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Kommunikationssysteme

Teil 2: Protokolle und Anwendungen

Übungen

Edition 0.2, April 2014Autor: Stephan Rupp

Informatik MasterstudiumComputing & Communications, PM2100.1

S. Rupp, 2014 Übungen_Kommunikationssysteme_PM_2001_1_Teil_2 1/74

Inhaltsverzeichnis1. Eine Nachricht schicken! 4

2. Rahmenprotokoll! 4

3. Netztopologie! 6

4. Verfügbarkeit! 7

5. Distributed Computing! 8

6. Service Inventory ! 9

7. Names, Adresses und Identities! 10

8. Name Spaces (Namensräume)! 11

9. Clients and Servers! 12

10. Threads and Processes! 13

11. Memory Leak! 13

12. Viruses and Trojan Horses! 13

13. Service Discovery! 13

14. Bluetooth! 13

15. File-Sharing! 13

16. IPSec! 14

17. IP-VPN! 14

18. Collisions in Piconets! 15

19. Protocol Overhead in VoIP! 16

20. Shopping carts! 17

21. Output Buffer! 17

22. Relations at Examination Time! 17

23. Evaluation of Results! 18

24. Service Discovery! 21

25. UPNP Remote Control! 24



26. Client-Server Communication! 26

27. Home Networks! 28

28. Mobile Peer-to-Peer Networks! 30

29. CORBA and RMI! 32

30. CORBA and Web-Services! 33

31. Remote Control for Home Networks! 33

32. Remote Player! 35

33. Universal Remote Control! 37

34. Ethernet basierte Feldbusse! 39

35. Anlagensteuerung! 40

36. Regler mit Anzeige! 48

37. Topologie-Erkennungsdienst! 50

38. Vorfahrt für Prozessdaten! 53

39. Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)! 54

40. Feldbus! 55

41. Ablaufwarteschlange! 59

42. Verfahrene Situationen! 60

43. Task-Synchronisation! 61

44. Vernetzter Feldbus! 62

45. CAN Open als Feldbus! 63



1. Eine Nachricht schickenWähle eine Entfernung zwischen den Standorten A und B, sowie eine Ausbreitungs-

geschwindigkeit für elektromagnetische Wellen im Medium zwischen A und B. Wie lange benötigt ein Signal für die Entfernung zwischen A und B (Signallaufzeit, engl. propagation delay)?

Wähle eine Größe der Nachricht (in Bytes), sowie eine Übertragungsrate (in bit/s). Wie lange benötigt die Übertragung der Nachricht bei A (Übertragungsdauer, engl. transmission delay)? Wie lässt sich die Übertragungsdauer minimieren?

!

A B

Message

Acknowledge

Sonntag, 5. Februar 12

Den Empfang der Nachricht bestätigt B durch Senden einer Quittung zurück an A (acknowledge). Unter der Annahme einer Nachrichtenlänge (in Bytes) für die Quittung, wie lange dauert es vom Senden der Nachricht von A bis zum Empfang der Quittung?

Diskutiere den Einfluss der Verzögerungen durch Laufzeit und Übertragungsrate für unterschiedliche Anwendungen mit unterschiedlich großen Nachrichten: interaktive Spiele, Telefongespräche, SMS, Datei-Transfers, E-Mail. Welchen Einfluss haben Verzögerungen auf die Übertragung von Audio (Musik) und Video?

Wie würde man in der Praxis Nachrichten mit Daten von A nach B transportieren? Können auf dem Weg von A nach B Nachrichten durch Störungen verfälscht werden bzw. Nachrichten verloren gehen? Was tut man für solche Fälle und in solchen Fällen?

2. RahmenprotokollEine Datenmenge von insgesamt 10 000 Bytes sollen über eine Luftschnittstelle

übertragen werden, die eine Bitfehlerrate von 10E-4 hat. Hierzu wird ein Rahmenprotokoll verwendet (HDLC Protokoll (High Level Data Link Control) mit folgenden Parametern:

• Fall I): Jeder Rahmen fasst 128 Bytes an Daten• Fall II): Jeder Rahmen fasst 512 Bytes an Daten

In beiden Fällen gilt: Sofern bei der Übertragung ein Fehler passiert ist (was der Empfänger mit Hilfe einer Prüfsumme festgestellt kann), sollte der betroffene Rahmen nochmals gesendet werden. Für das Übertragungsprotokoll ist pro Rahmen ein Nachrichtenkopf (engl. header) von 6 Bytes vorgesehen.

Frage 1: Wie viele Rahmen müssen in den beiden Fällen I und II insgesamt übertragen werden (inklusive der wegen Übertragungsfehlern wiederholten Rahmen)?



Frage 2: Wie lange dauert die Übertragung in beiden Fällen über einen Kanal mit einer Übertragungsrate von 32000 bit/s (Laufzeiten für Quittungen und Wartezeiten nicht eingerechnet)?

Frage 3: Welcher der beiden Fälle ist in Bezug auf die insgesamt pro Sekunde transportierte Menge an Nutzinformationen effizienter?

Frage 4: Welcher der beiden Fälle wäre effizienter, wenn die Bitfehlerrate 10E-6 beträgt?

Lösungen:

Frage 1 Fall I):

• Benötigte Rahmen = 10000 / 128 = 78,125 => 79 Rahmen

• Anzahl Bytes = 10000 + 79 * 6 = 10474 Bytes

• Anzahl Bits = 10747 * 8 = 83792 bit

• Anzahl Fehler = 83792 * 10E–4 = 8,38 => 9 fehlerhafte Rahmen

Anzahl benötigter Rahmen (inkl. fehlerhafter Rahmen) = 79 + 9 = 88 Rahmen

Frage 1 Fall II):

• Benötigte Rahmen = 10000 / 512 = 19,53 => 20 Rahmen

• Anzahl Bytes = 10000 + 20 * 6 = 10120 Bytes

• Anzahl Bits = 10120 * 8 = 80960 bit

• Anzahl Fehler = 80960 * 10E–4 = 8,1 => 9 fehlerhafte Rahmen!

Anzahl benötigter Rahmen (inkl. fehlerhafter Rahmen) = 20 + 9 = 29 Rahmen

Frage 2 Fall I)

• Anzahl Bytes (inkl. fehlerhafter Rahmen) = 10474 + 9 * (128 + 6) = 11680 Bytes

• Anzahl Bits = 11680 * 8 = 93440 bit

Übertragungsdauer = 93440 / 32000 = 2,92 s

Frage 2 Fall II):

• Anzahl Bytes (inkl. fehlerhafter Rahmen) = 10120 + 9 * (512 + 6) = 14782 Bytes

• Anzahl Bits = 14782 * 8 = 118256 bit


Frage 3 Fall I):

• Bytes (eff.) pro Sekunde = 10000 / 2,92 = 3424,66 Bytes pro Sekunde

• Bits (eff.) pro Sekunde = 3424, 66 * 8 = 27397,28 bit/s (eff.)



Frage 3 Fall II):

• Bytes (eff.) pro Sekunde = 10000 / 3,7 = 2702,70 Bytes pro Sekunde

• Bits (eff.) pro Sekunde = 2702, 70 * 8 = 21621,6 bit/s (eff.)

Antwort auf Frage 3: Fall I ist effizienter.

Frage 4) Bei einer Bitfehlerrate von 10-6 erhält man in beiden Fällen einen fehlerhaften Rahmen (siehe Antworten zu Frage 1).

Frage 4) Fall I:

• Anzahl der Bytes (inkl. fehlerhafte Rahmen) = 10474 + 1 * (128 + 6) = 10608 Bytes

• Anzahl der Bits = 10608 * 8 = 84864 bit


Frage 4 Fall II:

• Anzahl der Bytes (inkl. fehlerhafte Rahmen) = 10120 + 1 * (512 + 6) = 10638 Bytes

• Anzahl der Bits = 10638 * 8 = 85104 bit


Antwort auf Frage 4): Beide Rahmengrößen sind vergleichbar effizient.

3. NetztopologieBeschreibe die in der folgenden beiden Abbildung gezeigten Netzwerke. Worin bestehen

die Unterschiede? Was könnte man unter dem Begriff „Topologie“ verstehen?

Nachrichten über das Netz schicken: Wähle zwei Endpunkte A und B für den Versand einer Nachricht. Auf welchem Weg gelangt die Nachricht von A nach B? Wie kann das Netz die Nachricht eigenständig von A nach B befördern?

Wie wird eine Route ausgewählt? Wie geht man vor, wenn mehrere Wege von A nach B führen?



Wald-friedhof

Marienplatz

Möhringen

MöhringenFreibad

Vaihinger Str.Degerloch

Waldau

Charlottenplatz

Staatsgalerie

BerlinerPlatz

Stöckach

Berg-friedhof

Mineral-bäder

Ruhbank(Fernsehturm)

Wasenstr.Wangener-/

Landhausstr.

NeckarPark(Stadion)

Pragsattel

Hohensteinstr.

Löwentor

Gerlingen

Giebel

Killesberg

Türlenstr.

Eckartshaldenweg(Pragfriedhof)

Hölderlinplatz

Botnang

MönchfeldStammheim

Rosen-steinbrücke

U6U7

U13U15

U4 U9

U3 U5U6 U8 U12

U4

U1 U2

U4 U9

U11 U14

U1

U1 U2

U4 U11

U1 U14

U6 U13

U5

U6

U7

U12

U8

U7

U15

U7 U8 U15

U3 U8 U12U5 U6

U8 U12

U9

U4

U13

U13

U5 U6U7 U12U15

U9 U11U14

U9 U11U14

U5

U6

U7

U12

U2 U4U11 U14

Wilhelmspl.

Neugereut

Bopser

Weinsteige

SüdheimerPlatz

Olgaeck

HeslachVogelrain

Plieningen

Fasanenhof Schelmenwasen

Heumaden

Hedelfingen

NellingenOstfildern

Fellb. Lutherkirche

U15

NeckargröningenRemseck

U13

Nürn-berger Str.

Zuffenhausen

Feuerbach

StadtmitteFeuersee

Universität

Österfeld

Rohr

Goldberg

Hulb

Ehningen

Gärtringen

Nufringen

Oberaichen

Leinfelden

Echterdingen

Untertürkheim

Neckarpark (Mercedes-Benz)

Mettingen

Oberesslingen

Zell

Altbach

Obertürkheim

Maubach

Nellmersbach

Winnenden

Schwaikheim

Neustadt-Hohenacker

WaiblingenFellbach

Sommer-rain

Neuwirtshaus(Porscheplatz)

Korntal

WeilimdorfDitzingen

Höfingen

Rutesheim

Renningen

Malmsheim

Rommelshausen

Stetten-Beinstein

Endersbach

Beutelsbach

Grunbach

Geradstetten

Winterbach

Weiler

LudwigsburgKornwestheim

Tamm Asperg Benningen (N)

Freiberg (N)

Favoritepark

Esslingen (N)

Leonberg Nordbahnhof

BadCannstatt

Vaihingen

Marbach (N)

Plochingen

Wernau (N)

Wendlingen (N)

Ötlingen

SindelfingenSchorndorf

Herrenberg

Bietigheim

Weil der Stadt

Backnang

Schwabstraße

Flughafen / MesseFilderstadt Kirchheim (T)

Haupt- bahn- hof

Maichingen

Böblingen

© VVS 12.2011 Kundendialog DB Regio Baden-Württemberg: 0711 2092 7087 www.bahn.de/s-bahn-stuttgart Bahn Stuttgartim Auftrag des

vvs BAHNS-Bahn-Liniennetz

4. VerfügbarkeitEin experimentelles System (File Server) hat eine Verfügbarkeit (engl. availability) von

80%, d.h. in 20% der Zeit steht das System still und funktioniert nicht. Um die



Systemverfügbarkeit zu verbessern, soll ein zweites, baugleiches System parallel betrieben werden, so, dass alle Daten auf beiden Systemen verfügbar sind.

7.1 Part One (Chapters 1, 3, and 6) 215

7 Exercises

Exercises are organised in two different levels with different dephts: Partone provides a basic level of exercises. For part one, lecture of chapter 1 (net-works), chapter 3 (distribution) and chapter 6 (security) is sufficient. Part twoof the exercises covers the whole book including the remaining chapters andrequires a deeper level of expertise.

7.1 Part One (Chapters 1, 3, and 6)

7.1.1 System Availability

An experimental system (file server) has an availability of 80%, i.e. the ave-rage down time is 20%. In order to improve the system availability, it is fore-seen to replicate the the data on a system of the same kind and to operate bothin parallel.

Question 1.1: What is the over all system availability after this measure?

Question 1.2: Systems in telecommunication networks are called “carriergrade” if their availability is better than 99,999%, i.e. their downtime isbelow one hour per year. In order to achieve this figure, how big needsthe availability of a single server to be in the replicated configurationshown above?

7.1.2 Mobile Terminating Call

When calling a mobile subscriber, the network elements communicate witheach other according to the scenario as shown in the figure. A mobile networkoperator is estimating the number of transactions and volume of data which isused for this procedure. Such an estimation represents a foundation for the bas-dimensioning of the network elements.

For his network, the network operator is using the following assumptions: - 50 million subscribers

File Server 1 File Server 2 System

Frage 1: Wie groß die Verfügbarkeit des Gesamtsystems?

Frage 2: Bei hochverfügbaren Systemen wie z.B. in den Telefonnetzen wird die Verfügbarkeit mit 99,999% angegeben (die sogenannten „5 Neunen“). Wie viele Minuten im Jahr ist ein solches System nicht verfügbar?

Frage 3: Wenn ein solches System (siehe Frage 2) mit Servern aufgebaut wird, deren Verfügbarkeit nur 99% beträgt, wie viele solche Server werden im Parallelbetrieb benötigt?

5. Distributed ComputingWithin a system, objects may be found and utilised by their object references within the

address space of a process. When distributing objects between systems, object references are also required to locate and use remote objects.

222 7 Exercises

Question 6.2: Describe a procedure, which makes the relation between userand service provider an anonymous one by using pseudonyms as Use-rIDs.

7.1.7 Distributed Computing

Within a system, objects may be found and utilised by their object refe-rences within the address space of a process. When distributing objects bet-ween systems, object references are also required to locate and use remote ob-jects.

Question 7.1: What is required in order to reference a remote object?

O Network address of the remote system

O Serial number of the remote system.

O Communication end points (port and network protocol)

O Object Name

GIS

Alice

Location Service Provider

Mobile Network Operator

whereIs(UserID)?

Request:

Response:

getLocation(UserID)

coordinates(UserID)

you are here

System

Stack Heap

Object Reference MiddlewareMiddleware

Object Reference

System 1 System 2

Question 1: What is required in order to reference a remote object? • Network address of the remote system• Serial number of the remote system.• Communication end points (port and network protocol)• Object Name



!


Question 7.2: System 1 would like to invoke a method from a remote object.To do this, the middleware in each system (see figure) takes care aboutpackaging and translation of the request for remote method invokationWhat exactly needs to be defined by the middleware for the exchange ofmessages between the systems (pls. mark items of the list):

O Formats of messages exchanged

O Data types of messages and message elements

O Layer within the OSI-Reference Model.

Question 7.3: The figure of questrion 7.2 above only shows the request of amethod invokaktion for a method with name f1() and the parameters a,b.Supplement the response of system 2, which implements the correspon-ding method and returns y=f1(a,b) in the figure below.

7.1.8 Service Inventory

A mobile network operator plans to generate a plattform for any kind of ser-vices based on his network infrastructure. To do this, he makes a Service In-ventory available to all service providers and service users. Service providersmay use the Service Inventory to publish object references to their serviceswith unique identifiers (UUIDs). The object references point to the servers,which actually provide the service. The mobile network operator only provi-

Middleware

System 1 System 2

y=f1(a,b) y=f1(a,b)

f1: typea : typeb : type


Middleware

System 1 System 2

y=f1(a,b) y=f1(a,b)

Question 2: System 1 would like to invoke a method from a remote object. To do this, the middleware in each system (see figure) takes care about packaging and translation of the request for remote method invokation What exactly needs to be defined by the middleware for the exchange of messages between the systems (pls. mark items of the list):• Formats of messages exchanged• Data types of messages and message elements • Layer within the OSI-Reference Model.

!


Question 7.2: System 1 would like to invoke a method from a remote object.To do this, the middleware in each system (see figure) takes care aboutpackaging and translation of the request for remote method invokationWhat exactly needs to be defined by the middleware for the exchange ofmessages between the systems (pls. mark items of the list):

O Formats of messages exchanged

O Data types of messages and message elements

O Layer within the OSI-Reference Model.

Question 7.3: The figure of questrion 7.2 above only shows the request of amethod invokaktion for a method with name f1() and the parameters a,b.Supplement the response of system 2, which implements the correspon-ding method and returns y=f1(a,b) in the figure below.

7.1.8 Service Inventory

A mobile network operator plans to generate a plattform for any kind of ser-vices based on his network infrastructure. To do this, he makes a Service In-ventory available to all service providers and service users. Service providersmay use the Service Inventory to publish object references to their serviceswith unique identifiers (UUIDs). The object references point to the servers,which actually provide the service. The mobile network operator only provi-

Middleware

System 1 System 2

y=f1(a,b) y=f1(a,b)



Middleware

System 1 System 2

y=f1(a,b) y=f1(a,b)

Question 3: The figure of questrion 2 above only shows the request of a method invokaktion for a method with name f1() and the parameters a,b. Supplement the response of system 2, which implements the corresponding method and returns y=f1(a,b) in the figure below.

6. Service InventoryA mobile network operator plans to generate a plattform for any kind of services based on

his network infrastructure. To do this, he makes a Service Inventory available to all service providers and service users. Service providers may use the Service Inventory to publish object references to their services with unique identifiers (UUIDs). The object references point to the servers, which actually provide the service. The mobile network operator only provides the inventory for the services. Users may generate refernences to the Service Invontory in their mobile sets. The figure shows the relations between entries in the mobile set (personal name space), inventory numbers and object references (Service Inventory).



Question 1: A service provider uses as object references the connectors of the Generic Connection Framework of the Java 2 Micro Edition (J2ME GCF). This kind of object reference includes network address, protocol, ports and object name in a generalised way into one string, which is handed as a parameter to a method, which opens a connection:

Connector.open("<Protocol>:<Address>;<Parameters>")

Some examples for the usage of the GCF connector:

(1) Connector.open("http://www.dhbw-stuttgart.de")

(2) Connector.open("socket://162.234.100.200:8090")

(3) Connector.open("comm:0;baudrate=9600")

(4) Connector.open("file:/hiScore.dat")

(5) Connector.open("phone:/+4917123456789")

Which of the examples from the list point to local references (pls. include a short explanation)?

Question 2 Another service provider is offering services based on Web-Services. What would this service provider use as object reference?

Question 3: One of the service providers offers remote chess as service. Alice and Bob may deposit their game of chess at a given UUID. The server of the service provider keeps track of the game and who’s turn it is. The mobile sets need a specific client application which matches the server application. Name some of the ways to provide such client applications for users.

