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Die grünen Seiten
für die Aus- und
Weiterbildung
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Inhalt
Neue Dienste über
öffentliche Datennetze
Rainer Holtz
19/2007
91 Gebäudetechnik
Neue Dienste über
öffentliche Datennetze
95 Informationstechnik
LWL in
LAN-Datennetzen
[4]
Ob Gebäudesicherheit oder dezentrales Energiemanagement oder auch neue Formen des Fernsehens oder der
medizinischen Versorgung – alles haben diese Dienste
gemeinsam, den Datenaustausch über öffentliche Datennetze. Zu den Aufgaben des Elektrotechnikers gehört es
hierbei u. a., die erforderliche Infrastruktur zu schaffen
und seinen Kunden beratend zur Seite zu stehen.
Läuft der Einbau von Sicherheitssystemen bislang häufig auf
einen Kompromiss zwischen Notwendigkeit und Finanzierbarkeit hinaus, dürfte die Gebäudesicherheit sowohl im gewerblichen als auch im privaten Bereich dann an Bedeutung gewinnen, wenn die modernen Lösungen weniger aufwändig und
nicht so kostspielig sind wie die herkömmlichen.
Folgende Überwachungen
lassen sich heute schon realisieren:
• Videoüberwachung, z. B. mit IP-Kameras
• Feuchtigkeitsmeldung, z. B. zur Erkennung von Wasser in
Räumen (verursacht beispielsweise durch eine undichte
Waschmaschine)
• Einbruchüberwachung, z. B. durch Fensterkontakte, Bewegungsmelder
• Brandüberwachung durch Rauchmelder
Die Funktion und Reaktion im Fall einer Meldung kann der
Nutzer dieser Dienste über ein Web-Portal steuern, wo alle
Funktionen für die Sicherheitsüberwachung im Objekt dargestellt werden. Hierüber lassen sich auch die Sicherheitssysteme
aktivieren oder der Alarm abschalten.
Neue Möglichkeiten bei der
Gebäudesicherheit
Internetportal des
Eine echte Alternative zu klassischen SicheDienstanbieters
rungssystemen wie Einbruch- und BrandmeldeDienste
anlagen mit Zentrale und Meldern ist, die
Server
Gebäudesicherheit als Dienstleistung zu realisieInternet
ren. Das bedeutet, dass sich die Technik im
Gebäude auf die erforderlichen Melder reduziert, z. B. für Brand und/oder Einbruch. Diese
Melder werden dann auf ein einheitliches
System wie KNX(EIB) oder IP-Netze1) aufgeschaltet. Insbesondere die IP-Technik öffnet den
Weg zu dieser neuen Dienstleistung, bei der die
Melder im Gebäude über eine Auswerteeinrichtung an eine bestehende Internetverbindung auf- Bild 1: Über eine Auswerteeinrichtung und eine Internetverbindung zum Server
zuschalten sind (Bild 1). Das IP-Netz verbindet eines Dienstleisters geschaltete Melder z. B. für Brand und/oder Einbruch sowie
dann die Zentrale mit einem Dienstleister, der Weiterleitung des Alarms an das/die Endgerät(e) des Nutzers
die Gebäudeüberwachung übernimmt und bei
Für die Nutzung derartiger Dienste muss das zu schützeneinem Alarm entsprechend reagiert – im einfachsten Fall
de bzw. zu überwachende Gebäude mit entsprechender Techdurch Versendung einer Mitteilung, z. B. auf eine hinterlegte
nik ausgerüstet sein. Die erforderliche Infrastruktur lässt sich
Mobilfunkrufnummer. Je nach Art der eingesetzten Melder
bereits beim Bau planen oder auch zu einem späteren Zeiterscheint dann im Handydisplay die Mitteilung, ggf. auch mit
punkt vorsehen.
Bild.
1) IP = Internet Protocol
Dipl.-Ing. Rainer Holtz arbeitet als Fachlehrer am Bundestechnologiezentrum für Elektro- und Informationstechnik in Oldenburg
(bfe)
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Dezentrales Energiemanagement
Stetig steigende Energiekosten bewirken, dass die privaten
und gewerblichen Verbraucher verstärkt Energie einsparen.
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Dazu kann auch das dezentrale Energiemanagement beitragen
durch
• Steuerung von Verbrauchern und
• Steuerung von Generatoren.
Steuerung von Verbrauchern
Eine zentrale Frage der nahen Zukunft lautet, wie sich der
Energieverbrauch senken und steuern lässt. Zu vermuten ist,
dass die Energieversorger irgendwann aktiv in den Energiebedarf eingreifen – z. B. in der Mittagszeit, wenn der Energiebedarf deutlich ansteigt und die Energieversorger häufig
zusätzliche Stromerzeuger zuschalten müssen. Zum Abfangen
derartiger Netzspitzen müssten also bestimmte Verbraucher in
den Haushalten in ihrem Verbrauchsverhalten beeinflusst, also
in der Leistung heruntergeregelt werden. Das ist denkbar, denn
viele Geräte und Maschinen können für eine bestimmte Zeit
auch mit 90 % der Nennleistung arbeiten, ohne dass dies ihre
Funktion beeinträchtigt. Hochgerechnet auf die privaten und
gewerblichen Verbraucher würde sich ein enormes Sparpotenzial ergeben. Diese Funktion lässt sich über entsprechende
Internetzugänge auf der Basis von IP-Netzen realisieren – vorausgesetzt, die Infrastruktur in den Gebäuden ist dafür ausgelegt und es werden Geräte genutzt, die ein Energiemanagement
über z. B. Netzwerkanschlüsse ermöglichen. Vor allem die
Netzwerkfähigkeit von Hausgeräten gilt nicht mehr als ungewöhnlich.
