5. Nationale User Conference des ATM-Forums

Dienstag, 13. Oktober 1998 in der Aula des Fortbildungszentrums für Technik und Umwelt Forschungszentrum Karlsruhe GmbH Eggenstein-Leopoldshafen

ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 0 — im Stand:

Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Fortbildungszentrum für Technik und Umwelt Dipl.-Inform. Torsten Neck

Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Institut für Angewandte Informatik

Multimedia-Kollaboration und Telepräsenz am FZK:

ATM-Anwendungen für die minimal invasive Medizin

von Torsten Neck ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 1 — im Stand:

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0— 0.01

Einführung Forschungszentrum Karlsruhe GmbH (FZK)

Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt

Mitglied in der Hermann-von-Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren (HGF)

Gesellschafter: 90% Bundesrepublik Deutschland 10% Land Baden-Württemberg Jahresbudget Forschung: 520 MDM, davon 80 MDM eigene Erträge Personal: 3800 Beschäftigte, davon 1200 Wissenschaftler/Ingenieure, 60 Professoren, ≥100 Gastwissenschaftler, ≥ 200 Doktoranden, 380 Azubis Geschäftsbereich Forschung: 16 wissenschaftliche Institute 4 Projekte 5 wissenschaftlich-technische Hauptabteilungen 3 Projektträgerschaften des Bundes 1 Projektträgerschaft d. Landes BW

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0— 0.02

Einführung Institut für Angewandte Informatik (IAI) Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Georg Bretthauer (MACH-UNI-KA) 5 Abteilungen: Mikrosystem-Informatik — Dr. H. Eggert Umweltinformatik — Dr. A. Jaeschke Industrielle Handhabungssysteme — Dr. H. Haffner Steuerungssysteme u. Kommunikation — Dr. E. Holler Mathematische Modelle — Dr. E. Gabowitsch Mitarbeiter: ca. 100 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, davon (12/1997): 52 Akademiker, 15 Ingenieure, 10 Doktoranden Projekte: ca. 30 interdiszipl.Projekte in den Forschungsschwerpunkten Umwelt, Mikrosystemtechnik, Medizintechnik, Energie: AlfaWeb, AROBIS, DARIF, ELAN, INPRO, KARO, MELINDA, WISA, TPAS, XUMA, COSMOS, ELMAS, LIDES, LIMES, MSB, MIDAS, SIMOT, PRAXIS, SINUS, ARTEMIS, 3D-VIDEO, TESUS, KISMET, SOMBRERO, OSCAR, EDITH, POMOS, ...

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0— 0.03

Einführung Der Referent: Torsten E. Neck Forschungszentrum Karlsruhe GmbH Technik und Umwelt Fortbildungszentrum für Technik und Umwelt Postfach 3640 D-76021 KARLSRUHE  Hermann-von-Helmholtz-Platz 1 D-76344 Leopoldshafen Fon: (07247) 82- 4421 Fax: (07247) 82- 4857 eMail: [email protected] W³: http://www.iai.fzk.de/~neck

Studium Techno-Mathematik u. Informatik an der Uni-Karlsruhe; Schwerpunkte: Telematik (Prof. Krüger) und Informationssysteme (Prof. Lockemann) Haupt-Arbeitsgebiet am IAI: IAI Mitarbeit in den Projekten: TESUS (verantwortl.), ARTEMIS, KISMET Einsatz von High-Performance-Netzen und Integration von Multimedia-Komponenten in medizinische Teleconsulting-, Teletutoring-, Teleenabling- und Telepräsenzsysteme Arbeitsgebiet am FTU: Kursleiter: Rechner und Netze; Netzadmin. FTU ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 4 — im Stand:

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0— 0.04

Einführung Die Gruppe: MIC-T, HIT und IAI im April 1996

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1— 1.01

Arbeitsfeld Medizintechnik bei IAI/SK Übersicht

Telepräsenztechniken für Telemanipulation und Telerobotik in der minimal invasiven Chirurgie (MIC) Konzipierung und Realisierung adäquater Formen der „Mensch/Maschine-Kommunikation“ Telepräsenzsysteme Übertragung multimedialer Informationen über Breitbandnetze unter Berücksichtigung von Realzeitaspekten. Echtzeit-Simulationstechniken Grafik-Systeme für die Realzeitsimulation von Telemanipulations- und Telerobotik-Systemen (Monitoring) einschließlich ihrer Arbeitsumgebung für die Operationsplanung und -überwachung (In-Situ-Techniken) für Rapid-Prototyping von Telemanipulationssystemen und Flexible Fluidaktorsysteme für die MIC — Kolloskopie Sichtsysteme für die MIC — 3D-Video-Endoskopie ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 6 — im Stand:

