ATM (Asynchronous Transfer Mode) wird zum Aufbau der Infrastruktur von Netzen eingesetzt. So sind glasfaserbasierte Backbones ein häufiger Einsatzort (Beispiel Charite).

ATM-Netztechnik ist, im Unterschied zu „Leitungsnetzen“ wie dem öffentlichen Telefon, ein „Paketnetz“. Das Leitungsnetz ist ein synchrones Übertragungsverfahren, bei dem die gesamte Bandbreite während der Verbindung zu Verfügung steht, egal ob sie andauernd genutzt wird oder nicht. Bei Paketnetzen werden Nutzdaten in Datenblöcke aufgeteilt und zum Ziel verschickt. Jedes Paket belegt nur so viel Bandbreite oder Zeit wie es zur Übertragung braucht.

Abbildung 10: Leitungs- und Paketvermittlung

Leitungsvermittelnde Netze stellen dem Teilnehmer eine bestimmte Bandbreite für eine relativ lange Zeit ständig zur Verfügung. Paketvermittelnde Netze dagegen befördern Signale stückweise und liefern sie stückweise an. Die Kapazität des Netzes kann dadurch erheblich effektiver ausgenutzt werden (Glaser 2001).

Bei der ATM Verbindung sind die Datenblöcke einheitlich groß. Sie werden als Zellen bezeichnet und haben die einheitliche Länge von 53 Byte. Davon sind 5 Byte für den Zellkopf, der die benötigten Steuerinformationen enthält. Die restlichen 48 Byte stehen für die Nutzerdaten zu Verfügung.

Abbildung 11 zeigt eine solche Zelle. Die Steuerinformation befindet sich im Zellkopf (Header). Dieser wird unterteilt in:

Generic Flow Control (GFC), der die Verkehrssteuerung zwischen Endgerät und Netzknoten fasst,

dem VPI/VCI Feld, von ihm hängen der Verbindungsaufbau und die Route ab,

dem Playload Type Identifier (PTI), der angibt, ob die Zelle Nutz- oder Verwaltungsdaten für die Knoten oder die Endgeräte beinhaltet, außerdem werden Hinweise über Überlastungssituationen im Netz transportiert,

dem Cell Loss Priority Feld (CLP), welches entscheidend dafür ist, ob eine Zelle bei Netzüberlastung verworfen werden kann oder nicht und

dem Header Error Control Feld (HEC), das zur Fehlererkennung im Header selbst dient.

Abbildung 11: Format einer Standard ATM-Zelle

Durch die Speicherung der Route im Zellkopf gehen die Zellen einen vorgeschriebenen Weg durch das Netz.

Sie werden ohne festen Bezug zu einem Zeitrahmen zu beliebigen Zeitpunkten im Raster des Netztaktes übertragen, d.h. immer wenn ein Weg ihrer vorgeschriebenen Route frei ist werden sie weitergeleitet.

Wie andere Netze auch bestehen ATM-Netze aus Netzknoten, Verbindungen zwischen den Knoten sowie Verbindungen zwischen Netzknoten und Endgerät beim Anwender. Das UNI (User Network Interface) bildet die Schnittstelle zum Anwender, das NNI (Network Node Interface) verbindet ATM-Netzknoten miteinander (Tillmann W 2000).

Über ATM-Netze können hohe Bandbreiten (bis zu n x 155 Mbit/s) erreicht werden, d.h., dass auch große Datenmengen in sog. „real time“ ( zeitgleich und in beide Richtungen) übertragen werden können.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass beim ATM-Netz die Daten mit verschiedener Priorität übertragen werden können. Insbesondere bei Videoverbindungen ist es möglich, die Anzahl der zu übertragenden Bilder pro Sekunde festzulegen. So kann z.B. das Bild des histologischen Präparates mit einer Übertragungsrate von 75% der Gesamtrate übertragen werden, das Bild der Pathologen nur mit einer Rate von 25%. Es gibt verschiedene Service-Klassen (Quality of Service = QoS), die bestimmte Durchsatzraten oder Mindestverzögerungsraten beim Datentransport zusichern. Auch die Rate an Datenverlust bei Netzbelastung wird hier festgelegt. Beim telepathologischen Schnellschnitt könnte somit die Übertragung vertraglich zugesichert werden. Zeitliche Verzögerungen durch Netzüberlastung sind ausgeschlossen.