Wird ein elektronischer Energiezähler eingesetzt, können
die Energieversorger die Abrechnung deutlich einfacher und
direkt mit dem Kunden abwickeln. Andererseits lassen sich
durch die permanente Verbrauchdatenerfassung Tarife für
bestimmte Tageszeiten exakt definieren.
Steuerung von Generatoren
Die Bedeutung dieser Dienstleistung zeigt sich vorrangig am
Beispiel der Brennstoffzelle, die beim Heizen elektrischen
Strom erzeugt. Weil man aber nicht grundsätzlich davon ausgehen kann, dass zum Zeitpunkt der Erzeugung die Energie
auch am Standort abgenommen wird, muss die elektrische
Energie – wie bei den meisten Photovoltaikanlagen auch – in
das öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Sollten die
Brennstoffzellen verstärkt in die privaten Haushalte Einzug
halten, entstünden extrem viele weit verteilte Kleinkraftwerke.
Speisen diese völlig unkontrolliert Strom in das Netz der Energieversorger ein, dürften Probleme vorhersehbar sein. Abhilfe
verspricht hier ein Managementsystem, das diese Situation für
alle Seiten einvernehmlich regelt. Auch diese Funktion ist
Bestandteil der zukünftigen Dienste innerhalb öffentlicher
Datennetze.
Die neue Art des Fernsehens
Bei IPTV (Internet Protocol Television) handelt es sich um die
auf dem IP-Standard basierende Übertragung von Audio- und
Videosignalen in TV-Qualität auf einen Fernseher. Weil hierbei
die Ausstrahlung in kontrollierten Netzen stattfinden kann,
können also nur bestimmte Nutzer das Signal empfangen –
d. h., ein globaler Empfang wie im Internet lässt sich somit verhindern. Anbieter von IPTV sind Telekommunikationsunternehmen wie die Deutsche Telekom oder Arcor, die DSL-Internetzugänge anbieten. IPTV bietet z. B. folgende Vorteile:
• Interaktivität durch den Rückkanal (die Fernsehprogramme
können interaktive Elemente enthalten, die den Zuschauer
einbeziehen)
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GEBÄUDETECHNIK
• Video on Demand (damit kann der Zuschauer Filme und
Sendungen auswählen, wann und zu welchem Thema er
möchte)
• Mittels eines Digitalen Videorecorders lässt sich das Programm auf einer Festplatte aufnehmen. Timeshifting, also
zeitversetztes Fernsehen wird dadurch ebenfalls möglich.
• Elektronische Programmführer (EPG) geben eine gute und
individuelle Übersicht über das Fernsehprogramm. So lässt
sich z. B. das Angebot nach Genres oder anderen Schlüsselwörtern filtern und aufnehmen.
• IPTV lässt sich auch auf einem PC empfangen. Außerdem ist
man nicht mehr an einen Kabelanschluss gebunden, sondern
kann auch mobil fernsehen.
• Es gibt bei den Sendern praktisch keine Begrenzung. Neben
den herkömmlichen Programmen werden viele Spartenprogramme entstehen, die eine Vielzahl an Inhalten anbieten.
Zum Empfang von IPTV auf einem Fernseher wird eine SetTop-Box benötigt, die das DSL-Videosignal in ein analoges Signal umwandelt – also in eines, das der Fernseher versteht. Die
Set-Top-Box verfügt über einen Netzwerkwerkanschluss zum
Verbinden mit dem DSL-Router. Da IPTV in TV-Qualität übertragen wird, ist ein DSL-Anschluss in der Kategorie DSL 6000
erforderlich, damit Fernsehen, Internet und andere Dienste
über die Telefonleitung parallel genutzt werden können. Letztlich muss man Kunde eines Providers sein, der Fernsehen über
IP ausstrahlt.
Problem 1: Interaktion mit dem TV-System
IPTV ermöglicht dem Nutzer eine echte Interaktion mit dem
TV-System. Die Kommunikation zwischen beiden wird über
eine grafische Nutzeroberfläche (GUI) realisiert, die nach ähnlichen Prinzipien wie im PC- oder Internet-Bereich funktioniert. Allerdings sind bei den interaktiven TV-Applikationen
einige Besonderheiten zu beachten.
• Beim klassischen Fernsehen ist die Mediennutzung auf passives und selektives Konsumieren ausgelegt. Daher sind der
Bildschirm und das Steuergerät, die Fernbedienung, auf diese
passive Nutzerrolle zugeschnitten.
• Der PC ist auf eine aktive Nutzerrolle zugeschnitten, d. h. für
eine interaktive Nutzung konzipiert.
Das grundlegende Problem für interaktives Fernsehen besteht
darin, dass die Benutzeroberflächen an diese eingeschränkten
Möglichkeiten anzupassen sind.
