Diese Diplomarbeit hat das Ziel, ein Konzept zur Fernwartung von heterogenen ITInfrastrukturen zu erarbeiten und eine darauf basierende Implementierung zu beschreiben, welche von Systemintegratoren und Servicepartnern betrieben werden kann. Dabei sollen Geräte unterschiedlicher Herstellerfirmen, Type und Bauart unterstützt werden.
Eingangs werden der technische und wirtschaftliche Hintergrund beschrieben. Weiters erfolgt die Spezifikation der Anforderungen und deren Konzeptierung und Realisierung, sowie eine Darstellung der Hardware- und Softwarekomponenten.
Inhaltsverzeichnis
1 EINLEITUNG
2 STAND DER TECHNIK
2.1 Entwicklung der Ferndiagnose und Fernwartung
2.2 Remote-Service Angebot von Sun Microsystems
2.3 Remote-Service der StorageTek Corporation
3 PRÄZISIERUNG DER AUFGABENSTELLUNG
3.1 Funktionelle Anforderungen
3.2 Wirtschaftliche Anforderungen
3.3 Weitere Anforderungen
4 SYSTEMKONZEPT
4.1 Betrachtung möglicher Hardware Konzepte
4.2 Gegenüberstellung von Embedded Lösungen
4.2.1 TINI – Tiny Network Interface
4.2.2 RCM 2000 / RCM 3000
4.2.3 Auswahl der Hardware
4.3 Betrachtung möglicher Software Konzepte
4.4 Konzeptentscheidung
4.5 Funktion der Fernwartungseinheit
4.6 Der Aufbau der Fernwartungseinheit
5 DIE ETHERNUT HARDWARE UND SOFTWARE
5.1 Das System-Board
5.1.1 Der ATmega128 Microcontroller
5.1.2 Der LAN91C111 LAN Controller
5.1.3 SRAM und Flash Speicher
5.1.4 Der CPLD Adress-Decoder
5.2 Das Betriebssystem Nut/OS
5.2.1 Threads
5.2.2 Events
5.2.3 Speicherverwaltung
5.2.4 Ein/Ausgabe
5.2.5 Device Driver
5.3 Der Netzwerk-Stack Nut/Net
5.3.1 Data Link Layer
5.3.2 Network Layer
5.3.3 Transport Layer
5.3.4 Applikations-Layer
6 DIE ERWEITERUNGSPLATINE FÜR SERIELLE ANSCHLÜSSE
6.1 Die Hardware der Erweiterungsplatine
6.1.1 Design und Bauteilauswahl
6.1.2 Funktion und Aufbau
6.1.3 Der MAX3110E Serial Interface Bauteil
6.1.4 Bauteilliste der Erweiterungsplatine
6.2 Die Software für die Erweiterungsplatine
6.2.1 Ein-/Ausgabe über das Serial Peripheral Interface
6.2.2 Interrupt-Behandlung
6.2.3 Der Device-Driver
7 DIE APPLIKATIONSSOFTWARE DER FERNWARTUNGSEINHEIT
7.1 Das Konfigurationsprogramm
7.1.1 Globale Einstellungen
7.1.2 Gerätespezifische Einstellungen
7.1.3 Speicherung und Konvertierung der Einstellungen
7.1.4 Konfigurationsdaten in der Fernwartungseinheit
7.2 Das zentrale Steuerprogramm
7.3 Die aktiven Überwachungsprogramme
7.3.1 Der ICMP Echo Sender
7.3.2 Der Request/Response Sender
7.3.3 Der SNMP Request Sender
7.4 Die reaktiven Überwachungsprogramme
7.4.1 Der E-Mail Empfänger
7.4.2 Der SNMP-Trap Empfänger
7.5 Die Nachrichten-Sender
7.5.1 Der SMS-Sender
7.5.2 Der E-Mail-Sender
7.6 Die Benutzerschnittstelle
7.7 Der TFTP Server
8 SYSTEMINTEGRATION
9 TEST UND INBETRIEBNAHME
10 ZUSAMMENFASSUNG
10.1 Einschätzung der Ergebnisse
10.2 Mögliche Weiterentwicklungen an der Hardware
10.2.1 HW-Interrupt-Register auf der Erweiterungsplatine
10.2.2 Real Time Clock
10.3 Mögliche Weiterentwicklungen an der Software
10.3.1 Dynamische Konfigurationsänderungen
10.3.2 HTTP Server statt Telnet-Benutzerschnittstelle
10.3.3 Remote Software Update für die Fernwartungseinheit
10.3.4 Anschluss von speziellen Einzelgeräten
Zielsetzung & Themen
Ziel der Diplomarbeit ist die Entwicklung eines effizienten, kostengünstigen Konzepts zur Fernwartung heterogener IT-Infrastrukturen auf Basis von Embedded Systems, um die IT-Verfügbarkeit durch automatisierte Diagnose- und Benachrichtigungsprozesse zu erhöhen.