Question 4: The local pharmacies would like to use the Inventory Server by entering a reference to the homepage of the respective pharmacy, which is on duty over night and during weekends. Describe, how this project may be implemented.

7. Names, Adresses und Identities


which is on duty over night and during week-ends. Describe, how thisproject may be implemented.

7.1.9 Name, Address and Identity

Question 9: Describe the relations shown in the figure and give some ex-amples for adresses and identities for users of mobile networks, users ofregular telephone networks and web domains.

7.1.10 Name Spaces

Name spaces may be represented as labelled, directed graphs. Followingthelabels of such a diagram results in path descriptions in this general form:

N:<label-1><label-2> ...<label-m>where N indicates the starting point (relative path) or the root of the name

graph. Such representations are familiar from directories in a file system. The graph shown in the following figure represents a hypothetical path in

the name space of the directory service X.500.

Name

Address

IdentityEntity 1N

M

C=DE

O = Uni Stuttgart

OU = Informatik

CN = Info_Server

Host_Name = GeminiHost_Name = Andromeda

C : CountryO : OrganisationOU : Organisation UnitCN : Common Name

Question: Describe the relations shown in the figure and give some examples for adresses and identities for users of mobile networks, users of regular telephone networks and web domains.



http://www.dpunkt.de

http://www.dpunkt.de

8. Name Spaces (Namensräume)Name spaces may be represented as labelled, directed graphs. Following the labels of

such a diagram results in path descriptions in this general form:

N:<label-1><label-2> ...<label-m>

where N indicates the starting point (relative path) or the root of the name graph. Such representations are familiar from directories in a file system.

The graph shown in the following figure represents a hypothetical path in the name space of the directory service X.500.

! !

!


which is on duty over night and during week-ends. Describe, how thisproject may be implemented.

7.1.9 Name, Address and Identity

Question 9: Describe the relations shown in the figure and give some ex-amples for adresses and identities for users of mobile networks, users ofregular telephone networks and web domains.

7.1.10 Name Spaces

Name spaces may be represented as labelled, directed graphs. Followingthelabels of such a diagram results in path descriptions in this general form:

N:<label-1><label-2> ...<label-m>where N indicates the starting point (relative path) or the root of the name

graph. Such representations are familiar from directories in a file system. The graph shown in the following figure represents a hypothetical path in

the name space of the directory service X.500.

Name

Address

IdentityEntity 1N

M

C=DE

O = Uni Stuttgart

OU = Informatik

CN = Info_Server

Host_Name = GeminiHost_Name = Andromeda

C : CountryO : OrganisationOU : Organisation UnitCN : Common Name

Question 1: A file system has the following paths:

/home/files/drafts

/home/files/publications

/games/tetris

/games/chess

/publications

Supplement the corresponding name graph in the diagram:

!

226 7 Exercises

Question 10.1: A file system has the following paths:

/home/files/drafts

/home/files/publications

/games/tetris

/games/chess

/publications

Supplement the corresponding name graph in the diagram:

Question 10.2: The Java 2 Microedition supports (among others) the follo-wing packages:

java.lang

java.util

javax.microedition.lcdui

javax.microedition.io

javax.microedition.lcdui.games

javax.microedition.media.control

javax.microedition.midlet

javax.microedition.pki

javax.microedition.rms

Supplement the graph of the corresponding name sapce in the diagram:

publications

Diagram for question 10.1

Question 2: The Java 2 Microedition supports (among others) the following packages:



java.lang

java.util

javax.microedition.lcdui

javax.microedition.io javax.microedition.lcdui.games javax.microedition.media.control

javax.microedition.midlet

javax.microedition.pki

javax.microedition.rms

Supplement the graph of the corresponding name sapce in the diagram:

! !


Question 10.3: The Domain Name System of the WWW also has a namespace. Supplement the following hypthetical path in the diagram below“www.ikr.uni-stuttgart.de/index.html”:

7.1.11 CORBA and RMI

Diagram for Question 10.2


com orgedu

de

...

Question 3: The Domain Name System of the WWW also has a name space. Supplement the following hypthetical path in the diagram below “www.dhbw-stuttgart.de/index.html”:

! !


Question 10.3: The Domain Name System of the WWW also has a namespace. Supplement the following hypthetical path in the diagram below“www.ikr.uni-stuttgart.de/index.html”:

7.1.11 CORBA and RMI



com orgedu

de

...

!

9. Clients and ServersExplain the difference between a client and a server.



http://www.ikr.uni-stuttgart.de/index.html

http://www.ikr.uni-stuttgart.de/index.html

10. Threads and ProcessesThreads are flows of control within the address space of a process.

Question 1: What happens, when a violation of address space occurs within a thread?

Question 2: A part of the application is moved to a remote system. What happens, when a violation of the address space happens on the remote system?

11. Memory LeakA badly written application keeps allocating memory by generating objects without

eliminating all of them after they are not needed any more.

Question 1:The user of a desktop system which extends memory by a hard disk is running such an application and notices, that the system is continuously getting slower. Why?

Question 2: What would happen on a mobile phone (whithout a hard disk) in the same situation?

Question 3: The user of the deskttop system has learned to exit and re- start the application it this situation. How does this measure work?

12. Viruses and Trojan HorsesWhich kind of system allows to provide better protection against viruses and trojan

horses: a monotasking operating system or a multitasking operating system (pls. indicate the reason).

13. Service DiscoveryHow may a device discover services which are offered in a new environment and how

can the device offer own services? Describe some general ways and mechanisms.

14. BluetoothDescribe how Service Discovery with Bluetooth works in principle. Explain, how an

application which has been written by yourself may be discoverd on your device.

15. File-SharingAs shown in the figure, a file sharing network is organised in a way, that network nodes

may escalate a message that they have received to other known network nodes. The figure shows two levels of escalation.



!

230 7 Exercises

As shown in the figure, a file sharing network is organised in a way, that net-work nodes may escalate a message that they have received to other knownnetwork nodes. The figure shows two levels of escalation.

Question 19.1: We take the assumption, that each network node escalates amessage to 100 other network nodes. How many levels of escalation areneeded to address a total of 100 billion (i.e. 100 0000 million) networknodes?

Question 19.2: Describe ways to prevent endless loops in escalation andhow to avoid escalation to spread to infinity.

7.1.20 CORBA and Web-Services

While using CORBA, a client-stub is compiled from a formal interface de-finition which is contained in an IDL-file. Name an equivalent formal descrip-tion of the interface with Web-Services.

7.1.21 Direct Provision of Client Applications

An alternative to the tedious procedure of generating client-stub for clientapplications from formal descriptions is to provide the complete client appli-cation for loading and installation on the target client system. Compare bothalternatives and indicate typical ares of application.

7.1.22 A Sandbox for Software

Explain the concept of a “sandbox” for loading and running software on asystem and describe some of the components of such a concept.

7.1.23 Buffer Overflow

Why are “buffer overflows” not occuring with Java programs?

Level 1

Level 2

Question 19.1: We take the assumption, that each network node escalates a message to 100 other network nodes. How many levels of escalation are needed to address a total of 100 billion (i.e. 100 0000 million) network nodes?

Question 19.2: Describe ways to prevent endless loops in escalation and how to avoid escalation to spread to infinity.

16. IPSecExplain the “tunneling” of ecnrypted or non-encrypted IP packets and the corresponding

private and public address spaces, as shown in the figure.


streams shown in the figure. Supplement the figure.

Question 36.2 The procedure is considered as extremely difficult to attack(i.e. analyse and crack). Why is this?

Question 36.3: Do you recommend Alice and Bob to re-use the same ran-dom text several times? Explain your recommendation.

Question 36.4: Describe an appoximation of the procedure which utilisesthe same type of random text generator with Alice and Bob.

7.1.34 IPSec

Explain the “tunneling” of ecnrypted or non-encrypted IP packets and thecorresponding private and public address spaces, as shown in the figure.

7.1.35 IP-VPNs

Explain the concept and areas of application of IP-VPNs.

7.1.36 Identity, Authentication, Authorisation

Alice Bob

Plain Text: 0101 1001

Random Text: 1001 0111

Cipher Text

Random Text: 1001 0111

........................

GatewayGateway

Private IP Network(Intranet)

Private IP Network(Intranet)

Public IP Network(Internet)

IPpriv IPprivIPpriv IPpriv

IPpub IPpubIPpub

IPpriv

IPpriv data IPpriv dataIPpriv dataIPpub

17. IP-VPNExplain the concept and areas of application of IP-VPNs.



18. Collisions in PiconetsWhile using the Bluetooth radio technology, devices may form piconets as shown in the

figure. All devices on one piconet communicate using frequency hopping over a total of 79 channels (channel 0 to 78). In each piconet, one master (M) determines the hopping sequence of its piconet with all slaves following this hopping sequence. Also, only one device within a piconet can transmit at the same time. Thus, there are no collisions of devices within one piconet.

7.2 Part Two (Complete Book) 235

mit at the same time. Thus, there are no collisions of devices within one pico-net.

But what happens, if several piconets are operating in the same room and atthe same time? From the perspective of one given piconet, how many other pi-conets can operate in the same room for a given collission rate? The assump-tion is taken, that collisions happen every time, when any of the piconets in theroom happen to use the same channel, i.e. every piconet is able to interferewith each other piconet.

Question 1: What is the probability for 2 piconets to operate without collisi-ons? (Hint: Each piconet runs all 79 channels in random sequence, irrespectiveof the number of devices in the piconet. What is the probability that 2 piconetsincidently use the same channel? What is the probability of not colliding whenoperating two piconets?)

Question 2: What is the probability for not colloding when operting 3 pico-nets? Generalise the term for the collisionfree operation of N piconets.

Question 3: When a collision occurs, the packet is lost and will need to beretransmitted. The probability calculated so far just represents collision of oneslot. In Bluetooth, master and slaves use alternating slots for transmission, onecontaining confirmation of receipt. If the packet is lost during transmission, itwill need to be retransmitted. If the confirmation of receipt is lost in a collision,the packet will also be retransmitted. Adapt the probability for collisionfreeoperation accordingly.

Question 4: If we take the assumption, that collision rate (probability of col-lisions) of 50% is acceptable, how many (N) piconets can operate in the sameroom?

Answer 1: When 79 channels are used and piconet 1 is transmitting on oneof the channels (e.g channel 0), there is a 1 to 79 chance that piconet 2 is trans-mitting on the same channel at the same time. Thus, the probability for not col-liding between 2 piconets is: P2 = 1 - 1/79.

Answer 2:With 3 piconets, the chance that neither the second or third pico-net will collide with the first piconet corresponds to the chance, that the thirdpiconet will not collide with the first two piconets (answer 2), i.e. P3 = (1 -1/79)2. In general terms, the probability for N piconets to operate without col-lission is PN = (1 - 1/79)N-1.

Answer 3: The probability of N piconets not colliding in both the transmitslot and the receive slot is: PN = (1 - 1/79)2N-2.

Answer 4: With a collision rate of 50%, PN = 0,5 so N in the equation fromanswer 3 indicates the number of piconets able to cooperate under thee condi-tions in the same room:

0,5 = (1 - 1/79)2N-2

log (0,5) = (2N-2) log (1-1/79)

M M

M

But what happens, if several piconets are operating in the same room and at the same time? From the perspective of one given piconet, how many other piconets can operate in the same room for a given collission rate? The assumption is taken, that collisions happen every time, when any of the piconets in the room happen to use the same channel, i.e. every piconet is able to interfere with each other piconet.

Question 1: What is the probability for 2 piconets to operate without collisions? (Hint: Each piconet runs all 79 channels in random sequence, irrespective of the number of devices in the piconet. What is the probability that 2 piconets incidently use the same channel? What is the probability of not colliding when operating two piconets?)

Question 2: What is the probability for not colloding when operting 3 piconets? Generalise the term for the collisionfree operation of N piconets.

Question 3: When a collision occurs, the packet is lost and will need to be retransmitted. The probability calculated so far just represents collision of one slot. In Bluetooth, master and slaves use alternating slots for transmission, one containing confirmation of receipt. If the packet is lost during transmission, it will need to be retransmitted. If the confirmation of receipt is lost in a collision, the packet will also be retransmitted. Adapt the probability for collisionfree operation accordingly.

Question 4: If we take the assumption, that collision rate (probability of collisions) of 50% is acceptable, how many (N) piconets can operate in the same room?

Answer 1: When 79 channels are used and piconet 1 is transmitting on one of the channels (e.g channel 0), there is a 1 to 79 chance that piconet 2 is transmitting on the same channel at the same time. Thus, the probability for not colliding between 2 piconets is: P2 = 1 - 1/79.

Answer 2:With 3 piconets, the chance that neither the second or third piconet will collide with the first piconet corresponds to the chance, that the third piconet will not collide with the



first two piconets (answer 2), i.e. P3 = (1 - 1/79)2. In general terms, the probability for N piconets to operate without collission is PN = (1 - 1/79)N-1.

Answer 3: The probability of N piconets not colliding in both the transmit slot and the receive slot is: PN = (1 - 1/79)2N-2.

Answer 4: With a collision rate of 50%, PN = 0,5 so N in the equation from answer 3 indicates the number of piconets able to cooperate under thee condi- tions in the same room:

! 0,5 = (1 - 1/79)2N-2

! log (0,5) = (2N-2) log (1-1/79)

! N = 1 + log(0,5)/2 log(1-1/79) = 28,2.

Hints: This problem corresponds to what is also called the “birthday problem”. Imagine a number of N people in the same room.There are two questions concerning “collsions of birthdays”:

1) You are one of the people in the room. What is the probability, that no one else has birthday the same day as you? With 365 possible timeslots (days per year), the answer follows the same logic as above. Pls. note, that this is all about collisions between one selected person and any one else. It is well possible, that two or more other peoples have colliding birthdays.

2) What is the probability, that all people in the room have different birthdays? The solution follows the same logic, but now we need to look at collisions between any of the N members, not just one selected member agains anyone else. Go step by step startring with N=2, then N=3 in order to find out the right scheme, and then do numerical simplifications for given values. There are more exercises which will make use of this to follow.

19. Protocol Overhead in VoIPIn order to transmit Voice over IP packets, voice samples are digitised, coded and put as

payload into IP packets, together with the packed header. The ration of the header information to the payload is called packet overhead.


In order to transmit Voice over IP packets, voice samples are digitised, co-ded and put as payload into IP packets, together with the packed header. Theration of the header information to the payload is called packet overhead.

Question 1: Calculate the packet overhead of voice, which is digitised at asampling rate of 8 kilo samples per second and coded with 8 bits per sample(which corresponds to a continuous bitrate of 64 kBits/s), under the condition,that each packet is 10 ms long and that the IP header is 40 Bytes (which cor-responds to the IPv6 header shown in the figure). Further overhead which isintroduced by higher protocol layers (such as RTP or UDP) for time-stampsand packet sequence numbers is neglected.

Question 2: Calculate the packet overhead under the condition, that beforepackaging, voice is compressed from 64 kbits/s to 8 kbits/s. What is the totalamount of data to be transmitted per second?

7.2.4 Shopping carts

A super market has one check-out desk in service. One check-out desk canhandle 6 customers per minute (on average). At the busy hour, there are 10customers per minute (on average) arriving with their shopping carts at thecheck-out.

Question 1: What will happen?Question 2: The management immediately reacts to the situation and opens

a second check-out desk. How many customers can now be handled with 2check-out desks? Explain, why the service rate will always need to be higherthan the arrival rate and why a utilisation factor of 1 (service rate equals arrivalrate) cannot be achieved.

Question 3: Same situation as in question 2 (i.e. 2 check-out desks in opera-tion). Under the assumption, that customers are driven to the check-out accor-ding to a Poisson-type of process, how many customers are in the system (inthe queue and being served) on average?

7.2.5 Output Buffer

At the output interface of a system, messages are exchanged with anothernetwork element. A buffer is used to queue messages until they have been

Codec

10 ms

voiceheader

Vers.Traffic Cl. Flow LabelPayload Lenght Next H. Hop Limit

Source Address

Destination Address

IPv6 header



Question 1: Calculate the packet overhead of voice, which is digitised at a sampling rate of 8 kilo samples per second and coded with 8 bits per sample (which corresponds to a continuous bitrate of 64 kBits/s), under the condition, that each packet is 10 ms long and that the IP header is 40 Bytes (which corresponds to the IPv6 header shown in the figure). Further overhead which is introduced by higher protocol layers (such as RTP or UDP) for time-stamps and packet sequence numbers is neglected.

Question 2: Calculate the packet overhead under the condition, that before packaging, voice is compressed from 64 kbits/s to 8 kbits/s. What is the total amount of data to be transmitted per second?

20. Shopping cartsA super market has one check-out desk in service. One check-out desk can handle 6

customers per minute (on average). At the busy hour, there are 10 customers per minute (on average) arriving with their shopping carts at the check-out.

Question 1: What will happen?

Question 2: The management immediately reacts to the situation and opens a second check-out desk. How many customers can now be handled with 2 check-out desks? Explain, why the service rate will always need to be higher than the arrival rate and why a utilisation factor of 1 (service rate equals arrival rate) cannot be achieved.

Question 3: Same situation as in question 2 (i.e. 2 check-out desks in operation). Under the assumption, that customers are driven to the check-out according to a Poisson-type of process, how many customers are in the system (in the queue and being served) on average?

21. Output BufferAt the output interface of a system, messages are exchanged with another network

element. A buffer is used to queue messages until they have been transmitted over the communication channel. The system generates 10 transactions per second. For each transaction, a message is send to the output buffer. The message size is 600 Bytes.

Frage: Calculate the utilisation factor and the average number of messages in the system (buffer plus being served) for the following two cases:

1) the channel provides a bitrate of 64 kbits/s

2) the channel provides a bitrate of 10 Mbits/s

22. Relations at Examination TimeThe class diagram below describes relation at the time of the examination. Read and

explain the figure.



242 7 Exercises

The class diagram below describes relation at the time of the examination.Read and explain the figure.

More specifically, the examination for Telecommunication Software Engi-neering will look like this:

7.2.11 Evaluation of Results

Following examination, the results are evaluated by the teacher and madeavailable to the students by using the immatriculation numbers as reference.Also the overall results (average, standard deviation) are evaluated and made

Examination

+time+date+location

terminate()

Participant

+name

Student

-immatriculno: int-confident: boolean

think()

write()

terminate()

Teacher

Task

+titel

Question

+questionno

*

takes part

writes

solves

*

Generalisation

Aggregation (“has a”)

Composition

Association+date

+text

(“is a”)

Problem

+number+text

*

Task

+titel

Question

+questionno2

+date+text

Problem

+number+text

*

{< 8}

More specifically, the examination for Telecommunication Engineering will look like this:

242 7 Exercises

The class diagram below describes relation at the time of the examination.Read and explain the figure.

