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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum energiesparenden Betrieb eines Netzwerkrechners und eine Anordnung
zu seiner Durchführung.
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In größeren Netzwerken, aber insbesondere im
Internet, sind die Server in der Regel ständig in Betrieb. Jedoch werden
bei weitem nicht alle Server permanent und gleichmäßig ausgelastet.
Vielmehr wird eine größere Zahl
der Rechner über
längere Zeiträume gar
nicht oder nur sehr unregelmäßig bzw. sporadisch
genutzt. Das heißt,
in dieser Zeit laufen an den Rechnern keine oder nur gelegentliche
IP-Anfragen auf. Dennoch sind die Rechner in Betrieb, werden also
mit Spannung versorgt. In Anbetracht der großen Zahl von Servern im Internet,
ist daher davon auszugehen, dass aus dem genannten Grund Energie
in nennenswerter Größenordnung
unnötigerweise
verbraucht wird. Moderne Rechner verfügen zwar über Energiemanagementsysteme,
mittels derer sie in Phasen längerer
Inaktivität
in einen Ruhezustand geschaltet oder ausgeschaltet werden können. Jedoch
erfolgt die Wiederinbetriebnahme durch den Nutzer im Bedarfsfall
manuell. Eine solche Vorgehensweise ist aber in bezug auf die Server
eines Netzwerkes zumindest unzweckmäßig und bezogen auf das Internet
im Grunde überhaupt
nicht möglich.
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Es ist bekannt, elektrische oder
elektronische Einrichtungen über
Netzwerke und auch über das
Internet zu schalten. Man bedient sich dabei sogenannter Mini-Web-Server (MWS).
Ein solcher Mini-Web-Server wird beispielsweise in der Zeitschrift „Elektor", Heft 7/8, Ausgabe
2001 auf der Seite 14 beschrieben. Es handelt sich hierbei um einen
Kleinstrechner, der mit dem entsprechenden Netzwerk verbunden wird
und über
eine IP-Adresse ansprechbar ist. Mittels des Rechners können im
Falle einer entsprechenden IP-Anfrage Schaltelemente betätigt werden,
durch welche ein elektrisches Gerät in Betrieb genommen oder
sein Betriebszustand verändert werden
kann. Es ist jedoch noch keine Lösung
zur Steuerung von Netzwerkrechnern bekannt geworden, da diese zur
Erfüllung ihrer
Aufgabe im Netz selbst über
eine IP-Adresse angesprochen werden müssen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, ein Verfahren zum energiesparenden Betrieb eines Netzwerkrechners
anzugeben. Die Aufgabe besteht weiterhin in der Bereitstellung einer
zur Durchführung des
Verfahrens geeigneten Anordnung.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren
gemäß dem Hauptanspruch
und eine Anordnung mit den Merkmalen entsprechend dem ersten vorrichtungsbezogenen
Patentanspruch gelöst.
Vorteilhafte Aus- bzw. Weiterbildungen der Erfindung sind durch
die jeweiligen Unteransprüche
gegeben.
