, dadurch gekennzeichnet, daß Schulungs-Software in einem Rechner gespeichert wird, ein Ausgabestrom von Daten vom Rechner zu einer Vielzahl von entfernt angeordneten, tastenfeldbetätigten Endgeräten über eine Satelliten-Datenverbindung in Multimegabit-Größenordnungen geliefert wird und ein Eingabestrom von anwenderseitig über ein Tastenfeld eingegebenen Daten von den Endgeräten zum Rechner über eine landgestützte (Nachrichten-)Übertragungs­ verbindung in Mengen oder Größenordnungen von Kilobit/s geliefert wird.

12. Schnell antwortendes, für Dialogbetrieb geeignetes, rechnergestütztes Ausbildungs- oder Schulungssystem mit einem zentralen Rechner und einer Vielzahl von entfernt angeordneten, tastenfeldbetätigten Anwender- Endgeräten, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der zentrale Rechner Schulungs-Software zu speichern und auszuführen und einen Hochgeschwindigkeits-Vor­ wärtskanaldatenfluß zu liefern vermag, wobei letzterer im wesentlichen in Form von Codesequenzen vorliegt, die durch die Anwender-Endgeräte anzuzeigende Daten wiedergeben,
• - die Anwender-Endgeräte (oder Bildschirme) Teile des Datenflusses empfangen, diese Teile wiedergeben und durch den Anwender eingeführte Tastenhubdaten als Ausgabe liefern, wobei die Tastenhubdaten-Flußmenge einen kleinen Bruchteil der vom Rechner kommenden Datenausgabeflußmenge darstellt,
• - für einseitig gerichtete Übertragung der Vorwärtskanaldaten zu den Endgeräten (ausschließlich) zugewiesene Hochgeschwindigkeits-Übertragungseinheiten mit insbesondere Aufwärts-Satellitensendern und mindestens einem Abwärts-Satellitenempfänger und landgestützte Übertragungseinheiten mit einem Rückkanal zum Senden der Tastenhubdaten von der Vielzahl der Anwender-Endgeräte zum Rechner vorgesehen sind.

13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten-Flußmenge im Rückkanal ein kleiner Bruchteil der Daten-Flußmenge im Vorwärtskanal ist.

14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die landgestützten Übertragungseinheiten Fernmeldeleitungen umfassen.

15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Vorwärts- und Rückkanaldatenfluß multiplexe, begrenzte Länge besitzende Datenrahmen umfaßt, die nicht mehr als eine vorgegebene Mitteilungslänge für jedes bzw. von jedem Endgerät enthalten, wobei die Mitteilungs­ längenbeschränkung die schnelle Dialogbetrieb-Antwort­ charakteristik verleiht.

16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Rechner nach Senden mehrerer vorgegebener Datenrahmen zu einer Zugriffeinheit einen spezifischen Datenrahmen aussendet, der die Zugriffeinheit auffordert, den Empfang des spezifischen Datenrahmens zu bestätigen.