More specifically, the examination for Telecommunication Software Engi-neering will look like this:

7.2.11 Evaluation of Results

Following examination, the results are evaluated by the teacher and madeavailable to the students by using the immatriculation numbers as reference.Also the overall results (average, standard deviation) are evaluated and made

Examination

+time+date+location

terminate()

Participant

+name

Student

-immatriculno: int-confident: boolean

think()

write()

terminate()

Teacher

Task

+titel

Question

+questionno

*

takes part

writes

solves

*

Generalisation

Aggregation (“has a”)

Composition

Association+date

+text

(“is a”)

Problem

+number+text

*

Task

+titel

Question

+questionno2

+date+text

Problem

+number+text

*

{< 8}

23. Evaluation of ResultsFollowing examination, the results are evaluated by the teacher and made available to

the students by using the immatriculation numbers as reference. Also the overall results (average, standard deviation) are evaluated and made available, so everone may find out his individual position in the results. The corresponding classes and relations are shown in the figure.




available, so everone may find out his individual position in the results. Thecorresponding classes and relations are shown in the figure.

Question 1: Extend the diagram above to allow the evaluation of the averageresults of all students (i.e. the total score) and the evaluation of the overall stan-dard deviation. The total score should be accessible to all students.

Solution:

Question 2: The diagram above represents a class diagram. Show the relati-ons between the IndividualScore, TotalScore and QuestionNo in an object di-agram with instances for 3 students (with imatriculation numbers 37, 56, and89) and 2 questions (QuestionNo) per IndividualScore.

Student

IndividualScore

immatriculno: inttotalPoints

countPoints()

QuestionNo

Teacher

assignPoints()

*

totalPointsAchievedmaxPointspointsAchieved

evaluates

reads

Student

IndividualScore


countPoints()

QuestionNo

Teacher

assignPoints()

*


evaluates

reads

TotalScore

averagestandardDeviation

calcDeviation()

*

1

calcAverage()

reads

Question: Extend the diagram above to allow the evaluation of the average results of all students (i.e. the total score) and the evaluation of the overall standard deviation. The total score should be accessible to all students.

Solution:


available, so everone may find out his individual position in the results. Thecorresponding classes and relations are shown in the figure.

Question 1: Extend the diagram above to allow the evaluation of the averageresults of all students (i.e. the total score) and the evaluation of the overall stan-dard deviation. The total score should be accessible to all students.

Solution:

Question 2: The diagram above represents a class diagram. Show the relati-ons between the IndividualScore, TotalScore and QuestionNo in an object di-agram with instances for 3 students (with imatriculation numbers 37, 56, and89) and 2 questions (QuestionNo) per IndividualScore.

Student

IndividualScore


countPoints()

QuestionNo

Teacher

assignPoints()

*


evaluates

reads

Student

IndividualScore


countPoints()

QuestionNo

Teacher

assignPoints()

*


evaluates

reads

TotalScore

averagestandardDeviation

calcDeviation()

*

1

calcAverage()

reads



Question 2: The diagram above represents a class diagram. Show the relations between the IndividualScore, TotalScore and QuestionNo in an object diagram with instances for 3 students (with imatriculation numbers 37, 56, and 89) and 2 questions (QuestionNo) per IndividualScore.

Solution (including some arbitrarily chosen values for attributes):

244 7 Exercises


Question 3: How would the same instances as in question 3 look like in ta-bles (such as tables in a relational data base)?

Solution: Classes thanslate into rows of a table (i.e. relations), objects popu-late the table (i.e. represent tuples). This results in the following structure:

Question 4: In C++ a class can be represented in code as shown in the figure.

:IndividualScore

immatriculno= 37totalPoints= 100

:QuestionNo

totalPointsAchieved= 56

maxPoints= 40pointsAchieved= 26

:TotalScore

average= 74standardDeviation= 8

:QuestionNo


:IndividualScore


:QuestionNo



:QuestionNo


:IndividualScore


:QuestionNo



:QuestionNo


TotalScoreaverage standardDeviation

74 8

IndividualScore

immatricul total

74 100

totalPoints Question max PointsAchieved No Points Achievedno Points

Question max PointsNo Points Achieved

56

89

100

100

56

78

88

1

1

1

40

40

40

26

36

40

2

2

2

60

60

60

30

42

48

Question 3: How would the same instances as in question 3 look like in tables (such as tables in a relational data base)?

Solution: Classes thanslate into rows of a table (i.e. relations), objects populate the table (i.e. represent tuples). This results in the following structure:



244 7 Exercises


Question 3: How would the same instances as in question 3 look like in ta-bles (such as tables in a relational data base)?

Solution: Classes thanslate into rows of a table (i.e. relations), objects popu-late the table (i.e. represent tuples). This results in the following structure:

Question 4: In C++ a class can be represented in code as shown in the figure.

:IndividualScore


:QuestionNo



:TotalScore

average= 74standardDeviation= 8

:QuestionNo


:IndividualScore


:QuestionNo



:QuestionNo


:IndividualScore


:QuestionNo



:QuestionNo


TotalScoreaverage standardDeviation

74 8

IndividualScore

immatricul total

74 100

totalPoints Question max PointsAchieved No Points Achievedno Points

Question max PointsNo Points Achieved

56

89

100

100

56

78

88

1

1

1

40

40

40

26

36

40

2

2

2

60

60

60

30

42

48

Question 4: In C++ a class can be represented in code as shown in the figure. How would the classs “IndividualScore” be expressed in C++ (for “IndividualScore” see the figure at the beginning of this exercise above question 1)?


How would the classs “IndividualScore” be expressed in C++ (for “Indivi-

dualScore” see the figure at the beginning of this exercise above question 1)?

7.2.12 Service Discovery

A Service Provider plans to offer services, which are accessible via Blue-tooth access points. Access is possible from personal computers (laptops,PCs), but the most popular devices are supposed to be mobile phones (smart-phones). The Bluetooth access points represent Server devices, the mobilephones represent Client devices (see Figure below).

Part 1

For both the mobile phone and the access point, a software application needsto be developed. The figure below shows the design of the Bluetooth accesspoint (Server device) and the mobile phone (Client device).

Question 1: Explain the components of the Server device and the Client de-vice (i.e. their function and how they interact). Note: SDP: Service Dis-

Table

column1: intcolumn2: int

getValue()

setValue()

class Table {

Integer column1;

Integer column2;

void setValue() {

// ... (Implementation)

}

void getValue() {

// ... (Implementation)}

}

Server device

SDP server

SDDB

Service record

Bluetooth stack

Server application

Serviceregistration

Client device

SDP client

Bluetooth stack

Client application

Servicediscovery

Serviceaccess

ServiceDiscoveryProtocol

24. Service DiscoveryA Service Provider plans to offer services, which are accessible via Blue- tooth access

points. Access is possible from personal computers (laptops, PCs), but the most popular devices are supposed to be mobile phones (smart- phones). The Bluetooth access points represent Server devices, the mobile phones represent Client devices (see Figure below).

Part 1For both the mobile phone and the access point, a software application needs to be

developed. The figure below shows the design of the Bluetooth access point (Server device) and the mobile phone (Client device).




How would the classs “IndividualScore” be expressed in C++ (for “Indivi-

dualScore” see the figure at the beginning of this exercise above question 1)?

7.2.12 Service Discovery

A Service Provider plans to offer services, which are accessible via Blue-tooth access points. Access is possible from personal computers (laptops,PCs), but the most popular devices are supposed to be mobile phones (smart-phones). The Bluetooth access points represent Server devices, the mobilephones represent Client devices (see Figure below).

Part 1

For both the mobile phone and the access point, a software application needsto be developed. The figure below shows the design of the Bluetooth accesspoint (Server device) and the mobile phone (Client device).

Question 1: Explain the components of the Server device and the Client de-vice (i.e. their function and how they interact). Note: SDP: Service Dis-

Table

column1: intcolumn2: int

getValue()

setValue()

class Table {

Integer column1;

Integer column2;

void setValue() {

// ... (Implementation)

}

void getValue() {

// ... (Implementation)}

}

Server device

SDP server

SDDB

Service record

Bluetooth stack

Server application

Serviceregistration

Client device

SDP client

Bluetooth stack

Client application

Servicediscovery

Serviceaccess

ServiceDiscoveryProtocol

Question 1: Explain the components of the Server device and the Client device (i.e. their function and how they interact). Note: SDP: Service Discovery Protocol, SDDB: Service Discovery Data Base.

Question 2: Indicate the sequence, in which the Server application and Cli- ent application use the functions which are provided by the Bluetooth stack and explain why this sequence is used.

Part 2The figure below shows the life cycle of a Service Record on the Service Discovery Data

Base (SDDB). The Server Application controls the complete process. The Service Record is generated by a pre-fabricated method of the Connector type of object, and is finally written to the SDDB.



246 7 Exercises

covery Protocol, SDDB: Service Discovery Data Base.

Question 2: Indicate the sequence, in which the Server application and Cli-ent application use the functions which are provided by the Bluetoothstack and explain why this sequence is used.

Part 2

The figure below shows the life cycle of a Service Record on the ServiceDiscovery Data Base (SDDB). The Server Application controls the completeprocess. The Service Record is generated by a pre-fabricated method of theConnector type of object, and is finally written to the SDDB.

Question 3: Describe the role of the objects shown in the figure and identifythe objects, which are obviously pre-fabricated and are contained in theAPI framework of the Server device.

Question 4: From the perspective of the Server Application, the sequencediagram contains different actions: service registration, waiting andhandling a client connection, and closing the connection.Identify the ac-tions in the diagram and indicate, between which messages of the ServerApplication they happen. Also explain what is happening within each ofthe actions.

Question 5: Indicate which of the messages shown in the diagram obviouslycorrespond to methods contained in the API framework of the Server de-vice.

: Connector

: open(ObjRf)

ServerApplication :

notifier :

rec : ServiceRecord

: SDDBRecord

: new

: new

return notifier :

: acceptAndOpen()

: set service attributes

: create record like rec in SDDB

: wait for clientconnection

return connection :

: close()

: remove record from SDDB

Question 3: Describe the role of the objects shown in the figure and identify the objects, which are obviously pre-fabricated and are contained in the API framework of the Server device.

Question 4: From the perspective of the Server Application, the sequence diagram contains different actions: service registration, waiting and handling a client connection, and closing the connection.Identify the actions in the diagram and indicate, between which messages of the Server Application they happen. Also explain what is happening within each of the actions.

Question 5: Indicate which of the messages shown in the diagram obviously correspond to methods contained in the API framework of the Server device.

Part 3In the Bluetooth API framework described in this task, Object References are defined as

a character string of the follow type:

“<Protocol>:<Address>:<Port>;<Parameters>”

For example

“btspp://008003AB8901:1;authentication=true”

indicates that the Bluetooth Serial Port Profile is used (btspp), that the device has “008003AB8901” as Bluetooth device address (BD_ADDR), that serial port 1 is used, and that authentication is required.

This Object Reference is handed to the Connector.open method:

Connector.open(“btspp://008003AB8901:1;authentication=true”)

At the server side, this can be seen in the figure of part 2 (first method call “: open(ObjRf)”). The same Object Reference is also handed to the Connector.open method of the client.



Question 6: Explain the purpose of handing the Object Reference to the Connector.open method at the server side and at the client side.

Part 4After the client has succeded in connecting to the server and to invoke the Server

application, it may exchange objects (files, messages etc) using the OBEX protocol. In terms of the API framework in use, OBEX represents a content type of connection over input streams and output streams. However, the server settings require the client to submit to authentication, before OBEX can be invoked (application level authentication). OBEX authentication follows the procedure shown in the figure below.

248 7 Exercises

However, the server settings require the client to submit to authentication,before OBEX can be invoked (application level authentication). OBEX au-thentication follows the procedure shown in the figure below.

Question 7: Explain the procedure shown in the figure.

Question 8: The procedure is only possible under a specific prior condition.What is this condition and how can it be realised?

Question 9: The diagram does not comply with standards for UML activitydiagram. Synchronisation points at “append” and “compare” are mis-sing. Also, there is no starting point and no end point for the flow of con-trol. Change the figure to comply with UML standards.

7.2.13 Personal Networks

A Service Provider plans to offer Personal Network Services. The servicesshould enable service subscribers to connect devices from their personal envi-ronment to a Personal Network and to access their Personal Network fromanywhere.

Access is possible from personal computers (laptops, PCs), but the most po-pular device is supposed to be a mobile phone (smart phone). For mobile pho-nes, the Service Provider plans to use Bluetooth access points (or Access Gate-ways, AGW).

The network is an “ad-hoc” type of network, i.e. it allows to discover de-vices and services which are connected for the time being. For a user of thePersonal Network, this means, that the user may detect a network access point,and the access point transfers to the user’s device a choice of services, whichare available. Within the system, services are identified by ServiceIDs. Also,

Client

Hash

password

Password+Challenge

Server

Hash

password

MD5

Password+Challenge

Random

Generator

Challenge

Response

MD5

append append

compare

[equal]

[not equal]

indicate success

indicate authenticationfailed

Question 7: Explain the procedure shown in the figure.

Question 8: The procedure is only possible under a specific prior condition. What is this condition and how can it be realised?

Question 9: The diagram does not comply with standards for UML activity diagram. Synchronisation points at “append” and “compare” are missing. Also, there is no starting point and no end point for the flow of control.

25. UPNP Remote ControlIt is supposed, that the suppliers of Consumer Electronics and Domestic Ap- pliances

have agreed on a common interface for controlling devices in order to overcome the problem of the steadily growing number of individual remote controls in households. It is assumed, that they plan to implement Universal Plug and Play as standard for service discovery and service control.



Part 1In Universal Plug and Play, devices are assumed to contain services. Devices and

services are required to follow the general model shown in the figure.

254 7 Exercises

7.2.15 UPNP Remote Control

It is supposed, that the suppliers of Consumer Electronics and Domestic Ap-pliances have agreed on a common interface for controlling devices in order toovercome the problem of the steadily growing number of individual remotecontrols in households. It is assumed, that they plan to implement UniversalPlug and Play as standard for service discovery and service control.

Part 1

In Universal Plug and Play, devices are assumed to contain services. De-vices and services are required to follow the general model shown in the figu-re.

Question 1: Explain the model for devices and services according to the fi-gure.

Question 2: In UPNP, actions of a service may be invoked by sending mes-sages to the control URL of the service. The service “RemoteTvCtrl” ofa TV Set-Top-Box supports the following actions:

(1) mute()

(2) setVolume(string Level), where the value of Level is bet-ween “0” and “10”

(3) getChannelNo(string ChanNo)

Device

deviceType : StringfriendlyName : String

Action

name : String

0 .. *manufacturer : StringmanufacturerURL : URLmodelDescription : StringmodelName : Stringmodelnumber : StringmodelURL : URLserialNumber : StringUDN : StringUPC : StringurlBase : StringpresentatioURL : URLdescriptionURL : URL

Service

serviceType : StringlserviceID : StringcontrolURL : URLeventSubURL : URLdescriptionURL : URL

Argument

returnValue : Booleanname : Stringdirection : Stringvalue : String

StateVariable

sendingEvents : Booleanname : StringdataType : StringdefaultValue : StringallowedValues : Enumerationvalue : String

Icon

mimeType : Stringwidth : Integerheight : Integerdepths : Integerurl : URL

0 .. *

0 .. *

0 .. *

1

related state variable

Question 1: Explain the model for devices and services according to the figure.

Question 2: In UPNP, actions of a service may be invoked by sending messages to the control URL of the service. The service “RemoteTvCtrl” of a TV Set-Top-Box supports the following actions:

mute()

setVolume(string Level),

where the value of Level is between “0” and “10”

getChannelNo(string ChanNo)

Show the Actions and Arguments in an object diagram of the “Remo- teTvCtrl” service instance.

Question 3: About states. If the “sendingEvents” attribute of the “StateVa- riable” is set “true”, the value of the “StateVariable” will be automatically communicated to other devices, which subscribe to state changes. A technical alternative to Event Notifications would be explicit State Re- quests by invocation of actions. Explain the pros and cons of an auto- matic State Eventing versus explicit State Requests.

Question 4: About service descriptions to generate clients. A Remote Con- trol may extract a formal description of the services offered by the device (XML document) by issuing a request to the “description URL” contained in the Service object. What information will the service description need to contain in order to enable the generation of a corresponding cli-ent function in the Remote Control?



Part 2When a device enters a new environment, it needs to perform Service Dis- covery in

order to find other devices. In UPNP, the device gets a network address (e.g. by DHCP), then sends a multicast discovery message to the network and waits for responses. In order to avoid collisions by having other devices reply at the same time, the device sends a time interval with its Discovery Requests. Other devices answer within this interval at a randomly chosen point of time. It is planned to use UPNP discovery for wireless devices (e.g. infrared or Bluetooth) which operate over 10 kbits/s interfaces. Discovery response messages are 500 Bytes.

Question 5: Calculate the length T of the time interval for responses, which is needed for a collissionfree operation of Pno-coll=0,9 for a number of 10 devices.

Question 6: When a new device enters a UPNP network, it also multicasts a presence notification which includes the advertisment of its services. Ex- plain the difference between issuing service discovery requests and issuing such presence notifications. Indicate, whether there is a useful combination of both methods.

Part 3With UPNP, the interface of a service contained in a device is specified in a service

description, which may be read from the service as an XML document. From this formal description of the server interface, a client function may be generated for the UPNP Remote Control. The figure on the left shows the relations between client, server and the interface. This relation may also be expressed as shown in the class diagram on the right.

256 7 Exercises

The figure on the left shows the relations between client, server and the in-terface. This relation may also be expressed as shown in the class diagram onthe right.

Question 7: Explain this relation.

Part 4

Using a UPNP Remote Control in a domestic environment generates secu-rity issues.

Question 8: Indicate some of the issues and describe adequate potential so-lutions.

7.2.16 Location Based Services

Client

Server

ServerInterface

Server

Client

ServerInterface

<<interface>>

ServerInterface

<<interface>>use

Question 7: Explain this relation.

Part 4Using a UPNP Remote Control in a domestic environment generates security issues.

Question 8: Indicate some of the issues and describe adequate potential solutions.

26. Client-Server CommunicationClient and Server of an application communicate with each other using SOAP as protocol

framework. SOAP is agnostic of the supporting protocol (it binds to it and is aware of its proper- ties), but does not depend on it (i.e. the supporting protocol may be exchanged).



! !


The Mobile Network Operator has a view of the true identities of users anddevices.The figure below descibes the authentication procedure in GSM.

Question 7: Explain the procedure and discuss the protection it providesagainst potential attacks.

Question 8: The Provider of the Location Based Service in this task has alimited visibility of the identity of his users: users register with nickna-mes (pseudonyms). Also, user locations are communicated by pseudo-nyms (my shop, my pub). Discuss privacy issues with Location BasedServices in general and how this design of Location Based Serviceshandles these issues.

7.2.17 Client-Server Communication

Part 1

Client and Server of an applica-tion communicate with eachother using SOAP as protocolframework. SOAP is agnostic ofthe supporting protocol (it bindsto it and is aware of its proper-ties), but does not depend on it(i.e. the supporting protocol maybe exchanged).