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Gemäß dem Verfahren schaltet sich
der energiesparend zu betreibende Rechner – ein über eine Netzwerkleitung IP-adressierbarer
Rechner (PC/Server) – in
an sich bekannter Weise nach einer, beispielsweise unter Nutzung
von Energiesparfunktionen seines Betriebssystems, festlegbaren Dauer
der Inaktivität
(maximal zulässige
Untätigkeitsdauer) selbsttätig ab oder
er nimmt einen stromsparenden Ruhezustand ein. In erfindungswesentlicher
Weise wird er jedoch bei einer durch einen anderen Netzwerkrechner über seine
IP-Adresse erfolgenden Ansprache automatisch wieder gestartet. Dies
geschieht mittels eines ihm zugeordneten und mit ihm in einer Wirkverbindung
stehenden, ebenfalls IP-adressierbaren Mikrorechners mit einfacher
Architektur und geringer Stromaufnahme, mittels eines so genannten
Mini-Web-Servers (MWS), bei welchem es sich vorzugsweise um einen
Einchipmikrorechner handelt. Dieser MWS ist über die selbe IP-Adresse wie
der PC/Server ansprechbar, da entsprechend einem, bis zum Eintreffen
einer IP-Anfrage bei ab- bzw. in den Ruhezustand geschaltetem PC/Server
bestehenden Grundzustand, nur dieser MWS nicht jedoch der PC/Server
mit dem Netzwerk verbunden ist. Eine Doppelvergabe der IP-Adresse
ist hier möglich,
da sichergestellt ist, dass stets nur eines der betreffenden Geräte angeschaltet
ist. Die Eingabe der IP-Adresse für den MWS erfolgt vorzugsweise
manuell bei der Konfiguration. Hinsichtlich der Umsetzung der IP-Adresse
auf die tatsächliche
physikalische Hardware-Adresse der Netzwerkkarte des PC/Servers, die
so genannte MAC-Adresse (Media-Access-Control-Address), sind unter schiedliche
Möglichkeiten
gegeben. Beispielsweise kann die MAC-Adresse des PC/Servers manuell
bei der Konfiguration des MWS hinterlegt werden. Auch dabei wäre im Grunde
eine Doppelvergabe der MAC-Adresse unkritisch, da, wie bereits betont,
stets nur eines der Geräte – MWS oder
PC/Server – am
Netzwerk ist. Allerdings handelt es sich bei der MAC-Adresse normalerweise
ohnehin um eine eindeutige, nur ein Mal vergebene Adresse. Soweit
daher der MWS mit einer anderen MAC-Adresse als der PC/Server arbeitet,
ist es auch möglich,
dass der anfragende Rechner sich unter Nutzung des Address-Resolution-Protocol
(ARP) hierauf einstellt. Da der MWS mit dem Netzwerk vorzugsweise
ständig
nur lesend bzw. empfangend verbunden ist, kann er schließlich auch
die MAC-Adresse
anhand der eigenen, mit der des PC/Servers identischen IP-Adresse
erkennen und für
die eigenen Aktivitäten
im Sinne einer automatischen Konfiguration übernehmen. Im Falle einer an
den PC/Server gerichteten IP-Anfrage schaltet der MWS zunächst den PC/Server
an- bzw. wieder aktiv. Nach einem hierauf über die zwischen ihm und dem
PC/Server bestehende Wirkverbindung vom PC/Server erhaltenen Bereitschaftssignal
schaltet der MWS schließlich
die Netzwerkleitung, aus dem bis dahin bestehenden Grundschaltzustand,
auf den PC/Server um.
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Entsprechend einer vorteilhaften
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfolgt die Spannungsversorgung des MWS unabhängig von der des PC/Servers.
Hierdurch ist es nach einem aufgrund des Überschreitens der zulässigen Untätigkeitsdauer
erfolgenden selbsttätigen
Ausschalten des PC/Servers möglich,
mittels des MWS über
das Rücksetzen
der Netzwerkleitung in den Grundschaltzustand hinaus, zusätzlich die
Spannungsversorgung des PC/Servers zu unterbrechen. Selbstverständlich wird
bei dieser Verfahrensgestaltung durch den MWS beim Eingang einer
IP-Anfrage vor dem Einschalten des PC/Servers und dem anschließenden Umschalten
der Netzwerkleitung die Spannungsversorgung des PC/Servers wieder
hergestellt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung
des Verfahrens ist es vorgesehen, dass der MWS bei Eingang einer
IP-Anfrage eine Informationsdatei an den anfragenden Netzwerkrechner übermittelt.
Dabei wird dem anfragenden Rechner signalisiert, dass zwar bereits
eine IP-Verbindung besteht, aber der gewünschte Zugriff auf den PC/Server,
aufgrund seines zunächst
erforderlichen Startens, erst nach einer Verzögerungszeit gegeben ist. Der
anfragende Rechner wird hierdurch veranlasst seine an den PC/Server
gerichtete Anfrage wiederholt auszusenden. Dies kann einfach durch
mehrmaliges Wiederholen der Anfrage oder durch deren Wiederholung nach
Ablauf einer ihm gegebenenfalls in der Informationsdatei mitgeteilten
Verzögerungszeit
erfolgen.
