Entwurf und Implementierung eines Fernwartungssystem für einen Servoregler

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1 F Entwurf und Implementierung eines Fernwartungssystem für einen Servoregler Design and Implementation of a Remote Service System for a Servo Inverter Reiner Buck Diplomarbeit Betreuer: Prof. Dr. rer. nat. Rainer Oechsle Pforzheim,

2 Vorwort Diese Diplomarbeit entstand im Rahmen eines größeren Entwicklungsprojektes der Firma STÖBER ANTRIEBSTECHNIK GmbH & Co. KG, einem mittelständischen Familienunternehmen zur Herstellung und Entwicklung von antriebstechnischen Komponenten. Im Jahre 1934 wurde von den Brüdern Paul und Wilhelm Stöber eine mechanische Werkstatt gegründet. In der damals dynamischen Marktentwicklung für Elektroantriebe erschien es beiden als zukunftsfähige Technologie, die Drehzahl eines Getriebemotors verstellbar zu machen. Der so entstandene STÖBER- Verstellantrieb wird auch im heutigen Zeitalter der digitalen Antriebstechnik immer noch eingesetzt. Mitte der 80er wurde dann durch den damaligen Geschäftsführer Bernd Stöber der Grundstein für die Entwicklung von leistungselektronischen Komponenten gelegt. Heute bildet die Kombination aus Leistungselektronik und dem dazu abgestimmten Programm aus Motoren und Getrieben ein abgerundetes System. [STÖ07]

3 Kurzfassung Diese Diplomarbeit beschreibt die Entwicklung eines Fernwartungssystems für eine Komponente der elektrischen Antriebstechnik. Die fernzuwartenden Geräte der Familie SDS5000 sind mit einer Ethernet-Schnittstelle ausgestattet und sollen über das Internet ferngewartet werden. Die Fernwartung muss über die Grenzen der heute üblichen Firmennetzwerke funktionieren und definiert deshalb einen im Internet zugänglichen Server als Kommunikationshilfe. Der so genannte Teleserver wird von den Clients wie ein normaler Webserver kontaktiert und stellt Postfächer zur Verfügung, über die sich die Clients gegenseitig Datenpakete und Nachrichten zukommen lassen können. Außerdem verwaltet und überwacht der Teleserver die Fernwartung in Form von Sitzungen, so dass nur der ausgewählte Servicepartner Zugriff auf das fernzuwartende Gerät bekommt. Die Entwicklung dieses Teleservers und die Definition der Kommunikation mit den Clients ist die Kernaufgabe dieser Diplomarbeit. Zusätzlich werden im Rahmen dieser Arbeit auch noch zwei Simulations-Anwendungen für die Clients entwickelt, da diese selbst noch in der Entwicklung sind und für einen Test des Teleservers nicht rechtzeitig fertig sind. Der Test des Systems erfolgt sowohl im lokalen Netzwerk als auch von Firmennetzwerk zu Firmennetzwerk, so wie es beim realen Einsatz auch der Fall sein wird. This diploma thesis describes the development of a remote service system for an electrical drive component. The inverters of the STOEBER SDS5000 family are equipped with an ethernet interface, which allows the inverters to be serviced via the internet. Since the remote service must work beyond the boundaries of a local network, it requires the help of an internet server to establish the connection. The so called teleserver is contacted by the clients like a normal webserver. This server provides mailboxes through which the clients can exchange data and messages. The teleserver also manages and monitors each remote service as a session, so that only the selected service partner has access to the equipment to be serviced. The development of this teleserver and the definition of the communication with the clients is the core task of this thesis. Applications to simulate the clients were also developed, because the clients are still under development, and were therefore not available for tests of the teleserver. To ensure the validity of the system, it was tested within a single local network as well as between two separate local networks connected over the internet.

