DE202004021156U1

DE202004021156U1 - Datenkommunikationssystem

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Publication number: DE202004021156U1
Application number: DE202004021156U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2014-09-11

Abstract

Datenkommunikationssystem, mit mindestens einem Client (1), und mindestens einem Server (2) dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (S1) vorgesehen ist, mit welcher an einem Bildschirm des Clients (1) dargestellte Objekte in Abhängigkeit von vom Server (2) empfangenen Objekt-Steuerdaten steuerbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Datenkommunikationssystem, insbesondere ein Datenkommunikationssystem mit mindestens einem, insbesondere mehreren Clients, insbesondere Client-Rechnern, und mit mindestens einem Server, insbesondere Server-Rechner.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein System zur Reduzierung des Datenverkehrsvolumens und zur Reduzierung von Verzögerungszeiten für Applikationen, die auf einem Client-Rechner genutzt werden, der für die Applikationen als Ein- und Ausgabegerät dient und direkt oder indirekt über ein Mobilfunknetzwerk und/oder ein leitungsbasiertes Netzwerk, das sich dadurch auszeichnet, dass es insgesamt eine hohe Signallaufzeit (von z.B. > 50 ms) aufweist, mit einem Applikationsserver verbunden ist, der die eigentliche Applikation ausführt und den via Netzwerk angebundenen Client Rechner (Terminal) zur Ein- und Ausgabe, sowie Darstellung von Programmsteuerelementen (z.B. Auswahlmenüs), Daten und Grafiken nutzt.
Die Übertragungskapazitäten der Mobilfunknetze und terrestrischen Weitverkehrsnetze werden ständig erweitert und ausgebaut. Dies ermöglicht neben Sprach- oder Messagediensten nun auch immer mehr, die Nutzung mobiler Datenübertragungen für Anwendungen im Privat- und Geschäftskundenbereich.
Durch die hohe Abdeckung und mobile Verfügbarkeit der Anbindung an Netzwerke, ergeben sich auch neue Möglichkeiten für Lösungen im Client/Server Anwendungs-Bereich. Ein Beispiel dafür sind Applikationsserver, bei denen ein Server die Applikationen für mehrere via Netzwerk angebundene Clients in einem zentralen Rechenzentrum ausführt. Die Clients dienen lediglich als Eingabe- (Maus, Tastatur usw.) bzw. Ausgabegerät (Bildschirm/Drucker usw.). Als Beispiel wäre hier die Architektur Microsoft Application Server zu nennen.
Der Vorteil einer Client Server Lösung, liegt darin, dass man den Administrations- und Investitionsaufwand einer Software-Lösung zentralisieren und somit Kosten sparen kann. Außerdem können kostspielige HW-Investitionen von vielen gemeinsam genutzt werden, und das Security Level steigt bei einer zentralisierten Administration.
Die Kommunikation zwischen einem Applikations-Client und einem Applikations-Server Rechner ist durch einen ständigen Datenaustausch zwischen den beiden Geräten gekennzeichnet. Dabei werden die Eingaben des Nutzers der den Client benutzt (z.B. Tastatureingabe oder eine Mausbewegung) zum Server übertragen. Daten, Grafiken oder Steuerungssignale, die zur Anzeige der Applikation genutzt werden überträgt der Server über das Netzwerk zum Applikations-Client.
Die bisher verfügbaren Lösungen gingen dabei davon aus, dass die Signallaufzeit des Netzes gering ist, der Nutzer also nach Eingabe eines Zeichens, das vom Client zum Server übertragen wird, relativ schnell eine aktualisierte Darstellung des Bildschirms bekommt, die der Server über das Netzwerk zum Client Rechner überträgt.
Bei Netzen mit hoher Verzögerungszeit führen die bisherigen Systeme zu Problemen. Durch die hohen Signallaufzeiten bekommt der Nutzer erst verzögert die Reaktionen auf seine Eingaben angezeigt. So kann z.B. beim Anklicken eines Pull Down Menüs, was mehrere Interaktionen zwischen dem Client und dem Server notwendig macht, ggf. erst mehrer Sekunden später durch das Öffnen des Menüs die Reaktion auf dem Client dargestellt werden. Dies führt bisweilen dazu, dass ein effektives Arbeiten mit der Applikation unmöglich wird. Ein weiteres Problem ist es, dass bei Netzen mit hohen Kosten für Datenvolumen, sehr hohe Kosten für die Anbindung der Remote Ein-Ausgabeeinheiten (Terminals) anfallen.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zu schaffen, mit denen sich die Auswirkungen der Latenzzeit eines Mobilfunknetzwerkes und/oder eines terrestrischen Netzwerkes auf eine Applikation, die auf einem zentralen Server ausgeführt wird und für Ein- und Ausgaben mit einem via Mobilfunk- und/oder terrestrischem Netzwerk verbundenen Client Terminal kommuniziert, eliminiert bzw. weitestgehend reduziert werden, so dass ein für den Benutzer komfortables Arbeiten mit der Applikation ermöglicht wird, sowie die Datenvolumenübertragungskosten für den Benutzer deutlich gesenkt werden können.