Problem 2: Der Fernseher als Endgerät
Beim Fernseher gilt es zu bedenken,
• dass der in einem gewissen Abstand vom Zuschauer entfernt
stehende TV-Bildschirm eine wesentlich geringere Auflösung
als ein Computermonitor hat,
• dass der TV-Bildschirm mit einem Verfahren arbeitet, bei
dem ein Bild aus zwei ineinander geschobenen Halbbildern
besteht, wodurch das TV-Bild etwas weich gezeichnet dargestellt wird und
• dass nicht die volle Bildgröße verwendet werden kann, da
verschiedene TV-Geräte unterschiedlich viel vom verfügbaren Bild darstellen. Wichtige Informationen und Navigationselemente sind innerhalb eines sicheren Bereiches (Save
Area) auf dem Screen zu platzieren, damit man sicher
davon ausgehen kann, dass sie auch auf jedem TV-Gerät
angezeigt werden. Diese Safe Area ist ca. 10 % kleiner als
das gesamte Bild. Um etwas Abstand zum Rand zu lassen,
sollte der Gestaltungsbereich ca. 80 % der gesamten Screengröße betragen. So bleibt beim so genannten TV-Standard
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PAL (720 x 576 Pixel) ein
576 x 460 Pixel großer
Bereich übrig, der sich für
die Benutzeroberfläche
nutzen lässt.
Problem 3: Die Steuerung
über eine normale Fernbedienung
Für die Steuerung einer
interaktiven Applikation,
also zur Navigation durch
die Benutzeroberfläche,
muss eine herkömmliche
Fernbedienung genügen
(Bild 2). Denn man kann
in der Regel nicht voraussetzen, dass die Nutzer
eine Tastatur an das TVSet anschließen oder eine
Fernbedienung mit integrierter Tastatur bzw. mit
Trackball zur Steuerung
Bild 2: Universalfernbedienung
des Mauszeigers verwen»Prestigo SRU 9600« von Philips
den.
mit berührungsempfindlichem
Für die Navigation
LCD-Touchscreen
mittels Fernbedienung stehen meist lediglich die folgenden Tasten zur Verfügung: Die
vier Pfeiltasten (oben, unten, rechts, links) mit der »OK«-Taste
in der Mitte, die vier farbigen Funktionstasten (rot, grün, gelb,
blau) und der Nummernblock mit den Zahlentasten von 0 bis 9.
Außerdem erlaubt die Fernbedienung oft auch eine alphanumerische Eingabe, d.h., Texteingaben können wie bei einem
Handy über die Nummerntasten vorgenommen werden.
Problem 4: Einfache Nutzeroberfläche
Auf einem neu entstehenden Markt wie IPTV sollten die Nutzer nicht durch eine benutzerunfreundliche grafische Nutzeroberfläche verärgert werden. Deswegen gilt es, die interaktiven
Anwendungen auf dem TV so einfach wie möglich aufzubauen. Tiefe und komplexe Menüstrukturen sollten tabu und die
Inhalte mit wenigen Klicks erreichbar sein. Auch die Ladezeit
von Bildern und Videos spielt dabei eine Rolle. Da die Anwendungen aus der Ferne bedient werden, ist es außerdem wichtig,
dass die Nutzer ein Feedback über die von ihnen ausgeführten
Aktionen erhalten. Da kein Mauszeiger zur Navigation verwendet wird, sollte der Nutzer trotzdem immer erkennen können, wo er sich gerade mit dem imaginären Cursor befindet,
welche Funktion er ausgelöst hat oder in welchem Bereich der
Anwendung er sich befindet.
Der breite Einsatz von grafischen Nutzeroberflächen im
TV ist ein Novum. Zwar kennen viele bereits das Abrufen des
Videotextes oder das Programmieren eines Videorekorders
mittels einer grafischen Nutzeroberfläche, aber beim täglichen
Fernsehen kommt man bisher gänzlich ohne das alles aus.
IPTV und dessen Möglichkeiten sind ohne grafische Nutzeroberflächen jedoch nicht vorstellbar. Eine große Herausforderung wird es sein, Oberflächen zu entwickeln, die trotz komplexer Operationen eine sehr einfache Handhabung gewährleisten. Die interaktive Mediennutzung soll sich schließlich in der
breiten Masse durchsetzen und nicht nur für »Technik-Freaks«
interessant sein. Hier liegt also ein entscheidender Faktor für
den Erfolg des neuen interaktiven Fernsehens.
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GEBÄUDETECHNIK
E-Health, Gesundheitsüberwachung
Aufgrund der angespannten Kostensituation im Gesundheitswesen werden u. a. kurze Krankenhausaufenthalte angestrebt.
Dies bedingt oft eine ambulante Nachbehandlung. Nützlich
kann hierbei sein, wenn der behandelnde Arzt Informationen
über den sich in seiner privaten Umgebung aufhaltenden
Patienten abfragen kann. Die zur Indikation des Patientenzustandes erforderlichen Informationen wie Blutdruck, Zucker
oder auch des Gewichtes des Patienten legt dabei der Arzt fest.
Technisch lassen sich viele Daten auf elektronischem Weg
abfragen und auswerten – auch wenn der Patient zur Nachbehandlung nicht selbst zum Arzt oder in die Klinik kommen
kann.
• Wellness
– Fitnessprogramme
– Ergometersteuerung
– Saunaüberwachung
– Schwimmbadtemperatur
• Gesundheit
– Gewichtsüberwachung
– Blutdruckmessung
– Pulsüberwachung
– EKG
Bild 3: E-Health bedeutet elektronische Gesundheitsüberwachung, z. B. über ein Internetportal
Machbar ist, dass der Patient oder ein Angehöriger diese
Daten über ein Internetportal eingibt (Bild 3) und der behandelnde Arzt die Auswertung übernimmt sowie ggf. weitere
Schritte einleitet.