4 Inhaltsverzeichnis 1 Aufgabenstellung Vorkenntnisse Kurzbeschreibung des fernzuwartenden Servoreglers Zweck und Funktion des Servicerechners Problemanalyse Aufgabenbeschreibung und Zielsetzung Entwurf Prinzip der Fernwartung Studie zur Realisierbarkeit: Chat-System Vergleich mit dem Fernwartungssystem Beschreibung Realisierung Testumgebungen und Ergebnisse Fernwartungssystem Grundlage der Kommunikation Anlegen einer Sitzung Betrieb einer Sitzung Aktualisieren der Sitzung Beenden einer Sitzung Ergebniswerte und Status-Codes des Teleservers Teleserver Kommunikation Auftragsabwicklung Sitzungsverwaltung Framework/Verwaltung Simulation der Fernwartungsteilnehmer Implementierung und Test Zielsystem und Entwicklungsumgebung Hinweise zur Notation Verwendung der STL Einsatz von mehreren Threads

5 Inhaltsverzeichnis V 3.2 Framework/Verwaltung Applikationsumgebung Teleserver-Grundgerüst Implementierung der Hilfsklassen Erzeugen der Kommunikations-Threads Generieren der Sitzungsnummern Teilnehmer-Simulationen Testszenarien Klassen- und Modultest Komponenten-Test Gesamtsystem Zusammenfassung und Ausblick Applikationsumgebung Weitere Funktionen Konfigurationsoberfläche Optimierung der Performance Prüfen der Nachrichten Robustheit der Kommunikation Weitere Testszenarien Literatur Glossar A.1 Firewall A.2 Gerätenummer A.3 Hypertext Transfer Protocol (HTTP) A.4 IGB-Adresse A.5 Proxy-Server A.6 Virtual Private Network (VPN) Tabellen und Diagramme Inhaltsverzeichnis der CD

6 Abbildungsverzeichnis 1.1 Komponenten der elektrischen Antriebstechnik Integrated Generation 5 Bus Beispiel einer Signalaufzeichnung Fernwartung über das Telefonnetz Aufgabenstellung Lösungsansatz mit VPN Lösungsansatz mit Server Postfächer mit FIFO-Prinzip Fernwartungssitzungen Zustandsdiagramm einer Sitzung Konzept des Chat-Systems Klassendiagramm des Servers Komponenten des Chat-Systems Verhalten des Proxy-Servers Anwendungsfälle bei der Fernwartung Virtuelles Pfadsystem - Administration Virtuelles Pfadsystem - Sitzungen Nachrichtenfluss beim Aufbau einer Sitzung Anmelde-Struktur des IGB-Verbunds Anmelde-Struktur des Servicerechners Struktur TSP-Inha zur Inhaltsangabe und Flusskontrolle Beispielhafte Verwendung der Struktur TSP-Inha Nachrichtenfluss beim Aktualisieren einer Sitzung Komponenten des Teleservers Aktivitätsdiagramm der Teleserver-Komponenten Klassendiagramm der Komponente Kommunikation Zustandsdiagramm der Klasse Server Sequenzdiagramm der Server-Funktionalität Zusammenspiel bei der Verarbeitung von Anfragen Klassendiagramm der Komponente Auftragsabwicklung Aktivitätsdiagramm beim Ablegen von Nachrichten Aktivitätsdiagramm beim Abrufen des Postfachs

7 Abbildungsverzeichnis VII 2.27 Klassendiagramm der Komponente Sitzungsverwaltung Synchronisierung des parallelen Zugriffs Paralleler Zugriff auf die das Sitzungsobjekt Zustandsdiagramm eines Sitzungs-Objekts Nachrichtenfluss beim Erstellen von Sitzungsnummern Klassendiagramm der Komponente Framework/Verwaltung Sequenzdiagramm zum Abrufen der Statusseite Sequenzdiagramm zum Laden der Konfigurationsdatei Nachrichtenfluss bei der Fernwartung Start einer simulierten Fernwartungssitzung Anmelden zu einer simulierten Fernwartungssitzung Teleserver als Konsolenanwendung IGB-Simualtion Service-Simulation Testumgebung: Lokales Netzwerk Testumgebung: Lokales Netzwerk mit DMZ Testumgebung: Internet mit DMZ B.1 Klassendiagramm des Teleservers

8 Tabellenverzeichnis 2.1 Verwendete Header-Felder (Request) Verwendete Header-Felder (Response) Nachrichtenfluss beim Aufbau einer Sitzung Beschreibung der IGB-Anmelde-Struktur Beschreibung der Servicerechner-Anmelde-Struktur Wesentliche Inhalte des S5P-Datenformats Beschreibung der Struktur TSP-Inha B.1 HTTP-Status-Codes des Teleserver B.2 Übersicht der Ergebniswerte B.3 Methoden für die Verwaltung der Sitzungen

