IEEE 1394 (FireWire ) ein ideales Kommunikationsmedium für Distance Education? 1 Einleitung. Thomas Klinger, Peter Seifter, Christian Madritsch

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1 IEEE (FireWire ) ein ideales Kommunikationsmedium für Distance Education? Thomas Klinger, Peter Seifter, Christian Madritsch Technikum Kärnten Key words: Tele-learning, Distance Education, FireWire, IEEE Abstract: In diesem Vortrag werden die Möglichkeiten aufgezeigt, die ein innovatives Medium wie ein serielles Bussystem nach dem IEEE -Standard (FireWire) für Teleteaching- und Distance Education-Anwendungen bereitstellt. Distance Education (insbesondere als Modell der 3. Generation, also unter Einbeziehung von Internet, Videound Telekommunikationssystemen) stellt eine Vielzahl an Anforderungen an die Lernenden, vor allem die Beherrschung der neuen Medien. Es wird gezeigt, daß IEEE mit seinen herausragenden Eigenschaften einen wesentlichen Beitrag zur Teleteaching-Infrastruktur leisten kann. Features wie hohe Bandbreite (bis 400 Mbit/s implementiert, 3,2 Gbit/s geplant) und hot plugging der Peripheriegeräte spielen dabei eine wesentliche Rolle. 1 Einleitung Distance Education, definiert durch eine geographische Trennung von Lernenden und Lehrenden, den Einsatz einer Technologie zur Kommunikation, Möglichkeiten einer bidirektionen Kommunikation und einer vollständigen oder teilweisen Abwesenheit eines Lehrenden, ist kein neues Phänomen, sondern wird als Methode des Lehrens und Lernens seit einem Jahrhundert verwendet. Die Entwicklung ist gekennzeichnet durch den Einsatz von Printmedien, Postsystemen und Radioprogrammen (Korrespondenz-System der 1. Generation) und die Verbreitung von Audio- und Videokassetten (2. Generation mit ergänzenden Tutorien und zusätzlicher Betreuung). Durch den Mangel an Interaktivität stand die Produktion und Verteilung von Lern-/Lehrmaterialien im Vordergrund. Die Verbreitung des Internets, des World Wide Web und Video- und Telekommunikations-Systemen führten zu einem Modell der 3. Generation 1, in dem die Kommunikation und Lernen als sozialer Prozeß in den Mittelpunkt rückten. Diese interaktiven Kommunikationsmöglichkeiten bilden den Schlüsselfaktor für eine technologiebasierende Lernumgebung 2, in der mit neuen Werkzeugen und Hilfsmitteln eine radikale Änderung in der Kommunikation zwischen Lehrenden und Lernendem stattfindet. Indem Informations- und Kommunikationstechnologien stärker zusammenwachsen, wird eine steigende Leistung von Computern und verfügbarer Bandbreite für Kommunikation notwendig. Durch diese Konvergenz ist ein Modell einer computerzentrierten Kommunikation realisierbar, welches den Zugriff auf Informationen in unterschiedlichsten Formen unabhängig von Zeit und Ort bietet.

2 2 Modell einer computerzentrierten Kommunikation Distance Education -Kurse auf einem höheren Niveau werden in unterschiedlichen Formen angeboten. On-line-Lernen als Anwendung des Modells einer computerzentrierten Kommunikation ist eine Mischform aus herkömmlichen Formen (Interaktivität von Gruppen) und Distance Education (Unabhängigkeit von Zeit und Ort). Ein weiterer Vorteil dieses Modells ist, daß jegliche Kommunikation mit dem System verspeichert und reproduzierbar ist. Während in einem Klassenraum-Szenarion ca. 60 bis 80% der verbalen Kommunikation vom Lehrenden erbracht wird, ist dieses Verhältnis in einem computerzentrierten Modell beinahe umgekehrt. Der on-line Lernende hat nicht nur Kursinhalte, sondern auch den Umgang mit den multimedialen Medien zu lernen. Eine weitere technologische Barriere ist der Umgang mit der notwendigen Infrastruktur (Hardware und Software) im Zusammenhang mit einer Kommunikationsmöglichkeit. Die durch die Kommunikation und Interaktivität enstehenden Kosten und Zugangsbeschränkungen werden durch neue Kommunikationsmedien wie z.b. IEEE (FireWire ) verbessert. 3 IEEE (FireWire ) Dieser Abschnitt soll die wichtigsten Eigenschaften des seriellen Bussystems nach der Norm IEEE ,4 aufzeigen, damit im nächsten Kapitel die thematische Verbindung zu den Teleteaching-Anforderungen geschaffen werden kann. 3.1 Überblick Die Entwicklung von FireWire begann in der Mitte der 80er Jahre bei Apple Computer (die Bezeichnung FireWire selbst ist ein eingetragenes Warenzeichen der Apple Computer Corporation). Als andere Hersteller Interesse an FireWire bekundeten, wurde ein IEEE- Kommittee gegründet, um einen formellen Standard der Architektur zu schaffen. Die daraus resultierende IEEE Norm wurde geschrieben und angepaßt. FireWire stellt eine serielle Busverbindung zur Verfügung, die es ermöglicht, eine große Anzahl an high performance -Peripheriegeräten anzuschließen. Die nebenstehende Abbildung 1 zeigt die Grundidee: Die Vielzahl der existierenden Bussysteme soll durch ein neues System mit herausragenden Eigenschaften ersetzt werden. Die nachfolgende Aufzählung gibt einige Beispiele: Abb.1: Ersatz der existierenden Bussysteme durch IEEE. Bandbreite: 100, 200 und 400 Mbit/s (3,2 Gbit/s geplant) low-cost Geräteimplementierungen (10 US$ pro Knoten) Unterstützung isochroner Anwendungen (garantierte Bandbreite) 63 x 1023 = Knoten möglich plattformunabhängiger Betrieb life insertion and removal (hot plugging)

