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02.12.1983 - 

Kosteneinsparungen bis zu 90 Prozent:

Multiplexer übernehmen Konzentratorfunktionen

Reduzieren von Leitungskosten war das Ziel für die Entwicklung von Multiplexer-Systemen. Diese Aufgabe nehmen Multiplexer nach wie vor wahr. Darüber hinaus ist die heutige Generation dieser "Goldesel", zumindest einige von ihnen, in der Lage, wesentlich mehr zum Thema Kosteneinsparung beizutragen. Außer Leitungskosten lassen sich auch Hardwarekomponenten einsparen, beispielsweise Modems.

Beim Einsatz von Multiplexern wird eine variable Anzahl von Input-Kanälen (Terminals, Computer-Ports), also einzelnen Datenströmen, zu einem zusammengesetzten Datenstrom, dem sogenannten Composite Data Stream, vereinigt. Auf der anderen Seite der Leitungsverbindung findet ein Demultiplexing statt, eine Rückgewinnung der einzelnen Datenströme. Die erste Generation dieser Geräte bediente sich des Frequenz-Division-Multiplexing (FDM). Die einzelnen Datenströme wurden auf der gleichen Leitung mittels Übertragsungskanälen unterschiedlicher Frequenzlage übertragen.

Diese Technologie mußte bald einer effektiveren Methode Platz machen, dem sogenannten Time-Division-Multiplexing (TDM). Dabei wird jedem einzelnen Datenstrom an den Input-Ports eine bestimmte Übertragungszeit innerhalb des Composite Data Streams, also der Verbindung zwischen den Multiplexern, zugeteilt. Daraus resultiert, daß dort die Übertragungsgeschwindigkeit mindestens so groß ist wie die Summe der Geschwindigkeiten an den Multiplexer-Eingängen (zum Beispiel 4 x 2400 Bit pro Sekunde = 9600 Bit pro Sekunde).

Der große Nachteil dieses Verfahrens: Auch nicht aktive Input-Kanäle belegen ihre Zeit-Slots. Statistische Zeit-Multiplexer (Statistical-Time-Division-Multiplexer) verwenden das gleiche Verfahren, sind aber in der Lage, die Übertragungskapazität des Composite Data Streams dynamisch zu verteilen. In anderen Worten: Ein Multiplexer mit vier Inout-Ports, von denen drei gerade keine Daten anbieten, stellt dem einzigen aktiven Port seine gesamte Übertragungskapazität zur Verfügung. Sind mehrere Ports aktiv, ermittelt die Logik des Multiplexers den Aktivitätsgrad der einzelnen Ports. Anhand dieser "Statistik" wird jedem Port eine bestimmte Übertragungsdauer zugeordnet.

Nicht nur das Übertragungsverfahren, also FDM, TDM oder statistisches TDM bestimmt die Effizienz eines Multiplexers. Ein Vergleich zwischen Geräten unterschiedlicher Hersteller, also die Erstellung einer Checkliste mit zusätzlichen Fähigkeiten, kann darüber entscheiden, ob sich der Einsatz solcher Geräte erst nach vielen Jahren oder bereits nach wenigen Monaten bezahlt macht. Hier einige solcher Fähigkeiten und ihre Bedeutung.

Datenkompression

Eine größere Anzahl zu übertragender, gleichartiger Zeichen wird komprimiert, indem das Zeichen nur einmal, jedoch mit Angabe der Anzahl zu übertragenden Zeichen auf die Übertragungsleitung gebracht wird. Am anderen Ende dieser Leitung werden die Zeichen wieder eingefügt und an den empfangenden Port weitergeleitet. Das ist besonders sinnvoll, wenn häufig Bildschirmmasken, bestehend aus Strichen oder Leerzeichen, übertragen werden sollen.

Auswahl der Leitungsprozedur

Das Zusammenfügen des Composite Data Streams erfolgt nach einer Prozedur, oftmals auch Link-Protokoll genannt. Einige Hersteller benutzen hier bekannte Protokolle, wie SDLC/HDLC, dort wo ein Multiplexer auch Vermittlungsfunktionen übernimmt, X.25. Für zahlreiche Multiplexer-Anwendungen hat sich das von DEC entwickelte DDCMP-Protokoll aufgrund des hohen Durchsatzes bewährt.

ARQ (Automatic Repeat Request)

Fehlersicherungsverfahren zur Blockwiederholung fehlerhaft empfangener Blöcke.

Autobaud

Die Multiplexer-Ports stellen sich automatisch auf die Geschwindigkeit der angeschalteten Geräte ein. Wichtig dort, wo über Wählleitungen unterschiedliche Geräte an gleiche Ports geschaltet werden.

Flußkontrolle

Alle Ports können mit maximaler Geschwindigkeit arbeiten. Die Fü(..)lung des Buffers im Multiplexer wird gesteuert.

