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10.11.1995

Datenfunk im LAN/Material- und Datenfluss lassen sich synchronisieren Via Datenfunk Terminals und PCs ins Unternehmensnetz einbinden

Im Bereich der Produktionslogistik, Distribution oder Lagerverwaltung verfuegt der Datenfunk ueber ein erhebliches Rationalisierungspotential, indem er den Daten- und Materialfluss synchronisiert. Dieser Beitrag von Franz-Peter Zantis* informiert ueber die besonderen Eigenschaften von Terminals und mobilen PCs in drahtlosen LANs und deren Integration in vorhandene Netzinstallationen.

Entscheidend fuer die Akzeptanz der mobilen Datenfunkgeraete durch die Mitarbeiter ist die Reaktionszeit. Zwischen der Anforderung einer Information und der Anzeige auf dem Display des mobilen Geraetes sollte einschliesslich der Funkuebertragung und Rechnerzugriffszeit nicht mehr als eine Sekunde verstreichen.

Bei Host-Rechner-Anwendungen bietet sich beispielsweise ein Verfahren an, das die Online-Dialoge ueber die Emulation entsprechender DV-Terminals durch die mobilen Funkterminals realisiert, wobei als Uebertragungsmedium ueblicherweise die Schmalbandtechnik (Narrow-Band-Technology = NBT) mit Frequenzen um 450 MHz zum tragen kommt.

LAN-Protokolle gelten auch fuer Funkuebertragung

Client-Server-Anwendungen in Funknetzwerken hingegen arbeiten wie herkoemmlich verkabelte Netzwerke mit sehr hohen Datenuebertragungsraten und benoetigen daher ein Medium mit grosser Bandbreite. Solche Systeme arbeiten mit der Spreizbandmodulation (Spread-Spectrum-Technology = SST) im 2,4-Gigahertz- Frequenzbereich.

Die Zugriffsverfahren und Protokolle wie CSMA/CD oder Token Passing in herkoemmlichen LANs gelten qualitativ auch fuer drahtlose Netzwerke, so dass sich fuer Benutzer eines mobilen Endgeraetes kaum etwas aendert. Bei geschickter Kombination von Netzwerk- und Funktechnik entsteht ein Datenfunksystem, das sich wie ein stationaeres Netzwerk verhaelt und lediglich das Medium Kabel durch Funk ersetzt.

Somit laesst sich vorhandene Applikationssoftware online und meist unveraendert auf mobilen Endgeraeten benutzten. Aufwendige Anpassungen, wie sie fuer geschlossene Datenfunksysteme erforderlich waeren, entfallen.

Die Abbildungen 1 und 2 zeigen zwei unterschiedliche DV- Architekturen und die Integration entsprechender Datenfunktechnologien in diese Systeme. Das erste Konfigurationsbild stellt ein Beispiel fuer den typischen Aufbau eines Master-Slave-Systems mit Host-Rechner-, Controller- und Terminalebene im stationaeren wie im mobilen Bereich dar. Flexible Datenfunksysteme verfuegen ueber vielfaeltige Emulationsmoeglichkeiten, so dass sie mit gebraeuchlichen Host- Rechnern kommunizieren koennen.

Das Beispiel einer Client-Server-Architektur mit integriertem drahtlosen Netzwerk zeigt die zweite Abbildung. Die Verbindung der mobilen Clients (Funk-PCs) zum LAN erfolgt ueber Funkbruecken, die auch zwei voneinander getrennte LANs miteinander verbinden koennen.

Ein Terminal, das als Slave in der Host-Installation integriert ist, sendet unmittelbar zu einer Funkeinheit, die ueber ein LAN mit dem Netzwerk-Controller verbunden ist. Dieser Controller wird an einer beliebigen Stelle im LAN eingebunden. Er regelt den Datenverkehr wie beispielsweise ein Terminal-Controller des Hosts, indem er die von den Funkstationen ab- oder eingehenden Datenpakete in ein Host-entsprechendes Protokoll umsetzt. Diese Prozesse erfolgen in Echtzeit, um Verzoegerungen im Online-Dialog zwischen Slave und Master zu vermeiden. Die Applikationssoftware laeuft bei Master-Slave-Systemen immer auf dem Host-Rechner.

Direkt unterstuetzt werden die Zugriffsverfahren Token Passing (auf Token Ring) und CSMA/CD (auf Ethernet) sowie die Protokolle ANSI, IBM 3270, IBM 5250 und herstellereigene Implementationen, die ueber die RS-232-Schnittstelle wiederum den Zugriff auf beliebige andere Industriestandards wie Unix- oder DOS-Plattformen ermoeglichen koennen.

Fuer die Entwicklung kundenspezifischer Loesungen oder die Verknuepfung unterschiedlicher Betriebssysteme wie Unix, OS/2, DOS oder Windows stehen Software-Tools zur Verfuegung, mit denen der Anwender selbst, ein beauftragtes Softwarehaus oder der Anbieter unterschiedlichste Aufgabenstellungen loesen kann. Ueblicherweise erlauben diese Tools das Einbinden von Windows- oder OS/2- Applikationen und unterstuetzten Zugriffsverfahren wie X.25, Ethernet, Token Ring sowie ISDN.

Datenfunksysteme in Master-Slave-Architekturen werden ueberwiegend auf Frequenzen im 70-Zentimeter-Band betrieben. Die deutschen Behoerden haben fuer solche Systeme die Frequenzgruppen B und D (456,17 bis 466,41 Megahertz) mit einem Kanalabstand von 20 Kilohertz und die Gruppe F (433,10 bis 434,75 Megahertz) mit 25 Kilohertz Kanalraster zur Verfuegung gestellt. Diese schmalbandigen Kanaele (deshalb die Bezeichnung Narrow-Band) ermoeglichen Datenuebertragungsraten von bis zu 9600 Baud. Die Sendeleistung der Datenfunkgeraete ist in Deutschland auf 500 Milliwatt begrenzt.