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Die erfindungsgemäße Anordnung zum energiesparenden
Betrieb eines über
eine Netzwerkleitung IP-adressierbaren Rechners (PC/Server), umfasst
den PC/Server selbst, einen mit dem PC/Server in einer Wirkverbindung
stehenden und über
die selbe IP-Adresse adressierbaren Mikrorechner mit einfacher Architektur
und geringer Stromaufnahme (MWS – Miniwebserver) und durch
den MWS betätigte
Schaltelemente. Mittels eines ersten Schaltelementes wird der PC/Server,
im Falle dessen, dass er ab- oder in den Ruhezustand geschaltet
ist, durch den MWS nach einer IP-Anfrage eines anderen Netzwerkrechners
an- bzw. aktiv geschaltet.
Ein weiteres vom MWS betätigtes
Schaltelement dient dazu die Netzwerkleitung zwischen PC/Server
und MWS umzuschalten, so dass die, bei ab- bzw. in den Ruhezustand
geschaltetem PC/Server, den MWS mit dem Netzwerk verbindende Netzwerkleitung
nach Bestehen der Betriebsbereitschaft des PC/Servers auf diesen
umgeschaltet wird. Bei dem PC/Server handelt es sich um einen Rechner,
welcher nach einer, beispielsweise unter Nutzung von Energiesparfunktionen
seines Betriebssystems, festlegbaren Dauer der Inaktivität (zulässige Untätigkeitsdauer)
selbsttätig abgeschaltet
wird oder einen stromsparenden Ruhezustand einnimmt. Der MWS ist
vorzugsweise als ein Einchipmikrorechner ausgebildet. Über die
angesprochene Wirkverbindung erhält
er Signale über den
jeweiligen Betriebszustand des PC/Servers aus denen er die Schaltsignale
zur Betätigung
der Schaltelemente ableitet.
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Entsprechend einer vorteilhaften
Weiterbildung der Erfindung umfasst die Anordnung noch ein weiteres,
optionales vom MWS betätigtes
Schaltelement. Mittels dieses Schaltelements wird der PC/Server
nach seinem aufgrund des Überschreitens
der zulässigen
Untätigkeitsdauer
erfolgenden Abschalten vom MWS zusätzlich von der Spannungsversorgung
getrennt. Bei dieser Aus gestaltung der Anordnung verfügen der
MWS und der PC/Server selbstverständlich über voneinander unabhängige Spannungsversorgungen.
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Für
die Ausbildung der zwischen dem MWS und dem PC/Server erforderlichen
Wirkverbindung sind unterschiedliche Möglichkeiten denkbar. Bei einer
praxisgerechten Ausbildung der Erfindung wird die Tatsache genutzt,
das PCs bzw. Server in der Regel über eine LED (Power-LED) verfügen, mittels welcher
der „Ein"-Zustand des PC/Servers
signalisiert wird, so dass der MWS nach dem Empfang dieses Betriebsbereitschaftssignals
die Netzwerkleitung mittels des entsprechenden Schaltmittels auf
den PC/Server umschalten kann. Der MWS verfügt bei dieser Ausbildungsform über einen
optischen Empfänger
und ist räumlich
eng benachbart zum PC/Server angeordnet. Mittels des optischen Empfängers ist es
möglich,
auszuwerten, ob die Power-LED des PC/Servers leuchtet oder nicht
oder sofern, unterschiedliche Betriebszustände des PC/Servers durch verschiedene
Arten der Ansteuerung dieser LED kenntlich gemacht werden, in welcher
Farbe diese leuchtet bzw. ob sie blinkt oder dauerhaft Licht abstrahlt.
Die Wirkverbindung zwischen PC/Server und MWS besteht demnach über die
zwischen der Power-LED des PC/Servers und dem optischen Empfänger des
MWS gebildete optische Strecke. Bei dem optischen Empfänger des
MWS kann es sich gegebenenfalls auch um den Teil eines in entsprechender Weise
ausgebildeten Optokopplers handeln. Bei einer Weiterbildung der
erfindungsgemäßen Anordnung
ist in die Wirkverbindung zwischen dem MWS und dem PC/Server ein
Verzögerungstimer
integriert, welche, im Falle der optischen Strecke, beispielsweise
dem optischen Empfänger
zugeordnet ist und dem MWS die Betriebsbereitschaft des PC/Servers
nach dessen Einschalten erst mit einer gewissen Verzögerung signalisiert.