9 1 Aufgabenstellung 1.1 Vorkenntnisse Elektrische Antriebe werden nach [Sch95] zum Betrieb von Maschinen und Geräten, Fertigungs- und Transportprozessen in vielfältigster Form eingesetzt. Die Aufgabe elektrischer Antriebe besteht in der koordinierten Steuerung von Bewegungsabläufen durch Wandlung elektrischer Energie in mechanische Energie. Für die Erfüllung dieser Aufgabe werden verschiedene Komponenten wie Elektromotoren, Getriebe und Geräte der Leistungselektronik eingesetzt. Abbildung 1.1 zeigt das Zusammenspiel dieser Komponenten. Abbildung 1.1. Komponenten der elektrischen Antriebstechnik Die zentrale und für diese Diplomarbeit relevante Komponente ist der neu entwickelte Servoregler SDS5000. Als Gerät der Leistungselektronik ist er ein komplexes Gebilde, wobei der detaillierte Aufbau und die genaue Funktionalität im Rahmen dieser Diplomarbeit nicht bekannt sein müssen. Einen vereinfachten Überblick über die wesentlichen Merkmale des Servoreglers gibt Kapitel

10 1.1 Vorkenntnisse Kurzbeschreibung des fernzuwartenden Servoreglers Der Servoregler besteht im wesentlichen aus einem Leistungsteil und einem Steuerteil. Das Leistungsteil ist für die Handhabung der großen Ströme und somit der eigentlichen Energie zuständig und wird vom Steuerteil angesteuert. Das Steuerteil ist ein Mikroprozessor-System und besteht somit aus Hardware und Software. Die Software oder auch Firmware definiert Parameter als Eingriffspunkte für ihre Funktion und wird im Falle des SDS5000 durch einen grafisch programmierbaren Funktionsplan, die so genannte Konfiguration, ergänzt. Die Hauptaufgabe des Systems aus Servoregler, Motor und Getriebe ist die Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie. Dies bedeutet, dass bei jeglichem Betrieb eine Bewegung der Maschine ausgelöst werden kann und sie somit eine Gefahr für die Menschen in ihrer Umgebung darstellt. Dies ist auch beim Betrieb durch einen entfernten Servicepartner bei der Fernwartung von Bedeutung. Für die Kommunikation mit dem Programmier- oder Servicerechner besitzen die meisten Leistungselektronik-Geräte eine so genannte Serviceschnittstelle. Sie ist beim SDS5000 durch zwei Ethernet-Schnittstellen (RJ45) realisiert. Somit kann ein entsprechender Servicerechner direkt an den Servoregler angeschlossen werden. Zusätzlich zur Kommunikation mit einem Servicerechner können die Ethernet- Schnittstellen auch zum Verbinden von bis zu 32 SDS5000 zu einem Verbund genutzt werden. Der Bus, der dabei entsteht wird im folgenden IGB (Integrated Generation 5 Bus) genannt. Werden mehrere Servoregler wie in Abbildung 1.2 zu solch einem IGB-Verbund zusammengesteckt, dann haben die jeweils äußeren Geräte die Funktion eines Gateways, welches die Daten aller anderen Geräte im Verbund zum angeschlossenen Servicerechner weiterleiten muss. Alle durch die Firma gefertigten Leistungselektronik-Geräte besitzen eine durch die Fertigung vergebene, eindeutige Seriennummer. Diese Seriennummer wird im folgenden auch als Gerätenummer bezeichnet und dient als eindeutige Adresse des Gerätes. Abbildung 1.2. Integrated Generation 5 Bus Zweck und Funktion des Servicerechners Zur Inbetriebnahme und Wartung eines SDS5000 können mit Hilfe des Servicerechners verschiedene Tätigkeiten durchgeführt werden. Im folgende werden kurz