Diese Aufgabe und/oder weitere Aufgaben wird bzw. werden gemäß der Erfindung durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nach dem erfindungsgemäßen System zur Eliminierung bzw. zur Reduktion der Auswirkungen der Latenzzeit eines Mobilfunknetzwerkes und/oder eines terrestrischen Netzwerkes auf eine Applikation und zur Einsparung von Datenvolumen bei der für die Ausführung einer Applikation notwendigen Kommunikation ist ein Client Rechner mit einem Server Rechner über ein Mobilfunknetzwerk und/oder einem terr. Netzwerk verbunden, wobei der Client Rechner (Terminal) lediglich zur Ein- und Ausgabe von Daten und Informationen (z.B. über eine Tastatur, eine Maus, einen Bildschirm oder Drucker) genutzt wird. Der Programmcode, der von einem Nutzer am Client Rechner benutzten Anwendung, wird auf dem via Netzwerk erreichbaren Server Rechner ausgeführt.
Die hier beschriebene erfindungsgemäße Client Server Architektur, kann aber muss nicht dadurch gekennzeichnet sein, dass bereits bekannte und allgemein bei der Datenkommunikation im Satellitenbereich eingesetzte Systeme zur Optimierung des Datenflusses zwischen einem Client und einem Server über ein zeitverzögertes Satellitennetzwerk nun auch über ein Mobifunknetzwerk und/oder ein terrestrisches Netzwerk eingesetzt werden. Zu den bereits bekannten und bisher allgemein im Satellitenbereich eingesetzten Systemen zählen insbesondere Software oder Hardware basierte Lösungen zur Vermeidung von Rückbestätigungsmeldungen von empfangenen/gesendeten Datenpaketen (Vermeidung von Acknowledgements (ACKs), beispielsweise durch den Einsatz von Enhanced TCP), zur Umwandlung von TCP in UDP-Übertragungen (UDP Tunneling), Optimierungen der MTU (Maximum Transfer Unit eines Datenpackets), Entfernung von Redundanzen in einer Datensequenz (beispielsweise durch Kompression), Vermeidung von wiederholten Übertragungen von häufig zu übertragenden Informationen (beispielsweise durch lokale Vorhaltung der Daten im Speicher, automatische Erkennung und Caching).
In 1 ist – beispielhaft – eine Netzwerkarchitektur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei entsprechende Client Rechner 1 – über entsprechende Mobilfunk- und/oder territrische Netzwerke 3 – an einen (oder mehrere) Anwendungsserver 2 angeschlossen sind.
Bei der erfindungsgemäßen Netzwerkarchitektur kann sich an der Lokation eines Client Rechners 1 eine zusätzliche geeignete Software oder eine Hardware befinden (im Folgenden S1 genannt), die die Bildschirmdarstellung oder Teile der Bildschirmdarstellung des Client Rechners 1 in gleicher Art und Weise wie bei einem Anwendungsserver 2 berechnen und durch Signale steuern kann.
An der Lokation des Client Rechners 1 kann sich eine Objektdatenbank befinden, die in der Lage ist Teile von Bildschirmdarstellungen (Objekte), wie beispielsweise Pixel, Linien, Grafiken, Menüs usw, sowie Korrelationen von Eingabesequenzen zu den Objekten zu speichern. Auf die Objektdatenbank hat S1 Zugriff.
An der Lokation des Server Rechners 2 kann sich eine zusätzliche geeignete Software oder eine Hardware befinden (im Folgenden S2 genannt), die die vom Server Rechner 2 zum Client Rechner 1 gesendeten Daten dahingehend untersucht, ob sie Signalisierungsdaten enthalten, die eine Änderung der Bildschirmdarstellung bewirken sollen, die bereits durch S1 gesteuert worden ist. In diesem Fall hat S2 von den bereits durch S1 bearbeiteten Änderungen durch eine Mitteilung von S1, die über das Netzwerk 3 zu S2 übertragen worden ist, Kenntnis bekommen.
Die Datenkommunikation zwischen dem Client Rechner 1 und dem Server Rechner 2 kann zusätzlich wie folgt optimiert werden Die Eingaben für das Anwendungsprogramm (z.B. Tastaturanschläge, Mausbewegungen oder Clicks) werden bereits durch S1 dahingehend untersucht, ob sie zu einer Veränderung der Bildschirmdarstellung am Client Rechner 1 führen.
Ist dies der Fall, untersucht S1, welche für die zur Veränderung der Bildschirmdarstellung erforderlichen Daten und Objekte, wie beispielsweise:

• Grafiken/Bitmaps
• Icons
• diverse Fenstertypen
• Linien
• Rahmen
• Hintergründe
• Schattierungen
• Pull Down Menüs
• Menü Auswahl Boxen und deren mögliche Einträge
• Häkchen, Punkte, Auswahlelemente
• Zeichenelemente oder Buchstaben in Form verschiedener Fonts
• Und beliebig viele weitere frei durch ein Customizing definierbare Grafikelemente

2

1

2

1

3

Erfindungsgemäß werden parallel zu diesem Prozess die Eingaben des Client Rechners 1, wie sonst auch, über das Netzwerk 3 an den zentralen Server Rechner 2 weitergeleitet. Zusätzlich wird S2 durch S1 über das Netzwerk 3 mitgeteilt, welche Änderungen der Bildschirmdarstellung am Client Rechner 1 bereits durch S1 vorgenommen wurden. Die Antworten des Servers Rechners 2 auf die Eingaben am Client Rechner 1 werden dann dahingehend untersucht, ob sie Steuerdaten- oder Signalisierungsinformationen enthalten, die Änderungen der Bildschirmdarstellung am Client Rechner 1 bewirken sollen, die bereits durch S1 gesteuert worden sind. Um doppelte Signalisierungen zu vermeiden, werden diese Daten und Signale bereits durch S1 herausgefiltert und nicht über das Netzwerk 3 zum Client Rechner 1 übertragen. Dadurch wird eine erhebliche Reduzierung des normalerweise von der Applikation verursachten Datentransportvolumens erreicht.
In einer weiteren Ausgestaltung des Systems, wird die erfindungsgemäße Client Server Architektur (ergänzt durch S1 und S2) dahingehend erweitert, dass eine zusätzliche geeignete Software oder Hardware (im folgenden S3 genannt), zum automatischen Erstellen der Objektdatenbank eingesetzt wird. S3 untersucht dabei den vom Client Rechner 1 gesendeten Datenstrom auf sich häufig wiederholende Eingabekombinationen sowie die kurz darauf via Netzwerk empfangenen Reaktionen des Servers Rechners 2 auf Bildschirmsignalisierungen. Aus diesen Untersuchungen werden Korrelationen abgeleitet und in der Objekt-Datenbank abgespeichert. Somit wird die Objektdatenbank automatisch mit Informationen gefüllt (trainiert), die es S1 ermöglichen, Veränderungen der Bildschirmdarstellungen automatisch zu berechnen und die Bildschirmdarstellung oder Teile der Darstellung des Client Rechner 1 entsprechend lokal zu steuern.
Bei der in 1 gezeigten Netzwerkarchitektur können bei der Kommunikation zwischen Client Rechner 1 und Server Rechner 2 (und umgekehrt) vom jeweiligen Client Rechner 1 (oder Server Rechner 2) zur Kommunikation mit dem Server Rechner 2 (oder Client Rechner 1) zunächst erzeugte Daten-Pakete – z.B. TCP-Daten-Pakete (TCP = Transmission Control Protocol) – in entsprechende Daten-Pakete eines hiervon unterschiedlichen Protokolls, z.B. in entsprechende UDP-Pakete umgewandelt, und diese – über das o.g. Netzwerk 3 – an den Server Rechner 2 (oder den Client Rechner 1) übertragen werden.