Auf diese Weise kann gewährleistet werden,
dass die Netzwerkleitung nicht bereits unmittelbar nach dem Einschalten
des PC/Servers auf diesen umgeschaltet wird, sondern erst, wenn
der PC/Server den Bootvorgang beendet hat und am Netzwerk aktiv
werden kann.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand
eines Ausführungsbeispiels
nochmals näher
erläutert
werden. Dazu zeigt 1 die
Prinzipdarstellung einer Anordnung gemäß der Erfindung, anhand welcher auch
das Verfahren nochmals im Detail erläutert werden soll.
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Wie in der Zeichnung, bei der es
sich um eine Prinzipdarstellung und nicht um eine schaltungstechnisch
richtige Darstellung handelt, zu erkennen ist, umfasst die erfindungsgemäße Anordnung
neben dem PC/Server 1 einen MWS 2, Schaltelemente 3, 4 sowie
eine zwischen dem PC/Server 1 und dem MWS 2 bestehende
Wirkverbindung 5, 6. Sie ist über eine Netzwerkleitung 8 mit
dem Netzwerk 11, beispielsweise dem Internet, verbunden.
Die Zeichnung zeigt die Anordnung in einem Betriebszustand, in dem
der PC/Server 1 in einem Ruhezustand oder ausgeschaltet
ist. In diesem Grundzustand ist der PC/Server 1 nicht unmittelbar
mit dem Netzwerk 11 bzw. der Netzwerkleitung 8 verbunden.
Vielmehr ist letztere über
das Schaltelement 4 unmittelbar mit dem MWS 2 verbunden.
Geht nun an dem MWS 2 eine eigentlich an den PC/Server 1 gerichtete
IP-Anfrage ein, so wird dies durch den IP-adressierbaren Mikrorechner
registriert und entsprechend einer in ihm hinterlegten Prozedur
werden die Schaltelemente 3, 4 und gegebenenfalls
10 von ihm betätigt.
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Sofern man das nur optional vorhandene Schaltelement 10 zunächst außer Betracht
lässt,
vollzieht sich folgender Ablauf.
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- 1. Der PC/Server 1 wird von einem
anderen Netzwerkrechner mit seiner IP-Adresse über das Netzwerk 11 angesprochen.
- 2. Der entsprechende IP-Frame gelangt jedoch über die
Netzwerkleitung 8 nicht unmittelbar zum PC/Server 1,
sondern aufgrund der Schaltstellung des Schaltelementes 4 zum
MWS 2, welcher folglich auf die selbe IP-Adresse wie der
PC/Server 1 reagiert.
- 3. Nach dem Empfang der IP-Anfrage sendet der MWS 2 eine
Informationsdatei zum anfragenden Rechner. Der anfragende Rechner
erhält
dabei eine Information, mittels welcher ihm signalisiert wird, dass
eine IP-Verbindung besteht, jedoch der gewünschte Zugriff auf den PC/Server 1,
aufgrund des zunächst
erforderlichen Startens des PC/Servers 1, erst mit geringfügiger Verzögerung gegeben
ist. Gleichzeitig wird der PC/Server 1 vom MWS 2 mittels
des parallel zum On/Oft-Schalter 3' des PC/Servers 1 liegenden Schaltelementes 3 eingeschaltet
oder vom Ruhezustand in den Arbeitszustand geschaltet.
- 4. Sobald der PC/Server 1 arbeitsbereit ist, erhält der MWS 2 über die
Wirkverbindung 5, 6, im Beispiel durch das von
dem optischen Empfänger 6 empfangene
optische Signal der Power-LED 5, ein Bereitschaftssignal.
Entsprechend einer vorteilhaften Variante umfasst dabei die Wirkverbindung 5, 6 einen
(in der Figur nicht dargestellten) Verzögerungstimer, so dass dem MWS 2 die
Betriebsbereitschaft des PC/Servers 1 erst signalisiert
wird, wenn dieser auch am Netzwerk aktiv ist.
- 5. Nach dem Empfang des Bereitschaftssignals schaltet der MWS 2 das
Schaltelement 4 um, so dass der PC/Server 1 nun
unmittelbar mit der Netzwerkleitung 8 respektive dem Netzwerk 11 verbunden
ist und mit den anderen Rechnern im Netz kommunizieren kann.
