SE456288B - Snabbsvarande interaktivt datorstott undervisningssystem - Google Patents

Description

456 288 2 Den snabbhet med vilken den centrala värddatorn besvarar elevens frågor och instruktioner är av central betydelse; eleven vill inte sitta sysslolös medan maskinen tar flera sekunder på sig för att presentera en ny bild eller för att svara på tangentbordsoperationer. Kort sagt kräver framgångrik interaktiv, datorbaserad undervisning svar på bråkdelar av en sekund och motsvarande snabbt frambringade skärmbilder.

De terminaler som används i PLATO-systemet kan vara relativt "dumma" eftersom de flesta applikationsprogrammen exekveras i den centrala värddatorn medan bildskärmsprogrammen exekveras i terminalen. Större delen av datatransmissionen mellan den centrala värddatorn och dess terminaler består i att sända till terminalen, via telefonledningar, den information som krävs för att framställa en bild och i att från teminalen till centraldatorn på samma ledningar sända det vad användaren knappar in på tangentbordet. Ekonomiska faktorer har historiskt dämpat möjligheterna att ställa de på en värddator baserade CBE-tjänsterna till förfogande för massanvändning. En första sådan ekonomiskt dämpande faktor har varit de stora hårdvarukostnaderna för en central värddator och dess tillhörande utrustning. På senare år har emellertid den teknologiska utvecklingen inneburit framställning av utrustning som har jämförbara prestanda och som i många fall kan framställas till väsentligt lägre kostnader. pen andra stora hämmande ekonomiska faktorn, datakommunikationen, har inte minskat i pris utan har i vissa fall ökat.

Telefonlinje-tarifferna är vanligen två eller tre gånger så stora som grundkostnaden för en terminals månatliga anslut- ningsavgift. Det är inte ovanligt att behöva betala mellan 250/500 S per terminal per månad för att få tillgång till ett på en central värddator baserat CBE-system men telefonlinje- kostnaderna kan öka denna månatliga kostnad till 1000-1200 $ per terminal per månad. Dessa höga kommunikationsavgifter förekommer trots att flera terminaler delar på en enda telefonlinje. 456 288 a Den faktor som begränsar det antal terminaler som kan dela på en telefonlinje är den datahastighet som linjen tål (t.ex. 9600 bitar per sekund). Det typiska i CBE-system är att framkanalen för dataflödet (dvs. från värddator till terminal) utövar den styrande funktionen snarare än att denna utförs av backkanalen för dataflödet (dvs. från terminal till värd- dator). Framkanalen för dataflödet i ett PLATO-CBE-system sker i medeltal med dataöverföringshastigheten 250/300 bitar per sekund per terminal. Räknat på ett belastningsfaktor om ca. 0.7 på en linje med dataöverföringshastigheten 9600 bitar per sekund kan 16-20 terminaler multiplexeras på en enda telefon- linje. I kontrast till detta utgör dataöverföringshastigheten för dataflödet i backkanalen i medeltal mindre än 20 bitar per sekund per terminal. Denna låga dataöverföringshastighet beror på att backkanalens dataflöde närapå uteslutande består av tangentnedtryckningsdata och därtill påhakade data avseende lämplig routing-information.

En annan faktor som har begränsat antalet terminaler som kan anslutas till en telefonlinje är den snabba svarstid som krävs för att tillfredsställa användaren. Ett bra system skall för eleven framstå som att det ger "omedelbara" svar på elevens frågor och instruktioner. En sådan svarsegenskap kräver att det inte uppstår eller åtminstone att det är ringa köbildning, pollning eller andra kommunikationsprotokoll, som innebär att användaren måste sitta och vänta på sin "tur". Medelvärdet på systemets svarstid till eleven bör vara några få tiondelar av en sekund (ca. 0.3 sekunder) innan systemet kan sägas vara sant "interaktivtfl I syfte att reducera de kommunikationskostnader som så att säga är inneboende i dagens värddatorbaserade CBE-system har man undersökt användning av möjligheten till datatransmission över någonting annat än telefonledningar. I vår amerikanska patentansökning 514 906 med titeln "Multiple Access Communication on a CATV Reverse Channel" beskrivs ett protokoll för användning av existerande CATV-kommunikations- kanaler. Detta system säkerställer snabba svarstider för 456 288 ' ' användaren.

För dataöverföring avsedda framkanaler som använder lokalt alstrade signaler av televisionstyp har även använts i PLATO- systemet vid Univertity of Illinois medan transmissionerna på backkanalen sker via telefonledningar. Detta system utnyttjar ett med tidsluckor arbetande datatransmissionsprotokoll, som avsevärt reducerar den trafikmängd som kan hanteras. Närmare bestämt tilldelades varje terminal i systemet en tidslucka och TV-signalen multiplexerades på tidsdelningsbas. Om det inte finns något data som skall sändas till en terminal eller om den datamängd som skall sändas är mindre än vad tidsdelningen skulle kunna medge slösades de tomma partierna i tidsluckan bort. Det antal terminaler som systemet kunde betjäna var mycket begränsat. Vidare var TV-signalalstringen begränsad i huvudsak till synhåll, vilket begränsade den potentiella användarbasen och systemet var dyrbart eftersom det tillsammans med alla övriga centrala databehandlingsapparater måste reproduceras på varje centralort.

Ett annat kommunikationssätt, t.ex. via satellit, har utforskats. Hitintills har satellittranspondrar varit sällsynta och dyrbara. Så är emellertid inte lägre fallet. En Tl-kanal (l.544 megabit per sekund) finns idag att tillgå för en rimlig kostnad. Den utrustning som krävs för att kommunicera med en satellit är dyr. I båda ändarna av kommunikationskanalen i ett klassiskt satellitsystem krävs kombinerade upp-länk- och ner-länkantenner för att åstadkomma tvåvägskommuníkation. En upp-länksantenn och tillhörande elektronik är dyrbar och kostar uppåt 3000$ per installation.