- Analyse technischer und wirtschaftlicher Anforderungen an Fernwartungseinheiten
- Evaluation und Auswahl geeigneter Embedded-Hardware-Plattformen
- Implementierung einer seriellen Erweiterungseinheit für diverse Diagnoseanschlüsse
- Entwicklung von Steuerungssoftware zur aktiven und reaktiven Überwachung (SNMP, ICMP, E-Mail)
- Konzeption eines PC-basierten Konfigurationsprogramms für das System
Auszug aus dem Buch
Die Ethernut Hardware und Software
Als Systemboard wird eine Ethernut Platine in der Version 2.1b verwendet, deren Kernkomponenten der ATMEL ATmega128 Microcontroller und der LAN91C111 Ethernet Controller von SMSC sind.
Der ATmega128 ist ein auf der AVR "enhanced RISC Architectur" basierender 8-bit CMOS Microcontroller. Die meisten Instruktionen werden in einem Takt-Zyklus ausgeführt, woraus sich eine Verarbeitungsgeschwindigkeit von fast 1 MIPS pro MHz ergibt. Der Chip verfügt über 128KB In-System programmierbares Flash Memory, welches als Programmspeicher verwendet wird, sowie 4KB SRAM und 4KB EEPROM als Datenspeicher. Von der Vielzahl der vorhandenen Zusatzfunktionen werden in der Fernwartungseinheit Timer, UART und SPI Interface verwendet.
Der LAN91C111 von SMSC ist ein in nur einem Bauteil implementierter Ethernet Controller, welcher sowohl die Geschwindigkeit von 10 Mbit/Sek. als auch 100 Mbit/Sek. unterstützt. Er besitzt 8 KByte internen Speicher für Sende- und Empfangspuffer, was dabei hilft, Paketverluste durch verzögerte Behandlung eines Interrupts zu minimieren.
Zusammenfassung der Kapitel
1 EINLEITUNG: Die Einleitung beleuchtet in kurzer Form den Hintergrund des Themas und den Konnex zu meinem Arbeitgeber Bacher Systems.
2 STAND DER TECHNIK: Hier wird ein Abriss über die technologische Entwicklung der Fernwartung gegeben. Weiters wird gezeigt, welche Produkte und Dienstleistungen namhafte IT-Hersteller heute vermarkten.
3 PRÄZISIERUNG DER AUFGABENSTELLUNG: Dieses Kapitel beschreibt die Anforderungen an eine Fernwartungseinheit, sowohl technisch-funktionell, als auch wirtschaftlich.
4 SYSTEMKONZEPT: In diesem Kapitel wird dargestellt, welche Konzepte zur Implementierung der Fernwartungseinheit umgesetzt werden können. Es werden verschiedene Konzepte und Gerätevarianten beschrieben.
5 DIE ETHERNUT HARDWARE UND SOFTWARE: Es werden die drei Komponenten gezeigt, welche die Basis für die Fernwartungseinheit bilden: Das System-Board, das Betriebssystem Nut/OS und der TCP/IP Stack Nut/Net.
6 DIE ERWEITERUNGSPLATINE FÜR SERIELLE ANSCHLÜSSE: Diese Hardware und die dazu notwendige Software wurden für die Fernwartungseinheit entwickelt. Hier werden das Design und die Funktion beschrieben und die Einbettung der Software in Nut/OS erklärt.