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1— 1.02

Arbeitsfeld Medizintechnik bei IAI/SK Snapshots aus den Arbeitsfeldern

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1— 1.03

Arbeitsfeld Medizintechnik bei IAI/SK Zukunftsvisionen eines OP-2010

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1— 1.04

Arbeitsfeld Medizintechnik bei IAI/SK Das experimentelle ARTEMIS-System im Bild

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1— 1.05

Arbeitsfeld Medizintechnik bei IAI/SK Projekt: ARTEMIS — Telemanipulation in der MIC

ARTEMIS — Advanced Robot and Telemanipulator System for Minimally Invasive Surgery Kooperation zwischen: Sektion für Minimal Invasive Chirurgie am Zentrum für Medizinische Forschung der Eberhard-Karls-Universität Tübingen

— Prof. Dr. G. F. Buëss

Hauptabteilung Ingenieurtechnik des FZK

— Dr. H. Rininsland

Institut für Angewandte Informatik des FZK Koordination: Arbeitsschwerpunkt Medizintechnik des FZK

— Dr. E. Holler — Dr. U. Knapp

Fokus: Minimal Invasive Chirurgie des Bauchraumes Laparoskopie Cholezystektomie, Cholezystostomie, Enterotomie, ... ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 10 — im Stand:

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1— 1.06

Arbeitsfeld Medizintechnik bei IAI/SK Das Einsatzfeld in einer Simulation mit KISMET “Minimal Invasive Handicaps”: Sicht Bewegungsfreiraum Erreichbarkeit Tastsinn Ergonomie technische Komplexität Komplexität der Hantierung Entwicklungsziele: Ausgleich der “Handicaps” besser, schneller, sicherer billiger ergonomischer

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1— 1.07

Arbeitsfeld Medizintechnik bei IAI/SK Komponenten des Telepräsenzsystemes ARTEMIS

Endoskop und Endoskopführung/Tracking Unit (EFS/TU) Endoskopsteuerung Tracking

Arbeitseinheit/Work Unit (AEH/WU) starres Instrument flexibles Instrument Satz von Effektoren Werkzeugwechsel durch Austausch des Instruments oder in Revolvertechnik

Mastereinheit/Master Unit (MEH/MU) gelenkorientierter Master oder „Free Flying Master“ feste 1:1-Kinematik, Universalmaster-Kinematik (Indexing, Scaling) Mehrwertfunktionen (Force Feedback)

Kontrolleinheit/Man Machine Interface (MMI) Funktionskontrolle und Steuerung, Monitoring ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 12 — im Stand:

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1— 1.08

Arbeitsfeld Medizintechnik bei IAI/SK Informationsflüsse im Telepräsenzsystem eigentliches Telemanipulator-Subsystem:

Master Unit (MU)

Control Information

Feedback Information Association Control/ (Status/Tracking) Feedback Control Information

Control Station (MMI)

Feedback Information

Work Unit (WU)

Kontroll-Subsystem:

Endoscopy Positioning Unit (TU)

Audio/Video Information ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 13 — im Stand:

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2— 2.01

Endoskopie pur — Basis für ein Spin-Off 3D-Video-Endoskopie: High-Speed-Shutter-Verfahren

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2— 2.02

Endoskopie pur — Basis für ein Spin-Off Endoskopführungssysteme: FIPS und Robox

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2— 2.03

Endoskopie pur — Basis für ein Spin-Off Endoskopführungssysteme: FIPS und Robox

Endoskopsteuerung: (FIPS-Prinzip) 4 DoF: hinein/heraus – rechts/links – auf/ab – Rotation rechts/links Realisierung einfach über vier unabhängige Servos physikalisch leicht begrenzbar (Endschalter) Endoskopführung: (ROBOX-Prinzip) in Steuerungskonzept integriert Feedback für Monitoring und Tracking Eignung für Remote-Operation: Tele-Consulting! konventionelles Videosignal (FBAS) bei der Laparoskopie keine kritischen Bereiche Sicherung durch lokales Overriding SNMP-Ansatz zur Steuerung ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 16 — im Stand:

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2— 2.04

Endoskopie pur — Basis für ein Spin-Off Endoskopführung über WWW und SNMP

SNMP-MIB für Endoskopführungssysteme Simultane Steuerung von beliebig vielen Sites in Konkurrenz über SNMP-GET und SNMP-SET Autorisierung über Community-String lokales Overriding Einfache Bedienoberfläche: als separates Window im Rahmen einer H.320-Konferenz [Dipl. David Rychen] mit integriertem Video in einem Web-Browser (JAVA-Servlet) [Dipl. Daniel Pamies-Arribas]