Question 1: What are the pros and cons (benefits and drawbacks) of using aprotocol framework versus directly usind a specific protocol?

Question 2: The following table shows states and events of the SOAP Re-quest-Reply Message Exchange Pattern which is to be used for the cli-ent-server communication. The table shows the client side. Translate thetable into a state diagram. How does the corresponding state diagram for

GSM Network (HLR/AuC)

A3

private

Random

Mobile Set (SIM card)

Generator

Number

(Challenge)

Kiprivate

KiChallenge

A3

=

equal?

Response Response

Messagesfrom application

SOAP

supporting

TransportProtocol (TCP, ...)

protocol ( HTTP, IIOP, ...)

Message Exchange

Encoding for

Pattern

transport

Question 1: What are the pros and cons (benefits and drawbacks) of using a protocol framework versus directly usind a specific protocol?

Question 2: The following table shows states and events of the SOAP Request-Reply Message Exchange Pattern which is to be used for the client-server communication. The table shows the client side. Translate the table into a state diagram. How does the corresponding state diagram for the server differ from the client?

!

260 7 Exercises

the server differ from the client?

Question 3: For transport, messages will need to be serialised. Name prosand cons of binary encoding versus representation by text.

Part 2

The Client is going to be implemented by using a Finite State Machine ac-cording to the following Class Diagram. The diagram also includes some sug-gestions on the implementation of the methods (as comments in pseudocode).

Question 4: Explain the components of the class diagram and their relations(syntax only, more questions follow).

Question 5: Complete the diagram with the missing states (see Part 1).

Question 6: Explain the function of the components and how state transiti-ons are handled. Hints: Which component holds the state? Why do the

State Description

Transitions:

Event Next state

Init Generate & send Request sent Requesting

Requesting Waiting for reply Receive reply Sending&

Sending& Receiving reply Response message SuccessReceiving

request message

message

successfully

Failure to Failedsend

Reception Failure/Time out

Receiving

Failed

Reception failure Failed

well formed

Context

stateVariable : State1

State

transit(c : Context) : void

setState() : void

InitState

transit() : void

RequestingState

transit() : void

SendReceiveState

transit() : void...

stateVariable.transit(this)

...

...

c.setState(rs : RequestingState);

...

// do actions

...

c.setState( srs : SendReceiveState);

...

// do actions

stateAction() : void

...

setState(s : State) {

...

stateVariable = s; }

Question 3: For transport, messages will need to be serialised. Name pros and cons of binary encoding versus representation by text.

Part 2The Client is going to be implemented by using a Finite State Machine according to the

following Class Diagram. The diagram also includes some sug- gestions on the implementation of the methods (as comments in pseudocode).



260 7 Exercises

the server differ from the client?

Question 3: For transport, messages will need to be serialised. Name prosand cons of binary encoding versus representation by text.

Part 2

The Client is going to be implemented by using a Finite State Machine ac-cording to the following Class Diagram. The diagram also includes some sug-gestions on the implementation of the methods (as comments in pseudocode).

Question 4: Explain the components of the class diagram and their relations(syntax only, more questions follow).


Question 6: Explain the function of the components and how state transiti-ons are handled. Hints: Which component holds the state? Why do the

State Description

Transitions:

Event Next state

Init Generate & send Request sent Requesting

Requesting Waiting for reply Receive reply Sending&

Sending& Receiving reply Response message SuccessReceiving

request message

message

successfully

Failure to Failedsend

Reception Failure/Time out

Receiving

Failed

Reception failure Failed

well formed

Context

stateVariable : State1

State

transit(c : Context) : void

setState() : void

InitState

transit() : void

RequestingState

transit() : void

SendReceiveState

transit() : void...

stateVariable.transit(this)

...

...

c.setState(rs : RequestingState);

...

// do actions

...

c.setState( srs : SendReceiveState);

...

// do actions

stateAction() : void

...

setState(s : State) {

...

stateVariable = s; }

Question 4: Explain the components of the class diagram and their relations (syntax only, more questions follow).


Question 6: Explain the function of the components and how state transitions are handled. Hints: Which component holds the state? Why do thestate objects do not have attributes? Which objects handle state transitions? What is the sequence of events in a state transition (also see comments in the diagram)?

Part 3While client and server communicate with each other, they exchange SOAP messages.

Most frequently, SOAP messages are represented by text messages (in form of XML documents which are exchanged over HTTP ).

Question 7: There are security risks in exchanging such messages over the Internet. Name some potential threats.

Question 8: Name some measures, by which such risks in the communication between client and server may be mitigated and explain why they improve the situation (i.e. explain the basic principle of the suggested measures).

27. Home NetworksIn a home network, sensors (such as light switches, door bell, temperature measurement,

smoke detection, moisture measurement, counters) are planned to be coupled over wireless interfaces with actors (such as lights, shutters, local and remote displays, alarms).

Part 1The following classes are planned to be used as part of the software for devices in

home networks.




.

Question 1: Explain the diagram (syntax only, more questions follow).

Question 2: Explain how it works.

Part 2

Question 3: 2 Two instances of ConcreteObservers have been attached to aninctance of a ConreteSubject, as shown in the following sequence dia-gram. Complete the actions in the sequence diagram.

...

...

observedState = subject.getState();

Subject << abstract >>

update()

attach(Oberser)

ConcreteOberver

+ update()

detach(Oberserver)

notify()

Obersver

- opservedStateConcreteSubject

+ setState()

- subjectState

+ getState()

...

for all o in Oberservers {

...

o.update(); }

return subjectState;

*

Question 1: Explain the diagram (syntax only, more questions follow).

Question 2: Explain how it works.

Part 2Question 3: 2 Two instances of ConcreteObservers have been attached to an inctance of a

ConreteSubject, as shown in the following sequence diagram. Complete the actions in the sequence diagram.

266 7 Exercises

Question 4: In the case of the two ConcreteObservers being different fromeach other (not just different instances), how would the class diagramneed to be changed to reflect the difference?

Part 3

Question 5: The 2nd ConcreteObserver is going to be implemented in a dif-ferent system than the ConcreteSubject and the 1st observer (e.g. system1 being a light switch with control LED and system 2 the light). Explainwhich additional context is needed to make both systems interact.

Question 6: In such a network, it is essential to connect the right sensor tothe right actor (i.e. match light switches to the right lights). Also, itshould be possible to add and remove devices easily at any time. Explainthe corresponding issues and possible solutions.

Question 7: Security. Name security issues in such a network and possiblemeasures for protection.

Question 8: Explain how certificates could be used to improve security is-sues.

7.2.20 Fixed Mobile Convergence

A Fixed Network Operator plans to provide a uniform telephone service incooperation with a Mobile Network Operator (so called Fixed-Mobile-Con-vergence): When a mobile subscriber is close to his fixed line at home or atwork, calls to his mobile set are diverted automatically to the fixed line. Theservice is provided with two options: either calls in the home location may bepicked up with a fixced line telephone set (option 1), or calls are picked up

display1 : ConcreteObserver

setState(on)

switch : ConreteSubject

notify()

display1 : ConcreteObserver

Question 4: In the case of the two ConcreteObservers being different from each other (not just different instances), how would the class diagram need to be changed to reflect the difference?

Part 3Question 5: The 2nd ConcreteObserver is going to be implemented in a different system than

the ConcreteSubject and the 1st observer (e.g. system 1 being a light switch with control



LED and system 2 the light). Explain which additional context is needed to make both systems interact.

Question 6: In such a network, it is essential to connect the right sensor to the right actor (i.e. match light switches to the right lights). Also, it should be possible to add and remove devices easily at any time. Explain the corresponding issues and possible solutions.

Question 7: Security. Name security issues in such a network and possible measures for protection.

Question 8: Explain how certificates could be used to improve security issues.

28. Mobile Peer-to-Peer NetworksBy downloading and installing software on mobile phones, mobile peer-to- peer networks

may be generated (in much the same way than instant messaging or file sharing works with PCs over the Internet). A service provider plans to provide such client software for download. Clients may become part of the network, when they activate the software, and leave the network when they quit the application. Strictly speaking, clients can also receive messages and offer services, i.e. act as servers. Because both client and server part are implemented, participants in the network are called “peers”.

By joining in, peers generate a logical network, or overlay network (see figure below). The service provider also plans to provide “super peers”, i.e. more permanent participants installed on servers, which serve as directories or look-up servers in order to facilitate network organisation.

270 7 Exercises

Part 3

In the service described in Part 2, authentication of devices is based on Blue-tooth link keys (K_ab), which are 128 bit numbers. Given a hugh amount ofbluetooth devices, a device might accidently authenticate to another device byhaving a matching link key.

Question 7: If link keys are randomly distributed, what is the probablility,that among 10.000 Mio. of devices, all link keys are different?

Question 8: Given one specific device, what is the probability that no otherdevice (among the 10.000 Mio. devices) has the same link key?

7.2.21 Mobile Peer-to-Peer Networks

By downloading and installing software on mobile phones, mobile peer-to-peer networks may be generated (in much the same way than instant mes-saging or file sharing works with PCs over the Internet). A service providerplans to provide such client software for download. Clients may become partof the network, when they activate the software, and leave the network whenthey quit the application. Strictly speaking, clients can also receive messagesand offer services, i.e. act as servers. Because both client and server part areimplemented, participants in the network are called “peers”.

By joining in, peers generate a logical network, or overlay network (see fi-gure below). The service provider also plans to provide “super peers”, i.e. mo-re permanent participants installed on servers, which serve as directories orlook-up servers in order to facilitate network organisation.

Overlay Networks

Physical Networks

(Peer-to-Peer Networks)

mobile phone

server

Peer

Super Peer



Part 1Question 1: Peers can be identified by their PeerID, i.e. a number, which serves as a unique

identifier. Explain, how Peer IDs can be assigned to peers and chose a design for the service provider.

Question 2: Peers may join the network, look-up the presence of other peers, and leave the network. Specify a principle design for network organisation for the service provider (i.e. functions to be supported by peers and to be developed for the peer software).

Question 3: Alice and Bob have both installed the peer software on their mobile phones and Bob is now trying to find Alice over the network. There are 100 Mio. peers in the network, each peer knows 8 other peers on average. How many discovery requests are required and how many nodes (hops) does a discovery request need to travel in the following cases: (1) without the super peers (i.e. Bob’s peer sends a request to 8 other peers, which again propagate the discovery request), (2) including the super peers, with each of them knowing 100.000 users (peers) and connecting to 8 other super peers. Can you improve the design of question 2?

Part 2The peer software needs to be designed to support different physical interfaces, such as

HTTP type of connections over GSM or UMTS channels, serial connections over Infrared or Bluetooth, TCP sockets etc. The following design has been chosen.


Part 1

Question 1: Peers can be identified by their PeerID, i.e. a number, which ser-ves as a unique identifier. Explain, how Peer IDs can be assigned to peersand chose a design for the service provider.

Question 2: Peers may join the network, look-up the presence of other peers,and leave the network. Specify a principle design for network organisa-tion for the service provider (i.e. functions to be supported by peers andto be developed for the peer software).

Question 3: Alice and Bob have both installed the peer software on their mo-bile phones and Bob is now trying to find Alice over the network. Thereare 100 Mio. peers in the network, each peer knows 8 other peers on ave-rage. How many discovery requests are required and how many nodes(hops) does a discovery request need to travel in the following cases: (1)without the super peers (i.e. Bob’s peer sends a request to 8 other peers,which again propagate the discovery request), (2) including the superpeers, with each of them knowing 100.000 users (peers) and connectingto 8 other super peers. Can you improve the design of question 2?

Part 2

The peer software needs to be designed to support different physical inter-faces, such as HTTP type of connections over GSM or UMTS channels, serialconnections over Infrared or Bluetooth, TCP sockets etc. The following designhas been chosen.

return new ConcreteConnetion();

Connection

<< abstract >>

Connection:createConnection(typeInfo) transmit()

Generator << abstract >>

Connection:createConnection(typeInfo)

ConcreteGeneratorHTTPConnection

transmit()

SerialConnection

transmit()

Client

ConcreteConnetion

uses

generates

receive()

receive() receive()

Question 4: Explain the components of the diagram and their relations (syntax only, more questions follow). How could the diagram be extended for a TCP socket type of connection?

Question 5: Explain the function of the diagram, i.e. how it is used to establish a connection from one peer to another. Explain how the Concrete Generator could be implemented



and what the typeInfo needs to contain in order to connect to another peer over the network.

Question 6: Explain the sequence of events when connecting from one peer to another over a HTTP connection in a sequence diagram.

Part 3Alice installs a new service on her mobile phone, which provides access to her photo

library over the peer-to-peer network. Bob has been able to discover the phone of Alice and is able connect to Alice.

Question 7: How can Bob discover the new service and find out what it is? Explain which information needs to be specified for service discovery and give some guidelines for implementation.

Question 8: Following discovery, what is needed to access and use the service? Explain which information needs to be specified on the phone of Alice and how the service can be invoked by Bob.

29. CORBA and RMIThe figure shows the process of generating a server application and a matching client

application by use of CORBA, as well as the resulting architecture.



!

228 7 Exercises

The figure shows the process of generating a server application and a mat-ching client application by use of CORBA, as well as the resulting architectu-re.

Question 11.1: Explain the process and the role of the resulting componentson the system.

Question 11.2: When using the Java Remote Method Invokation (RMI), theprocedure is similar as with CORBA. However, there are some charac-teristic differences. Compare both technologies.

7.1.12 Clients and Servers

Explain the difference between a client and a server.

7.1.13 Threads and Processes

Threads are flows of control within the address space of a process.

Server

MiddlewareJavaSkeleton

Obj.Adapter

ORB Core

Client

ORB Core

C++Stub

ObRf

IIOP

C++Stub

JavaSkeleton

ObjectInterfaceDefinition

IDL to C++Compiler

IDL to JavaCompiler

C++Interface

JavaInterface

C++ClientApplication

JavaServerApplication

C++ Compiler

Java Compiler

written by application developer

Question 1: Explain the process and the role of the resulting components on the system.

Question 2: When using the Java Remote Method Invokation (RMI), the procedure is similar as with CORBA. However, there are some charac- teristic differences. Compare both technologies.

30. CORBA and Web-ServicesWhile using CORBA, a client-stub is compiled from a formal interface definition which is

contained in an IDL-file. Name an equivalent formal description of the interface with Web-Services.

31. Remote Control for Home NetworksDevices at home, such as TV, stereo, lights, door opener, cookers, washing machines

etc. increasingly support interfaces, which allow to monitor their states and allow to call actions on them. However, most of the device interfaces are proprietary, i.e. they are specified any way their vendor likes. Thus, a universal remote control for a variety of devices needs to be developed in a way that allows to handle a multitude of interfaces and is easily extensible.



Part 1It is supposed, that each device has an interface description, which is specified in a well

known format (i.e. using an interface description language). The interface description may be retrieved as a text document either directly from the device or it may be downloaded from the Web, so that there is no need for the developer of the remote control to study specification papers. The figure below illustrates the principle of how to retrieve, process and use the interface description to control a device.

!


7.2.23 Remote Control for Home Networks

Devices at home, such as TV, stereo, lights, door opener, cookers, washing

machines etc. increasingly support interfaces, which allow to monitor their sta-

tes and allow to call actions on them. However, most of the device interfaces

are proprietary, i.e. they are specified any way their vendor likes. Thus, a uni-

versal remote control for a variety of devices needs to be developed in a way

that allows to handle a multitude of interfaces and is easily extensible.

Part 1

It is supposed, that each device has an interface description, which is speci-

fied in a well known format (i.e. using an interface description language). The

interface description may be retrieved as a text document either directly from

the device or it may be downloaded from the Web, so that there is no need for

the developer of the remote control to study specification papers. The figure

below illustrates the principle of how to retrieve, process and use the interface

description to control a device.

Question 1: Which information needs to be contained in the interface de-

scription in order to allow the remote control to use it?

Question 2: Explain the 3 steps indicated in the figure. How are vendor spe-

cific actions handled?

Question 3: What do all devices and the remote control need as common

runtime environment to support step 1 and 3?

Part 2

mute()

channelUp()

Device: TV

on()

selected action

scroll throughexecutecommand listcommand

exec back

Remote Control Device, e.g. TV

on()mute()channelUp()volumeUp()off()...

...IDL-Doc.

(1) retrieve interface

(2) process

(3) call actions

description

interface description

on device

interfacedescription

display

Question 1: Which information needs to be contained in the interface description in order to allow the remote control to use it?

Question 2: Explain the 3 steps indicated in the figure. How are vendor specific actions handled?

Part 2Question 3: What do all devices and the remote control need as common runtime environment

to support step 1 and 3?

Rather than using a display, the developer decides to use a more conventional design with real buttons for actions on devices, as shown in the figure below. This design is driven by the following considerations:

• At configuration time, commands according to actions contained in the interface description are associated with device buttons (configuration time corresponds to step 2 of part 1).

• Following configuration, the device buttons are labelled and may be used in the following way: select a device action, then execute the action by pressing a command button. In the design on the right, selection and execution are combined.

This design leads the developer to the following domain model for the software to be developed on the remote control.



278 7 Exercises

Rather than using a display, the developer decides to use a more conventio-nal design with real buttons for actions on devices, as shown in the figure be-low.

This design is driven by the following considerations:(1) At configuration time, commands according to actions contained in the

interface description are associated with device buttons (configuration timecorresponds to step 2 of part 1).

(2) Following configuration, the device buttons are labelled and may be usedin the following way: select a device action, then execute the action by pres-sing a command button. In the design on the right, selection and execution arecombined.

This design leads the developer to the following domain model for the soft-

ware to be developed on the remote control.

execute

Remote Control

undo

lighton

TVon

dooropen

StereosetDVD

StereosetTV

lightoff

TVmute

door lock

StereosetRadio

commandbuttons

devicebuttons

Remote Control

undo

lighton

TVon

dooropen

StereosetDVD

StereosetTV

lightoff

TVmute

door lock

StereosetRadio

devicebuttonsexecutecommands

public void execute() {

}

deviceCtrler.action();

Activator << interface>>

execute()

ConcreteCommand

setCommand()

Command

undo()

execute()undo()

DeviceCtrler

action()

Configurator

creates

creates

public void setCommand(Command c) {

}

activeCmd = c;

Command activeCmd;

contains the vendorspecific actions on devices

Question 4: 2 Explain the components of the diagram and their relations (syntax only, more questions follow).

Question 5: Explain the role of each component and how the software is supposed to work.

Question 6: In relation to the design of the remote control (with device buttons and command buttons), explain what happens at runtime when buttons are pressed. Which difference does the design of the remote control on the right make in comparison to the design on the left?

Question 7: Again at runtime, explain how the configuration works (i.e. what the code of the Configurator is supposed to do). How flexible is the concept really with respect to configuration?

Question 8: Explain in general, how the concept needs to be extended in order to support the “undo” command (i.e. what extra information is needed and how it may be processed).

