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09.08.1991 - 

Technik und Administration der Smog-Überwachung (Teil 2 und Schluß)

Smog-Warnung: Prognose und flächendeckende Darstellung

Das Smog-Frühwarnsystem der Bundesrepublik hat unter anderem die Aufgabe der flächendeckenden Darstellung der aktuellen Immissionssituation. Nachdem im ersten Teil des Beitrages die Teilkomponenten und das Datenfluß-Konzept erläutert wurden, befaßt sich der Autor Joachim Winckler* abschließend mit den administrativen und technischen Konzepten der Datenfernübertragung im System.

Als Übertragungssoftware kommt das X-Modem-Protokoll zum Einsatz. Es wurde in Fortran realisiert und an die jeweiligen Anforderungen der Betriebssystem-Software- und Hardwarekonfiguration der Meßnetz-Zentralrechner angepaßt. X-Modem ermöglicht die Übertragung von Daten auf der Basis eines 128 Byte langen Protokolls, in dem eine Prüfsumme mitgeschickt wird, die auf der empfangenden Seite neu berechnet wird. Stimmt die berechnete Prüfsumme nicht mit der gelesenen überein, so veranlaßt der Empfänger die Übertragung dieses Datensatzes nochmals, andernfalls signalisiert er ein o.k., das die Übertragung des Folgesatzes ermöglicht. Die Übertragungsrate zwischen den Meßnetz-Zelltralrechnern und den Schnittstellen-Rechnern wurde fast ausnahmslos auf 9600 Bauds festgelegt.

Die Datenübertragung zum Schnittstellen-Rechner kann in drei verschiedenen Fällen ausgelöst werden:

- Die auf dem Schnittstellen-Rechner eingestellte Zeit zur Auflösung der Übertragung ist erreicht.

- Im Dialog mit dem Schnittstellen-Rechner werden Daten angefordert.

- Dem Meßnetzrechner wird mitgeteilt, daß sich das Zeitintervall für die Datenübertragung von "Normalbetrieb" auf "Intensivbetrieb" oder umgekehrt geändert hat.

In diesen Fällen wird der Kommunikationssoftware eine Datenanforderung übermittelt, die diese - sofern aktuell keine Übertragung erfolgt - an die Kommunikationssoftware auf dem Meßnetz-Zentralrechner weitergibt. Nach Abschluß der Übertragung wird Erfolg gemeldet, und die Kommunikationssoftware auf dem Schnittstellen-Rechner geht in den Wartezustand über.

Bei der Übermittlung der Meßdaten vom Meßnetz-Zentralrechner erfolgt eine Plausibilitätsprüfung der übernommenen Werte. Dabei wird geklärt, ob die Bezeichnungen der Meßkomponenten mit denen übereinstimmen, die auf dem Schnittstellen-Rechner im Dialog eingetragen wurden. Außerdem ist sicherzustellen, daß die Bezeichnungen der Landes Meßstellen auf dem Schnittstellen-Rechner bekannt sind. Zusätzlich werden die Daten auf formale und - soweit möglich - auf inhaltliche Plausibilität überprüft. Unkorrektheiten bei der Übertragung erhält der Benutzer durch Mails auf dem Schnittstellen-Rechner angezeigt. Abschließend wird aus den Daten ein internes Format erzeugt und neben diesen sogenannten Ur-Daten eine Arbeitsdatei angelegt.

Während der Bearbeitung und Datensichtung kann der Sachbearbeiter am Schnittstellen-Rechner einzelne Datensätze, bei denen sich die Erfassung der Meßwerte als fehlerhaft erwiesen hat, für die Übertragung ins Umweltbundesamt sperren. Die anderen Daten werden wahlweise automatisch oder manuell freigegeben und stehen dann zur Abholung durch die Kommunikationssoftware zu Verfügung.

Administrator-Modell für den Datentransfer

Der gesamte Datentransfer im Smog Frühwarnsystem wird von sogenannten Administrator Prozessen gesteuert, diese Prozesse organisieren die Kommunikation zwischen den Rechnern. Sämtliche Datenanforderungen werden nur zwischen den Administrator-Prozessen auf den beteiligten Rechnern abgewickelt. Auf dem Zentralrechner ist ein Administrator-Prozeß für die Verwaltung der

zentralen Steuerung verantwortlich. Dieser hat folgende Funktionen:

- Überwachung des Netzwerks,

- Anschalten beziehungsweise Abschalten von Decnet-Knoten,

- Anstoßen der Datenübertragung von den Meßnetzrechnern

- Übermittlung von Statusinformationen an die Schnittstellen-Rechner,

- Datenkonvertierung und Erstellung von Übertragungsstatistiken,

- Übertragung der Daten auf die Siemens-Zentralrechner.

Abbildung 1 zeigt beispielhaft die Kommunikation zwischen den Administrator-Prozessen.