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2— 2.05

Endoskopie pur — Basis für ein Spin-Off Hybridsystem: H.320-Videokonferenz über ATM CSV - 2 + SL2

CSV - 1 + SL1 ATM155 COSY IAI ATM155

ATM25

Ux-Server Ux-Server Ux-Server Ux-Server

"Produktionsnetz" IAI

PT Lv50

ASX-200BX IAI

Switch-Hub IAI

ATM155

100 Mbps FDDI

PT Lv50 ATM155

ATM25 FV-VS IAI

ATM155 (1,3 km)

ATM25 ATMISDN

"ATM-Versuchsnetz" IAI

Router B443 100 Mbps FDDI

Router B442

ATM155

ISDN 3x BRI

ASX-200BX HIK ATM155 (ca. 15 km Singlemode)

B-Win ATM34 FZK: ATM10

ASX-100 RZ.UKA

DeTeAG Öff. ATM ATM34/155

BelWü ATM155

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2— 2.06

Endoskopie pur — Basis für ein Spin-Off interaktives Teleconsulting: Endoskopfernsteuerung

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3— 3.01

ARTEMIS & Co. — Telepräsenz in der Medizin Komponenten des Telepräsenzsystemes ARTEMIS

Endoskop und Endoskopführung/Tracking Unit (EFS/TU) Endoskopsteuerung Tracking

Arbeitseinheit/Work Unit (AEH/WU) starres Instrument flexibles Instrument Satz von Effektoren Werkzeugwechsel durch Austausch des Instruments oder in Revolvertechnik

Mastereinheit/Master Unit (MEH/MU) gelenkorientierter Master oder „Free Flying Master“ feste 1:1-Kinematik, Universalmaster-Kinematik (Indexing, Scaling) Mehrwertfunktionen (Force Feedback)

Kontrolleinheit/Man Machine Interface (MMI) Funktionskontrolle und Steuerung, Monitoring ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 20 — im Stand:

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3— 3.02

ARTEMIS & Co. — Telepräsenz in der Medizin Informationsflüsse im Telepräsenzsystem eigentliches Telemanipulator-Subsystem:

Master Unit (MU)

Control Information

Feedback Information Association Control/ (Status/Tracking) Feedback Control Information

Control Station (MMI)

Feedback Information

Work Unit (WU)

Kontroll-Subsystem:

Endoscopy Positioning Unit (TU)

Audio/Video Information ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 21 — im Stand:

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3— 3.03

ARTEMIS & Co. — Telepräsenz in der Medizin Die Arbeitseinheiten (AEH): TISKA bzw. TISMIKA

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3— 3.04

ARTEMIS & Co. — Telepräsenz in der Medizin Testparcours zur medizinischen Evaluation

ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 23 — im Stand:

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3— 3.05

ARTEMIS & Co. — Telepräsenz in der Medizin Man-Machine-Interface (MMI) und „HIT-Master“ (MEH)

ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 24 — im Stand:

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3— 3.06

ARTEMIS & Co. — Telepräsenz in der Medizin Die Eingabeeinheiten (MEH): Universalmaster „TeSt“

ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 25 — im Stand:

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ARTEMIS & Co. — in Aktion Live-Präsentation aus dem experimentellen „MIC-OP“ Control Room

surgeon site

Master

Master

teleoperation site (distance 1.3km)

RS232

MMI-PC

MasterControl man machine interface

3D-video

graphicSimulation

RGB

patient site

teleconferencing

Remote Master

EMMI

LAN EtherNet

3— 3.07

Operation Surrounding

EGS-ControlUnit

oper- EGS ation table

MasterControlUnit 3D-endoscopic camera

Slave surrounding-video

graphical simulation

graphical user interface

Slave

Work UnitControlUnit

3D-video

Control Monitor

videobeamer

ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 26 — im Stand:

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3— 3.08

ARTEMIS & Co. — in Aktion Übertragung: mJPEG per UBR auf AAL5 Video: PAL — 25fps, 720x288dpf oder 50fps, 720x576dpf NTSC — 30fps, 640x240dpf oder 60fps, 640x480dpf mJPEG — 8 Mbps oder 16 Mbps

Audio: CD — 44,1 kHz stereo (1,4 Mbps) DAT — 48,0 kHz stereo (1,5 Mbps)

Daten: "SuperLink Ring" RS232c, RS422, 20mA, ... RS232c: 7 bit / 8 bit — Daten 150 bps ... 1,5 Mbps