Neue Dienste im Gesundheitswesen
Die Krankenversicherungskarte enthält neben der Unterschrift
des Versicherten Angaben zum Familien- und Vornamen des
Versicherten, das Geburtsdatum, die Anschrift, Krankenversichertennummer, den Versichertenstatus, den Tag des Beginns
des Versicherungsschutzes, bei befristeter Gültigkeit der Karte
das Datum des Fristablaufs sowie Angaben zur ausstellenden
Krankenkasse einschließlich eines Kennzeichens für die Kassenärztliche Vereinigung, in deren Bezirk der Versicherte seinen
Wohnsitz hat.
Durch Hinzufügung von Lichtbild sowie Angaben zum
Geschlecht und zum Zuzahlungsstatus ergibt sich aus der
Krankenversicherungskarte die elektronische Patientenkarte,
auch Gesundheitskarte genannt (Bild 4). Die elektronische
Gesundheitskarte muss Authentifizierung, Verschlüsselung und
elektronische Signatur ermöglichen. Zunächst soll der Arzt
darauf Rezepte speichern können, später und nach und nach
auch Blutwerte, Diagnosen, Röntgenbilder sowie
• Notfalldaten: Blutgruppe und (Medikamenten-)Allergien
• Arzneimitteldaten: Medikamentenallergien und regelmäßig
eingenommene Medikamente
• Arztbriefe
• Patientenakte: Laborwerte, Impfungen, Diagnosen und
Röntgenbilder
Elektronische Rezepte
Mit Hilfe der Gesundheitskarte erhalten die Patienten in
Zukunft ihre Rezepte nicht mehr auf Papier, sondern in
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Erkennungsmerkmal:
das bei allen Karten einheitliche Markenzeichen
Personalisierungsfeld:
die Daten des Karteninhabers (Name, Krankenkasse, Kassennummer,
Versichertennummer)
Erkennungsmerkmal:
der bei allen Karten einheitliche Kartenname
Erkennungsmerkmal:
Kennzeichnung der Karte
in Blindenschrift
Personalisierungsfeld:
das Foto des Versicherten
Persönliche
Kennnummer:
die ersten
10 Stellen der
Krankenversichertennummer
Unterschriftenfeld und
Bestätigungstext
Kennnummer der Karte:
zum eindeutigen Abgleich
der Karteninformationen
EU-Emblem und Kürzel
des Kartenausgabestaates
Quelle: Bundesministerium für Gesundheit
Microchip mit
Verschlüsselungsfunktion
GEBÄUDETECHNIK
Kennnummer des Trägers:
zusammengesetzt aus dem
Institutionskennzeichen
der Krankenkasse und dem
Kürzel der Krankenkasse
Bild 4: Vor- und Rückseite der elektronischen so genannten Gesundheitskarte
elektronischer Form. So wird sich der Ablauf beim elektronischen Rezept in der Praxis gestalten:
• Beim Arzt: Der Arzt wählt ein Arzneimittel aus und erstellt
für den Patienten ein elektronisches Rezept. Dafür nutzt er
wie bisher seinen Computer. Der Arzt »unterschreibt« das
Rezept mit einer qualifizierten digitalen Signatur, die mit
Hilfe seines Heilberufsausweises erzeugt wird. Der Arzt übergibt das elektronische Rezept samt Signatur dem Versicherten. Dazu speichert er das Rezept entweder direkt auf der
Karte oder über eine sichere Netzverbindung auf einem
eRezept-Server. Zur Information des Versicherten kann ihm
der Arzt zusätzlich einen Papierbeleg mitgeben, der den
Namen des Medikaments, Angaben zur Dosierung und Einnahmehinweise enthält. Dieser Beleg, der kein gültiges
Rezept ist, dient allein der Information des Versicherten. Der
Versicherte kann nun das Rezept in einer Apotheke oder über
den Versandhandel einlösen.
• In der Apotheke: Der Versicherte übergibt das elektronische
Rezept dem Apotheker. Dafür überlässt er seine Gesundheitskarte dem Apotheker, der das Rezept entweder direkt
von der Karte oder vom eRezept-Server abruft. Für den
Zugriff auf das elektronische Rezept muss der Apotheker
seine Zugangsberechtigung mit seinem Heilberufsausweis
nachweisen. Der Apotheker prüft die digitale Signatur, übergibt dem Versicherten das Arzneimittel und löscht das
Rezept auf der elektronischen Gesundheitskarte oder auf
dem eRezept-Server, sodass es sich nicht erneut einlösen
lässt.
Gefahren bei der Speicherung von Gesundheitsdaten
im Internet
Da sich die Patientenakten wegen ihrer Menge nicht (zumindest derzeit nicht) auf der Gesundheitskarte der Patienten speichern lassen, müssten sie im Internet gespeichert werden. Eine
sichere Speicherung im Internet ist aber trotz Verschlüsselung
und Pseudonymisierung nicht möglich, denn alle Computer,
Server, Bridges, Switches usw. können erfolgreich angegriffen
werden. Hinzu kommt, dass sich die gespeicherten Patientendaten mit verschiedenen Daten verknüpfen ließen, wie beispielsweise
• der Mautdatenbank,
• den gespeicherten Verbindungsdaten der Telefongesellschaften,
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• dem Bankkonto,
• den Buchungsdaten von Flügen usw.
Damit können Fragen gestellt werden, z. B.:
• Wer wohnt in Köln?
• Wer hat im letzten Jahr mehr als 25 000 € verdient?
• Wer war zweimal in den USA?
• Wer fuhr mehr als fünfmal mit dem Auto nach Kaiserslautern?
• Wer telefoniert wöchentlich mit München?
• Wer leidet an Schwerhörigkeit?