7 DIE APPLIKATIONSSOFTWARE DER FERNWARTUNGSEINHEIT: Aufsetzend auf die in den Kapiteln 5 und 6 beschriebene Hardware und Software wird die Implementierung der Funktionen der Fernwartungseinheit dargestellt. Dies umfasst auch das für PCs entwickelte Konfigurationsprogramm.
8 SYSTEMINTEGRATION: Hier wird zusammengefasst, in welche Phasen sich die Entwicklungsarbeit der Fernwartungseinheit aufteilte. Ferner wird die Vorgangsweise während des Integrationstests beschrieben.
9 TEST UND INBETRIEBNAHME: Die Tests der Hardware und Software sowie der verwendeten Hilfsprogramme werden hier erläutert.
10 ZUSAMMENFASSUNG: Es werden die ersten Testergebnisse dargelegt und Überlegungen zu möglichen Weiterentwicklungen der Hardware und Software der Fernwartungseinheit aufgezeigt.
Schlüsselwörter
Fernwartung, IT-Infrastruktur, Embedded Systems, Ethernut, ATmega128, SNMP, ICMP, SMTP, TCP/IP, Diagnosesoftware, Systemintegration, Hardware-Entwicklung, Überwachungssysteme, Nut/OS, Datenkommunikation.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Diplomarbeit befasst sich mit der Konzeption und Realisierung einer hardwarebasierten Fernwartungseinheit für heterogene IT-Umgebungen, um Geräte wie Server oder Speichersysteme effizient aus der Ferne zu überwachen.
Welche zentralen Themenfelder werden abgedeckt?
Im Zentrum stehen die Analyse bestehender Fernwartungsansätze, die Auswahl geeigneter Embedded-Hardware, die Entwicklung einer seriellen Erweiterungsplatine sowie die Programmierung der Steuerungssoftware für diverse Überwachungsprotokolle.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist die Schaffung einer kostengünstigen und zuverlässigen Fernwartungslösung, die als unabhängiges Gerät in Rechenzentren installiert werden kann, um beim Ausfall von IT-Komponenten sofort zu alarmieren.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Der Autor wählt einen systemtechnischen Entwicklungsansatz: Er analysiert die Anforderungen, evaluiert verschiedene Hardware-Konzepte (TINI, Rabbit, Ethernut), wählt die Ethernut-Plattform aus und führt eine methodische Systemintegration sowie Testreihen durch.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Hardware-Spezifikation (Ethernut, Erweiterungsplatine), die Software-Grundlagen (Nut/OS, TCP/IP Stack) sowie die detaillierte Beschreibung der Applikationssoftware, die Konfigurationsverwaltung und die Testphasen.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren das Projekt?
Wichtige Begriffe sind unter anderem Embedded Systems, SNMP (Simple Network Management Protocol), serielle Kommunikation über SPI, TCP/IP-Stack und die Automatisierung von Servicemeldungen.
Warum wurde Ethernut als Hardware-Plattform gewählt?
Die Wahl fiel auf Ethernut, da es den Anforderungen hinsichtlich Preis, offener Verfügbarkeit des Sourcecodes, der Flexibilität der SPI-Schnittstelle und der Portierbarkeit der Software ideal entsprach.
Welche Rolle spielt die serielle Erweiterungsplatine?
Die Erweiterungsplatine ermöglicht es, eine Vielzahl von Geräten über serielle RS232-Schnittstellen anzuschließen, was für die Kommunikation mit älteren oder spezifischen Systemen notwendig ist, die nicht direkt über LAN verwaltbar sind.
Wie werden Fehlersituationen an den Service-Partner übermittelt?
Die Fernwartungseinheit nutzt verschiedene Kanäle: Aktive Abfragen über ICMP oder SNMP und reaktive Überwachung via E-Mail oder SNMP-Traps führen bei Fehlern zum Versand von Alarmmeldungen per E-Mail oder SMS.
Welche zukünftigen Erweiterungen schlägt der Autor vor?
Vorgeschlagen werden unter anderem der Einbau einer Real-Time-Clock (RTC), ein dynamischerer Konfigurationszugriff, der Ersatz von Telnet durch einen HTTP-Server sowie die Implementierung einer Remote-Update-Funktion für die Software.
- Quote paper
- Dipl. Ing. (FH) Ernst Stippl (Author), 2005, Fernwartung für heterogene IT-Infrastrukturen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/72484