11 1.1 Vorkenntnisse 3 die wichtigsten Aktivitäten erläutert und die dabei anfallenden Daten beschrieben. Alle Daten werden zum Transport in das eigens hierfür entwickelte Protokoll S5P verpackt. Kapitel beschreibt dieses Format etwas detaillierter. Parameter Parameter dienen als Eingriffspunkte in die Funktionalität der Firmware. So ist beispielsweise ein Parameter maximale Drehzahl für eine Begrenzung der Motordrehzahl einzustellen. Parameter besitzen eine Vielzahl von Merkmalen, die wichtigsten sind: die Koordinate dient als eindeutiger Schlüssel zur Adressierung des Parameters, die Bezeichnung bzw. der Name des Parameters beschreibt die Funktionalität, der aktive Wert des Parameters, die Art der Darstellung (z.b. dezimal/hexadezimal) bzw. die Einheit des Wertes. Diagnosedaten Durch die immer komplexer werdende Struktur der Firmware und der verwendeten Regelkreise wird die Inbetriebnahme und Diagnose eines Antriebs immer wichtiger. Die dabei anfallenden Daten sind zum einen mit Parametern vergleichbare Anzeigewerte, zum andern ist in den Servoreglern auch ein Aufzeichnungsmechanismus implementiert. Damit können Parameter und Signale im Gerät in Echtzeit aufgezeichnet und anschließend mit der entsprechenden Software auf dem Servicerechner angezeigt werden. Abbildung 1.3 zeigt eine solche Darstellung. Bei der Übertragung dieser Aufnahmen fallen Daten in der Größenordnung von einigen Kilobyte an. Sie sind zum Transport bereits auf mehrere Pakete verteilt und lassen sich wie Parameter oder Anzeigewerte adressieren. Konfigurationsblöcke Wie in Kapitel kurz erwähnt ist, wird die eigentliche Funktionalität auf die Firmware und die Konfiguration verteilt. Die Konfiguration ist eine binäre Beschreibung mit einer Größe von wenigen hundert Kilobyte. Durch die Konfiguration werden alle Parameter und Anzeigewerte definiert und außerdem ist die Aufrufreihenfolge der in der Firmware enthaltenen Funktionen hinterlegt. Damit lässt sich die Funktion des Servoreglers optimal an gegebene Aufgabenstellungen anpassen. Firmwaredateien Die größten Datenmengen fallen beim Übertragen der eigentlichen Firmware an. Es handelt sich dabei um mehrere Megabyte große Dateien. Neben den grundlegenden Reglerstrukturen und Systemfunktionen enthält die Firmware universelle Funktionsbausteine, die durch die Konfiguration entsprechend verknüpft und aufgerufen werden.

12 1.2 Problemanalyse Problemanalyse Abbildung 1.3. Beispiel einer Signalaufzeichnung Ausgehend von Abbildung 1.2 bietet sich die Möglichkeit einer Fernwartung, wenn zwischen den Servicerechner und den ersten SDS5000 des IGB ein entsprechendes Medium zur Datenübertragung eingebaut wird. Dieser Ansatz ist weit verbreitet und ist auch die einzige Möglichkeit um beispielsweise mit dem MDS einem älteren Gerätetyp, bei dem die Serviceschnittstelle in Form einer seriellen Schnittstelle vorhanden ist - Fernwartung zu betreiben. Abbildung 1.4 zeigt dieses Konzept unter Verwendung eines entsprechenden Spezial-Modems, welches die Schnittstelle des Gerätes für den Servicerechner lokal abbildet. Abbildung 1.4. Fernwartung über das Telefonnetz

13 1.2 Problemanalyse 5 Nachdem beim SDS5000 die serielle Schnittstelle durch eine Ethernet-Schnittstelle ersetzt wurde, bietet sich als Medium für die Fernwartung das Internet. Es ist inzwischen weit verbreitet und auch in Fabrikhallen ist in vielen Fällen ein Zugang über das Firmennetzwerk (LAN) möglich. Abbildung 1.5. Aufgabenstellung In der Theorie könnte der Servicerechner tatsächlich direkt mit den äußeren SDS5000 eines IGB-Verbundes kommunizieren, in der Praxis werden die lokalen Netze wie in Abbildung 1.5 dargestellt aber fast immer durch Firewalls vom Internet getrennt und der Zugang ins World Wide Web ist auch meist nur über Proxy-Server möglich. Abbildung 1.6. Lösungsansatz mit VPN Wenn es nur erforderlich wäre, dass ein direkter Zugriff vom Servicerechner auf den IGB-Verbund möglich ist, dann wäre der in Abbildung 1.6 dargestellte Lösungsansatz möglich. Durch das Virtuelle private Netzwerk (VPN) werden die beiden Firmennetzwerke verbunden und der Zugriff ist möglich. Wird aber zu dem recht hohen administrativen Aufwand auch noch eine juristische Betrachtung mit einbezogen, so ergeben sich weitere Punkte, die eine simple Verlängerung der Datenübertragung dieser Art verbieten. Bei jedem Serviceeinsatz wird es in der Regel zu einer Bewegung an der Maschine kommen. Für die Sicherheit während dieser Bewegung ist aus juristischer Sicht