3 3.2 IEEE als Kommunikationsmedium Die herausragende Eigenschaft des IEEE -Busses ist jedoch die Möglichkeit, gleichzeitig isochrone (iso = gleich, chronos = Zeit; gleichzeitig) und asynchrone Daten (z.b. Meßwerte) zu versenden beziehungsweise zu empfangen. In einer Distance Education -Umgebung wäre eine Videoübertragung eines Vortrages eine isochrone Anwendung; ein Beispiel für asynchrone Daten wären Antworten der Zuhörer mit Hilfe der elektronischen Medien. Die nebenstehende Abbildung zeigt eine typische Topologie eines IEEE -Busses. Auf den ersten Blick erkennt man eigentlich nur Punkt-zu-Punkt- Verbindungen, was aber einen weiteren Vorteil von FireWire darstellt; das Hinzufügen bzw. das Entfernen von Geräten läßt andere Teilstrecken elektrisch unbeeinflußt, löst aber einen Bus-Reset aus. Abb.2: Eine typische Topologie eines IEEE -Busses. Ein solcher Bus-Reset bewirkt, daß sich der Bus automatisch rekonfiguriert; üblicherweise erhält dabei jeder Busteilnehmer eine neue Identifikation, da sich der Bus von den äußeren zu den inneren Knoten hin selbst durchnumeriert und identifiziert. Der letzte Knoten, der sich dem Bus mitteilt, sitzt demnach im Zentrum des Busses und ist der Root-Knoten. Ein eventuell gerade stattfindender isochroner Datentransfer übersteht einen solchen Bus-Reset, was ein Ab- oder Anstecken von Geräten im laufenden Betrieb (hot plugging) ermöglicht. Weiters besteht die Möglichkeit, daß einzelne Teilstrecken des Busses sich unterschiedlicher definierter Übertragungsraten (dzt. 100, 200 oder 400 Mbit/s) bedienen. Es ist ebenso möglich, daß einige Teilstrecken z.b. optische Medien zur Datenübertragung nützen. Abb.3: IEEE -Stecker. Die Datenübertragung erfolgt über spezielle Kabel, die auch eine Versorgungsspannung (8 40 V=) zur Verfügung stellen. Diese Versorgung stellt unter anderem sicher, daß ein sich nicht im Betrieb befindlicher Knoten zumindest eine Repeater-Funktion zur Verfügung stellt 5. Abb.4: Querschnitt durch ein sechspoliges IEEE -Kabel. Die Daten selbst werden über zwei twisted pairs ( Data und Strobe ) übertragen, aus denen sich wiederum der (verzögerte) Bustakt ableiten läßt. Sowohl der Bustakt als auch ankommende und abgehende Datenströme werden in jedem Knoten resynchronisiert. Weiters enthält die Norm auch noch Beschreibungen von vierpoligen Kabeln und Steckern, die hauptsächlich in Videokameras eingesetzt werden. Sie unterscheiden sich von den sechs-

4 poligen Kabeln und Steckern vorwiegend durch ihre Größe und durch den Wegfall der Versorgungsleitungen. 3.3 Integration von technischen Lernumgebungen Als Modell einer computerzentrierten technischen Lernumgebung wird an dieser Stelle die Realisierung einer automatisierten EMV-Meßhalle beschrieben, die vom Test- und Entwicklungsverbund Villach (TEV) unter Zusammenarbeit des Technikum Kärnten und der C&P DI. Suschnig GmbH betrieben wird. Eine IEEE -Kamera überwacht die Meßkammer und stellt ihre Daten am Bus zur Verfügung. Gleichzeitig ist aber auch eine Bewegung der Kamera durch asynchrone Steuersignale möglich. Die Videodaten können an mehreren Arbeitsplätzen betrachtet, automatisch gespeichert und auch gedruckt werden. Die Anbindung des Busses an Ethernet und World Wide Web ist projektiert. Die Anforderungen stimmen somit exzellent mit denen einer computerzentrierten technischen Lernumgebung überein: Mehrplatzfähigkeit; Broadcasting von isochronen Daten (Video); Verfügbarkeit von asynchronen Daten (Steuersignale, Antworten der Zuhörer); Anbindung an andere Medien (Ethernet, WWW); Rasche Neukonfigurierung (hot plugging); Große Bandbreite. Camera Printer C & P DI. SUSCHNIG GMBH TEV Harddisk Workstation Ethernet World Wide Web Abb.5: IEEE -Vernetzung einer EMV-Meßhalle mit typischen Anforderungen einer computerzentrierten technischen Lernumgebung.

5 Referenzen: [1] Nipper, S.: Third Generation Distance Learning and Computer Conferencing; In Robert Mason & Anthony Kaye (Eds.) Mindweave: Communication, Computers and Distance Education (pp ), Oxford: Pergamon Press, 1989 [2] FH Hagenberg, Technikum Kärnten, WIFI Steiermark: Telelernen im Rahmen von Fachhochschul-Studiengängen; FHR Bussiness Plan, Mai 1998 [3] IEEE Standard [4] Anderson, D.: FireWire System Architecture; PC System Architecture Series, Addison Wesley, 1998 [5] Förster, F.: FireWire ohne lange Einarbeitungszeit implementieren; Elektronik 13/1998, S.122 Autoren: Thomas Klinger, Dipl.-Ing. Dr. techn. Peter Seifter, Dipl.-Ing. Dr. techn. Christian Madritsch, Ing.