32. Remote PlayerFor audivisual media in the network, remote players are used to access and play the

media. In order to allow remote players to interoperate with the media servers, there need to be some conventions concerning the interface between player and server. The interfaces need to be implemented by both the providers of media servers, and by the providers of remote players, e.g. as software clients to be installed on mobile devices.

Part 1A network operator, who provides audiovisual content on media servers in his network,

intends to stimulate the development of player software on mobile devices. For this reason, he publishes some conventions for the interface to the media servers to be followed by the player software, as shown in the figure below.



282 7 Exercises

the media servers to be followed by the player software, as shown in the figure

below.

Question 1: Which information needs to be contained in the Object Refe-

rences (ObjRF) for the icon and the stream in order to access the refe-

renced objects?

Question 2: Instantiate the model for a media stream with the actions play(),

stop() and goto(SceneNumber)?

Part 2

When a movie or a song has been selected from the list on the remote player,the next step should be to show the icon of the movie or song on the player.The client on the remote player is using the structure shown in the followingdiagram.

title2

title3

Movies

title1

movie in focus

scroll throughselectmovie listcommand

more back

Remote Player

display

Media Server

Movie

movieTitle : Stringgenre : String

Action

name : String

1author : Stringduration : StringmovieID : String

Stream

mimeType : Stringsize : StringcontrolObjRF : URL

Argument

returnValue : Booleanname : String

value : String

Icon

mimeType : Stringwidth : Integerheight : IntegericonObjRF : URL

1

0 .. *

0 .. *

MovieList

0 .. *

for moreinformation

classifier: String

Question 1: Which information needs to be contained in the Object References (ObjRF) for the icon and the stream in order to access the referenced objects?

Question 2: Instantiate the model for a media stream with the actions play(), stop() and goto(SceneNumber)?

Part 2When a movie or a song has been selected from the list on the remote player, the next

step should be to show the icon of the movie or song on the player. The client on the remote player is using the structure shown in the following diagram.


.

Question 3: 2 Explain the components of the diagram and their relations

(syntax only, more questions follow).

Question 4: Explain the role of each component, in particular the role of the

proxy, and how the software is supposed to work.

Question 5: Show the sequence of events when an icon needs to be loaded

for the first time in a sequence diagram.

Question 6: One drawback of the procedure is, that if the proxy needs to load

the image icon, the procedure will not return until the icon has been loa-

ded, which freezes the client interface. Describe a way to improve this

situation.

Part 3

Not every content on the media server is intended for everybody. The freemovies and songs are available for everone, but there is also material, whichis not free of charge and other material only intended for adults. So the mediaserver will need some access control.

Question 7: What credentials could be used to authenticate users who want

to access classified content? Describe a suitable procedure for authenti-

cation.

Question 8: How could the class diagram be extended to support access for

authenticated users? How would the new procedure work? Hint: There

can be more than one proxy.

if ( imageIcon == 0 ) {

...

<< interface>>

show()

ImageProxy

Icon

show()

Client

ImageIcon

show()

imageIcon = new ImageIcon( iconObjRF )}

imageIcon.show()...

iconObjRF : URLimageIcon : ImageIcon

// display message “loading icon”

Question 3: 2 Explain the components of the diagram and their relations (syntax only, more questions follow).

Question 4: Explain the role of each component, in particular the role of the proxy, and how the software is supposed to work.

Question 5: Show the sequence of events when an icon needs to be loaded for the first time in a sequence diagram.



Question 6: One drawback of the procedure is, that if the proxy needs to load the image icon, the procedure will not return until the icon has been loaded, which freezes the client interface. Describe a way to improve this situation.

Part 3Not every content on the media server is intended for everybody. The free movies and

songs are available for everone, but there is also material, which is not free of charge and other material only intended for adults. So the media server will need some access control.

Question 7: What credentials could be used to authenticate users who want to access classified content? Describe a suitable procedure for authentication.

Question 8: How could the class diagram be extended to support access for authenticated users? How would the new procedure work? Hint: There can be more than one proxy.

33. Universal Remote ControlEquipment in home networks, such domestic appliances, equipment for entertainment

and communication increasingly has interfaces to communicate over networks (such as Wireless LAN, Ethernet, Bluetooth, Ö). This allows to monitor and control equipment over the network. In this task, one universal remote control is used to control two different types of TV sets.

Part 1General questions on communication and interfaces.

Question 1: What is needed for two network entities to communicate to each other? What function does a network need to provide to make network entities aware of each other?

Question 2: In order to call functions on another device, e.g. to control the TV, the functional set of the device is described in a pre defined format, a so called IDL (Interface Definition Language). What does an IDL type of document need to contain? How can it be used by another device, e.g. the remote control?

Part 2As shown in the figure below, there are two different types of TV sets (type A and type B,

e.g. from different manufacturers). Each device supports a service framework (such as UPNP, WSDL etc), i.e. it contains an IDL type of document for the services it provides.



Telecommunication Software Engineering ñ Examination Oct 5, 2007

S. Rupp 3

Part 2 As shown in the figure below, there are two different types of TV sets (type A and type B, e.g. from different manufacturers). Each device supports a service framework (such as UPNP, WSDL etc), i.e. it contains an IDL type of document for the services it provides.

Question 3: With reference the Service Descriptions in the figure above, explain the functions of both TV types and how they are used. Question 4: The home network makes use of a Domain Ontology, which allows classifying the types of devices and describes their functions in a general way. Explain what the Domain Ontology in the figure above contains and how it can be used. Question 5: Explain how the IDL type of definitions may be extended by DO Tags (Domain Ontology Tags) and how this Tags can be used by the Remote control. Question 6: Describe a sequence of actions in order to (1) ìzapî one TV channel up on TV A, and then (2) ìzapî one channel up on TV B.

TV type A

TV type B

RemoteControl

IDL

IDL

DO Tag

DO Tag

DO

Domain Ontology public status : int setParameter(par : Parameter)

Parameter.name Parameter.value Status := 0 / 9002 / 9005

public status : Status setParameter(par : Parameter) Parameter.Name Parameter.Value status := STATUS_OK / STATUS_FAILED / STATUS_UNKNOWN

public transactionID : int setNode(nodeName : String, nodeValue : String) public result : int getResult (transactionID : int) result := 200 / 500 / 0

Service Description

Service Description

Question 3: With reference the Service Descriptions in the figure above, explain the functions of both TV types and how they are used.

Question 4: The home network makes use of a Domain Ontology, which allows classifying the types of devices and describes their functions in a general way. Explain what the Domain Ontology in the figure above contains and how it can be used.

Question 5: Explain how the IDL type of definitions may be extended by DO Tags (Domain Ontology Tags) and how this Tags can be used by the Remote control.

Question 6: Describe a sequence of actions in order to (1) ìzapî one TV channel up on TV A, and then (2) ìzapî one channel up on TV B.

Part 3Another way to use one remote control is adaptation at syntactic level, i.e. by

programming the device to adapting or translating commands. For a TV of type B, user Bob would like to use a Remote Control (RC) of type A. So, somehow, he will need to use type B commands on the type A Remote Control. The figure below illustrates the concept.



Telecommunication Software Engineering ñ Examination Oct 5, 2007

S. Rupp 4

Part 3 Another way to use one remote control is adaptation at syntactic level, i.e. by programming the device to adapting or translating commands. For a TV of type B, user Bob would like to use a Remote Control (RC) of type A. So, somehow, he will need to use type B commands on the type A Remote Control. The figure below illustrates the concept.

Question 7: Explain the components in the diagram and their relation. Question 8: Explain how the components interact at runtime, e.g. in a sequence diagram.

uses

adaptedObject.zap(1);

implements

Client Target_RC_A

channelUp () : void

Source_RC_B

zap (i : int) : void

Adapter

channelUp () : void

Question 7: Explain the components in the diagram and their relation.

Question 8: Explain how the components interact at runtime, e.g. in a sequence diagram.

34. Ethernet basierte FeldbusseEs werden N=10 Switches in Serie betrieben. An jedem der Switches ist ein lokaler

Controller angeschlossen, sowie eine Kamera. An Anfang und am Ende der Kette befinden sich Anschlüsse an lokale Netze (LAN) mit regulärem Ethernet-Verkehr. Zur bevorzugten Behandlung der Prozessdaten (Daten, die zwischen den lokalen Controllern ausgetauscht werden), stehen folgende Verfahren zur Auswahl:

• (a) Verkehrsklassen mit Priorisierung der Prozessdaten (QoS) • (b) Zeitmultiplex mit alternierenden Segmenten (1) nur Prozessdaten, (2) alle

anderen Daten • (c) Sammelpaket: alle Prozessdaten werden in einer geeigneten Struktur in den

Bereich der Nutzdaten im Ethernet-Rahmen gepackt. Der Datenaustausch pro Switch erfolgt durch spezielle Hardware während der Weiterleitung der Rahmen.

Ethernet basierte FeldbusseEs werden N=10 Switches in Serie betrieben. An jedem der Switches ist ein lokaler

Controller angeschlossen, sowie eine Kamera. An Anfang und am Ende der Kette befinden sich Anschlüsse an lokale Netze (LAN) mit regulärem Ethernet-Verkehr. Zur bevorzugten Behandlung der Prozessdaten (Daten, die zwischen den lokalen Controllern ausgetauscht werden), stehen folgende Verfahren zur Auswahl:

(a) Verkehrsklassen mit Priorisierung der Prozessdaten (QoS)

(b) Zeitmultiplex mit alternierenden Segmenten (1) nur Prozessdaten, (2) alle anderen Daten

(c) Sammelpaket: alle Prozessdaten werden in einer geeigneten Struktur in den Bereich der Nutzdaten im Ethernet-Rahmen gepackt. Der Datenaustausch pro Switch erfolgt durch spezielle Hardware während der Weiterleitung der Rahmen.

… 2 1 N

Verkehrsmodell: Es wird Fast Ethernet mit einer Übertragungsrate von 100 Mbit/s verwendet. Für Video und allgemeinen Verkehr werden die maximal möglichen Rahmenlängen angenommen. Die Prozessdaten betragen 250 Bytes pro lokalem Controller und lassen sich in Rahmen der Länge 256 Bytes übertragen. Für die Weiterleitung der Rahmen wird pro Switch eine Verarbeitungszeit (Latenz) von 0,01 ms angenommen.

Frage 1: Berechnen Sie für das Verfahren (a) überschlägig die Laufzeitschwankungen am Ende der Kette für den unter den folgenden Annahmen: maximale Paketlänge (1) 9000 Bytes, (2) 1500 Bytes, (3) 512 Bytes.

Frage 2: Berechnen Sie zum Vergleich überschlägig Verfahren (b).

Frage 3: Berechnen Sie überschlägig zum Vergleich Verfahren (c).

Bemerkung: Excel-Formular zur Kalkulation

Communications Engineering, 6th Term, Exercises on Networks

S. Rupp, 2012 Exercises_Networks_V01 1

Verkehrsmodell: Es wird Fast Ethernet mit einer Übertragungsrate von 100 Mbit/s verwendet. Für Video und allgemeinen Verkehr werden die maximal möglichen Rahmenlängen angenommen. Die Prozessdaten betragen 250 Bytes pro lokalem Controller und lassen sich in



Rahmen der Länge 256 Bytes übertragen. Für die Weiterleitung der Rahmen wird pro Switch eine Verarbeitungszeit (Latenz) von 0,01 ms angenommen.

Frage 1: Berechnen Sie für das Verfahren (a) überschlägig die Laufzeitschwankungen am Ende der Kette für den unter den folgenden Annahmen: maximale Paketlänge (1) 9000 Bytes, (2) 1500 Bytes, (3) 512 Bytes.

Frage 2: Berechnen Sie zum Vergleich überschlägig Verfahren (b).

Frage 3: Berechnen Sie überschlägig zum Vergleich Verfahren (c).

35. AnlagensteuerungAufgabe 1 - Kommunikationsprotokolle

Zur Kommunikation zwischen Stationsleitgeräten, Steuergeräten auf Feldebene und Geräten auf Prozessebene soll ein Feldbus verwendet werden. Der Feldbus basiert auf den in der Abbildung wiedergegebenen Protokollen.

Page 21 of y

Date: 26.03.2012 Tobias Gruber, 2012

3 Systemkommunikation

Datenmodell (Datenstruktur, Kommunikationsdienste)

GOOSEAbtastwerte (Samped

Values – SV)Client-Server-Dienste

Mapping (Abbilden auf Kommunikationsmittel)

Ethernet physical layer

Ethernet link layer

IP

TCP

MMS

MMS

MMS

ISO

/OSI

7-S

chic

hten

-M

odel

l

1

2

3

4

5

6

7

Zeitkritische Dienste (Echtzeitanforderungen)

(a) Schutzgeräte und Datenerfassung mit hohen Abtastraten

(b) Steuern und Überwachen

Abtastwerte (Sampled Values)

Schutzgeräte (GOOSE)

Client-Server Dienste

Frage 1.1 (6 Punkte): Erläutern Sie die im Bild wiedergegebenen Funktionen und Protokollschichten.

(1) Die Anwendung kommunizierten Daten nach vorgegebenen Datenmodellen.

(2) Abstrakte Kommunikationsdienste können auf Protokollschichten abgebildet werden (Mapping).

(3) Als Kommunikationsprotokolle werden Ethernet und IP-basierte Protokolle eingesetzt: (3a) einerseits direkt über Ethernet (Schicht 2), (3b) andererseits über einen kompletten



TCP(IP Stack (Schicht 4 und 3), dem ein anwendungsorientiertes Protokoll überlagert ist (MMS).

Frage 1.2 (6 Punkte): Die zu übermittelnden Daten sind nach Funktionen aufgeteilt in (a) Schutzgeräte und Datenerfassung mit hohen Abtastraten, (b) Steuern und Überwachen. Erläutern Sie die Unterschiede in der Realisierung und mögliche Gründe für die Aufteilung.

• Unterschiede: Schutzgeräte erfordern kurz Reaktionszeiten und verzichten daher auf dem Komfort höherer Protokollschichten. Messungen mit hohen Abtastraten (z.B. im Bereich einiger kHz) erfordern ebenfalls kurze Reaktionszeiten und bilden daher direkt auf Schicht 2 ab

• Für Regelung und Überwachung dagegen steht weniger das zeitkritische Verhalten im Vordergrund, als die sichere und zuverlässige Kommunikation, wie beispielsweise durch TCP oder Socket-Verbindungen gegeben. Für Fernwirktechnik ist ist eine netzweite Reichweite erwünscht, wie durch IP gegeben.

Frage 1.3 (4 Punkte): Welche Daten sind unmittelbar tauglich für Weitverkehrsnetze, welche Daten verbleiben vom Protokoll aus betrachtet im lokalen Netz?

• Ethernet (Schicht 2): lokale Netze (Ethernet-Switches arbeiten mit MAC-Adressen, d.h. Geräteadressen). Da Schutzgeräte lokal wirken, bedeutet das keine Einschränkung. Messdaten müssen für die netzweite Übertragung von einem Datensammler im lokalen Netz aus in ein IP-Netz eingespeist werden.

• IP (Schicht 3): netzweit verfügbar (innerhalb verwendeten privaten oder öffentlichen des IP-Adressraums). Steuern und Überwachen = Fernwirktechnik, benötigt große Reichweite.

Aufgabe 2 - NachrichtenaustauschZum Lesen und Schreiben von Datenobjekten werden Nachrichten nach einem

vorgegebenen Muster ausgetauscht.



3 Der Standard IEC61850 Seite 23

Abb. 12: Sequenzdiagramm zur Kommunikationsveranschaulichung

aufbauend auf [Sch04], [IEC10-a] und [ABB10]

Zunächst sendet das Stationsleitgerät eine Anfrage, um die Betriebsbereitschaft des Leis-

tungsschalters zu überprüfen. Diese Anfrage geht zuerst an die Schaltersteuerung, die wiede-

rum eine Anfrage an den Leistungsschalter sendet (1. → 2. → 3.). Die Anfrage wird durch

den Leistungsschalter überprüft (check()) und eine Antwort mit dem positiven Betriebszu-

stand erst wieder an die Schaltersteuerung und dann von dieser an das Stationsleitgerät ge-

schickt (3. → 4.).

Anschließend sendet das Stationsleitgerät einen Befehl zum Schalten (OperateRequest(on)) analog der Betriebszustandsabfrage. Nach der Aktivierung des Antriebes schickt der Leis-

tungsschalter eine Nachricht an die Schaltersteuerung zurück, dass der Auftrag ausgeführt

wird. Nach dem erfolgten Schalten des Leistungsschalters, erfolgt eine spontane Meldung des

Wertes mit dem neuen Schaltzustand des Schalters(Report(on)) von 9. → 10.

3.5 Konfigurationssprache

Um ein IEC61850-System normkonform zu modellieren, muss für alle beteiligten Geräte eine

logische Struktur definiert werden.

Zur logischen Struktur gehören u. a. folgende Punkte:

Welche optionalen Daten werden realisiert

sd Exemplarisches Sequenzdiagramm

Stationsleitgerät(LN: IHMI)

Schaltersteuerung(LN: CSWI)

Leistungsschalter(LN: XCBR)

1. SelectRequest (on)

2. SelectRequest (on)

check()

3. SelectResponse +()

4. SelectResponse +()

5. OperateRequest (on)

6. OperateRequest(on)

7. OperateResponse +()

8. OperateResponse +()

9. Report (on)

10. Report (on)

Frage 2.1 (6 Punkte): Rekonstruieren Sie dieses Muster für den Nachrichtenaustausch aus dem Sequenzdiagramm in der Abbildung.

Das Muster für den Nachrichtenaustausch arbeitet in 3 Phasen: (1) Select - Auswahl einer Funktion, (2) Operate - Ausführen einer Instruktion, (3) Report - Bericht über das Ergebnis der Ausführung. In den Phasen (1) und (2) sind Nachrichten für die Anforderungen (Request) und die Quittierung der Anforderung (Response) vorgesehen.

Frage 2.2 (6 Punkte): Welche weitere Vereinbarungen sind erforderlich, damit der Aufruf von Methoden zwischen den Geräten funktionieren kann?

(1) Wenn die Methodenaufrufe über ein Netz erfolgen, ist eine Pfadangabe erforderlich, bestehend aus Protokoll, Netzadresse und Objektname (für die Methode). Eine solche Pfadangabe kann in einem IP-Netz beispielsweise durch eine URL erfolgen, bzw. ein TCP-Socket bzw. UDP-Socket.

(2) Ausserdem sind Vereinbarungen über den Methodenaufruf erforderlich, d.h. die Namen der Methode, der Übergabeparameter, der Rückgabewerte und die jeweils zugehörigen Datentypen.

Aufgabe 3 - EchtzeitverhaltenDie Steuergeräte kommunizieren über eine Kette von Ethernet-Switches. Auf Schicht 2

variieren die Paketlängen zwischen 64 Bytes pro Nachricht und maximal 1500 Bytes pro Nachricht. Es wird Fast Ethernet verwendet (100 Mbit/s). Die Prozessdaten verwenden stets kurze Pakete von 64 Bytes.