14 1.3 Aufgabenbeschreibung und Zielsetzung 6 immer der Betreiber der Maschine verantwortlich - dies gilt auch beim Einsatz der Fernwartung. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass der Betreiber 1. die Fernwartung initiieren und damit freigeben muss, 2. die Freigabe des Leistungsteils unter seiner Kontrolle hat, 3. am SDS5000 deutlich erkennt, dass eine Fernwartung stattfindet, 4. die Fernwartung jederzeit beenden kann und 5. die Handlungen des entfernten Service beobachten kann. Diese Bedingungen sind bei der Realisierung des Systems zu beachten. Beim letzten Punkt wird die Übertragung der Handlungen des Service idealerweise nicht durch das Fernwartungssystem selbst, sondern über einen zusätzlichen, unabhängigen Kanal realisiert. 1.3 Aufgabenbeschreibung und Zielsetzung Das zu entwickelnde System soll die folgenden Eigenschaften haben: Als Fernwartungsmedium dient das Internet, es bietet eine ausreichende Geschwindigkeit und eine weite Verbreitung. Es dürfen keine zusätzlichen Geräte für die Verbindung von SDS5000 mit dem Internet bzw. dem entsprechenden Firmennetzwerk benötigt werden. Die Fernwartung muss in realistischen Umgebungen möglichst ohne den Einsatz des zuständigen Administrators funktionieren. Als realistische Umgebung wird ein nach den heute üblichen Regeln abgesichertes Firmennetzwerk verstanden. Der Zugriff aus dem Firmennetzwerk auf das World Wide Web darf vorausgesetzt werden. Mithilfe der Fernwartung müssen alle Bedienschritte des aktuellen POSITools möglich sein. Dies sind insbesondere: Diagnose, Parametrierung, Konfigurationsübertragung und Firmwareupdate. Da bei der Fernwartung auch eine Bewegung der Achse ausgelöst werden kann sind die juristischen Gegebenheiten und Verantwortlichkeiten der beteiligten Personen zu beachten. Die Überwachung der Servicetätigkeiten durch den Betreiber müssen durch einen von der Fernwartung getrennten Kanal erfolgen. Dies kann eine kommerzielle Lösung sein und ist nicht Teil der Aufgabe. Die Initiierung der Fernwartung muss immer am SDS5000 erfolgen. Dies kann beispielsweise von einer Person an der Maschine oder der Steuerung per Feldbus geschehen. Es darf nicht möglich sein, dass der Start der Fernwartung vom entfernten Service ausgeht. Der Service muss sich gezielt für die Fernwartung eines bestimmten Gerätes anmelden. Hierbei ist die Gerätenummer eines der im IGB-Verbund enthaltenen Geräte anzugeben. Zur Erhöhung der Sicherheit muss ein zusätzlicher Mechanismus vorgesehen werden. Außerdem muss sich der Service innerhalb einer vorgegebenen Zeit nach dem Initiieren der Sitzung anmelden.

15 1.3 Aufgabenbeschreibung und Zielsetzung 7 Abbildung 1.5 zeigt eine weitere Besonderheit, die sich durch die Kombination aus IGB und Fernwartung ergibt: Eine aktive Fernwartung betrifft nicht nur ein einzelnes Gerät, sondern den gesamten IGB-Verbund. Dies führt zu der zusätzlichen Anforderung, dass in einem IGB-Verbund einzelne Servoregler zur Fernwartung ausgewählt werden können.

16 2 Entwurf Damit die Fernwartung trotz den hohen Anforderungen an Verfügbarkeit und einfache Handhabung funktioniert, wird eine Vermittlungsstation für die Kommunikation realisiert. Diese Vermittlungsstation wird im folgenden Teleserver genannt und ist, wie in Abbildung 2.1 dargestellt, über das Internet erreichbar. Abbildung 2.1. Lösungsansatz mit Server Somit haben sowohl der Servicerechner als auch der SDS5000 eine Client- Funktion und bauen die Verbindung zum Server immer von sich aus auf. Dies ist prinzipiell auch in realistischen Firmennetzwerken möglich, allerdings wird es sehr oft auf das HTTP-Protokoll beschränkt und ermöglicht so lediglich den Zugang zum World Wide Web (WWW). Auch wenn es noch eine große Anzahl möglicherweise auch schnellerer Alternativen gibt, so ist für die erfolgreiche Funktion der Fernwartung nicht mehr nötig als ein einfacher Zugang zum WWW. Somit ist eine der wichtigsten Anforderungen eingehalten. 2.1 Prinzip der Fernwartung Damit nicht mit jedem Servicerechner auf jeden IGB-Verbund der Welt zugegriffen werden kann, ist ein Anmeldevorgang notwendig. Nachdem sich sowohl der