Nerlänksmottagaren är ca. en tiopotens billigare. Att distribuera CBE-data via satellit med användning av en standardinstallation skulle kräva en dyr upplänk på varje ort där det finns ett väsentligt antal användarterminaler. Ett problem är dessutom att tidsfördröjningen för tvåvägs data- transmission genom en'stationär satellit är ca. 0.25 sekunder.

Eftersom datainformationen skulle behöva gå genom framkanalen och backkanalen i ett sådant system skulle den totala tidsför- ' 456 288 5 dröjningen vara i storleksordningen 0.5 till 0.6 sekunder, dvs. nästan dubbelt så långsamt jämfört med vad användaren tycker är acceptabelt.

Ett föremål för föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förbättrat CBE-system i vilket kommunikationerna åstadkoms på det mest ekonomiska sättet.

Ett annat föremål för uppfinningen är att åstadkomma ett förbättrat CBE-system som utnyttjar satellitdatatransmisson men ändå medger optimalt snabba svar till användaren.

Ett annat föremål för uppfinningen är att åstadkomma ett på en central dator baserat CBE-system i vilket ett flertal avlägsna CBE-orter kan betjänas ekonomiskt via satellit från en enda central ort.

SAMMANDRAG AV UPPF INNINGEN Uppfinningen avser ett CBE-system som har snabbt gensvar och vars interaktiva vekan är inriktat på ett dator-människa- förhållande snarare än på ett dator/dator-förhållande. En stor central dator är anordnad att lagra och verkställa utbild- ningsmjukvara och att tillhandahålla en datautgångsström med hög datahastighet. Den centrala datorn kommunicerar med ett flertal tangentbordmanövrerade bildskärmsterminaler som befinner sig på flera olika orter. Kommunikation i framåt- kanalen sker via en satellitlänk medan kommunikation i back- kanalen sker via en eller flera bestämda, landbasserade länkar (t.ex. telefonlinjer). Framåtkanalens satellitlänk accepterar dataströmhastigheter i storleksordningen flera megabits per sekund och länken betjänar tiotusentals användarterminaler via satellittransponder. Trots att backkanalens länk endast förmår acceptera dataströmhastigheter i storleksordningen kilobits per sekund kan den ta hand om utsignaler från hundratals användarteminaler eftersom de datahastigheter som användar- terminalerna avger är låga. ¿4se zss 6 Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan i anslutning till de bifogade ritningarna, i vilka fig. 1 är ett blockschema över ett CBE-system som konfigurerats i enlighet med uppfinningen, fig. 2 är ett blockschema som visar nätverksgränssnittenheten (NIU) . ' fig. 3 är ett blockschema över en standardgränssnitt-modul (SIM) som används för att konstruera det i fig. 1 visade systemet, fig.3a är ett mer detaljerat blockschema över den del i fig. 2 som visar kommunikationsstyrenheten, fig. 4 är en annan standard-modul, nämligen länkgränssnitt- modulen (LIM) som används vid konstruktionen av den i fig.l visade enheten, fig. 4a är ett mer detaljerat blockschema över den i fig.3 visade mikroprocessorenhet, fig. 5 är ett detaljerat blockschema över länkaccessenheten (LAU), fig. 6 är ett detaljerat blockschema över fjärr-länkaccess- enheten (RLAU), och fig. 7 är ett blockschema som visar en backkanal-koncentrator (Rcc) .

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Det CBE-system som utgör den föreliggande uppfinningen kommer att beskrivas med hänvisning till var och en av figurerna.

Först kommer systemets totala konfiguration att beskrivas och en redogörelse att lämnas för hur det fungerar på global 456 288 7 nivå. Därefter kommer var och en av de viktigare underheterna att beskrivas tillsammans med dessas kommunikationsprotokoll.

Slutligen kommer systemets protokoll och dataformat att beskrivas varigenom en klar bild av uppfinningen erhålls.

Fig. l visar en central dator 10. Denna består av en snabb central värddator och dess tillhörande periferiutrustningar såsom t.ex. disk-drive-enheter, yttre minnen etc., vilken gör det möjligt att ställa undervisningsmaterial av sofistikerad natur till förfogande för de individuella användarna, dvs. eleverna. I huvudsak allt vad gäller systemets lektionsgivning, behandling, statistisk analys och annan databehandling utförs inuti den centrala datorn 10. Den centrala datorn 10 avger väsentligen bildskärmskoder och övervakningsinstruktioner för nätverket. Bíldskärmskod är den kod som instruerar en elevter- minal beträffande formatet och innehållet av den information som skall visas på bildskärmen. Detta gör att dataflödes- mängden per terminal blir liten så möjligt och kräver att huvudddelen av behandlingen utförs inuti den centrala datorn 10. Oaktat det faktum att den centrala datorn 10 såsom sin huvuduppgift tillhandahåller bildskärmskod kan man statistiskt visa att varje terminal som kommunicerar med den centrala datorn 10 i medeltal kräver 250 bitar per sekund av framåt- kanaldata. I kontrast till detta kräver backkanalens data, vars huvuduppgift är att förmedla tangnetnedtryckningsinforma- tion, ca. 20 bitar per sekund per terminal.