Das Ethernet entstand schon sehr früh in der Geschichte der Computertechnik (1972). Ziel war es mehrere Computer innerhalb eines kleineren Bereiches zu vernetzen, um an mehreren Arbeitsplätzen Zugriff auf die gleichen Daten zu haben. Diese Art der Vernetzung wird auch als „local area network“ (LAN) bezeichnet. Das Ethernet ist nur eine, wenn auch die am weitesten verbreitetste Lösung für ein LAN. Es wird auch an der Charité eingesetzt.

Die Daten werden hier ebenfalls in Pakete unterteilt und mit Absende- und Zieladresse versehen. Jedes Paket sucht sich sein Ziel unabhängig von den anderen Paketen der gleichen Sendung. Die Menge der eigentlichen Nutzdaten kann zwischen 64 und 1500 Byte frei gewählt werden. Nach der Präambel, die im Wesentlichen der zeitlichen Synchronisation dient (7 Byte) und dem Startbyte folgen je 6 Byte für die Ziel- und Absenderadresse. In den folgenden 2 Byte wird die Länge des nachfolgenden Nutzdatenfeldes mitgeteilt. In den letzten 4 Byte wird ein Fehlercheck vorgenommen (Siehe Abb.12).

Abbildung 12: Rahmenstruktur des Ethernet Datensegments (Glaser W 2001)

Jeder Teilnehmer hat zu jedem beliebigen Zeitpunkt Zugriff auf die Leitung. Er muss, um alle Nachbarn zu erreichen, in alle Richtungen seine Daten einspeisen können. Dabei überwacht jeder Computer ständig die Netzbelastung selbst und sendet nur, wenn die Leitung nicht belegt ist. Kommt es doch zur Kollision der Daten, so stellt jeder Sender seine Datenübertragung ein und beginnt nach einer gewissen Wartezeit die Datenübertragung von neuem. Ursprünglich war das Ethernet für eine Übertragungskapazität von 10Mbit/s ausgelegt. Es wurde jedoch mittlerweile zum Gigabit-Ethernet weiter entwickelt, welches nach wie vor mit den gleichen Protokollen und gleichen Formaten der Datensegmente arbeitet.

Abbildung 13: Ethernet-Struktur

Das Internet ist ebenfalls ein paket-orientiertes Netz. Eine in den Browser des Computers eingegebene Internetadresse wird zunächst in kleine Datenpakete zerlegt und gelangt so zu dem jeweiligen Provider (Internet-Service-Anbieter). Der Computer, auf dem die Pakete eintreffen, wird Server genannt. Kann er die gewünschte Information nicht anbieten, so verschickt er die Pakete an weitere Server. Dabei werden Überlandleitungen, Seekabel, Satelliten u.s.w. genutzt. Die Datenpakete können, anders als beim ATM-Netz, völlig unterschiedliche Wege nehmen um das Ziel zu erreichen (siehe Abb. 14). Hindernisse auf dem Weg können so umgangen werden. Dabei dienen sogenannte Router als Wegweiser zum Ziel. Ist ein Server überlastet, oder kann er aus bestimmten Gründen die Pakete nicht weiterleiten, so senden die Router sie in eine andere Richtung. Diese Form der Datenübermittlung wurde ursprünglich (1957) für das Militär entwickelt, um ein stabiles Kommunikationsnetz auch im Kriegsfall zu besitzen, welches nicht auf eine zentrale Vermittlung zurückgreifen muss und auch dann noch selbständig einen Übertragungsweg findet, wenn einige Wege zerstört wurden.

Abbildung 14: ATM- und Internet-Verbindung

In der oberen Variante wird die gewünschte Verbindung zwischen A und B vor Beginn der Übertragung festgelegt. Jedes Datenpaket läuft bis zum Abschluss dieser Verbindung genau diesen Weg. In der unteren Variante sucht jedes Paket, ausgewiesen durch seine mitgeführte Adresse, sich seinen eigenen und momentan gerade freien und günstigen Weg (ausgezogene oder gestrichelte Linie).