Andere Prozesse können nur über einen Administrator-Prozeß untereinander Kontakt aufnehmen. Dazu wird jedem Administrator-Prozeß eine eigene Kommunikations-Mailbox zugeordnet, in der die eingehenden Nachrichten anderer Prozesse abgelegt werden. Will ein Prozeß mit dem Administrator-Prozeß kommunizieren, so schreibt er ein entsprechendes Datentelegramm in die zu dem Administrator-Prozeß gehörende Mailbox. Jede Nachricht hat ein definiertes Format, aus dem der Administrator-Prozeß erkennen kann, wie die Nachricht bearbeitet werden soll. Die Administrator-Prozesse arbeiten die Datentelegramme nacheinander ab und stoßen dabei, dem Auftrag entsprechend, im Daten-Telegramm weitere Prozesse an. Sämtliche Aktionen werden in Protokolldateien niedergeschrieben.

Nach Abshluß der Bearbeitung durch den beauftragten Prozeß erhält der Administrator-Prozeß eine Rückmeldung, die er ebenfalls in der Protokolldatei ablegt. Diese Rückmeldung führt unter Umständen dazu, daß ein anderer Administrator-Prozeß über die erfolgreiche Bearbeitung eines Prozesses informiert werden muß. Abbildung 2 zeigt schematisch den Datenstrom zwischen den Schnittstellen-Rechnern und der Zentrale.

Der gesamten Datenübertragung liegt das Datex-P-Netz der Deutschen Bundespost zugrunde. Auf allen beteiligten Rechnern ist die Netzwerk-Software Decnet der Firma Digital Equipment installiert. Sie bildet die Grundlage der gesamten Datenübertragung. Das Netz ist auf die spezifische Fragestellung dieses Gesamtsystems hin ausgerichtet.

In der Systemadministration läßt sich folgende Funktionalität einstellen: Die Schnittstellen-Rechner können untereinander und mit der Zentrale im UBA Mails austauschen. Zwischen jedem Schnittstellen-Rechner und der Zentrale sind Filetransfers möglich. Für Systemverwaltungs-Aufgaben kann die Zentrale auf jedem Schnittstellen-Rechner Dialogprozesse starten. Damit wird auch die Sicherheit der Übertragungsprozesse gewährleistet.

Im Rahmen des DFÜ-Netzes sind die Softwarekomponenten Decnet und Packetnet System lnterface (PSI) - als Schnittstelle zu Datex-P unter Nutzung der PSI Security - installiert. Diese

Gesamteinrichtung ermöglicht das direkte Kopieren von Dateien, die Nutzung der Mail-Funktionen sowie die Task-to-Task-Kommunikation zwischen Prozessen auf verschiedenen Rechnern. Das gesamte System ist auf einen bedienungsfreien Dauer betrieb ausgelegt.

Smognetz mit Sterntopologie

Insgesamt sind zur Zeit 18 Rechner in das Gesamtnetz eingebunden. Eine Inhouse-Verbindung zum Siemens-Zentralrechner im Umweltbundesamt ist vorhanden; sie wird durch die Filetransfer-Komponente RDAC realisiert. Alle Rechner sind sternförmig zu einem Gesamtnetz verbunden. Den Mittelpunkt des Sternnetzes bildet die MicroVAX II im Umweltbundesamt. Dieser Rechner fungiert als Zentralrechner und ist mit allen anderen Computern direkt verbunden.

Weitere Rechner sind angeschlossen, wobei bestimmte Schnittstellen-Rechner als Router im Decnet definiert sind, so unter anderem eine PDP11 in der Pilotstation Offenbach des Umweltbundesamtes. Bei einer Störung des Zentralrechners kann der Endknoten beim Systemhaus IVU in einen Kouter umgewandelt werden und damit die Funktion des Zentralrechners übernehmen. Auf diese Weise bleibt das Netz des Smog-Frühwarnsystems auch bei Ausfall des Zentralrechners funktionsfähig.

Für das Smog-Frühwarnsystem wird das paketvermittelnde Netz Datex-P10H genutzt. Alle Verbindungen sind Wählverbindungen mit einer Datenübertragungs-Rate von 9600 Baud. Für alle Endknoten werden zwei ankommende Kanäle und ein abgehender Kanal benötigt. Aus Gründen des Datenschutzes wurden alle in dieses Netz eingebundenen Rechner in eine geschlossene Benutzergruppe des Datex-P-Netzes zusammengefaßt. Dieses Konzept der sogenannten "Teilnehmer-Betriebsklasse" bewirkt, daß die User nur mit jenen kommunizieren können, die Teilnehmer der gleichen Gruppe sind. Zum Anschluß an das Datex-P-Netz mußte in jedem anzuschließenden Rechner eine Hardware-Erweiterung (Typ KMV-11 ) vorhanden sein.

Erfahrungen aus dem Netzbetrieb

Das Gesamtnetz hat sich in den vergangenen Jahren als sehr stabil erwiesen. Störungen durch das Datex-P-Netz sind nur in geringem Umfang aufgetreten. Weil meistens nur Teile des Netzes notwendig sind, wurde die zentrale Steuerung der Netzwerk-Software so erweitert, daß das Gesamtnetz nur zu bestimmten Zeitpunkten verfügbar gemacht wird. Das trifft zu, wenn eine Datenübertragung ansteht oder spezielle Informationen von anderen Rechnern gebraucht werden. Diese Anschaltung wird automatisch zu bestimmten Zeitpunkten oder auf Anforderung durchgeführt.