Den centrala datorn 10 kommunicerar med nätverket via en nätverksgränssnitt-enhet (NIU) 12. NIU 12 utför ett antal uppgifter. Den mäter det utgående dataflödet för att tillför- säkra att ingen nedströms i nätverket belägen anordning övermatas med data som den inte kan hantera och den säkerställer en lämplig allokering av bandbredden för de olika terminalerna vid varje koncentrationspunkt i nätverket. NIU 12 ansvarar inte för lagring av stora datamängder. Denna uppgift falleri.stället.på den centrala datorn 10 som avger data till en enskild terminal endast när NIU 12 ger sitt tillstånd härtill. Vidare mottar NIU 12 alla data i backkanalen via 456 288 8 telefonledningar (t.ex. 14 och 16) och har vidare möjlighet till kryptering om så skulle erfordras för trafiken i fram- kanalen för dataflödet.

Ur fig. 2 framgår att NIU 12 mottar framkanalens dataflöde från den centrala datorn 10 via en bussledning 15. Backkana- lens dataflöde matas till den centrala datorn 10 via en buss- ledning 17. Ett I/0-gränssnitt 19 består väsentligen av ett med dubbla portar försett minne eller buffert som sänder och mottar 64-bit-ord till och från den centrala datorn 10. I/0- gränssnittet 19 mottar och lagrar 16-bit-ord från serie-gräns- snitt 21, 23 och sänder och mottar 16-bitord till och från en kommunikationsprocessor 13 via en bussledning 25 såsom gensvar på styrkommandon vilka mottas på en ledning 27. Kommuni- kationsprocessorn 13 är företrädesvis av typen Heurikon HK 68/M10 jämte tillhörande arbetsminne och styrenhetsmoduler.

Processorn l3 konfigurerar Tl-signalen med datahastigheten 1544 mbs genom att allokera data i enlighet med de regler som bestämts för varje nedströms i nätverket belägen anordning samt tillförsäkrar att ingen anordning överkörs med data.

Såsom kommer att framgå nedan konfigureras framkanalens data i block som har begränsat datainnehåll. Dessa block multi- plexeras och sänds i en obruten ström till användarter- minalerna. De individuella blocken sorteras av de nedströms belägna anordningarna i enlighet med den i blockens huvud (header) ingående informationen. Detta datatransmissionssätt är effektivt och medger att en Tl-bärvåg kan ta hand om dataflödet för upp till 4000 samtidigt i drift varande terminaler.

Ur fig. 1 framgår att utgången från NIU 12 går till en upplänk-sändare 18 vilken sänder Tl-signalen med datahastig- heten 1544 megabit per sekund till den stationära satelliten 20. Satelliten 20 ändrar signalens riktning mot ett antal fjärrbelägna nerlänk-mottagare 22, 24 etc. Varje nerlänk- mottagare leder T1- signalen till en motsvarande bussledning 29 som i sin tur matar signalen till en eller flera länk- accessenheter LAU 26, 28, 30, 32 etc. Varje LAU meger att ända f4se 288 9 upp till 255 "portar" kan anslutas till nätet. Exempelvis har LAU 26 255 utgångsledning 36 och varje sådan utgångsledning betecknas som en "port". Varje port kan ha en eller flera temínaler 38, 40 etc. beroende på hur ofta terminalerna används. Varje LAU återställer framtrafiken på sin ingående bussledning och koncentrerar dessutom backkanaltrafiken från varje terminal och sänder denna på en bestämd telefonledning, (t.ex. telefonledningen 14). Portarna 36 kan arbeta antingen med en dedicerad mod eller med uppringningsmod, dvs. de kan antingen vara fast uppkopplade eller kopplas via ett uppring- nings-telefonnät till de enskilda terminalerna.

Om abonnenttätheten är alltför låg för att rättfärdiga användning av en LAU kan en fjärrlänkaccessenhet RLAU 50 användas. En fjärrlänkaccessenhet ansluts till en LAU via en full duplex och för 9600 bit per sekund avsedd krets 52 och kan betjäna upp till 16 abonnenter. 16 RLAU-enheter kan anslutas till en enda LAU. En backkanalkoncentrator (RCC) 56 kan valfritt ingå och kan användas för att koncentrera back- kanalens dataströmmar från upp till 3 länkaccesenheter (765 abonnenterL Backkanalkoncentratorn är avsedd att användas i områden där mer än en länkaccessenhet förekommer. Den koncentrerade trafikströmmen från backkanalkoncentratorn 56 returneras till nätverksgränssnitt-enheten 12 på en bestämd telefonledning 16.

En elev inmönstrar på en terminal, t.ex. terminal 38. Denna inmönstringsinformation förmedlas via telefonledningen 14 och länkaccessenheten 26 till nätverksgränssnitt-enheten 12. NIU 12 förmedlar inmönstringsinformationen till den centrala datorn 10 som därefter initierareb begäran till terminalen 38 att ange den önskade lektionen. Nämnda begäran från den centrala datorn 10 matas via NIU 12 till upplänk-sändaren 18 och via satelliten 20 till samtliga nerlänk-mottagare 22, 24.

Den centrala datorn begäran addresseras så att endast den LAU 26 som hör samman med terminalen 38 mottar den nämnda begäran och förmedlar denna till terminalen 38. En interaktiv verkan, dialog, startas varvid eleven avger frågor och svar via den i 456 288 10 backriktningen gående bestämda telefonledningen medan data från den centrala datorn 10 går till terminalen 38 via satellitlänken 20.