Multipoint-Betrieb

Betrieb mehrerer Multiplexer an einer Übertragungsleitung.

Statistik-Report

Während des Betriebs sammelt der Multiplexer Reports, wie Anzahl der Übertragung, Anzahl der fehlerhaften Übertragung oder Leitungsausfälle.

Abhängig von diesen Punkten kann die Apparate-Effizienz eines Multiplexers, im Verhältnis zu der einfachsten Multiplexer-Funktion gesehen, eine Größenordnung von 800 Prozent und mehr erreichen.

Darüber hinaus läßt sich in die Protokollebene von Multiplexern eine Netzwerkarchitektur integrieren. Diese Netzwerkarchitektur erlaubt die Zusammenschaltung mehrerer Multiplexer zu einem kompletten Netzwerk. Einige Konfigurations-beispiele:

Im sogenannten Traffic-Balance-Mode besteht die Verbindung zwischen zwei Multiplexern aus zwei Modemstrecken. Bei Ausfall der einen Leitung wird deren Aufgabe von der Ersatzleitung automatisch übernommen.

Der sogenannte Bypass-Mode ist immer dann geeignet, wenn zwei kostspielige lange Leitungsverbindungen (Postgebühren) durch eine längere Verbindung A-B und eine kurze Verbindung B-C ersetzt werden.

Innerhalb solcher Konfigurationen können Multiplexer zusätzlich Konzentratorfunktionen übernehmen. Die Anzahl der Input-Ports an der CPU-Seite kann dabei kleiner sein als die Anzahl aller Terminal-Ports. Port-Select-Funktionen bieten dem Terminal-Benutzer die Anwahl eines bestimmten Ziel-Ports auf der Host-Seite. Port-Contention bedeutet, daß der Multiplexer auf der Rechnerseite dem Terminal-Benutzer automatisch einen freien Port innerhalb einer Gruppe von Ports vermittelt.

Intelligente Knotenpunkte innerhalb solcher Netzwerke treten dabei als Master-Multiplexer auf, welche mit sogenannten Slaves auf der Grundlage einer fest definierten Hierarchie zusammenarbeiten. Da diese Master-Einheiten nicht nur Multiplexing betreiben, gibt es je nach Hersteller unterschiedliche Benennungen (Netzwerk-Prozessoren, Konzentrator-Multiplexer, intelligente Knoten).

Lücken sinnvoll füllen

Die Post wird solche Technologie ebenfalls in ihr Leitungsnetz implementieren oder hat sie bereits implementiert. Diesen Optimierungsprozeß kann der Benutzer gemieteter Leitungsführungen seinen Bedürfnissen entsprechend mittels eigener Multiplexer weiterentwickeln. Der Schwerpunkt beim Einsatz von Multiplexern lag lange Zeit im asynchronen Bereich (Hersteller wie DEC und HP). Dafür gibt es im wesentlichen zwei Gründe: Anwender asynchroner Hardware sind in Sachen Netzwerkarchitektur einschließlich erforderlicher Hardwarekomponenten wie Terminalsteuereinheiten und Konzentratoren von den Herstellern nicht gerade verwöhnt worden. Multiplexerkonzepte mit integrierter Netzwerkarchitektur sind geeignet, um solche Lücken sinnvoll zu füllen, und haben den Vorteil, zusätzlich herstellerunabhängig zu sein.

Asynchrone Protokolle eignen sich aufgrund des relativ zeitunkritischen Verhaltens besser zur Manipulation durch Multiplexer-Konzepte. Inzwischen haben sich dort entscheidende Dinge getan. Es gibt seit einiger Zeit zuverlässig funktionierende statistische Multiplexer im synchronen Bereich und sogar Geräte, die einen Gemischtbetrieb asynchron/synchron gewährleisten. Interessant nicht zuletzt für Anwender asynchroner und synchroner Rechnersysteme. In diesem Fall können die gleichen Übertragungswege, also das gleiche Netzwerk-Konzept für asynchrone und synchrone Anwendungen benutzt werden.

Einige Hersteller bieten vorwiegend Konzepte für den Inhouse-Bereich an. Sichtbar zumeist am relativ niedrigen Preis aufgrund fehlender Fähigkeiten, aber auch basierend auf der Tatsache, daß im Inhouse-Bereich langwierige und kostspielige Zulassungsverfahren wie FTZ und VDE entfallen. Die Effizienz solcher Geräte wird oftmals mit anderen Maßstäben gemessen. Es geht hier nicht darum, eine gemietete Postleitung mit einer festgewählten Übertragungsgeschwindigkeit optimal auszunützen und damit die Anmietung einer Leitung mit höherer Geschwindigkeit zu umgehen.