Damit laesst sich aufgrund der guenstigen Ausbreitungsbedingungen allerdings eine hohe Reichweite erzielen. Eine stationaere Funkeinheit kann eine Flaeche von bis zu 10 000 Quadratmeter abdecken. Spezielle Methoden zur Datensicherung garantieren eine fehlerfreie Datenuebertragung. Ein Datenpaket wird erst akzeptiert, wenn sichergestellt ist, dass es ohne Verfaelschungen uebertragen worden ist. Im Falle einer Stoerung wiederholt das System die Uebertragung. Der Anwender merkt von diesen im Hintergrund ablaufenden Vorgaengen nichts.

Mobile Datenfunkgeraete in Industrieumgebungen laufen haeufig unter Betriebssystemen wie DOS und Windows. Sowohl leichte Hand-PCs mit integrierten Barcodescanner und mobile Fahrzeugcomputer als auch Standard-PCs wie Notebooks lassen sich in drahtlose Client-Server- Anwendungen einbinden. Fuer PCs stehen bei Anbietern Funkkarten mit PCMCIA-Typ-III-Schnittstelle zur Verfuegung, mit deren Hilfe sich auch stationaere PCs in Funk-LANs integrieren lassen. Es ist moeglich, Client-Server-Anwendungen auf ueblichen, vernetzten PCs mit Standardsoftware fuer den Einsatz auf mobilen Rechnern zu entwickeln.

Den Uebergang vom bestehenden Kabelnetz zum drahtlosen Netzwerk bilden Funkbruecken. Deren Funktion ist vergleichbar mit der einer herkoemmlichen LAN-Bridge, die ebenfalls zwei LAN-Segmente allerdings ueber Kabel miteinander verknuepft. Natuerlich kann eine Verbindung mehrerer LAN-Segmente ebenfalls ueber Funkbruecken erfolgen, die an beliebigen Stellen ins LAN eingebunden werden koennen. So laesst sich beispielsweise das Funk-LAN auf groessere Betriebsflaechen und mehrere Gebaeude ausdehnen.

Bei Client-Server-Anwendungen sind die im Netz zu uebertragenden Datenmengen erheblich groesser als bei Master-Slave-Systemen. Drahtlose LANs koennen daher nur zufriedenstellend arbeiten, wenn die Uebertragungsrate der Funkkomponenten sehr hoch ist. Schmalbandige Funksysteme reichen hier bei weitem nicht aus. Uebertragungsraten von 1,6 Megabaud gewaehrleisten etwa Systeme wie das Funk-LAN der LXE GmbH, Juelich, die die Spread-Spectrum- Technology in der Frequency-Hopping-Betriebsart verwendet.

Wurde vor Jahren noch heftig darueber debattiert, ob Daten besser per Funk oder per Infrarotlicht zu uebertragen sind, ergibt sich heute, nach Etablierung der Funktechnik, der naechste Diskussionspunkt: Narrow-Band oder Spread-Spectrum? Beide Verfahren bieten spezifische Vorteile, die je nach DV-Architektur und Anwendung mehr oder weniger ausgepraegt genutzt werden.

Narrow-Band oder Spread-Spectrum?

Ein Master-Slave-System mit kurzen Datenbloecken fuer die mobilen Terminals wuerde beispielsweise die hohe Uebertragungsrate eines SST-Systems nur zu einem Bruchteil ausnutzen. Fuer die Kommunikation mit Terminals genuegt normalerweise die Uebertragungsrate eines NB-Systems. Die hohe Reichweite der Schmalbandtechnik kann jedoch bei der Ausleuchtung grosser Flaechen mit wenigen stationaeren Funkeinheiten von Vorteil sein. Ein NB- Datenfunksystem erfordert daher ein vergleichsweise niedrigeres Investitionsvolumen.

Client-Server-Anwendungen mit Funk-PCs sind dagegen aufgrund ihres hoeheren Kommunikations- und Datenaufkommens mit Schmalbanduebertragung undenkbar. Der Vorteil der hohen Uebertragungsrate wird allerdings durch eine geringere Reichweite relativiert, die aus der niedrigen Sendeleistung von 100 Milliwatt und der geringeren Beugungsneigung dieser Funkwellen resultiert.

Die vorhandene DV-Architektur, die geplante Anwendung und die Ausmasse des Betriebsgelaendes fuehren automatisch zur richtigen Technologie-Entscheidung. Eine fundierte Beratung durch Anbieter oder Dienstleister basiert nicht nur auf theoretischer Kompetenz. Praktische Erfahrungen mit vielen aehnlichen Installationen sowie die Ergebnisse einer Funkmessung (Site Survey) auf dem Betriebsgelaende des zukuenftigen Betreibers sollten zu einer genauen Vorhersage der zu erwartenden Funkmoeglichkeiten fuehren.

Die optimale Plazierung der stationaeren Funkeinheiten beziehungsweise Funkbruecken gewaehrleistet eine sichere Verbindung zu den mobilen Datenfunkgeraeten und hilft Stoerungen durch Interferenzen zu vermeiden. Moderne Datenfunkkomponenten verfuegen heute ueber Synthesizer-Hochfrequenzmodule, deren Frequenzen sich per Software schnell und komfortabel einstellen lassen. Aufwendiger Quarzwechsel ist Vergangenheit. Intelligente Systeme koennen die Traegerfrequenzen und Funkkanaele nach Bedarf verwalten und damit die Ressourcen besser ausnutzen.

*Diplom-Ingenieur Franz-Peter Zantis ist Leiter des technischen Supports bei der LXE GmbH in Juelich.