Entsprechend umgekehrt können – vom jeweiligen Server Rechner 2 (oder Client Rechner 1) – die vom Client Rechner 1 (oder vom Server Rechner 2) empfangenen Daten-Pakete – z.B. die o.g. UDP-Daten-Pakete – in entsprechende Daten-Pakete eines hiervon unterschiedlichen Protokolls, z.B. – zurück – in entsprechende TCP-Daten-Pakete umgewandelt werden.
Gemäß TCP-Protokoll ist vorgesehen, dass der (korrekte) Empfang jedes einzelnen Daten-Pakets durch den jeweiligen Empfänger an den jeweiligen Sender (rück-)bestätigt wird – das UDP-Protokoll sieht demgegenüber keine entsprechenden (Rück-)Bestätigungs-Mechanismen vor.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel kann stattdessen z.B. jeweils vor bzw. nach einer vorbestimmten Anzahl an – zwischen dem Client Rechner 1 und Server Rechner 2 ausgetauschten – UDP-Paketen die Anzahl der übermittelten bzw. im folgenden zu übermittelten Pakete (d.h. die Anzahl an Paketen einer „Paket-Serie") übertragen werden. Mit jedem Paket können Daten übermittelt werden, die kennzeichnen, um das wievielte Paket innerhalb der jeweiligen Paket-Serie es sich jeweils handelt. Hierdurch kann vom jeweiligen Empfänger (d.h. vom Client Rechner 1, oder vom Server Rechner 2) ermittelt werden, ob ein Paket – und wenn ja, welches – nicht bzw. nicht korrekt angekommen ist. Dieses Paket kann dann – einzeln – angefordert werden. Hierdurch ist – ohne aufwändigen (Rück-)Bestätigungs-Mechanismus – sichergestellt, dass innerhalb der Netzwerkarchitektur keine Daten verloren gehen.
Zusätzlich zu den obigen Ausführungen können – um in gewissen, im folgenden erläuterten Fällen einen unnötigen Daten-Verkehr zum und vom Server Rechner 2 einzuschränken – in diesen Fällen nur bzw. ein möglichst großer Anteil an Nutzdaten übertragen werden. Hierzu können vom Server Rechner 2 zum Client Rechner 1 zu übertragende Bildschirminhalte auf dem Server Rechner 2 untersucht werden, ob sie nicht durch eine geeignete Codierung ersetzt werden können. Die Bildschirminhalte sind in der Regel als Objekte dargestellt, z.B. Comboboxen, oder Felder zum Ausfüllen, denen dann eindeutige, an den Client Rechner 1 zu übertragende Codes zugeordnet werden. Die Objekte sind im Betriebssystem des Client Rechners 1 vorhanden, sofern es sich nicht um applikationsspezifische Objekte handelt, die dem jeweiligen Client Rechner 1 (genauer: S1) per Customizing durch S3 zur Verfügung gestellt werden müssen. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel werden dem Client Rechner 1 vorteilhaft durch den Server Rechner 2 nicht mehr der „Bildschirm" bzw. die gesamten eine entsprechenden Anzeige am Bildschirm veranlassende Daten der zentralen Anwendung zur Verfügung gestellt; stattdessen wird dem Client Rechner 1 lediglich mitgeteilt, wo welche Objekte auf dem Bildschirm zu plazieren sind, und welche Merkmale diese Objekte aufweisen sollen. Das Ausfüllen der Objekte erfolgt dann lokal am Client Rechner 1, und es werden dem Server Rechner 2 lediglich die eingetippten neuen Daten mitgeteilt. Hierdurch ergeben sich zwei Vorteile:

a) Die übertragene Datenmenge wird – im wesentlichen – auf die eigentlichen Nutzdaten reduziert; und
b) die Verzögerung zwischen einer Eingabe und der Reaktion des Server Rechners 2 wird reduziert.

1: Client Rechner
2: Server Rechner
3: Mobilfunk- und/oder terrestrisches Netzwerk
11: Optional Optimierung durch: ACK-Unterbindung, Redundanzfilter (z.B. Kompression), Caching, Umsetzung TCP/UDP, MTU Optimierung
12: Objektdatenbank (Grafiken, Bitmaps, Eingabesequenzen, Icons, Linien, Menüs, Korrelationen)
13: Optional Optimierung durch: ACK-Unterbindung, Redundanzfilter (z.B. Kompression), Caching, Umsetzung TCP/UDP, MTU Optimierung
14: Analysemessungen
S1: Input erfordert Daten des Servers? Falls nein: lokale Berechnung, Signalisierung zum Terminal und Information an S2, dass eine lokale Signalisierung erfolg ist
S2: Filterung von Signalisierungen, die bereits durch S1 gesteuert worden sind
S3: Untersucht den Input/Output des Client Rechners auf Korrelationen zur Bildschirmdarstellung (Trainiert die Datenbank automatisch)

Claims

Datenkommunikationssystem, mit mindestens einem Client (1), und mindestens einem Server (2) dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (S1) vorgesehen ist, mit welcher an einem Bildschirm des Clients (1) dargestellte Objekte in Abhängigkeit von vom Server (2) empfangenen Objekt-Steuerdaten steuerbar sind.
Datenkommunikationssystem nach Anspruch 1, bei welchem über die Objekte entsprechende Nutzdaten in den Client (1) eingebbar sind.
Datenkommunikationssystem nach Anspruch 2, bei welchem lediglich die eingegebenen Nutzdaten, nicht aber sonstige die Objekte kennzeichnende Daten vom Client (1) an den Server (2) übertragbar sind.
Datenkommunikationssystem, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem am Client (1) eingebbare Steuerdaten, die eine veränderte Darstellung der Objekte am Bildschirm des Clients hervorrufen sollen, – ohne vorherige Zwischenschaltung des Servers (2), bzw. ohne Abwarten einer Antwort vom Server (2) – eine veränderte Darstellung der Objekte am Bildschirm des Clients (1) bewirken.
Datenkommunikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Client (1) bzw. die Einrichtung (S1) und der Server (2) drahtlos miteinander verbunden sind.
Datenkommunikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Kommunikation zwischen dem Client (1) bzw. der Einrichtung (S1) und dem Server (2) unter Verwendung von dem UDP-Protokoll entsprechenden Daten-Paketen erfolgt.
Datenkommunikationssystem nach Anspruch 6, bei welchem bei der Übertragung der UDP-Pakete eine Kennung übertragbar ist, die anzeigt, wie viele UDP-Pakete zu einer zu übertragenden UDP-Paket-Serie gehören.
Datenkommunikationssystem nach Anspruch 7, bei welchem bei der Übertragung eines UDP-Pakets eine Kennung übertragbar ist, die anzeigt, um das wievielte UDP-Paket einer entsprechenden UDP-Paket-Serie es sich handelt.