Um so mehr rücken im Inhouse-Bereich andere Dinge wie Switching-Multiplexer-Funktionen, also die Fähigkeit der beliebigen Port-Anwahl (Port-Selection) in den Vordergrund. Im Inhouse-Bereich heißt die Problemstellung: Leitungsführungen anzahlmäßig einzusparen und gleichzeitig Vermittlungsfunktionen, Konzentratorfunktionen oder sogar beides zu übernehmen. In solchen Fällen ist ein Multiplexer-Netzwerk oft eine ideale Lösung.

Im Bereich der öffentlichen Netze gibt es Einsatzmöglichkeiten dort, wo feste Leitungsverbindungen (Standleitungen) angemietet sind und es gilt, diese Leitungen optimal zu nutzen. Das kann auch bedeuten, durch den Einsatz von Multiplexern eventuell erforderliche zusätzliche Mietkosten zu eliminieren. Die Gebührenstruktur der Deutschen Bundespost forciert dabei den Einsatz solcher Systeme, da das Verhältnis Leitungskosten/Geschwindigkeit nicht linear verläuft.

Ein Beispiel: Im Direktrufnetz beträgt die monatliche Verkehrsgebühr für eine 4800-Bit/s-Leitung bei einer Entfernung von 100 Kilometer 2600 Mark, für die doppelte Geschwindigkeit 3250 Mark. Erfordert eine Anwendung die Errichtung zweier Leitungsverbindungen mit jeweils 4800 Bit pro Sekunde und somit Verkehrsgebühren in Höhe von 5200 Mark, bietet sich der Betrieb über eine 9600-Bit/s-Verbindung mit Verkehrsgebühren von 3250 Mark an.

Der Differenzbetrag von 1950 Mark monatlich läßt genügend Spielraum für den Ankauf beziehungsweise die Anmietung von Multiplexer-Systemen. Das gilt auch für die neuen 64-KBit-IDN-Strecken. Grundsätzlich gilt: Einige Stunden Planung und Kalkulation können auf die Dauer enorme finanzielle Vorteile bringen. Einsparungen bis zu 90 Prozent der Übertragungskosten sind daraus möglich.

Hardware-Kostenfaktoren

Betrachtet man eine einzelne Punkt-zu-Punkt-Multiplexer-Verbindung, so beginnt die Preisskala bei etwa 1000 Mark pro Port für einen 4-Port-Multiplexer. Eine 16-Port-Version schlägt mit rund 700 Mark pro Port zu Buche. Erlaubt die Anwendung den Einsatz einer 32-Port-Ausführung, innerhalb eines Netzwerk-Konzeptes mit Netzwerk-Prozessor durchaus machbar, sinken die Kosten bis auf einen Betrag von 500 Mark pro Port herab. Der Preis für Master-Multiplexer oder Netzwerk-Prozessoren richtet sich nach den Fähigkeiten dieser Geräte, eine Faustformel kann hier nicht genannt werden. Integriert in ein Gesamtkonzept Leitungseinsparung einschließlich Übernahme digitaler Vermittlungsfunktionen, hält eine solche Problemlösung den Vergleich mit anderen Systemen (digitale Nebenstellen-Anlagen PABX) ohne weiteres stand.

Eine Frost&Sullivan-Studie ermittelte eine Zuwachsrate innerhalb Europas von 429 Prozent in fünf Jahren (1981 bis 1986). Da Multiplexer jetzt noch überwiegend im asynchronen Bereich Anwendung finden, wird die Bundesrepublik als synchrone Hochburg hinter dieser Zahl zurückstehen. Das Postmonopol in Sachen öffentliche Übertragungsnetze, verbunden mit verschiedenen Zulassungsverfahren für Geräte, die innerhalb dieses Netzes zum Einsatz kommen, wirkt ebenfalls bremsend.

Zugute kommt dem Markt für Multiplexer auch in der Bundesrepublik die Integration zusätzlicher Fähigkeiten, wie etwa der Betrieb asynchroner und synchroner Terminal-Systeme über das gleiche Netzwerk. Ebenso der Trend zu höheren Leitungsgeschwindigkeiten, insbesondere aber die Marktchancen solcher Geräte, welche über eine herstellerunabhängige integrierte Netzwerkarchitektur verfügen.

Ein deutlicher Trend in Richtung private Netzwerke, basierend auf fest geschalteten gemieteten Postleitungen und Multiplexer-Technologie, gibt es auch dort, wo dem Anwender die Zuverlässigkeit (Verfügbarkeit) öffentlicher Wählnetze einschließlich virtueller Technologie (Datex-P) nicht ausreicht, beziehungsweise wo aufgrund unzureichender Gebührentransparenz, bezogen auf die Zukunft, eine zufriedenstellende Planungssicherheit fehlt. Dieser Trend ist außerdem dort erkennbar, wo Unzulänglichkeiten im Zusammenhang mit herstellerbezogenen Netzwerksystemen auftreten.

*Paul Hofmann, Wetronic Automation München