1

2

3

Eingangsports

Prio 1

Ausgangsports

Prio 2

(b) Quality of Service

1

2

3

Eingangsports Ausgangsports

(a) Best Effort

Frage 3.1 (6 Punkte): Es wird überlegt, ob ein Best Effort Verfahren genügt (Fall (a), linker Teil der Abbildung) oder eine Einteilung in 2 Verkehrsklassen mit Priorisierung eingeführt werden soll (Fall (b), rechter Teil der Abbildung). Erläutern Sie beide Verfahren sowie die Unterschiede.

(1) Best Effort Verfahren: Alle Pakete bzw. hier Ethernet-Rahmen werden in der Reihenfolge ihres Eintreffens an den Ausgangsport gegeben. Ein kurzer Rahmen mit zeitkritischen Prozessdaten wird daher am Ausgangsport unter Umständen hinter langen Rahmen mit Überwachungsinformationen oder sonst welchen Daten, die nicht zeitkritisch sind.

(2) Quality-of-Service Verfahren: Es werden mehrere Klassen von Daten eingeführt, beispielsweise Klasse 1: Prozessdaten, Klasse 2: alle anderen Daten. Rahmen mit Prozess-daten werden markiert (z.B. Tag, Eintrag im Type-of-Service Feld) und in den Switches bevorzugt behandelt. Die Bevorzugung besteht in der Einordnung der Prozessdaten in einer höher priorisierten Warteschlange am Ausgangsport (Prio 1 Schlange). Somit wird die Dauer der Abfertigung von der Reihenfolge des Eintreffens entkoppelt. Dadurch wird die Situation vor allem bzgl. die langen, niedrig priorisierten Rahmen verbessert (Prio 2 Schlange). Beim Arbeiten mit mehreren Verkehrsklassen (Quality-of-Service Verfahren), wird in jedem Knoten (Switch) der Verkehr gemäß Verkehrsklassen neu sortiert.

Frage 3.2 (6 Punkte): Die Signalkette enthält bis zu 10 Knoten (Switches), wobei jeder Knoten über 3 Eingangsports verfügt, über die sowohl regulärer Verkehr als auch Prozessdaten kommuniziert werden. Vergleichen Sie die maximalen Laufzeitschwankungen für beide Verfahren (Fall (a) und Fall (b)) aus der Perspektive der Prozessdaten.

Bei 3 Eingangsports besteht der ungünstigste Fall darin, dass an jedem Fall ein maximal langer Rahmen mit unkritischen Daten eintrifft, bevor an einem der Ports ein kurzer Rahmen mit kritischen Prozessdaten eintrifft. (Bemerkung: Vorausgesetzt, die Ankunftsrate ist niedrig im Vergleich zur Service-Rate, d.h. Systemausnutzung unter 50%, andernfalls kann es beliebig lange Warteschlangen an den Eingangsports geben).

Fall (a), Best Effort: Anordnung am Ausgangsport gemäß Reihenfolge beim Eintreffen, d.h. der Rahmen mit Prozessinfo kommt erst auf die Leitung, nachdem die 3 langen Rahmen übertragen sind. Im ungünstigsten Fall bei 10 Knoten: 3 * 10 * Latenz (1500 Bytes bei 100 Mbit/s) = 30 * 0,120 ms = 3,6 ms. In der Realität ergeben sich Laufzeitschwankungen bis zu diesem Wert.

Fall (b), Quality-of-Service mit 2 Verkehrsklassen: Die drei langen Rahmen mit unkritischen Daten landen in der Reihenfolge ihres Eintreffens in der Prio 2 Schlange am Ausgangsport. Der Rahmen mit Prozessdaten wird nach Eintreffen in der Prio 1 Schlange platziert. Zu diesem Zeitpunkt ist allerdings einer der langen Rahmen bereits in Bearbeitung. Allerdings erfolgt die Übertragung des Rahmens mit Prozessdaten unmittelbar dann, wenn



diese Übertragung beendet ist. Der Rahmen mit Prozessdaten kommt somit auf die Leitung, sobald 1 langer Prio 2 Rahmen übertragen ist. Im ungünstigsten Fall bei 10 Knoten: 1 * 10 * Latenz(1500 Bytes bei 100 Mbit/s) = 10 * 0,120 ms = 1,2 ms.

Verbesserung von (b) gegenüber (a): Latenz(b)/Latenz(a) = 3

Frage 3.3 (6 Punkte): Durch welche Massnahmen lassen sich die Laufzeitschwankungen weiter reduzieren?

• Reduktion der Knoten in Reihe (z.B. weniger als 10 Switches in der Kette)

• Reduktion der Eingangsports (z.B. 2 statt 3 Eingangsports)

• Einschränkungen der maximal erlaubten Rahmenlänge (z.B. max 512 Bytes pro Rahmen)

• Erhöhung der Übertragungsrate (z.B. 1Gbit/s statt 100 Mbit/s)

• Einsatz von Sammelpaketen (vgl. Ethercat)

• Zeitmultiplex (vgl. Profinet)

Aufgabe 4 - RedundanzTeil 1

Zur Verbesserung der Ausfallsicherheit wird die lineare Verbindung zwischen den Switches auf eine Ringkonfiguration erweitert. Die Netztopologie bleibt hierbei linear, d.h. es gibt eine physikalisch vorhandene Reserveverbindung.

Ausgefallene Verbindung

RPLRPL

Owner

Reserve Verbindung(Ring Protection Link)

Frage 4.1 (8 Punkte): Beschreiben Sie, was beim Ausfall einer Verbindung geschieht (d.h. den Übergang auf den in der Abbildung links gezeigten Zustand auf den Zustand rechts).

(1) Überwachung der Funktion des Ringes durch einen ausgewählten Switch (den RPL-Owner): beispielsweise durch Senden und Empfangen von von Kontrollnachrichten in beiden Richtungen (auch über die für regulären Verkehr nicht benutzte Reserveverbindung).

(2) Ausfall einer Verbindung: Wird durch die Überwachung (vom RPL-Owner) bemerkt.

(3) Aktivieren der Reserveverbindung

(4) Inbetriebnahme der neuen Topologie (z.B. durch Spanning-Tree Algorithmus)

Frage 4.2 (6 Punkte): Welchen Nachteil hat dieses Verfahren bzgl. des Echtzeitverhaltens des Netzes?

(1) Das Verfahren ist mit Umschaltzeiten verbunden (Schritte (1) bis (4) oben, speziell Schritt (4) erfordert einige Zeit).

(2) Während dieser Zeit ist keine reguläre Zustellung des Verkehrs möglich. Zwar gehen für Anwendungen keine Daten verloren, da die höheren Protokollschichten diese nochmals



anfordern, allerdings werden während des Umschaltvorgangs vereinbarte Antwortzeiten nicht eingehalten. Somit ist ein Echtzeitbetrieb (= Einhaltung vereinbarter Antwortzeiten) nur sehr eingeschränkt möglich.

(3) Die Dauer der Umschaltung ist abhängig von der Topologie und Größe des Netzes.

Teil 2

Zur Verbesserung des Echtzeitverhaltens schlägt der Hersteller der Switches die in der folgenden Abbildung gezeigte Konfiguration vor.

Ringredundanz mit zwei gleichzeitig betriebenen VLANs

Red Box: Ringswitch mit Dopplung der Anschlüsse für Geräte mit

einfachem Anschluss (SAN - Single Attached Node)

Node: Geräte (Feldbus-Controller, Schutzgeräte, Messgeräte)

Quelle: ABB

Frage 4.3 (8 Punkte): Interpretieren Sie den Vorschlag und beschreiben Sie das Verhalten im Fehlerfall. Erläutern Sie die Vorteile und Einschränkungen gegenüber dem Verfahren aus Teil 1.

(1) Interpretation: Im Unterschied zu Verfahren aus Teil 1 werden zwei unabhängige Teilnetze in unterschiedlichen Richtungen betrieben. Die Teilnetze sind im Beispiel als VLAN realisiert. Die Redundanz wird im Endgerät erzeugt: Jede Nachricht (jeder Ethernet-Rahmen) wird dupliziert (A-Frame und B-Frame) und in die Teilnetze gegeben. Jedes Endgerät empfängt im Normalfall beide Rahmen und kann einen verwerfen.

(2) Verhalten im Fehlerfall: Bei Ausfall einer Verbindung wird jeder Knoten noch über den alternativen Pfad erreicht, dann allerdings ohne weitere Redundanz. Wie der Fehler behoben wird, ist nicht näher beschrieben (Umkonfiguration wie bei dem Verfahren in Teil 1, Intervention des Betriebspersonals etc.).

(3) Vorteile: keine Umschaltzeiten im Fehlerfall, unterbrechungsfreier Betrieb.

(4) Einschränkungen: komplexere Konfiguration, Duplizieren von Rahmen ist nicht Bestandteil der Ethernet-Standards und erfordert spezielle Maßnahmen (z.B. Redundanz-Boxen), es sind weitere Vereinbarungen erforderlich für die Rückkehr aus dem Fehlerfall in den redundanten Betrieb.

Teil 3Die Anbindung an die übergeordnete Leitebene hat noch höhere Anforderungen bzgl. der

Verfügbarkeit. Daher wird hierfür eine Ausführung als echter Doppelring vorgeschlagen, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.



Übergeordnete Leitebene: Doppelring

DAN: Gerät mit doppeltem Anschluss (Double Attached Node)

Untergeordnete Ebene:Doppelstern

Red Box: Dopplung der Anschlüsse für Geräte mit einfachem Anschluss (SAN - Single Attached Node)

Quelle: ABB

Frage 4.4 (8 Punkte): Vergleichen Sie die echte Doppelring-Konfiguration mit der Konfiguration in Teil 2 bzgl. Ausfallsicherheit und Aufwand. Beschreiben Sie das Verhalten im Fehlerfall.

• Ausfallsicherheit: besser, da (1) doppelte Verbindungen statt doppelt betriebener Verbindungen, (2) Ausfall einzelner Switches betreffen nur einen Ring (statt beider Ringe)

• Aufwand: (1) doppelter Hardware-Aufwand (Knoten, Verbindungsleitungen, Trassen), (2) keine komplexe Konfiguration (zwei wirkliche LANs statt VLAN), (3) leichterer Austausch von Komponenten (z.B. fehlerhafte Verbindungsleitungen und Knoten)

• Verhalten im Fehlerfall: unterbrechungsfreier Betrieb; bei Einzelfehlern weiterhin Redundanz im verbliebenen Ring verfügbar (z.B. mit Verfahren nach Teil 1)

Frage 4.5 (8 Punkte): Als Alternative zu der in Teil 2 vorgeschlagenen speziellen Ringkonfiguration wird in dem in Teil 3 gezeigten Vorschlag auf der untergeordneten Ebene eine Variante mit doppelter Sternkonfiguration gezeigt. Vergleichen Sie die Doppelsternkonfiguration mit der Konfiguration in Teil 2 bzgl. Ausfallsicherheit und Aufwand. Beschreiben Sie das Verhalten im Fehlerfall.

• Ausfallsicherheit: vergleichbar; Zwar sind doppelte Verbindungen und doppelte Switches vorhanden (statt doppelt betriebener Verbindungen), bei Ausfall eines Switches fällt allerdings der zugehörige Stern komplett aus.

• Aufwand: (1) höherer Hardware-Aufwand (Knoten und deutlich mehr Verbindungs-leitungen), (2) keine komplexe Konfiguration (zwei wirkliche LANs statt VLAN), (3) leichterer Austausch von Komponenten (z.B. fehlerhafte Verbindungsleitungen und Knoten)

• Verhalten im Fehlerfall: unterbrechungsfreier Betrieb; Redundanz durch zweiten Stern vergleichbar mit virtuellem Ring.

Frage 4.6 (8 Punkte): In den in den Teilen 2 und 3 beschriebenen Verfahren werden Ethernet Rahmen dupliziert. Beschreiben Sie eine Methode, mit der ein Gerät auf möglichst einfache Weise Duplikate erkennen und ggf. verwerfen kann.

• Sequenznummern für jedes Frame (anwendungsspezifische Erweiterung, bzw. spezifisch für dieses Verfahren zur Erzeugung redundanter Rahmen)

• MAC-Adresse der Quelle (Standard Ethernet)



• Rahmen von der gleichen Quelle mit gleicher Sequenznummer können verworfen werden.

• Bemerkungen: (1) Rahmen werden erst verworfen, nachdem der Empfang eines Duplikat festgestellt wurde. (2) Solch einfache Verfahren lassen sich hardware-nah implementieren. Auf Anwendungsebene gibt es natürlich weitere Möglichkeiten. (3) Das Verfahren sollte möglichst wenige falsch negative Identifikationen liefern, d.h. möglichst wenige gültige Rahmen, die irrtümlich als Duplikate verworfen werden. Hierzu ist erforderlich, dass einerseits die Tabellen mit gültigen Sequenznummern altern, andererseits die Sequenznummer hinreichend viele Stellen besitzt (z.B. 16 Bits), um fehlerhafte Identifikationen bedingt durch Zählerüberlauf auszuschließen.



36. Regler mit AnzeigeTeil 1 Folgende Abbildung zeigt den Aufbau eines Reglers mit Anzeige.

«abs

tract

»Beobachter

+ ak

tual

isie

re()

Anzeige

+ m

einM

odel

l :P

roze

ssm

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l+

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ler

:Reg

ler

+ ak

tual

isie

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(Pro

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()

Regler

+ m

eine

Ansi

cht

:Anz

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+ m

einM

odel

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roze

ssm

odel

l

+ ak

tual

isie

re()

+ be

hand

leEr

eign

is()

+ in

itial

isie

re(A

nzei

ge, P

roze

ssm

odel

l)

Prozessmodell

+ m

enge

Beob

acht

er+

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essD

aten

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mel

den(

Beob

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+ an

mel

den(

Beob

acht

er)

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)+

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aten

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euge

n

+anm

elde

n();

gibD

aten

()au

fruf

en

+akt

ualis

iere

()au

fruf

en



Frage 1.1 (6 Punkte): Erläutern Sie die im Diagramm enthaltenen Blöcke und ihre Rollen.

Frage 1.2 (6 Punkte): Erläutern Sie die Zusammenhänge zwischen den einzelnen Blöcken: Was geschieht, wenn sich Prozessdaten geändert haben? Wodurch werden Prozessdaten geändert? Wie reagiert die Anzeige auf geänderte Prozessdaten?

Teil 2 Das folgende Diagramm zeigt den zeitlichen Ablauf.

Benutzer

r :Regler a :Anzeigem :Prozessmodell

behandleEreignis()

dienstAusführen()

benachrichtige()

aktualisiere()

präsentiere()

gibDaten()

aktualisiere()

gibDaten()

Frage 1.3 (4 Punkte): Ergänzen Sie das Diagramm um eine weitere Anzeige.

Frage 1.4 (4 Punkte) Die zusätzliche Anzeige soll als abgesetzte Einheit über ein Netzwerk angeschlossen werden. Welche zusätzlichen Informationen und Komponenten werden hierzu (im Unterschied zur lokalen Anzeige) benötigt?

Teil 3 Folgendes Diagramm zeigt den Beginn der Phase, in der die Klassen instanziert und die

Instanzen initialisiert werden.



Anwendung

m :Prozessmodell

a :Anzeige

r :Regler

new()

new()

initialisiere(Prozessmodell)

anmelden(Anzeige)

erstelleRegler()

Frage 1.5 (4 Punkte): Erläutern Sie den im Diagramm gezeigten Ablauf.

Frage 1.6 (4 Punkte): Ergänzen Sie das Diagramm um folgenden Ablauf: Nachdem sich die Anzeige beim Prozessmodell als Beobachter angemeldet hat, erzeugt das Anzeigeobjekt einen neuen Regler. Dem Regler werden bei der Initialisierung eine Referenz auf das Prozessmodell und auf die Anzeige übergegeben. Der Regler registriert sich ebenfalls als Beobachter beim Prozessmodell. Nach Abschluss der Initialisierung startet die Anwendung die Ereignisbehandlung (siehe Teil 2).

37. Topologie-ErkennungsdienstEin Hersteller von Systemen mit netzwerkbasierter Feldbusschnittstelle bietet eine

automatische Topologieerkennung an. Hiermit lässt sich die Netztopologie aus dem laufenden Netz auslesen, wie in folgender Abbildung 2.1 gezeigt. Damit dieser Dienst mit Geräten unterschiedlicher Hersteller funktioniert, basiert die Kommunikation unter den Geräten auf Basis eines internationalen Standards, nämlich dem in IEEE 802.1AB standardisierten Protokoll LLDP (Link Layer Discovery Protocol).



Abbildung 2.1 Erkannte Netztopologie

Application

OSI ReferenceModel Layers

IEEE 802 Model Layer

Presentation

Session

Transport

NetworkData Link

Physical

Higher Protocol Layers

MAC Client {Bridge Relay Entity, LLC, etc.}

Link Aggregation Sublayer (Optional)

LLDPMAC Control(Optional)

MAC Control(Optional)

MAC Control(Optional)

MAC

Physical Physical Physical

MAC MAC

LLDP LLDP

Extreme Networks Technical Brief

How LLDP Works

LLDP is essentially a neighbor discovery protocol that defines a method for network access devices using Ethernet connectivity to advertise information about them to peer devices on the same physical LAN and store information about the network. It allows a device to learn higher layer management reachability and connection endpoint informa-tion from adjacent devices. LLDP has been fully implement-ed in Extreme Networks switches and is accessible from the EPICenter® management system.

Using LLDP, an Extreme Networks device is able to advertise its own identification information, its capabilities and media-specific configuration information, as well as learn the same information from the devices connected to it. LLDP advertises this information over Logical Link-Layer Control frames and the information received from other agents in IEEE-defined Management Information Bases (MIB) modules. Figure 1 shows this relationship.

LLDP significantly aids in the deployment of any network device that supports the protocol. As a media independent protocol intended to be run on all IEEE 802 devices, LLDP may be used to discover routers, bridges, repeaters, WLAN APs, IP telephones, network camera or any LLDP-enabled device, regardless of manufacturer. Since LLDP runs over the data-link layer only, an Extreme Networks switch running one network layer protocol can discover and learn about an access device running a different network layer protocol.

LLDP Architecture

LLDP is a data-link layer protocol, operating above the MAC service layer and, as a result, can be used in any networking device that implements a MAC service. Figure 2 shows where LLDP resides in the IEEE 802 Model Layers.

© 2006 Extreme Networks, Inc. All rights reserved. Link Layer Discovery Protocol—Page 2

BlackDiamond 8810

BlackDiamond® 10808

Port Device InfoA13

C2

D2

F3

Switch

IP Phone

PC

IP-PBX

xxxx

xxxx

xxxx

xxxx

Discovery MIB

Intellegent Core

PSTN

LLDP—How it WorksThe IEEE 802.1ab Link Layer Discovery Protocol defines a standard way for Ethernet devices to advertise information about themselves to their network neighbors and store information they discover from other device.