Die elektronischen Patientenakten aller Deutschen sollen also
auf Servern im Internet gespeichert werden – zugreifbar für alle
Berechtigten wie Ärzte, Krankenhäuser, Krankenkassen oder –
zumindest teilweise – Apotheken, Labore usw. Angesichts der
Vielzahl Zugriffsberechtigter (etwa 80 Mio.) dürfte sich eine
hinreichend sichere Zugriffskontrolle nur schwer realisieren
lassen.
Nutzenargumentation
• Für den Arzt: Übersichtsinformation durch Einsicht in die
Vorbefunde der Kollegen, rechtssichere Dokumentation
durch signierte (nicht nachträglich änderbare) Befunddokumente; die Gesundheitsakte ist die ideale Grundlage für die
Zusammenarbeit zwischen niedergelassenen und stationär
tätigen Ärzten
• Für den Patienten: Raschere Diagnosen bei nachfolgenden
Untersuchungen, bessere Koordination der ärztlichen Therapien, Vermeidung unangenehmer Doppeluntersuchungen
• Für Krankenhäuser: Vorbefundet kommt der Patient in das
Krankenhaus und kann früher in einen ärztlich betreuten
Pflegedienst entlassen werden
• Für Krankenversicherungen: Gesundheitsökonomische Steuerungsdaten sowie Stützung und Verbesserung der Behandlungsqualität
• Für Apotheker: Rezepte in elektronischer Form
• Für die Pharmaindustrie: Sofern Ärzte und Patienten dies
wünschen, können Anwendungsbeobachtungen oder Studien
besser durchgeführt werden
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INFORMATIONSTECHNIK
LWL in LAN-Datennetzen
Teil 4: LWL-Messtechnik zur Abnahme und Fehlersuche
Werner Stelter
Dieser vierte Teil des Beitrags »LWL in LAN-Datennetzen«
behandelt die Messtechnik zu Abnahme und Fehlersuche
Quelle: bfe-Oldenburg
an LWL-Strecken in LAN-Datennetzen.
OTDR mit angeschlossener Vorlauffaser; das dargestellte OTDR
ermöglicht die Messung an Multimodefasern mit den Wellenlängen 850 nm und 1300 nm sowie an Einmodenfasern mit den
Wellenlängen 1310 nm und 1550 nm
Nach der Installation sind im Rahmen der Abnahmemessung
die LWL-Übertragungsstrecken zu messen. Hierbei gibt es zwei
Messmethoden:
Dipl.-Ing. Werner Stelter arbeitet als Fachdozent in der Abteilung
Informationstechnik am bfe-Oldenburg. Seit 1997 leitet er dort
Seminare zum Thema Lichtwellenleitertechnik.
Fortsetzung aus »de« 13-14/2007, S. 109
• Dämpfungsmessung mit Pegelsender und -messer,
• Rückstreumessung mit OTDR (Optical Time Domain Reflectometer).
Welches Verfahren bei der Abnahmemessung einzusetzen ist,
geht meistens aus dem Leistungsverzeichnis des Auftraggebers
hervor. Die Grenzwerte für Dämpfung und Reflexion der
installierten Übertragungsstrecken (Tabelle 6) und Verbindungselemente (Tabelle 7) legt DIN EN 50173-1 »Anwenderneutrale Kommunikationskabelanlagen« fest.
Die Übertragungsstrecke (Channel Link) beinhaltet per
Definition die installierte Strecke (Permanent Link) sowie Rangierkabel bzw. bei der Abnahmemessung Messkabel oder Vorund Nachlauffasern, die bei der OTDR-Messung die Bestimmung der Einfügedämpfung der Steckverbindungen an beiden
Enden ermöglichen.
Das Prüfverfahren selbst beschreibt DIN EN 50346 »Prüfen installierter Verkabelung«. In Abschnitt 6.4.1 wird auch
die Frage nach der ein- oder zweiseitigen Messung beantwortet: »Bei Glasfaserstrecken, die nur Verbindungstechnik am
nahen und fernen Ende enthält, braucht die Messung nur in
einer Richtung durchgeführt werden. Enthält die Verkabelung
jedoch Verbindungstechnik (Stecker oder Spleiße) zur Durchverbindung, muss die Prüfung in beiden Richtungen durchgeführt werden.«
Dämpfungsmessung mit Pegelsender
und -messgerät
Beim Messverfahren mit Pegelsender und -messer lässt sich die
Dämpfung zwischen zwei Punkten sehr genau bestimmen.
Moderne Geräte ermöglichen sogar, die installierte Faser- bzw.
Kabellänge mit Hilfe der Signallaufzeit zu bestimmen.
Die Werte für die Dämpfung der LWL-Übertragungsstrecke
müssen mit den Vorgaben aus DIN EN 50173 verglichen wer-
Grenzwerte für Dämpfung und Reflexion der Übertragungsstrecken
Klasse
Größte Dämpfung der Übertragungsstrecke
Mehrmodenfaser
850 nm
1300 nm
Max.