Det ovanstående sättet att förmedla dataflöden har påtagliga ekonomiska fördelar jämfört med tidigare kända system. Såsom redan nämnts är det inte ovanligt att kostnaderna för tele- fonkommunikationerna vida överskrider månadskostnaden för en CBE-tjänst. I det föreliggande satellitbaserade systemet kan man, under förutsättning att ca. 6000 abonnenter förekommer, visa att hela kommunikationskostnaden per månad och terminal inte överskrider 10-12 $. Denna låga kostnad beror huvudsak- ligen på två effekter, nämligen möjligheten att tillgå en rymdtransponder till en ungefärig kostnad på 10.000 $ per månad och för det andra möjligheten att abonnera på bestämda ledningar till en kostnad 1.25-l.50$ per månad per mile (l.6 km). I de tidigare kända CBE-systemen, vilka uteslutande använder telefonnätet, medförde den relativt höga datahastig- heten i framkanalen en artificiell gräns på det antal terminaler som kan anslutas till en enda linje trots att varje terminals datahastighet i backkanalen var en storleksordning lägre. Genom att enligt uppfinningen (l) dela upp den med hög datahastighet gående framåtkanalens trafik i ett bredbandigt nätverk (som kan betjäna tiotusentals terminaler samtidigt över stora geografiska områden) och (2) använda relativt smalbandiga telefonlinjer för backkanalens dataflöden, kan de båda datakommunikationssystemens inneboende möjligheter maximeras. Det är viktigt att inse att detta kommunikations- protokoll är mest effektivt när terminalens dataflöde in i nätverket sker med relativt låg datahastighet, t.ex. tangent- nedtryckningsdata som framställs av en mänsklig operatör.

Närmare bestämt arbetar systemet på ett sätt som är noggrant konstruerat för att optimera människa-dator-datakommunika- tionslänken sett i motsats till dator-till-dator-kommunika- tion.

De underenheter som används för att konstruera länkaccessenhe- terna, fjärrlänkaccessenheterna och bakkanalkoncentratorerna 456 288 11 kommer att beskrivas närmare nedan. Två grundmoduler används: En seriegränssnitt-modul (SIM) 70 visad i fig. 3 och en länkgränssnitt-modul (LIM) 100 visad i fig. 4. Varje LIM används för att ansluta seriegränssnitt-modulerna till nätverket medan varje seriegränssnitt-modul utgör portar för anslutning av abonnenterna och ett backkanalgränssnitt. Ur fig. 3 framgår att dataflödet i framkanalen via en framkanal- förbindelse 72 matas parallellt till ett par kommunikations- styrenheter 74 och 76. Utsignalerna från dessa matas till en backkanalbussledning 78. Ingångs/utgångslednignarna 80 från varje kommunikationsstyrenhet 74 och 76 är anslutna till de individuella terminalerna och styr dessas dataflöden. Varje kommunikationsstyrenhet 74 och 76 visas i detalj i fig. 3a.

Varje kommunikatíonsstyrenhet innefattar en kommunikations- processor 81 som via ett bussarrangemang 82 är ansluten till ett par seriestyrenheter 83, 84. Varje seriestyrenhet kan förbindas med två terminaler. Ett läsminne (ROM) 85 lagrar programstyrningen för kommunikationsprocessorn 81 medan ett arbetsminne (RAM) 86 används för att lagra data som sänds till och från termínalerna. Slutligen är varje kommunikatíonsstyr- enhet försedd med en för backkanalbussen avsedd gränssnitt- modul 88, som tar emot backkanaltrafik och placerar denna på backkanalbussledningen 78. Varje kommunikationsprocessor 81 är företrädesvis en kommunikationsstyrenhet av typen 8344, vilken framställs av Intel Corporation. Seriestrenheterna 83 och 84 är företrädesvis multíprotokoll-seriestyrenheter av typen 8274 vilka även framställs av Intel Corporation. Varje seriegräns- snitt-modul SIM utför ett antal funktioner. Den återbildar information från framkanalen, lagrar denna och sänder till en av de terminaler den betjänar, backkanal-information som mottas från en tillhörande terminal lagras även och sänds via backkanalbussledningens gränssnitt till backkanalbussledning- en. Beroende på hur en konfigurations-strömställare 87 är inställd kan seriegränssnittmodulen även tjäna såsom en multiplex-koncentrator vilken koncentrerar information för ända upp till 16 terminaler för utsändning på en enda telefonlinje. I multiplex-moden är all information begränsad 456 283 12 till en port (t.ex. TO) och de övriga sju portarna (Tl - T7) används inte.

Backkanalbussgränssnittet 88 accepterar backkanaltrafik från kommunikationsprocessorn 81 och placerar den på backbussled- ningen 78. Backbussledningar 78 innehåller en "laddad" linje som när den är aktiverad spärrar överföring av information till bussledningen 78. Endast när den laddade linjen inte är aktiverad kan backkanalbussgränssnittet 88 få access till backbussledningen 78.

Fig. 4 visar att en länkgränssnitt-modul (LIM) innehåller två underenheter, nämligen en mikroprocessorenhet 102 och en förstärkare 104. Förstärkaren 104 buffrar enbart framkanalen och tillhandahåller effektförstärkning för all inkommande trafik för att på så sätt driva de till förstärkaren anslutna standardgränssnitt-modulerna. Mikroprocessorenheten 102 är ansluten till backkanalen och koncentrerar all backtrafik från de anslutna standardgränssnitt-modulerna och förmedlar denna trafik till backkanalen.

De enheter som ingår i mikroprocessorenheten 102 visas i fig. 4a och innefattar en mikroprocessor 106, ett läsminne 108, ett arbetsminne 110, en seriestyrenhet 112, ett backbussledning- gränssnitt 114 och en baud-rate-generator 116. Alla dessa enheter är hopkopplade med varandra via ett bussledningsnät 118. Mikroprocessorn 106 pollar via backbuss1edning-gränssnit- tet 114 varje ansluten SIM för att bestämma om dessa har data, som väntar på att bli sända. Om så är fallet accepterar mikro- processorn dessa data och lagrar de i arbetsminnet 110. Om den anslutna standardgränssnitt-modulen inte har några data att sända fortsätter mikroprocessorn 106 till nästföljande SIM till dess den har avslutat en hel krets. Baud-rate-generatorn 116 är väsentligen en generator som kan alstra fyra frekvenser och som är anordnad att alstra klockpulser med pulsfrekvenser- na 1200, 2400, 4800 och 9600 bitar per sekund. Dessa fyra klockhastigheter alstras kontinuerligt och överförs via back- bussledning-gränssnittet 114 till backbussledningen 78. Varje 456 288 13 SIM kan välja en av de fyra baud-hastigheterna. Varje port i ett SIM kan fjärr-konfigureras så att den accepterar en av dessa baudhastigheter och så att den sänder och mottager data med denna hastighet.