LAN switch and router advertise chassis/port ids and system descriptions to each other.

The devices store the information they learn about each other in local MIB databases accessible via SNMP.

A network management system (Extreme Networks EPICenter) retrieves the data stored by each device that builds a network topology map.

1.

2.

3.

BlackDiamond 8810

Router

MIB

NetworkManagement

System

LAN Switch

MIB

IP Phone

1

2

3

`

Figure 2: LLDP Architecture

Figure 1: LLDP Peer Discovery

IEEE 802.1AB

Ethernet Header

Ethertype: LLDP

FCS

LLDP Daten

Chassis ID PortID TTL

Ende

LLD

P

Optionale Felder:z.B. IP Adresse, Port,

System Name, ...

Abbildung 2.2 Link Layer Discovery Protocol (IEEE802.1AB)



Frage 2.1 (6 Punkte): Welcher Protokollschicht ordnen Sie LLDP zu? Wie weit wird die per LLDP ausgetauschte Information kommuniziert? Können Protokolle auf Schicht 3 passiert werden? Begründen Sie Ihre Entscheidung.

Frage 2.2 (4 Punkte): Die Topologie soll netzweit erkannt werden, auch über VLANs und über Router hinweg. Wie lässt sich dies erreichen? Welche Information wird benötigt? Wie lässt sich die Kompatibilität zwischen Geräten unterschiedlicher Hersteller gewähr-leisten? Hinweis: Verwenden Sie lokale Verzeichnisse auf den Geräten.

Frage 2.3 (4 Punkte): Wenn Geräte ausfallen, bzw. aus dem Netz entfernt werden, muss die Topologie aktualisiert werden. Wie lässt sich verhindern, dass veraltete Informationen in den Geräten vorgehalten werden?

Frage 2.4 (4 Punkte): Die folgende Abbildung 2.3 zeigt einen mit einem Netzwerk-Analyse-Programm dekodierten LLDP Rahmen. Identifizieren und interpretieren Sie die obligatorischen und optionalen Felder im Rahmen.

Abbildung 2.3 Protokoll-Trace

Frage 2.5 (4 Punkte): Der in Abbildung 2.3 dekodierte Rahmen enthält ein Feld TTL (= Time to Live), das auf 120 s gesetzt ist. Welche Funktion könnte dieses Feld haben? Wie wird die Information aus dem TTL-Feld in den Geräten vermutlich verwendet?

Frage 2.6 (4 Punkte): Der Systemhersteller bietet beim Austausch von Geräten im Feld ein besonderes Leistungsmerkmal: die automatische Übernahme der Konfigurations-parameter des ausgetauschten Gerätes. Wie könnte er dieses Leistungsmerkmal realisieren?



38. Vorfahrt für ProzessdatenProzessrechner und ihre Peripherie (IO-Geräte) teilen sich ein Netzwerk mit Benutzer-

PCs und anderer netzwerkfähiger Infrastruktur. Die folgende Abbildung zeigt eine Konfiguration mit 3 Ethernet-Switches. Prozessrechner und Peripherie kommunizieren miteinander über ein netzwerkbasiertes Feldbusprotokoll. Wegen der zeitkritischen Anforderungen werden kurze Ethernet-Rahmen von 64 Bytes verwendet. Das Netzwerk ist als Fast Ethernet mit 100 Mbit/s Übertragungsrate ausgeführt.

VLAN 1

SwitchesPort A

Port B

Port C S1 S2 S3

Port A

Port B

Port C

t1 t2t3

Port D

Prozessrechner IO-Gerät IO-Gerät

Frage 3.1 (4 Punkte): Am Port A von Switch S1 trifft ein Paket der Länge 512 Bytes mit Videodaten zum Zeitpunkt t1 ein, an Port B zur Zeit t2 ein Ethernet Rahmen der Länge 1500 Bytes, und an Port C zum Zeitpunkt t3 ein Rahmen mit Prozessdaten. Skizzieren Sie die Reihenfolge der Pakete am Ausgangsport D, wenn keine weiteren Massnahmen getroffen werden.

Frage 3.2 (4 Punkte): In welcher Größenordnung sind Laufzeitschwankungen in der gezeigten Konfiguration zu erwarten? Hinweis: angenommen sei eine geringe Systemauslastung, d.h. höchstens 1 Rahmen ist in den Eingangswarteschlangen in Bearbeitung.

1

2

3

Eingangsports

Prio 1

Ausgangsports

Prio 2

Mit Priorisierung

1

2

3

Eingangsports Ausgangsports

Ohne Priorisierung

Frage 3.3 (4 Punkte): Die Prozessrechner und ihre Peripherie werden zu einem VLAN zusammengefasst und diesem VLAN die höchste Priorität zugeordnet. Skizzieren Sie die Reihenfolge der Pakete an Port D gemäß Frage 3.1 nach dieser Massnahme. Welchen



Einfluss hat diese Massnahme auf die Laufzeitschwankungen? Hinweis: Als zum VLAN gehörig markierten Pakete erhalten nach dem in der Abbildung oben gezeigten Mechanismus die höchste Priorität.

Frage 3.4 (6 Punkte): Könnte man durch Verwendung zusätzlicher Ausgangsports weitere Fortschritte erzielen? Begründen Sie Ihre Aussage. Nennen Sie Massnahmen, wie man die Laufzeitschwankungen weiter verringern könnte. Begründen Sie Ihre Aussagen.

39. Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)Eine Task innerhalb einer SPS arbeitet zyklisch nach folgendem Schema (1) Eingänge

abfragen, (2) Ausgänge berechnen, (3) Ausgänge schalten. Das Abfragen der Eingänge geschieht durch Empfang von Nachrichten von den Sensoren über einen Feldbus. Das Schalten der Ausgänge erfolgt durch Senden von Nachrichten an die Aktoren über den Feldbus.

Der Busmaster organisiert den Nachrichtenaustausch am Feldbus so, dass innerhalb eines Buszyklus Zeitpunkte für den Austausch von Meldungen zwischen den angeschlossenen Geräten vereinbart sind. Hierbei arbeitet der Feldbus also ebenfalls zyklisch, läuft jedoch nicht synchron mit dem Zyklus der SPS.

Die nachfolgende Abbildung zeigt den zeitlichen Ablauf.

1

1

2

2

3

3

N

N

8

8

1

1

2

2

3

3

N

N

8

8

1

1

2

2

3

3

N

N

8

8

Sensorsignal ändert sich

Sensorsignal wird gepuffert

Sensorsignal wird übertragen

2

8

Sensor: Gerät

Controller: Gerät

Steuerinformation an alle Aktoren

1

1

2

2

3

3

N

N

8

8

1

1

2

2

3

3

N

N

8

8

1

1

2

2

3

3

N

N

8

8

Sensorsignal ändert sich

BerechnungI O BerechnungI OSPS Zyklus


Sensorsignal gelesen Steuersignal wird gepuffert

Steuerinformation an alle Aktoren


Frage 1: Welchen Einfluss hat der Buszyklus auf die Weitergabe der Meldungen an die angeschlossenen Sender und Empfänger im Feld? Welche Verzögerung (gemessen in Bus-Zyklen) ergibt sich zwischen Senden einer Sensormeldung und Empfangen der Steuermeldung am Aktor aus Perspektive des Busses?

Frage 2: Erläutern Sie den prinzipiellen Ablauf für den Empfang und das Senden von Meldungen aus dem Feld aus der Perspektive der SPS.



Frage 3: Welche Reaktionszeiten (gemessen in Bus-Zyklen) ergeben sich im günstigsten und ungünstigsten Fall aus Perspektive des Systems (Sensor, SPS, Aktor)?

Frage 4: Mit welchen Modifikationen am Feldbus liessen sich die Reaktionszeiten verkürzen?

40. FeldbusTeil 1

Der Anschluss an einen Ethernet basierten Feldbus geschieht über einen Schnittstellen-baustein (NIC, Network Interface Controller), der Meldungen per DMA (Direct Memory Access) in den Arbeitsspeicher eines Mikrocomputers übertragen kann, wie in folgender Abbildung gezeigt. Der Microcomputer verfügt ausserdem über eigene digitale Eingänge und Ausgänge.

Frage 1: Erläutern Sie den Vorteil von DMA gegenüber einer einfachen Abbildung der Geräteregister in den Adressraum des Arbeitsspeichers (Memory Mapped IO)

Frage 2: Feldbusklemme: Es sei angenommen, dass die digitalen Eingänge und Ausgänge (Digital I/O) die einzigen Ports des Mikrocomputers sind. Die einzige Funktion des Mikrocomputers besteht darin, die vom Feldbus empfangenen Meldungen in Signale an den Ausgangsports abzubilden, sowie Signale an den Eingangsports als Meldungen über den Feldbus zu senden. Wie könnte man das Gerät vereinfachen (Alternativen zum Mikrocomputer)? Welche Vereinbarung ist hierfür erforderlich?

Teil 2In der folgenden Abbildung sind Feldbusklemmen zu einem Netz verschaltet.



Frage 3: Beschreiben Sie die dargestellten Topologien. Hinweis: Wenn mehrere Ports pro Gerät vorhanden sind, ist im Gerät ein Ethernet-Switch enthalten.

Frage 4: Es werden Ethernet Rahmen der Größe 64 Bytes verwendet, die 20 Bytes Header und 44 Bytes Nutzinformation enthalten. Wie viele digitale I/Os lassen sich mit einem solchen Rahmen schalten? Wie lässt sich die Zahl der digitalen I/Os erhöhen?

Frage 5: Als Übertragungsmedium wird Fast Ethernet mit 100 Mbit/s verwendet. Wie viel Zeit vergeht von der Sendung des Ethernet Rahmens aus Frage 4 vom Kopf des Netzes (oben links) bis zum Empfang der Meldung (Schalten der Ausgänge) über den längsten Pfad des dargestellten Netzes? Wenn alle Geräte in der längsten Kette individuell adressiert werden, welche Zeit ergibt sich für den Buszyklus?

Frage 6: Statt die dargestellten Geräte individuell mit Ethernet Rahmen zu adressieren, könnte man die Informationen für alle Geräte auf dem Pfad in den gleichen Ethernet Rahmen packen. Welcher Zeitvorteil liesse sich hierdurch erreichen? Welche Besonderheit weist ein Ethernet-Switch für eine solche Anwendung auf?

Einige Erläuterungen im Vergleich zu traditionellen Feldbussystemen:

Traditioneller Feldbus SPS I/O Controller

I/O Devices

Sensoren, Aktoren

< 30 m

• Laufzeit der Signale: 300 * 106 m/s ⇒ 300 m/μs. 30 m werden also in 100 ns

durchlaufen.

• Übertragungsrate am Bus: 1 Mbit/s. 1 Bit dauert 1 μs, damit quaistationäre Verhältnisse auf der Leitung.

• Größe der Telegramme bzw. Nachrichten: z.B. 12 Bytes = ca 100 Bits

• Dauer eines Telegramms somit ca. 100 μs.



Bus-Zyklus Bsp: N = 10 Geräte, Busmaster organisiert Abfrage, alle Geräte am Bus können mitlesen

t1

1

2

2

3

3

Anfrage

Antwort

N

N

Buszyklus

• Dauer: > 2 * N * Dauer einer Nachricht (für 10 Geräte und 100 μs: 2 ms)

Ethernet basierter Feldbus:

• Ethernet Rahmen: 64 Bytes (20 Bytes Header, 44 Bytes Nutzdaten)

• Übertragungsrate: 100 Mbit/s (Fast Ethernet, 1 Bit dauert 10 ns))

• 64 * 8 Bytes / 100 MBit/s ⇒ ca 5 μs Übertragungsdauer

• Ethernet-Switch: speichern und weiterleiten verursacht ca 5 μs Verzögerung pro Switch (auch bei längeren Ethernet Rahmen, da die Header-Information zum Auswerten der Zieladresse zum Weiterleiten genügt)

SPS I/O Controller

I/O Devices

I/O Device

Ethernet-

Switches

SPS I/O Controller I/O Devices

I/O Device

Ethernet-Switches in Geräten eingebaut

Netz-Topologien:

1 2 5 84 73 6 9

4

3

21

9

8

7

6 5

1

1

2

2

3

3

N

N

8

8

Traditioneller Buszyklus:

Dauer: > 2 * N * Dauer einer Nachricht (für 10 Geräte und 5 μs: 100 μs)

Daten H

wie Schieberegister



Bus-Zyklen:

A. Traditionell: maximale Laufzeit einkalkulieren: 10 * 5 μs = 50 μs Dauer einer Nachricht ⇒ 1 ms (immer noch schneller)

B. Laufzeiten optimieren: 2 * 10 * 5 μs = 100 μs (wie in der Stern-Topologie)

10

10

9

9

8

8

17 6 5 4 3 2

1 765432

C. Sammeltelegramm: 2 * 10 * 5 μs = 100 μs (wie in der Stern-Topologie)

10

10

D. Sammeltelegramm ohne MAC-Adressierung: 2 * 5 μs = 10 μs (besser als Stern-Topologie?)

10

10

Stern-Topologie im Parallelbetrieb

4

3

21

9

8

7

6 5

1

1

Optimierter Buszyklus:

Dauer: > 2 * N * Dauer einer Nachricht (für 10 Geräte und 5 μs: 10 μs)

2

2

3

3

10

10

...

Teil 3Zeitsynchrone Steuerung: Um Antriebe zu synchronisieren, werden verteilte Uhren

eingesetzt, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.



Frage 7: Welche Reaktionszeit ist für die winkelgenaue Steuerung (mit 1 Grad Genauigkeit) eines Antriebs mindestens erforderlich, der mit 3000 Umdrehungen pro Minute läuft? Welchen Vorteil bringen synchrone Uhren in den Controllern (Antriebe, Feldbusklemmen, bzw. Prozessrechner)?

Frage 8: Uhrenvergleich: Damit die Uhren synchron bleiben, müssen sie durch ein geeignetes Protokoll von Zeit zu Zeit nachgestellt werden. Hierzu übernimmt ein Gerät die Zeitbasis (Master-Clock), alle anderen Geräte werden nach dieser Uhr gestellt (Slave Clocks). Das Stellen der Uhren erfolgt durch Versand von Nachrichten nach einem geeigneten Protokoll. Hierbei ist der Gangunterschied der Uhren festzustellen und ausserdem die Laufzeit der Nachricht zwischen den Geräten zu berücksichtigen. Beschreiben Sie ein Verfahren, mit dem sich die Uhr eines Gerätes nach der Uhr in einem anderen Gerät stellen lässt. Hinweis: Gehen Sie schrittweise vor: (1) ohne Berücksichtigung der Laufzeit, (2) mit Berücksichtigung der Laufzeit.

41. AblaufwarteschlangeDie folgende Abbildung zeigt eine Ablaufwarteschlange zu dem Zeitpunkt, als durch

Eintreffen eines Ereignisse eine bisher wartende Task ablaufbereit geworden ist.



Prozessor

Ablaufwarteschlange

Task Control Blöcke

Prio = 2S = A

Prio = 8S = A

Prio = 2S = A

Prio = 10S = A

Kopf

Prio = 8S = A neue ablaufbereite Task

...

Frage 1: Wie reagiert der Scheduler auf die neue ablaufbereite Task? In welcher zeitlichen Reihenfolge werden die Tasks in einem Multi-Tasking System mit einem Prozessorkern (CPU) abgearbeitet?

Frage 2: In welcher zeitlichen Reihenfolge werden die Tasks in einem Multi-Tasking System mit zwei Prozessorkernen abgearbeitet? Beschreiben Sie die Aktivität des Dispatchers in einem Diagramm.

42. Verfahrene Situationen

In einem Multi-Tasking System kann es zu verfahrenen Situationen kommen.

Frage 1: Erläutern Sie die Ursache der verfahrenen Situation in der Abbildung.



Frage 2: Wodurch entstehen solche Situationen in einem Multi-Tasking System? Wie lassen sich solche Situationen vermeiden? Wie lassen sie sich auflösen?

43. Task-SynchronisationTeil 1

Folgendes Diagramm zeigt den Ablauf zweier Tasks.

Frage 1: Erläutern Sie den Ablauf. Was genau wird durch die Verwendung der Ereignis-meldungen (Event Flags) erreicht?

Frage 2: Eine Abfüllanlage soll mit Hilfe dreier paralleler Tasks realisiert werden: (1) Flasche abfüllen, (2) Kronkorken aufsetzen, (3) Etikett aufkleben. Die Aufgaben sollen in auf einander folgenden Arbeitsschritten erledigt werden. Erstellen Sie ein Aktivitäts-diagramm.

Task P1

EventFlag2

Fork P2

InitialisierungSchleife

EventFlag1 zurück setzen

Schalter"Aus"betätigt?

Ende P1

Initialisierung

EventFlag1

Abschnitt A bearbeiten

EventFlag1

Schleife

EventFlag2 zurück setzen

EventFlag2

Abschnitt B bearbeiten

Teil 2Drei Antriebsachsen sollen synchronisiert werden. Jede Antriebsachse soll mit Hilfe einer

eigenen Task gesteuert werden. Bezugspunkt für jede Achse ist eine vorgegebene Position, die von einem Drehgeber gemeldet wird. Durchläuft die Achse diesen Bezugspunkt, wird ein Alarm erzeugt.



Frage 3: Mit welcher Methode kann der Gleichlauf der Achsen gewährleistet werden? Beschreiben Sie ein Konzept in Worten.

Frage 4: Erstellen Sie ein Aktivitätsdiagramm.

44. Vernetzter FeldbusTeil 1

Folgende Abbildung zeigt verschiedene Möglichkeiten zum Vernetzung von Feldbussen. Als Prozessrechner arbeitet eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) oben rechts in der Abbildung. Aktoren und Sensoren werden an I/O Geräte (Feldbusklemmen) angeschlossen, die an die Ethernet Switches angeschlossen sind. Geräte mit mehreren Ethernet Anschlüssen haben eingebaute Switches und können daher ebenfalls Meldungen weiter geben.

Ring Switches

I/O Geräte (Feldbusklemmen)

Switch

Switch

(Glasfaser)

SPS / PLC

Switch

Quelle: Phönix Contact

Das Netz wird als Fast Ethernet mit 100 Mbit/s betrieben. Zum Austausch der Prozessdaten werden kurze Ethernet Rahmen von 64 Bytes verwendet, von denen 44 Bytes für Nutzdaten zur Verfügung stehen. Die SPS organisiert als I/O Controller bzw. Busmaster den Buszyklus. In jedem Switch werden die Meldungen gespeichert und weitergeleitet. In den I/O Geräten werden die Meldungen empfangen und Meldungen mit dem aktuellen Status der Eingänge als Antwort gesendet.