Einmodenfaser
1310 nm
Länge
1550 nm
OF-300
2,55dB
1,95dB
1,80dB
1,80dB
300m
OF-500
3,25dB
2,25dB
2,00dB
2,00dB
500m
OF-2000
8,50dB
4,50dB
3,50dB
3,50dB
2000m
Tabelle 6: LWL-Übertragungsstreckenklassen nach DIN EN 50173
Grenzwerte für Dämpfung und Reflexion der Verbindungselemente
Maximale Einfügungsdämpfung
Steckverbindung
0,5dB für 95%
0,75dB für 100% der Steckverbindungen
Minimale Rückflussdämpfung
Spleiß
0,3dB
Mehrmoden-LWL (MMF)
20dB
Einmoden-LWL (SMF)
35dB
Tabelle 7: Anforderungen an die LWL-Verbindungstechnik in LAN-Datennetzen nach DIN EN 50173; die Grenzwerte für die Rückflussdämpfung lassen sich nur mit einem OTDR überprüfen
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INFORMATIONSTECHNIK
D
Modenabstreifer
für LED-Sender
5 Wdg.
Tx Referenzkabel
Tx
Rx
0 dB
Empfänger
Sender
Bild 14: Bezugsleistungsmessung mit einem Referenzkabel nach
DIN EN 50346 (Verfahren 1a)
den. Eine Pass/Fail-Aussage wie bei LAN-Testern gibt es bei
optischen Testgeräten bislang nicht.
Zunächst wird wie in Bild 14 dargestellt, die Referenz vom
Ausgangssignal des Pegelsenders (TX) ermittelt und festgehalten (auf 0 dB gesetzt). Dafür verwendet man ein Messkabel
(Längenempfehlung 2 m) mit einem Modenabstreifer.
Die angezeigte optische Leistung lässt sich als Bezugsleistung aufzeichnen. Moderne Leistungsmesser ermöglichen die
Speicherung des Bezugswertes (Anzeige wird auf 0 dB gesetzt)
und die Anzeige des Messwertes für die Einfügungsdämpfung
der gemessenen Strecke in dB.
Referenzadapter
Tx Referenzkabel
Rx Referenzkabel
Tx
Rx
0,4 dB
Sender
Bild 15: Referenzkomponententest
Empfänger
Bild 16: Dämpfungsmessplatz bestehend aus optischer Quelle
(Optical Light Source) und optischem Leistungsmesser (Optical
Power Meter); das um einen Wickeldorn gewickelte Messkabel
wirkt als Modenabstreifer
Man unterscheidet Dämpfungsmessplätze für:
• Multimodefasern mit LED für die Wellenlängen 850 nm und
1300 nm
• Einmodenfasern mit Laser für die Wellenlängen 1310 nm und
1550 nm
Der Modenabstreifer soll verhindern, dass Mantelmoden auf
die großflächige Empfängerdiode gelangen und das Messergebnis verfälschen. Durch die Windungen um den Wickeldorn
(Bild 16) werden die Mantelmoden sehr stark bedämpft.
Wickeldorne mit den Durchmessern nach DIN EN 50436 sind
im Lieferumfang von Dämpfungsmessplätzen enthalten.
Anstelle des Modenabstreifers lässt sich auch eine Vorlauffaser
einsetzen. Für die Messung von LAN-Strecken mit Multimodefasern reicht eine Vorlauffaserlänge von 100 m. Bei Messungen an Strecken mit Einmodenfasern lässt sich der richtige
Modenfelddurchmesser nur durch Verwendung einer Vorlauffaser erreichen.
Bei der in Bild 17 dargestellten Dämpfungsmessung wird
die Dämpfung A in dB für die installierte Strecke einschließlich der Steckverbindungen am Anfang und Ende der Strecke
bestimmt. Eine Aussage über die Dämpfungsverteilung bezogen auf einzelne Ereignisse entlang der Strecke kann mit diesem Messverfahren jedoch nicht gemacht werden. Diese
Information lässt sich nur durch das Rückstreumessverfahren
mit dem OTDR gewinnen. Daher wird in Leistungsverzeichnissen überwiegend die Abnahmemessung mit dem OTDR
gefordert.
Beim Referenzkomponententest
EV
GV
nach Bild 15 erfolgt eine FunktionsPatch Panel
Patch Panel
TA
prüfung des zweiten Anschlusskabels.
Spleiß
B
A
B
A
LP1 = –20dBm
Die Einfügungsdämpfung darf 0,5 dB
(Grenzwert für eine Steckverbindung
A
B
A
B
nach DIN EN 50173) nicht überTertiärverkabelung
Primär/Sekundärverkabelung
schreiten.
Tx
Ein aus Sender und Empfänger
bestehender Dämpfungsmessplatz
Dämpfung Faser 1 (rot): A = 2dB
wird meist mit Anschlusskabeln,
für die Testwellenlänge
Modenabstreifer und/oder Vorlauffaser als Testset angeboten. Die KomSender
ponenten sind in ihren Eigenschaften
aufeinander abgestimmt.
Bild 17: Dämpfungsmessung an einer installierten Glasfaserstrecke
96
LP2 = –22dBm
Rx
2 dB
Empfänger
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Quelle: bfe-Oldenburg
INFORMATIONSTECHNIK
Bild 18: Das OTDR wird über die Vorlauffaser an die installierte Glasfaserstrecke angeschlossen (li., hier ein Rangierfeld mit Multimodefasern und SC-Duplex-Steckverbinder); die Vorlauffaser wird im Rangierfeld des Gebäudeverteilers angeschlossen (re., hier ein
Rangierfeld mit Einmodenfasern und E2000-Schrägschliffstecker)
Abnahmemessung mit dem OTDR
Zur Abnahmemessung schließt man das OTDR üblicherweise
über eine Vorlauffaser im Rangierfeld eines Verteilers (z. B.
Gebäudeverteiler, GV) an die installierte Glasfaserstrecke an
(Bild 18). Die Vorlauffaser sorgt für den korrekten Modenfelddurchmesser und ermöglicht die Beurteilung der ersten
LWL-Steckverbindung in der Strecke.