Mit zunehmender Nutzung des Internets wurde ein Protokoll für Datenbündelung tabellein Netzwerken vereinbart. Es hat sich als TCP-Protokoll bis heute erhalten und regelt die Art, wie die einzelnen Datenpakete der verschiedenen über das Netz übertragenen Dienste organisiert und übertragen werden. Es wurde durch das IP-Protokoll ergänzt. Dieses definiert die Struktur und vor allem auch die Adressierung der Datenpakete im Netz. 1982 wurde das TPC/IP-Protokoll als Standard eingeführt (Glaser 2001).

Das TPS Vers. 1.5 ist ein von der Charité in Zusammenarbeit mit der Firma Leica Mikrosystems Wetzlar GmbH entwickeltes Telepathologie-System.

Abbildung 15. zeigt den schematischen Aufbau der Arbeitsplätze.

Abbildung 15: Schematischer Aufbau des TPS Vers. 1.5.

Das TPS-System besteht aus folgenden Komponenten:

• PC

• Mikroskop

• Mikroskopkamera

• Makroskop

• Netzverbindung

Die in der Studie verwendete Konfiguration ist in Tab. 9 aufgeführt.

Systemkomponente

Technische Spezifikation/ Bezeichnung

PC des Pathologen

Betriebssystem

Prozessor

Arbeitsspeicher

Festplatte/Speicher

Grafikkarte

Videokarte

Netzkarte

Monitor

Vidokonferenzsystem

Telepathologie-Software

Windows 95 B

Pentium II 400 MHz

128 MB RAM

C: 2GB, D: 3GB

Elsa Viktory Erazor LT

Winnov Videum Board PCI AV; Hardwaretyp 6.4; Software Version 2.7.2 Release

3Com fast EtherLink XL 10/100 Mb Ethernet

Belina 17“; 32 Bit Truecolor, 1152x864 Pixel; 75 Hz Bildwiederholfrequenz

Winnov-Videum

TPS Version 1.5 © Leica, Charité

PC im Schnellschnitt-Labor

Betriebssystem

Prozessor

Arbeitsspeicher

Festplatte/Speicher

Grafikkarte

Framegrabber

Videokarte

Netzkarte

Monitor

Videokonferenzsystem

Telepathologie-Software

Windows 95 B

Pentium II 400 MHz

128 MB RAM

C: 2GB, D: 3GB

Elsa Victory Erazor LT

Matrox Meteor PCI Frame Grabber

Winnov Videum Board PCI AV; Hardwaretyp 6.4; Software Version 2.7.2 Release

3Com fast EtherLink XL 10/100 Mb Ethernet

Belina 17“; 32 Bit Truecolor, 1152x864 Pixel; 75 Hz Bildwiederholfrequenz

Winnov-Videum

TPS Version 1.5 © Leica, Charité

Lautsprecher

Xonic SW60

Webcam

Philips, PCVC675K

Mikroskop

Leica DM RXA mit VMI via RS232

Leica

Mikroskopkamera

HITACHI HV-C2OM

3CCD

Bildaufnahmechip: ½“-CCD

Effektive Pixelzahl: PAL 762x508x3 (HxVxRGB)

Farbauflösung: 24 Bit true Color

Framegrabber: RGB

Autofokus

I-Sight Autofokus mit serieller Schnittstelle

Makroskop

Wolf Visulazer VZ 7b mit Durchlicht und Auflicht-Beleuchtung, Objektfeld von 325 mm x 240 mm bis 29 mm x 22 mm

1CCD-Kamera, 24 fach Zoom, manueller Fokus, 2 programmierbare Presets, tragbar

Verbindung mit PC: Composite Y/C und RGB-Ausgang, S-VHS und BNC Kabel

Netzverbindung:

Typ

WAN/ISDN, LAN

Geschwindigkeit

ISDN (n*64 Kbps)

LAN (100Mbps)

Tabelle 9: Konfiguration des TPS 1.5 Telepathologiesystem der Charité

Das TPS- Programm. lässt sich über die graphische Benutzeroberfläche bequem bedienen(Abb. 16).