Frage 1.1 (4 Punkte): Es werden 10 I/O Geräte in Stern-Topologie an einen Switch angeschlos-sen. Der I/O Controller organisiert den Buszyklus so, dass alle Geräte der Reihe nach abgefragt werden und antworten. Wie lange dauert der Buszyklus mindestens?

Frage 1.2 (4 Punkte): Es werden 10 I/O Geräte in Linien-Topologie bzw. in Ring-Topologie miteinander verbunden. Der I/O Controller organisiert den Buszyklus so, dass alle Geräte der Reihe nach abgefragt werden und antworten. Wie lange dauert der Buszyklus mindestens?



Frage 1.3 (6 Punkte): Skizzieren Sie auf der Zeitachse einen möglichen Buszyklus zu Frage 1.1 und Frage 1.2 aus Sicht des I/O Controllers (Geräte abfragen und Rückmeldungen).

Frage 1.4 (4 Punkte): Für den zu steuernden Prozess genügt eine Zykluszeit von 10 ms. Es werden maximal 10 I/O Geräte angeschlossen. Die Anordnung soll jedoch Einzelfehler im Netz verkraften. Welche Topologie wählen Sie? Begründen Sie Ihre Entscheidung durch Vergleich mit den anderen Topologien.

Teil 2Damit das Netzwerk neben den zeitkritischen Prozessdaten auch regulären Verkehr

übertragen kann, wird ein Zeitmultiplex eingeführt, d.h. alle Controller, Switches und Geräte werden im gleichen Takt zwischen einem Zeitschlitz für Prozessdaten und einem Zeitschlitz für regulären Verkehr umgeschaltet. Der Takt für den Zeitmultiplex kann von 250 μs bis 1 ms eingestellt werden. Es wird abwechselnd ein Zeitintervall für Prozessdaten verwendet, das folgende Zeitintervall für regulären Verkehr.

Frage 1.5 (4 Punkte): Zur Steuerung des Prozesses ist eine maximalen Reaktionszeit von 1 ms erforderlich. Hierbei beschreibt die Reaktionszeit aus Sicht des Prozesses die Zeit zwischen dem Senden einer Meldung mit Statusinformation und dem Empfang einer Meldung mit Steuerinformation. Wählen Sie eine Linienkonfiguration für 10 Geräte. Kann die gewünschte Reaktionszeit erreicht werden? Begründen Sie Ihre Antwort.

Frage 1.6 (4 Punkte): Wählen Sie eine Einstellung für den Zeitmultiplex. Begründen Sie Ihre Entscheidung. Skizzieren Sie den Buszyklus auf der Zeitachse aus Sicht des I/O Controllers (Geräte abfragen und Rückmeldungen empfangen).

45. CAN Open als FeldbusFür das Batteriemanagement in einem Elektrofahrzeug soll der CAN-Bus in Kombination

mit dem Anwendungsprofil CANopen 454 für Energie-Management-Systeme eingesetzt werden. In den Unterlagen findet sich folgende Abbildung.

CAN

© CiA

CANopen application layer

COB = communication object

Indicating(responding)

device

CANopen COB

CAN frame(s)

Requesting(confirming)

device

Recessive RecessiveDominant

CAN physical

layer

CAN data link

layer

CANopen

application

layer

CAN physical

layer

CAN data link

layer

CANopen

application

layer

Quelle: CAN in Automation

Frage 3.1 (6 Punkte): Interpretieren Sie die abgebildeten Protokollschichten und erläutern Sie die Funktionen jeder Schicht.

• Schicht 1, Physical Layer: Modulationsverfahren; wie OSI Schicht 1



• Schicht 2, Data Link: Rahmenprotokoll mit Fehlerkorrektur; wie OSI-Schicht 2

• Schicht 3, Anwendungsschicht: Schnittstelle für den Anwendungsprogrammierer, Definition von Nachrichten, Nachrichtenformaten und Objekten aus der Anwendungs-domaine; entspricht OSI Schicht 7

Frage 3.2 (8 Punkte): CAN funktioniert als serieller Feldbus, d.h. alle Geräte sind an einem gemeinsamen Medium (Zweidraht) angeschlossen. Der Anschluss der Geräte an den Feldbus erfolgt wie in folgender Abbildung gezeigt. Erläutern Sie die Funktion der einzelnen Komponenten im Zusammenhang mit den den Protokollschichten aus der letzten Abbildung. Welche Besonderheit hat der dargestellte Mikrocontroller?

CAN

© CiA

• Signaling

• Bus Failure

Management

MicrocontrollerCAN Transceiver

CAN_H

CAN_L

Rx

Tx

CAN Module• Protocol Controller

• Message Filter

• Message Buffer

• CPU Interface

CPU Module

• Additional Message Filter• Higher Layer

Protocol

• Application

Integrated CAN module

Quelle: CAN in Automation

• CAN-Transceiver: Physical Layer, stellt für Schicht 2 eine Schnittstelle zum Senden (Transmit Tx) und Empfangen (Receive Rx) von Nachrichten zur Verfügung.

• CAN Module: Schicht 2; sowie Vorverarbeitung von Signalen, z.B. Ausfiltern relevanter Signale zur weiteren Verarbeitung, sowie Nachrichtenpuffer; stellt Schnittstelle zur Anwendungsschicht bereit.

• CPU-Module: Verarbeitung des Anwendungsprotokolls (Schicht 3), sowie der der Anwendung selbst.

• In der gezeigten Abbildung ist das CAN-Module (Schnittstellenmodul) direkt im Mikrocontroller integriert. Als Alternative wäre ein externer Baustein zu verwenden, der dann über eine serielle Schnittstelle an einen Mikrocontroller angeschlossen ist (z.B. über eine serielle Schnittstelle wie SPI).

Frage 3.3 (8 Punkte): Der Feldbus wird mit einer Datenrate von 1 Mbit/s betrieben. Die Länge einer Nachricht beträgt 6 Bytes für den Nachrichtenkopf (Header), sowie 0 bis 8 Bytes für Daten. Die Geräte kommunizieren Kollisionen unter einander (mehrere Geräte senden gleichzeitig), sowie Quittungen empfangener Nachrichten unmittelbar durch den Signalpegel eines einzelnen Bits (in Art einer Open-Kollektor-Schaltung bzw. verdrahteter ODER-Logik der Anschlüsse an den Bus). Wie lange darf die Länge ℓ des Feldbusses höchstens sein, damit eine Nachricht von einem Ende zum anderen laufen kann und von dort eine Quittung empfangen werden kann (als Ausbreitungsgeschwindigkeit seien 200 * 106 m/s angenommen)? Wie viele Nachrichten pro Sekunde kann der Bus übertragen, wenn jede Nachricht 8 Bytes Daten enthält? Nennen Sie eine Möglichkeiten, Nachrichten bevorzugt zu behandeln (z.B. Steuerinformationen vor Messwerten).

• Die Übertragungsdauer eines Bits beträgt 1 us (zu berechnen aus der Datenrate). Während dieser Zeit wird mit der gegebenen Ausbreitungsgeschwindigkeit eine Ent-



fernung von 200 m durchlaufen. Die Buslänge darf also 100 m nicht überschreiten, damit eine Quittung nach einer us zurücklaufen kann. Damit die Quittung innerhalb der Bitdauer ankommt, sollte die Buslänge deutlich kürzer sein (max. 40 m).

• Nachrichtenlänge: 14 Bytes = 14 * 8 = 112 bits => 112 us pro Nachricht. Somit können pro Sekunde 8929 Nachrichten übertragen werden.

• Die Priorität der Nachricht wird im Nachrichtenkopf kennzeichnen. Die Auswertung erfolgt entweder durch die Anwendung (Software im Mikrocontroller), bzw. gleich bitweise durch den Buspegel.



Englisch - Deutsch

Admission control ! ! ! Zulassungskontrolle

Air Interface! ! ! ! Funkschnittstelle

Application layer! ! ! Anwendungsschicht, Verarbeitungsschicht

Basic Services (BS) ! ! ! Basisdienste

Bearer Service ! ! ! ! Trägerdienst

Block Error Rate! ! ! Blockfehlerrate

Broadcast ! ! ! ! Rundsendung

Call Control ! ! ! ! Rufsteuerung

Call Drop Rate !! ! ! Verbindungsabbruchrate

Call Forwarding (CF) ! ! ! Rufumleitung

Carrier !! ! ! ! Verbindungsnetzbetreiber

Cell Identity (CID) ! ! ! Zellkennung

Circuit switched domain!! ! Leitungsvermittelte Domäne

Circuit switching! ! ! Leitungsvermittlung

Confidentiality! ! ! ! Vertraulichkeit

Content Provider ! ! ! Inhalteanbieter

Control Plane ! ! ! ! Steuerungsebene

Core Network ! ! ! ! Kernnetz

Credentials ! ! ! ! Beglaubigung, Zeugnis

Data Link Layer ! ! ! Sicherungsschicht

Delay, Latency !! ! ! Verzögerung, Laufzeit

Downlink! ! ! ! Abwärtsstrecke

Echo Canceller! ! ! ! Echokompensator

Expedited Forwarding! ! ! beschleunigtes Weiterleiten

Fading! ! ! ! ! Schwund

Firewall!! ! ! ! Brandschutzmauer, Paketfilter

Frame Error Rate! ! ! Rahmenfehlerrate

Frequency Division Multiple Access! Frequenzvielfachzugriff

Handover, Handoff! ! ! (Verbindungs-)Übergabe, Weiterreichen

Integrity! ! ! ! Unversehrtheit (von Daten bzw. Systemen)

Jitter! ! ! ! ! Laufzeitschwankungen

Line of Sight! ! ! ! Sichtverbindung



Local Area Network! ! ! Lokales Rechnernetz

Location Area (LA)! ! ! Aufenthaltsbereich

Mobile Termination! ! ! Mobilfunk-Netzabschluss

Mobility Management! ! ! Mobilitätssteuerung

Multicast! ! ! ! Vielfachsendung

narrowband! ! ! ! schmalbandig

Network Layer! ! ! ! Vermittlungsschicht

Packet Loss! ! ! ! Paketverlust

Packet Switching ! ! ! Paketvermittlung

Penetration Loss! ! ! Wanddämpfungsverlust

Physical Layer! ! ! ! Physikalische Schicht

Power Control! ! ! ! Leistungsregelung

Presence Service! ! ! Erreichbarkeitsdienst

Processing Gain! ! ! Prozessgewinn

Pseudo Noise Sequence ! ! Pseudozufallsfolge

Push Service! ! ! ! Zustelldienst

Quality of Service! ! ! Dienstgüte

Release! ! ! ! Ausgabe (eines Normenpaketes oder Softwarepaketes)

Resource Management!! ! Administration der Betriebsmittel

Resources! ! ! ! Betriebsmittel

Routing!! ! ! ! Verkehrslenkung

Scrambling! ! ! ! Verwürfelung

Sensitivity! ! ! ! Empfindlichkeit

Service Provider ! ! ! Dienstanbieter, Diensterbringer

Session ! ! ! ! Sitzung

Session Layer! ! ! ! Sitzungsschicht

Session Management! ! ! Sitzungssteuerung

Short Message!! ! ! Kurznachricht

State Event Diagram! ! ! Zustandsübergangsdiagramm

Subframe! ! ! ! Teilrahmen

Sublayer! ! ! ! Teilschicht

Subscription! ! ! ! Vertragsabschluss, Subskription, Diensteinschreibung

Supplementary Services (SS)! ! Zusatzdienste

Terminal Equipment! ! ! Endgerät



Time Division Multiple Access! ! Zeitvielfachzugriff

Traffic Model! ! ! ! Verkehrsmodell

Transcoding! ! ! ! Umcodierung

Transport Layer!! ! ! Transportschicht

Uplink! ! ! ! ! Aufwärtsstrecke

User Equipment! ! ! Teilnehmerausrüstung

User Plane! ! ! ! Nutzerebene



Abkürzungen

2G ! ! 2nd Generation (of Mobile Radio)

3G ! ! 3rd Generation (of Mobile Radio)

3GPP! ! 3rd Generation Partnership Project (UMTS)

AAA! ! Authentication, Authorization, Accounting

ADSL ! ! Asynchronous Digital Subscriber Line

AG ! ! Access Gateway

AP! ! Access Point

API! ! Application Programming Interface

ASP! ! Application Service Provider

AuC! ! Authentication Center

BER! ! Bit Error Rate

BLER ! ! Block Error Rate

BSC! ! Base Station Controller

BSS! ! Base Station System

BTS! ! Base Transceiver Station

CCBS! ! Customer Care and Billing System

CDMA! ! Code Division Multiple Access

CK! ! Ciphering Key

CORBA! Common Object Request Broker Architecture

CPE! ! Customer Premises Equipment

DECT! ! Digital Enhanced Cordless Telecommunications

DHCP! ! Dynamic Host Configuration Protocol

DIAMETER! successor to RADIUS

DNS! ! Domain Name Service

DSL! ! Digital Subscriber Line

DVB ! ! Digital Video Broadcasting

DVB-S! ! Satellite DVB

DVB-T! ! Terrestrial DVB

EDGE! ! Enhanced Data Rates for Global Evolution

EIR! ! Equipment Identity Register

ERAN ! ! EDGE Radio Access Network

ETSI! ! European Telecommunications Standards Institute



EU ! ! European Union

FDD! ! Frequency Division Duplex

FDMA! ! Frequency Division Multiple Access

FEC ! ! Forward Error Correction

FER ! ! Frame Error Rate

FTP! ! File Transfer Protocol

GERAN! GSM/EDGE Radio Access Network

GGSN! ! Gateway GPRS Support Node

GMLC ! ! Gateway Mobile Location Center

G-MS! ! Gateway MSC

GPRS! ! General Packet Radio Service GPS: Global Positioning System

GSM! ! Global System for Mobile communication

HDTV! ! High Definition Television

HLR ! ! Home Location Register

HSS! ! Home Subscriber Server

HTTP! ! Hypertext Transfer Protocol

IAM! ! Initial Access Message

ID! ! Identity

IDL! ! Interface Description Language

IEEE! ! Institute of Electrical and Electronics Engineers

IETF! ! Internet Engineering Task Force

IM ! ! Instant Messaging

IMEI! ! International Mobile Equipment Identity

IMSI! ! International Mobile Subscriber Identity

IN ! ! Intelligent Network

INAP! ! Intelligent Network Application Part

IP! ! Internet Protocol

IPsec! ! IP Security Protocol

IP-VPN!! IP Virtual Private Network

ISDN ! ! Integrated Services Digital Network

ISO! ! International Organization for Standardization ISP: Internet Service Provider

IT! ! Informations Technologie

ITU ! ! International Telecommunication Union

J2ME! ! Java 2 Micro Edition



Kc! ! Ciphering Key

LA! ! Location Area

LAN! ! Local Area Network

LBS! ! Location Based Service

LLC! ! Logical Link Control

LOS! ! Line of Sight

MAC! ! Medium Access Control

MAN! ! Metropolitan Area Network

MAP! ! Mobile Application Part

MID! ! Mobile Information Device

MMS! ! Multimedia Messaging Service

MNC ! ! Mobile Network Code

MP3! ! Moving Pictures experts group 1 layer 3 standard

MPEG ! ! Moving Pictures Experts Group

MPLS! ! Multi-Protocol Label Switching

MS! ! Mobile Station

MSC! ! Mobile Switching Center

MSIN ! ! Mobile Station Identification Number

MSISDN ! Mobile Subscriber ISDN Number

MTP! ! Message Transfer Part

NAT! ! Network Address Translation

NSS! ! Network Subsystem

OFDM! ! Orthogonal Frequency Division Multiplexing

OMA! ! Open Mobile Alliance

OMG ! ! Object Management Group

OSI! ! Open Systems Interconnection

OSPF! ! Open Shortest Path First

PCM! ! Pulse Code Modulation

PDA! ! Personal Digital Assistant

PHY! ! Physical Layer

PLMN ! ! Public Land Mobile Network

PPP! ! Point to Point Protocolg

PSTN! ! Public Switched Telephony Network

P-TMSI!! Packet TMSI



QoS! ! Quality of Service

RAB ! ! Radio Access Bearer

RADIUS! Remote Authentication Dial In User Service

RAN ! ! Radio Access Network

RFC! ! Request For Comments (IETF)

RLC ! ! Radio Link Control

RNC! ! Radio Network Controller

RTP! ! Real Time Transport Protocol

SAP! ! Service Access Point

SAT! ! SIM Application Toolkit

SCCP! ! Signaling Connection Control Part

SCP! ! Service Control Point

SDH ! ! Synchronous Digital Hierarchy

SDP! ! Service Discovery Protocol

SDU ! ! Service Data Unit

SGSN! ! Serving GPRS Support Node

SIG! ! (Bluetooth) Special Interest Group

SIM! ! Subscriber Identity Module

SIP! ! Session Initiation Protocol

SMS! ! Short Message Service

SMSC ! ! Short Message Service Center

SMTP ! ! Simple Mail Transfer Protocol

SOAP! ! Simple Object Access Protocol

SS7! ! Signaling Subsystem No 7

STP! ! Signaling Transfer Point

TCAP! ! Transaction Capability Application Part

TCP! ! Transmission Control Protocol

TD/CDMA! Time Division / Code Division Multiple Access

TDD! ! Time Division Duplex

TDM! ! Time Division Multiplex(ing)

TDMA! ! Time Division Multiple Access

TE! ! Terminal Equipment

TMSI! ! Temporary Mobile Subscriber Identity

UDP! ! User Datagram Protocol



UML ! ! Unified Modeling Language

UMTS! ! Universal Mobile Telecommunications System

URL! ! Universal Resource Locator

USAT! ! USIM Application Toolkit

USIM ! ! Universal Subscriber Identity Module

UTRA! ! Universal Terrestrial Radio Access

UTRAN!! Universal Terrestrial Radio Access Network

VLR! ! Visitor Location Register

VPN! ! Virtual Private Network

WAN ! ! Wide Area Network

W-CDMA! Wideband CDMA

WLAN ! ! Wireless Local Area Network

WSDL! ! Web Services Description Language

WWW! ! World Wide Web

XML! ! Extended Markup Language



Literatur

(1) Andrew S. Tanenbaum, Computer Netzwerke, Pearson Studium; Auflage: 4., überarbeitete Auflage (2003); ISBN-13 978-3827370464

(2) Gerd Siegmund, Technik der Netze, Band 1 und 2, Band 1: Klassische Kommunikations-technik: Grundlagen, Verkehrstheorie, ISDN/GSM/IN - Band 2: Neue Ansätze: SIP in IMS und NGN; VDE-Verlag; Auflage: 6., vollst. neu bearbeitete und erweiterte Auflage (2010); ISBN-13: 978-3800732203

(3) Eric Freeman et al, Head First Design Patterns, O'Reilly Media; Auflage: 1 (2004) ISBN-13: 978-0596007126

(4) Harald Orlamünder, Paket-basierte Kommunikations-Protokolle: Hüthig Telekommunika-tion; Auflage: 1 (2005) ISBN-13: 978-3826650468



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