Fig. 5 visar en länkaccessenhet (LAU). Såsom nämnts ovan återbildar länkaccesenheten framåttrafiken från Tl-datalänken och koncentrerar backtrafiken för sändning på backkanalen.

Varje LAU består av ett flertal SIM-moduler som är kopplade mellan framkanalledaren 72 och backkanalbussledningen 78.

Såsom redan omnämnts tjänstgör varje LIM enbart som en effekt- förstärkare för framkanalens data medan dataroutning- funktionen åstadkoms i varje enskild SIM. Som nämnts ovan kan varje LAU styra in- och utflödet av data från upp till 255 enskilda portar.

Som framgår ur fig. 6 består varje fjärrlänkaccessenhet (RLAU) väsentligen av en LAU, som har konfigurerats så, att den medger anslutning av enbart 16 portar. Såsom tidigare nämnts används en RLAU för fjärrinstallationer där det finns några få terminaler. Den fungerar väsentligen på exakt samma sätt som länkaccessenheten. I fig. 6 visas backkanalkoncentratorn (RCC) vilken väsentligen innefattar två SIM-moduler som matar in data till en LIM-modul. Backkanalkoncentratorn har till funktion att kombinera dataströmmarna från ett flertal länk- accessenheter och att koncentrera dessa till ett dataflöde på en enda bestämd telefonlinje.

All datakommunikation inom systemet sker genom användning av block, som innehåller ett eller flera byten innehållande meddelandetrafik. För att reducera onödig datatrafik antas alla framkanalsändningar vara korrekt mottagna såvida inte en negativ bekräftelse mottas inom en rimlig tidsperiod som skall vara större än den maximala slingsändningstiden. Ett alternativt bekräftelse-protokoll, som reducerar det erfordrade dataflödet, antar även att alla sändningar har mottagits korrekt (såvida inte en negativ bekräftelse har mottagits) men när ett förutbestämt antal block inräknats 456 288 14 sänds ovillkorligen ett övervakningsblock som när det mottas begär en positiv bekräftelse. Kommunikationskanalens orubbade tillstånd provas således positivt på en intermittent basis.

Dessa inplicita bekräftelseprotokoll för mottagningskanalen är kritiska på grund av den påtagliga minskningen i det erfordrade dataflödet jämfört med system som kräver positiva bekräftelser efter varje block. I backkanalen är databelast- ningen avsevärt lägre och protokollet kräver att alla block bekräftas enskilt och den station från vilken trafiken utgår håller kvar den ursprungliga trafiken till dess meddelandet har mottagits korrekt vid mottagningsstationen.

Blocken är av två typer, nämligen informationsblock (I) eller övervakande informationsblock (S). I-block innehåller abonnenttrafik medan S-block innehåller övervakningsdata för styrning av nätverket. I framåtkanalen sänds alla I-block genom satellitlänken och via LAU-enheter till de adresserade portarna. Övervakningsblock sänds likaledes via satellitlänken till LAU-enheterna för övervakning och styrning av kanalen. I backkanalen sänds alla I-block från terminalerna till den centrala datorn över bestämda telefonledningar. Detta gäller även för vissa övervakningsblock från olika systemkomponenter.

I detta fall sänds emellertid även vissa av backkanalens över- vakningsblock i framriktningen för att övervaka och styra backkanalen. Av intresse i detta sammanhang är att i de flesta fall finns de hyrda linjerna tillgängliga på hel duplex-bas utan någon extra kostnad vilket gör att vissa av backkanalens övervakningsaktiviteter kan ske i backriktningen utan någon extra kostnad.

Framkanaltrafiken är packeterad i block som har följande format: 456 288 15 F AL AP C l FCS F l F = flaggbyte AL = byte för LAU-adress AP = adressbyte till port C = styr-byte I = informationsfält FCS = blockkontrollbyte Alla block börjar och slutar med ett flaggbyte, som vidare används för att bibehålla blocksynkronisering. Ett enda flagg- byte kan tjänstgöra såsom slutflagga för ett block och begynnelseflagga för nästföljande block. Flaggblocket är det enda block som kan innehålla 6 sucessiva 1-bitar.

AL-adressbytet specificerar den LAU som skall motta det enskilda blocket. LAU-adresserna sträcker sig från 0 till 254 varvid adressen 255 är en global adress, som accepteras av samtliga LAU-enheter som finns i nätverket. I LAU/RLAU- länkarna avlägsnar den adresserade LAU:n adressbytet från blocket innan blocket sänds till tillhörande RLAU. AP-adress- bytet specificerar vilken port på en LAU (eller RLAU) som skall motta blocket. Portadresserna går från O till 254, och adressen 255 är en global portadress, som instruerar LAU:n eller RLAU:n att leverera blocket till samtliga portar.

C-styrbytet specificerar blocktypen och sekvensnumret. Som nämnts ovan kan blocken vara av två slag, informationsblock eller övervakningsblock. En del av detta byte innehåller det sända blockets sekvensnummer N(S) i informationsblock eller övervakningsfunktionen i övervakningsblock. I den föredragna funktionsmoden är informationsblocken numrerade i sekvens från 0 till 63 medan övervakningsblocken inte innehåller något sekvensnummer.

