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