17 2.1 Prinzip der Fernwartung 9 Gateway-SDS5000 des IGB-Verbunds als auch der Servicerechner beim Teleserver angemeldet haben, stellt der Server jedem Client wie in Abbildung 2.2 dargestellt Postfächer zur Verfügung. Die Postfächer arbeiten nach dem FIFO-Prinzip (first in - first out), d.h. die zuerst eingestellte Nachricht wird auch zuerst wieder herausgenommen. Die Daten zwischen Servicerechner und SDS5000 sind in binären Paketen variabler Länge verpackt. Eine detailliertere Erklärung befindet sich im Kapitel Abbildung 2.2. Postfächer mit FIFO-Prinzip Der Servicerechner legt die Nachrichten für den IGB-Verbund in sein Ausgangs- Postfach und holt die Nachrichten seines Posteingangs zyklisch ab. Der IGB- Verbund verfährt entsprechend und der Teleserver sorgt für den Transport der Nachricht vom Postausgang des einen Clients in den Posteingang des Anderen. Abbildung 2.3. Fernwartungssitzungen Bei der Fernwartung ist es genauso selbstverständlich wie wichtig, dass immer nur ein Servicerechner mit einem IGB-Verbund in Verbindung steht. Dies wird durch ein Sitzungskonzept (Abbildung 2.3) realisiert, wobei immer der IGB- Verbund die Sitzung initiiert und der Servicerechner bestimmte Informationen bei der Anmeldung vorweisen muss. Die verschiedenen Zustände einer Sitzung sind in Abbildung 2.4 dargestellt.

18 2.2 Studie zur Realisierbarkeit: Chat-System 10 Abbildung 2.4. Zustandsdiagramm einer Sitzung 2.2 Studie zur Realisierbarkeit: Chat-System Die Entwicklung eines Teleservers ist die zentrale Tätigkeit dieser Diplomarbeit. Im Vorfeld muss aber die prinzipielle Realisierbarkeit geprüft werden. Wenn von allen sekundären Aufgaben des Teleservers abgesehen wird, so bleibt als primäre Aufgabe der Austausch von Daten zwischen den Clients. Diese Funktion hat auch der Server eines Chat-Systems. Wie Abbildung 2.5 zeigt, können sich bei dem Chat- Server mehrere Clients anmelden und Daten in Form von Texten untereinander austauschen. Die Nachrichten werden nicht nach dem Broadcast-Prinzip an alle teilnehmende Clients verteilt, sondern gezielt in das Postfach des gewünschten Empfängers gelegt. Abbildung 2.5. Konzept des Chat-Systems Vergleich mit dem Fernwartungssystem Die Entwicklung des Chat-Servers dient als Testplattform für die Entwicklung des Teleservers. Sie soll in erster Linie Erkenntnisse für die Kommunikation per HTTP insbesondere unter Verwendung eines Proxy-Servers bringen. Aus diesem Grund werden folgende Gemeinsamkeiten erkennbar sein: Das Grundprinzip Client im Firmennetzwerk, Server im Internet ist vorgegeben. Die Verwendung eines Proxy-Servers muss vorgesehen werden.