Framkanalens I informationsfält innehåller den trafik- eller övervakningsinformation som specificeras av C-styrbytet. Detta fält kan innehålla många byten (t.ex. upp till 64) men är 456 288 16 vanligen begränsat till maximalt 12 trafikbyten. Det är viktigt att trafiken begränsas till små segment, eftersom detta gör att systemet kan arbeta med minsta möjliga tidsfördröjning såsom denna uppfattas vid användarterminalen.

Om NIU-enheten skulle sända långa datasegment till en enda terminal oavbrutet skulle de nedströms belägna terminalerna vara tvungna att vänta tills den uppströms belägna terminalen mottagit sin trafik. För att förhindra detta reglerar nätverksgränssnittenheten 12 utmatningen från den centrala datorn 10 så att antalet trafikbyten per block (och antalet block per sekund) i framkanalen begränsas. Eftersom framkanalen kan acceptera data med hastigheten 1,5 megabit per sekund upplever användarna inte någon fördröjning i framkanalens data när datat visas på användarnas terminaler.

Exakt samma problem förekommer i backkanalen. Varje terminals trafik förs in i en buffert i resp. backkanals länkaccessenhet LAU. Länkaccessenheten pollar (avfrågar) var och en av buffertarna och oberoende av antalet databyten som finns i bufferterna kommer länkaccessenheten att acceptera maximalt 12 byten vilka sänds tillbaka till nätverksgränssnitt-enheten 12 innan länkaccessenheten går till den nästföljande bufferten och denna startar. Trots att således blockens storlek tillåter betydligt större datasegment begränsar systemet sig själv, både i fram- och backkanalerna, till exakt fristående data- segment för att på så sätt undvika att svarstiden till användaren försämras. Detta skall ses i motsats till de tidigare kända nätverksprotokollen där man har försökt att så effektivt som möjligt utnyttja bandbredden genom att på "huvud"-informationen haka på så mycket data som möjligt för att reducera huvud-till-data-kvoten. Detta medför emellertid en längre fördröjning per block och medför oacceptabla väntetider för användaren. Övervakningsblocken utför ett antal funktioner som är viktiga för att systemet skall fungera korrekt. Exempelvis kan ett övervakningsblock ange att backkanalens mottagare är beredd, att backkanalens mottagare inte är beredd, att ett sekvensfel 456 288 17 har avkänts i backkanalen, att en adresserad framkanals enhet skall nollställa en feltillstånds-indikering, att data skall krypteras etc.

FCT-fältets kontrollbyte innehåller en kod, som kontrollerar blockets innehåll börjande från det första bytet av LAU- adressens byte och slutande med det sista bytet i informationsfältet. Dessa byten kan använda den cykliska redundanskontrollen (CRC), vilken är välkänd på detta teknik- område.

Varje port i nätverket håller ett mottaget sekvensnummer N(RL Detta nummer är det nummer som det nästföljande mottagna blocket beräknas ba. Detta nummer ökas med ett för varje mottaget block, som inte har något CRC-fel. Ett sekvenslel inträffar om ett ankommande block har ett sekvensnummer N(S) som inte överensstämmelse med N(RL Om ett CRC-fel detektekteras kasseras blocket och ett sekvensfel kommer till slut att uppträda. Porten kasserar alla block som inte har rätt sekvensnummer N(R). Porten kommer emellertid att acceptera övervakningsblock som följer på ett sekvensfel vilket medger att nätverksstyrningen bibehålls.

När ett sekvensfel uppträder kommer länkaccessenheten att via backkanalen till nätverksgränssnitt-enheten 12 sända ett "framkanalsekvensfel“-paket som innehåller sekvensnumret N(R) för det förväntade blocket. Enligt det föredragna funktions- sättet upprepas denna sändning en gång per halvsekund tills feltillståndet undanröjts. NIU 12 håller ett sändnings- sekvensnummer N(S) och en kopia av N(R) för varje port i nätverket. N(S) ökas med ett efter varje sänt block. Nätverks- gränssnitt-enheten 12 kan begära en uppdaterad kopia av N(R) genom att sända en övervakningsbegäran som begär denna information. Den på så sätt adresserade porten svarar med ett uppdaterat sekvensnummer N(RL NIU 12 håller en kopia av de två sista sekundernas trafik och om inte något fel rapporteras vid detta tillfälle kasseras de äldsta blocken och nya block adderas till posten.

N 456 288 18 Med avseende på backkanalen används något annorlunda blockkon- figurationer. Alla backkanaler utom LAU/RLAU-länkarna är av typen full-duplex. Den primära backkanalen leder trafik i riktning mot NIU 12 medan den sekundära backkanalen leder övervakningsinformation i framriktningen och används för att styra trafikflödet i den primära backkanalen. I LAU/RLAU- länkarna leder även framkanalen övervakningsinformation. Den primära backkanalens trafik sammanlagras i block som har följande format: I \ F C I FCS ' I F = flaggbyte C = kontrollbyte I = informationsblock FCS = blockkontrollsekvens F- och FCS-bytena har identisk form och fungerar på samma sätt som i framkanalblocken. C-kontrollbytet specificerar block- typen och innehåller blockets "sändningsekvensnummer" N(S) i informationgsblock eller övervakningsfunktionen i övervak- ningsblock. I-blocken är numrerade i sekvens från 0 tom. 63. Övervakningsblocken innehåller inte något sekvensnummer. En bit i detta byte är en poll-bit. Om ett block, i vilken denna bit är ställd till l-tillståndet mottas begärs att mottag- ningsstationen svarar med ett block, som innehåller mottag- ningssekvensnumret N(R).