Am Ende der installierten Strecke wird eine Nachlauffaser
angeschlossen. Mit Hilfe der angeschlossenen Nachlauffaser
kann man erkennen, ob die Strecke durchverbunden ist.
Gleichzeitig lässt sich die Qualität der letzten Steckverbindung
beurteilen. Diese Darstellung ermöglicht jetzt auch die Bestimmung der Dämpfung A in dB für die Übertragungsstrecke und
den Vergleich mit dem Grenzwert nach DIN EN 50173.
Sauberkeit der LWL-Steckverbindungen ist auch hier wieder höchstes Gebot. Die LWL-Steckverbindungen von Vor- und
Nachlauffaser sollten unbedingt vor jedem Steckzyklus gereinigt werden.
Funktionsprinzip des OTDR
Ein optisches Impulsreflektometer OTDR sendet Laserlichtimpulse aus, die von der Faser reflektiert werden. Die gemessene, reflektierte Leistung lässt sich in Abhängigkeit von der
Zeit als Rückstreukurve darstellen (Bild 19). Aus der reflektierten Leistung kann auf die Dämpfung und aus der Laufzeit
auf die Entfernung geschlossen werden. Die vom OTDR dargestellte Rückstreukurve zeigt daher den Dämpfungsverlauf
entlang der Faser als Funktion der Entfernung. Damit lassen
Ereignisse im Rückstreudiagramm
Ansicht im
Rückstreudiagramm
Erklärung
Reflexives Ereignis: wird z.B. hervorgerufen durch einen Stecker (nur Gradschliffstecker)
Das OTDR bestimmt die Einfügungs- (IL = Insert Loss) und Rückflussdämpfung (RL = Return Loss)
Dämpfungssprung: hervorgerufen z.B. durch eine Spleißverbindung, Schrägschliffstecker oder Faserknick.
Es wird Licht infolge von Inhomogenitäten absorbiert oder ausgekoppelt.
Das OTDR bestimmt die Einfügungsdämpfung (IL).
Gainereffekt/scheinbare Verstärkung: entsteht bei der Kopplung zwischen Fasern mit verschiedenen
Kenndaten. Vereinbart ist die Bestimmung der Einfügungsdämpfung durch arithmetische Mittelwertbildung der Messwerte aus beiden Richtungen. Das Ergebnis der Mittelung hat einen positiven Wert für
die Einfügungsdämpfung (IL).
Endreflex: meist als deutlicher Impuls zu erkennen. Anschließend fällt die Rückstreukurve bis auf den
Rauschpegel des OTDR-Empfängerbausteins ab. Am Übergang Glas/Luft bei einem Gradschliffstecker
werden 4% des Lichtes reflektiert (RL = 14dB). Bei Schrägschliffsteckern (APC-Stecker) am Ende tritt kein
Endreflex auf, sondern nur ein Abfall auf den Rauschpegel.
Tabelle 8: Mit dem OTDR können im Fehlerfall die Fehlerstelle und die Fehlerursache schnell und eindeutig identifiziert werden
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DE-19_07-gig-Y-mh
18.09.2007
12:51 Uhr
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Gelernt ist gelernt
G
iG
INFORMATIONSTECHNIK
OTDR
Schmelzspleiß
Koppler
Laser
Messstrecke
Steckverbindung
Biegung
Empfänger
Steuerung und Anzeige
Speicher
Relative Leistung (dB)
Pulsgenerator
Faserende
Mech.
Spleiß
OTDR-Anzeige
sich sowohl die installierte Länge als auch Teillängen
bestimmen und darüber hinaus auch die Einfügungsdämpfung (IL) und die Rückflussdämpfung (RL) von
Steckverbindungen.
Dieses Messverfahren ermöglicht die beste Aussage über die Qualität einer LWL-Übertragungsstrecke.
Im Fehlerfall lassen sich die Fehlerstelle und die Fehlerursache mit dem OTDR schnell und eindeutig
identifizieren (Tabelle 8). Um das Messergebnis eines
OTDR beurteilen zu können, ist allerdings etwas
Erfahrung im Umgang mit dem Messverfahren erforderlich.
(Fortsetzung folgt)
Entfernung (m)
Bild 19: Funktionsprinzip des OTDR, Faserstrecke und dazugehörige Rückstreukurve
NEUE BGI 5031 – UMGANG MIT LWLKS
Die neue BGI 5031 behandelt die Gefährdungen durch optische Strahlung, die beim Umgang mit Lichtwellenleiter-Kommunikationssystemen (LWLKS) entstehen können und erläutert die entsprechenden
Schutzmaßnahmen.
Die BGI 5031 wurde im Fachausschuss Elektrotechnik/Sachgebiet
Laserstrahlung zusammen mit der Unfallkasse Post und Telekom (BUK)
erstellt. Sie stellt alle Erkenntnisse hinsichtlich der Gefährdungen und
der notwendigen Schutzmaßnahmen beim Einsatz von Lichtwellenleiter-Systemen dar. Zum Thema bietet die Berufsgenossenschaft der
Feinmechanik und Elektrotechnik auch ein Seminar an: »PE 2 L – Ausbildung zum Laserschutzbeauftragten in der Lichtwellenleiterkommunikationstechnik mit Praktikum«. Nähere Informationen und Anmeldung über die Seminardatenbank im Internet unter www.bgfe.de
Die BGI 5031 lässt sich im Internet unter www.bgfe.de -> Vorschriften online -> BG-Informationen als PDF-Datei herunterladen.