19 2.2 Studie zur Realisierbarkeit: Chat-System 11 Die Kommunikation erfolgt ausschließlich über HTTP Version 1.1 und ohne die sogenannten Tunneling -Befehle. Der Server bietet Postfächer zur Ablage von Datenpaketen zwischen den Clients. Die Clients unterscheiden zwischen verschiedenen Arten von Daten. Kurze Text- Nachrichten sind vergleichbar mit Parameterdiensten und durch die Übertragung von beliebigen Dateien wird eine Vergleichbarkeit zur Übertragung von Firmware-Dateien möglich. Um eine möglichst rasche Realisierung des Chat-Systems zu ermöglichen, werden einige Aufgaben des späteren Teleservers bei der Studie nicht berücksichtigt oder eingeschränkt implementiert. Daraus ergeben sich die folgenden Unterschiede: Während im Fernwartungssystem zwischen den Clients IGB-Verbund und Servicerechner unterschieden wird, gibt es keine Unterscheidung der Clients beim Chat-System. Die Anmeldeprozedur wird so einfach wie möglich gehalten. Es wird lediglich ein Benutzername zur Unterscheidung der Clients angegeben. Der Server bietet keine Verwaltung von einzelnen Sitzungen, prinzipiell kann jeder Client mit jedem anderen Client Daten austauschen. Dies ist auch in Abbildung 2.5 erkennbar Beschreibung Server-Anwendung Der Server wird als Multithreaded-Server ausgelegt. Nach dem Starten des Chat- Servers beginnt dieser auf Port 80 (HTTP) auf TCP/IP-Verbindungen zu warten. Für jede Verbindung, die aufgebaut wird, startet der Server einen Thread. Dieser Thread ist für die Abarbeitung der Anfragen, die durch diese Verbindung eintreffen, zuständig. Die Existenz des Threads endet mit dem Schließen der Verbindung. Details zu diesem Konzept werden beim Entwurf des Teleservers (Kapitel 2.4) erläutert. Abbildung 2.6. Klassendiagramm des Servers Abbildung 2.6 zeigt die sehr einfache Klassenstruktur der Serveranwendung. Die Klasse UserAccount stellt ein Postfach dar und ist einem Teilnehmer-Client

20 2.2 Studie zur Realisierbarkeit: Chat-System 12 zugeordnet. Es werden Methoden zum Ablegen und Abrufen von Nachrichten bereitgestellt, wobei auch hier das Prinzip eines FIFO-Speichers (First-In-First-Out) verwendet wird. UserAccountManager stellt die Verwaltung der einzelnen UserAccount-Objekte dar, sie werden in einer Tabelle gespeichert, wobei der Name des Benutzers der Schlüssel in diese Tabelle ist. Um Zugriff auf die einzelnen Objekte zu bekommen, stellt UserAccountManager Methoden zum Finden, Hinzufügen und Löschen von UserAccount-Objekten bereit. Die Anwendung selbst stellt den Multithreading-Mechanismus und den Netzwerkserver dar. Für jeden eingehenden Request wird das entsprechende Objekt für den UserAccount gesucht und der Auftrag - Abholen oder Ablegen einer Nachricht bzw. Abrufen der Teilnehmerliste - abgearbeitet. Client-Anwendung Der Chat-Client ist nach dem Starten nicht mit dem Server verbunden. Durch das Betätigen der entsprechenden Schaltfläche baut er eine Verbindung auf. Für diese Verbindung muss der Anwender zuvor folgende Einstellungen vornehmen: Servername: Hier wird der Name oder die IP-Adresse des Rechners eingetragen, auf dem der Chat-Server auf Port 80 wartet. Proxy verwenden: Wenn der Chat-Server nur durch die Verbindung über einen Proxy-Server erreichbar ist, dann muss dies hier aktiviert werden und die folgenden Einstellungen beachtet werden. Proxy-Server und Port: Rechnername oder IP-Adresse und Port-Nummer des Proxy-Servers. Benutzername und Kennwort: Viele Proxy-Server erfordern einen Benutzernamen und ein Passwort für den Verbindungsaufbau. Pause: Zwischen den einzelnen Anfragen beim Server macht der Client eine Pause. Die Länge der Pause wird hier festgelegt. Nach dem Verbindungsaufbau startet die Client-Anwendung einen Thread, der zyklisch die Liste der Benutzer und das eigene Postfach abfragt Realisierung Für die Realisierung und Implementierung der Studie wurde die Entwicklungsumgebung Microsoft Visual Studio.NET 2003 verwendet. Um eine möglichst kurze Realisierungszeit zu erreichen, wurde die Klassenbibliothek MFC eingesetzt. Das Chat-System besteht aus einer Server- und einer Client-Applikation. Beide Applikationen sind als einfache dialogfeldbasierte Windowsanwendungen realisiert - Abbildung 2.7 zeigt die beiden Programme in einer beispielhaften Zusammenstellung. Außerdem sind in Abbildung 2.7 die einzelnen Bedienelemente markiert und im Folgenden kurz beschrieben. 1. Statusfenster des Chatservers: hier zeigt der Chatserver alle aufgebauten Verbindungen mit dem entsprechenden Postfachnamen an. Außerdem werden

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