- 6. Nach einer festgelegten Zeitspanne (maximal zulässige Untätigkeitsdauer),
innerhalb welcher der PC/Server 1 über das Netz keine weiteren IP-Anfragen
erhält,
schaltet sich der PC/Server 1 selbst wieder ab oder geht
in einen Ruhezustand über.
- 7. Der MWS 2 erhält
hierüber über die
Wirkverbindung 5, 6 wiederum ein entsprechendes
Signal, das heißt,
die Power-LED 5 verlischt, beginnt zu blinken oder strahlt
Licht einer anderen Wellenlänge
ab.
- 8. Nach Erhalt des Signals wird die Netzwerkleitung 8 durch
das vom MWS 2 veranlasste Rücksetzen des Schaltelements 4 wieder
auf den MWS 2 umgeschaltet. Die Anordnung nimmt nun wieder
den Grundzustand ein.
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Anstelle einer Realisierung der Wirkverbindung 5, 6 mittels
optischer Komponenten bzw. eines Optokopplers kommt hierfür auch eine
direkte Verbindung zwischen einem eventuellen (Signal-)Ausgang 5 am
PC/Server 1 und einem entsprechenden (Signal-)Eingang 6 am
MWS 2 in Betracht, wobei eine Spannung am Ausgang 5 den „Ein"-Zustand signalisiert,
welcher am Eingang 6 ausgewertet wird. Denkbar ist es auch,
einen Eingang 6 mittels einer Slotkarte zu realisieren,
an welcher der „Ein"-Zustand in Form
einer am Steckplatz anliegenden Versorgungsspannung direkt oder über einen
Optokoppler ausgewertet werden kann.
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Die Zuführung dieser separaten Versorgungsspannung
könnte
dabei über
eine Buchse am Slotblech erfolgen.
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Optional kann die Anordnung, wie
in dem dargestellten Beispiel, noch ein weiteres Schaltelement 10 aufweisen.
Dieses dient dazu, im Falle eines erhöhten Sicherheitsbedarfs (beispielsweise
zum Schutz vor Überspannungsschäden) den
PC/Server 1 nach dessen selbsttätigen Abschalten auch von der Spannungsversorgung 12 frei
zu schalten, wobei, wie zu ersehen, diese Spannungsversorgung 12 unabhängig von
der Spannungsversorgung 9 des MWS 2 ist. Das Schaltelement 10 wird
ebenfalls vom MWS 2 betätigt.
In dem dargestellten Beispiel ist die Wirkverbindung 5, 6 zwischen
dem PC/Server 1 und dem MWS 2, wie bereits erläutert, durch
eine Power-LED 5 des PC/Servers 1 und einen optischen
Empfänger 6 des
MWS 2 realisiert. Der PC/Server 1 und der MWS 2 sind
folglich bei dieser Ausführungsform räumlich unmittelbar
zueinander benachbart angeordnet, so dass der optische Empfänger 6 des
MWS 2 das sich jeweils entsprechend dem Betriebszustand
des PC/Servers 1 verändernde
optische Signal der Power-LED 5 empfangen kann.
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Die Schaltungsanordnung hat einen
einfachen Aufbau und ermöglicht
es den PC/Server 1 energiesparend zu betreiben. Für die meisten
Anwendungsfälle
ist es dabei unproblematisch, dass der gegebenenfalls zeitweilig
abgeschaltete oder in den Ruhezustand überführte PC/Server 1 nach
einer erneuten IP-Anfrage zunächst
in Betrieb genommen bzw. hinsichtlich seines Betriebszustandes umgeschaltet
werden muss und dass dies mit einer geringfügigen Verzögerung geschieht.
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- 1
- PC/Server
- 2
- Mini-Web-Server,
MWS
- 3
- Schaltelement
- 3'
- On/Off-Schalter
des PC/Servers
- 4
- Schaltelement
- 5
- Teil
der Wirkverbindung, (Power-)LED bzw. (Signal-)Ausgang
- 6
- Teil
der Wirkverbindung, optischer Empfänger bzw. (Signal-)Eingang
- 7
- Netzwerkkarte
- 8
- Netzwerkleitung
- 9
- Spannungsversorgung
des MWS
- 10
- Schaltelement
- 11
- Netzwerk
- 12
- Spannungsversorgung
des PC/Servers