Backkanalens övervakningsblock sänds på den sekundära back- kanalen och används för att styra operationerna mellan de olika enheterna i kanalen. Ett sådant block är "RRR“-övervak- ningsblocket, vilket specificerar att den primära backkanalens mottagare är beredd att motta trafik. Informationsfältet i detta block innehåller mottagningssekvensnumret N(R) hos den station som sänder "RRR". Detta block sänds normalt när mot- tagning sker av ett block i den primära backkanalen, i vilket block en poll-bit är l-ställd. Detta block är en bekräftelse 456 288 19 på att den station som sänder "RRR" korrekt har mottagit alla block fram till och med N(R-1) och att stationen är beredd att motta ytterligare block.

Ett “RRNR"-övervakningsblock specificerar att den primära backkanalens mottagare temporärt inte förmår motta ytterligare block. Ett sådant "RRNR"-övervakningsblock sänds normalt när en upptaget-betingelse inträffar, t.ex. "mottagarens buffert full". Ett "RREJ"-övervakningsblock (backkanal-kassering) används för att indikera att den station som sänder detta block har mottagit, i den primära backkanalen, ett block som innehåller ett sändningssekvensnummer N(S) som inte överensstämmer med det förväntade numret N(RL Informationsfältet i detta block innehåller sekvensnumret N(S) för det förväntade blocket.

Beträffande formatet för informationsblocket I i backkanalen kan detta block innehålla en eller flera byten av backtrafik- (t.ex. "paket") eller övervakningsdata. Paket från flera abonnenter kan förekomma i samma block. Paketformatet ser ut på följande sätt: T = pakettyp A = portadress till abonnent I = trafik T eller "typ"-delen av varje paket är olika beroende på om paketet är av informations- eller övervakningstyp. Om paketet är av informationstyp kan datat i T-partiet av paketet ange att det är fråga om "backtrafik med hög prioritet" eller att det är fråga om "backtrafik med låg prioritetfl Om T-partiet av paketet är av övervakningstyp kan det ange att framkanalens mottagare antingen är beredd eller icke beredd eller att ett framkanal-sekvensfel har detekterats.

Ett paket av typen "FRR" (framkanalens mottagare redo) i 456 288 20 specificerar att framkanalens mottagare är beredd att motta trafik. I-fältet i paketet innehåller framkanalens sekvens- nummer N(R) för den port som specificeras av adressbytet.

Detta paket sänds normalt vid mottagning av ett POLL-block i framkanalen. Detta paket utgör en bekräftelse på att den port som sänder FRR-paketet har mottagit alla tidigare sända framkanalblock. FRR-paketet används även för att ange när en port är beredd att återuppta mottagningstrafik efter en betingelse med temporärt upptagen.

Ett paket av typen “FRNR“-(framkanalens mottagare ej redo) specificerar att framkanalens mottagare temporärt inte kan motta ytterligare informationsblock. Detta paket tillsammans med FRR-paketet utgör det organ som implementerar styrningen av framkanalens dataflöde. Slutligen anger ett paket av typen “FREJ" (framkanal-kassering) att den port som sänder ut detta paket har mottagit, på framkanalen, ett block innehåller ett sändningssekvensnummer som inte överensstämmer med det förväntade numret. Detta pakets instruktionsfältparti innehåller mottagningssekvensnumret N(R) för det förväntade blocket.

De ovan nämnda paketen används för att styra dataflödet i backkanalen. Abonnenttrafik som i backkanalen kommer till en port i nätverket sätts samman till block och sänds till den centrala datorn på backkanalen. Elocken sänds från station till station och block som mottas felfritt vid en station sänds vidare till nästföljande station. Varje station håller ett mottagningssekvensnummer N(R) som är numret för näst- följande block som förväntas bli mottaget på primärkanalen.

Varje station håller även ett sändníngssekvensnummer N(S) som är numret för nästföljande block som skall sändas i framkanalen. Om en station mottar ett block som innehåller ett sekvensfel kasseras blocket och N(R) stegas inte fram för detta block eller för något efterföljande förrän det kommer ett block, som innehåller det korrekta sändningssekvensnumret N(S). När ett sändningssekvensfel uppträder sänder mottag- ningsstationen omedelbart ett RREJ-block i backkanalen i 456 288 21 riktning mot den station som ursprungligen sände blocket. När detta RREJ-block mottas återutsänder den sändande stationen all trafik med början från det block N(R) som ingick i det just mottagna RREJ-blocket. Varje station har ett tidur, vilket har ett period som är större än slingtransmissionstiden till nästföljande station. För varje sänt block återställs detta tidur till perioden. Om tiduret skulle löpa ut medan block ännu väntar kommer den sändande stationen att sända ut ett övervakningsblock med POLL-biten l-ställd vilket innebär en begäran till mottagningsstationen att svara med N(R). Om en sändande station mottar ett RRNR-block slutar den sändningen tills ett RRR-block mottas.

Den ovanstående beskrivningen syftar till att klargöra hur nättrafiken fungerar men beskrivningen är inte avsedd att begränsa uppfinningen till den beskrivna funktionen utan många modifieringar kan göras, vilket fackmannen inser. Exempelvis kan man i stället för de beskrivna telefonledningarna, vilka utgör den huvudsakliga transmissionsledningen, använda andra för långdistans avsedda kommunikationsmedier vilka på samma gynnsamma ekonomiska sätt medger hantering av datahastigheter pá flera kilobit per sekund.