Die BG-Information schließt sowohl den Betrieb, die Wartung, die
Instandsetzung, die Entwicklung und die Herstellung von kompletten
LWLKS als auch einzelner System-Komponenten und Module wie
Lasersender, optische Verstärker und Pumplaser, mit ein. Sie soll ferner
als Hilfestellung zur Gefährdungsermittlung und zur Erfüllung des § 17
der Unfallverhütungsvorschrift »Laserstrahlung« (BGV B2) hinsichtlich
des Umgangs mit LWLKS dienen.
Wichtige Aspekte für die Arbeitssicherheit sind:
• Zur Erhöhung der Datenübertragungsraten und Vergrößerung der
Verstärkerabstände werden (z.B. bereits verlegte) Lichtwellenleiterkabel mit immer höheren Leistungen beaufschlagt. Die Laserleistungen können Werte erreichen, die der höchsten Laserklasse 4 entsprechen.
• Die tatsachliche Höhe der im Lichtwellenleiterkabel geführten optischen Leistung und das damit verbundene Gefährdungspotenzial
sind oft von außen nicht feststellbar, z.B. bei Arbeiten in Kabelschächten oder -gräben. Dies gilt vorwiegend für die Fernübertragung. Wird Laserstrahlung höherer Klassen (höher als die der Klasse
1M) freigesetzt, kann es bei direkter Betrachtung in geringem Abstand
zu Schädigungen kommen.
• Wegen der steigenden Verbreitung optischer Netze unter dem Stichwort »fibre to the desk« dringen diese immer weiter aus der Vermittlungsstelle des Telekommunikationsbetreibers (mit entsprechend
geschultem Personal) in reine Verwaltungsbereiche (mit fachlich
weniger geschultem Personal) vor. Deshalb ist in diesen Bereichen nur
der Gefährdungsgrad 1 zulässig.
• Je nach Arbeitsplatz (Zugänglichkeit, Standorttyp) ist die Gefährdung
im Zusammenhang mit LWLKS unterschiedlich zu bewerten.
Allgemeine Regeln zum sicheren Arbeiten an und mit LWLKS sind
(unter Beachtung der folgenden Regeln darf bei Gefährdungsgraden 1
bis 3R im laufenden Betrieb gearbeitet werden):
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• Nicht mit ungeschütztem Auge oder einem nicht anerkannten optischen Gerät auf Faserenden oder Steckerstirnflächen blicken.
• Faserende nicht auf andere Personen richten.
• Nur speziell ausgewählte oder angefertigte optische Instrumente mit
Filter oder Dämpfung benutzen, bei Gefährdungsgraden größer oder
gleich 1M oder 2M möglichst indirekte Sehhilfen (Kamera und Monitor, Schattenbildspleißgeräte) benutzen.
• Offene Faserenden abdecken (Spleißschutz, Klebeband), wenn nicht
daran gearbeitet wird; offene Stecker mit Staubschutzkappen versehen.
• Nur vom Sender abgekoppelte Fasern brechen.
• Spezielle Bandspleißgeräte verwenden.
• Die optische Quelle als Ietzte anschließen und als erste trennen.
• Wartung nur nach spezieller Arbeitsanweisung durchführen.
• Zur Reinigung nur geeignete Methoden einsetzen.
• Änderungen am LWLKS nur mit besonderer Befugnis durchführen.
• Die Laserklasse der Testeinrichtung muss dem Gefährdungsgrad des
Standortes entsprechen.
• Standorte mit Gefährdungsgraden oberhalb 1M immer mit dem
Laserwarnzeichen und dem Gefährdungsgrad versehen.
Wichtigster Unterschied zur BGV B2 und zur BGI 832 ist die Einführung
des neuen Begriffs »Gefährdungsgrad«. Neben der Laserklasse, die ein
Maß für die potenzielle Schädigungsmöglichkeit durch »freie« Laserstrahlung ist, werden speziell für die besonderen Bedingungen bei
LWLKS Gefährdungsgrade zur Risikoermittlung eingeführt, da die im
LWL geführte Laserstrahlung nur unter bestimmten Umständen
austritt. Der Gefährdungsgrad beruht auf dem optischen
Strahlungspegel, der unter vernünftigerweise vorhersehbaren Umständen, z.B. bei einem Lichtwellenleiterbruch oder beim Öffnen eines Steckverbinders,
zugänglich werden könnte. Er steht in engem
Zusammenhang mit der Laser-Klassifikation nach
Unsichtbare
DIN EN 60825-1. Die Schutzmaßnahmen ergeben
Laserstrahlung
Gefährdungsgrad 3B
sich jedoch nicht »automatisch« wie bei den LaserNach DIN EN 60825-2
klassen aus dem Gefährdungsgrad, sondern erst im
Beispiel für die Zusammenhang mit der kategorisierten ZugänglichKennzeichnung keit des jeweiligen »Standorts«.
von LaserbereiIn der BGI werden den Fachleuten Hilfestellunchen
gen zur Ermittlung der Laserbereiche gegeben. Mit
dem Hintergrundwissen über die Eigenschaften können für fast alle
typischen Bedingungen die maximalen Entfernungen, wo die maximal
zulässigen Bestrahlungswerte überschritten werden können, gut abgeschätzt werden. Mit der Zuordnung der Gefährdungsgrade zu entsprechenden Standorten wird die erste Gefährdungsanalyse und die erste
Ermittlung der notwendigen Schutzmaßnahmen abgeschlossen.
(Quelle: Brücke 1/07)
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