Claims (12)

456 288 22 PATENTKRAV

1. Snabbsvarande, interaktivt, datorstött undervisnings- system innefattande en central dator (10, 12) anordnad att lagra och exekvera undervisningsmjukvara och att åstadkomma dataflöde med hög datahastighet i en framkanal, vilket dataflöde till över- vägande delen är kodade datasekvenser, som skall visas på en mottagande bildskärmsterminal (38), ett flertal fjärrbelägna, tangentbordsmanövrerade använ- darbildskärmsterminaler (0.“.l5) avsedda att mottaga partier av dataflödet för att visa partier av dessa och för att såsom utgående information avge av användaren initierade tangentned- tryckningsdata, varvid datahastigheten för nämnda tangentned- tryckningsdata är en bråkdel av datahastigheten för de data som utgår från den centrala datorn, för datakommunikation med hög hastighet avsedda kommunikationsorgan (18, 20, 24) avsedda att i en riktning sända framkanaldataflödet till terminalerna, vilka kommuni- kationsorgan innefattar sändarorgan (18) för sändning på en upplänk till en satellit och åtminstone ett mottagarorgan (24) för mottagning på en nerlänk från satelliten och landbaserade kommunikationsorgan (l4,16) innefattande en backkanal för sändning av tangentnedtryckningsdatana från de olika bildskärmsterminalerna till den centrala datorn.

2. , Snabbsvarande, interaktivt, datorstött undervisnings- system enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att dataflödet i framkanalen är i form av seriella multiplexerade datablock där varje block innehåller huvud-information som designerar den avsedda mottagaren av blocket.

3. ~ Snabbsvarande, interaktivt datorstött undervisningssystem enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att upplänk- och nerlänkstationerna är avsedda för dataöverföring i en riktning genom framkanalen.

4. , ïsnabbsvarande, interaktivt datorstött undervisningssystem 4s6 288 23 i enligt något eller några av de föregående kraven, k ä n n e- t e c k n a t av att mottagningsorganen för mottagning från satelliten på nerlänken innefattar: accessorgan (26, 28, 30 etc) för distribuering av framkanaldata till anslutna terminaler, vilket länkaccessorgan är anordnat att sortera datablock baserat på huvud- informationen.

5. snabbsvarande, interaktivt datorstött undervisningssystem enligt något eller några av de föregående kraven, k ä n n e- t e c k n a t av att nämnda accessorgan (26, 28, 30 etc) är anordnat att motta och lagra information från varje ansluten terminal och att sammanställa backkanal-paket från nämnda information, varvid varje datapaket är begränsat till en förutbestämd informationsmängd oaktat den mängd information som mottas från nämnda terminal.

6. Snabbsvarande, interaktivt datorstött undervisningssystem enligt något eller några av de föregående kraven, k ä n n e- t e c k n a t av att nämnda accessorgan (26, 28, 30 etc) i sekvens pollar den lagrade information som mottas från varje ansluten terminal (0~.15L sammanställer och sänder backkanal-datapaket av begränsad längd härledda ur den lagrade inforamtionen samt fortsätter den sekvensiella pollningen tills all lagrad information från dess anslutna terminaler har konfigurerats till backkanal-datapaket av begränsad datalängd.

7. Snabbsvarande, interaktivt datorstött undervisningssystem enligt något eller några av de föregående kraven, k ä n n e- t e c k n a t av att nämnda framkanal- och backkanal- dataflöden innehåller multiplexerade datablock av begränsad längd, vilka datablock inte innehåller mer än en förutbestämd meddelandelängd för eller från varje terminal, varvid nämnda meddelandelängdbegränsning medger att systemet uppvisar snabba interaktiva svar.

8. Snabbsvarande, interaktivt datorstött undervisningssystem enligt något eller några av de föregående kraven, k ä n n e- 456 288 24 t e c k n a t av att varje datablock som är avsett för en enskild mottagare är försett med ett löpande blocknummer.

9. Snabbsvarande, interaktivt datorstött undervisningssystem enligt något eller några av de föregående kraven, varvid varje mottagningsorgan för mottagning från satelliten innefattar en nerlänk-antenn (22) och accessorgan, (26, 28, 30 etc) som är anslutna mellan antennen och ett flertal bildskärmsterminaler och som vidare är anslutna till kommunikationsorgan (14, 16, 56) i form av telefonledningar, vilka accessorgan är avsedda att lagra blocknumret för ett förväntat nästföljande datablock för en enskild mottagare och att avge en signal till telefonlednings~ kommunikationsorganen endast när ett mottaget löpande blocknummer inte överensstämmer med det lagrade förväntade blocknumret.

10. Snabbsvarande, interaktivt datorstött undervisníngssystem enligt något eller några av de föregående kraven, k ä n n e- t e c k n a t av att den centrala datorn (10, 12) efter sändning av ett förutbestämt antal datablock till accessorganet (26, 28, 30 etc) sänder ett särskilt block som uppmanar apcessorganet att bekräfta mottagningen av det särskilda blocket.

11. ll. Snabbsvarande, interaktivt datorstött undervisningssystem enligt något eller några av de föregående kraven, k ä n n e- t e c k n a t av att nämnda kommunikationsorgan (14, 16, 56) innefattar åtminstone en bestämd telefonlinje (14, 16) avsedd att sända data med en datasändningshastig-het som är en bråkdel av nämnda kommunikatíonsorgan för data-kommunikation med hög hastighet.

12. Sätt att åstadkomma ekonomisk datorstödd undervisning, k ä n n e t e c k n a t av lagring av för undervisningsändamål avsedd mjukvara i en dator. bildning av en utgående ström av för visning avsedd data 456 288 25 från den centrala datorn till ett flertal fjärrbelägna tangentbordsmanövrerade terminaler via en satellit-datalänk med datahastigheter på multimegabitbas, och bildning av en inkommande ström av användarframställd tangentnedtryckningsdata från terminalerna till datorn via en landbaserad kommunikationslänk med data-hastigheter i storleksordningen kilobit per sekund.