ATM: UNI V3.1: 155 Mbps, oc3/STM-1 SONET/SDH Multimode 62,5/125 µM oder 50/125 µM (SC) Singlemode (SC) oder UTP Cat. 5 (RJ45) AAL5 — VBR; VPI 0 — VCI 0 ... 4096 (x1000) PVC oder SVC ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 27 — im Stand:

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4— 4.01

ARTEMIS & Co. — Netzwerk-Aspekt Das Bedienkonzept in ARTEMIS: MONSUN surgeon

W ARTE

AEH1 M O EH

man machine interface MEH

AEH2

master Unit

M M I-P C

graphical user interface

3D-video

graphic realtime Simulation

control

M

— anipulator

communication

HM2Steuerung

tracking

TeSTSteuerung

......

communikation

c — ON

— trol

control IFSSteuerung

security system A EH n

S

— system

U

— tilizing

N

— etwork

EFSSteuerung

.....

work units

technology

TE H

instrument guidance system with dextrous instrument

E th e rn e t-L A N

ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 28 — im Stand:

endoscope guidance system with 3D endoscope

patient Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Fortbildungszentrum für Technik und Umwelt Dipl.-Inform. Torsten Neck

4— 4.02

ARTEMIS & Co. — Netzwerk-Aspekt Informationsflüsse im Telepräsenzsystem eigentliches Telemanipulator-Subsystem:

Master Unit (MU)

Control Information

Feedback Information Association Control/ (Status/Tracking) Feedback Control Information

Control Station (MMI)

Feedback Information

Work Unit (WU)

Kontroll-Subsystem:

Endoscopy Positioning Unit (TU)

Audio/Video Information ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 29 — im Stand:

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4— 4.03

ARTEMIS & Co. — Netzwerk-Aspekt Datenströme

(qualitativ hochwertige) audiovisuelle Kommunikation Endoskopsicht (high quality, error free) „Umgebungssicht“ und Ton im OP Bild und Ton der Beteiligten voneinander unabhängige Steuerinformationen mit Echtzeitanforderungen Haupt-Steuerinformation für den Manipulator vom Master Feedback vom Manipulator (mit/ohne Kraft-/Momenten-Reflexion) Neben-Steuerinformation (Monitoring/Tracking) für das EFS/TU vom MMI Feedback vom EFS/TU

ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 30 — im Stand:

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4— 4.04

ARTEMIS & Co. — Netzwerk-Aspekt Informationsflüsse im Telepräsenzsystem eigentliches Telemanipulator-Subsystem:

Master Unit (MU)

Control Information

Feedback Information Association Control/ (Status/Tracking) Feedback Control Information

Control Station (MMI)

Feedback Information

Work Unit (WU)

Kontroll-Subsystem:

Endoscopy Positioning Unit (TU)

Audio/Video Information ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 31 — im Stand:

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4— 4.05

ARTEMIS & Co. — Netzwerk-Aspekt Bandbreiten: Control- und Audio-Kommunikation

Transmission of Control and Feedback Information: up to

Standard quality speech transmission (ISDN): 8 kHz sampling rate · 8 bit/sample = High quality stereo sound Compact disc: 44,1 kHz · 16 bit · 2 channels = Digital audio tape: 48 kHz · 16 bit · 2 channels = ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 32 — im Stand:

16 kbps 128 kbps

64 kbps

1,4 Mbps 1,5 Mbps Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Fortbildungszentrum für Technik und Umwelt Dipl.-Inform. Torsten Neck

4— 4.06

ARTEMIS & Co. — Netzwerk-Aspekt Bandbreiten für komprimiertes Video

Narrowband ISDN Quality (H.320/H.323) using H.261 compression: up to

128 kbps 384 kbps

Broadband ISDN Quality using MPEG I compression: using MPEG II compression:

1.5 Mbps 5.5 Mbps

Broadband ISDN Quality using mJPEG compression: up to

15 Mbps 35 Mbps

ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 33 — im Stand:

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4— 4.07

ARTEMIS & Co. — Netzwerk-Aspekt MONSUN Basis-Implementierung von ARTEMIS

Non integrated solution:

LAN and analogue network

MU

WU

MMI

TU

Characteristics: Unpredictable but acceptable delay (due to local restrictions of LAN) Connectionless services, fault sensitive (due to shared medium) Separate digital and analogue lines ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 34 — im Stand:

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4— 4.08

ARTEMIS & Co. — Netzwerk-Aspekt Teilintegrierte Implementierung von ARTEMIS

Semi integrated multimedia:

LAN and digitized A/V

MU

WU

ATMSwitch

MMI CoDec

TU CoDec

Characteristics: Integrability of A/V into MMI (due to digital transport over ATM) Availability of wide range scenarios (due to standardized transports) ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 35 — im Stand:

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4— ARTEMIS & Co. — Netzwerk-Aspekt 4.09 Hybride Integration: MONSUN über LANE, A/V über ATM Hybride Integration: MU

dedicated LANs, ATM LAN access

RFC1577LAX

MMI

ATMSwitch

RFC1577LAX

WU

TU CoDec

CoDec

Characteristics: no shared media (due to dedicated LAN segments) Edge devices for LAN access to ATM (no real integration) ATM as the only “wide range” transport ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 36 — im Stand:

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4— 4.10

ARTEMIS & Co. — Netzwerk-Aspekt voll integriertes ARTEMIS auf „native ATM“

Fully integrated solution: MU

one single network/protocol WU

ATMSwitch

MMI CoDec

TU CoDec

Characteristics: One single network and protocol without range restrictions flexible and appropriate QoS parameters fully integrated MMI without “dual attachment” to the network ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 37 — im Stand:

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4— 4.11

ARTEMIS & Co. — Netzwerk-Aspekt Warum ATM als Core?

ATM Means: High-Performance, Low Latency End-To-End

Point-to-Multipoint Applications

ATM ATM Switch Switch High QoS ATM ATM Switch Switch

ATM ATM Switch Switch ATM ATM Switch Switch

ATM ATM Switch Switch

ATM ATM Switch Switch

Quality of Service

How Do Our LAN Internetworks Gain Access To ATM’s Connection-Oriented Capabilities? ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 38 — im Stand:

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4— 4.12

ARTEMIS & Co. — Netzwerk-Aspekt aber auf der Basis von „IP“ mit „MPOA“!

Einsatz von MPEG-II-CoDecs auf IP ATM-Attached oder Legacy-LAN-Attached dedicated Ports ggfs. Separates IP-Subnetz variable Qualität Nutzung des QoS des ATM-Netzes ab den Edge-Devices Separation von Kollision-Domains und Broadcast-Domains ausreichend Unterstützung von CBR/VBR/UBR/ABR pro VLAN erforderlich! Separation der einzelnen IP-Subnetze durch Routing „Hintertürchen“: MPOA unterstützt auch alte Protokolle! geroutet gebridged ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 39 — im Stand:

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4— ARTEMIS & Co. — Netzwerk-Aspekt 4.13 -Lösung mit ATM bis zum MPOA — MultiProtocol Over ATM LANE Desktop MPOA – Modell kann als virtueller oder verteilter Router betrachtet werden ⇒ skalierbar MPOA – ist ein Paket von Standards, mit dem Routing über ATM-Infrastrukturen ermöglicht wird ⇒ ATM-Vorteile MPOA – ist ein Transportmechanismus, mit dessen Hilfe die unterschiedlichsten Protokolle die hohe Übertragungsgeschwindigkeit von ATM nutzen können unterstützt Layer 3 Routing unterstützt Layer 2 Bridging Datentransport und Routenberechnung erfolgt getrennt Short-Cuts ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 40 — im Stand:

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4— 4.14 Introducing VIVID

ARTEMIS & Co. — Netzwerk-Aspekt MPOA = Verteiltes Routing in ATM

Steigerung der Funktionalität durch Übergang von Bridging auf Routing Internet Protocol Namensgebung: Enkapsulation der Ethernet Layer-3-PDUs nach RFC 1483 „MPOA“ ATM pro Layer-3-Protokoll wird eine separate VCC E2E aufgebaut Unterstützung des Verkehrsparameters „UBR“ zentrale Routenberechnung in einem Route-Server verteiltes Routing durch Fluten der Routing-Informationen in intelligente Edge-Devices Shortcut-Routing ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 41 — im Stand:

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4— ARTEMIS & Co. — Netzwerk-Aspekt 4.15 -Lösung mit ATM bis zum Desktop MPOA-Arbeitsweise LANE Route Server VNET 1

ATM ATM-Netz Netz Adressenanfrage und Auflösung

Datenfluß unabhängig vom Router Server

Edge Switch

VNET 2

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VNET3

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4— 4.16

ARTEMIS & Co. — Netzwerk-Aspekt Umsetzung der Optimierungsziele

Alternative LANE / Bridging Skalierbarkeit: Skalierbarkeit Abwendung vom Hub-Prinzip: Kopplung über ATM: lokale Segmentierung, Abschottung: Abschottung Abbildung Abteilungsstruktur: Optimierung Arbeitsgruppen: Verringerung Broadcasts: Protokoll-Filterung: One-Armed-Router Bottleneck! globale Abschottung: Abschottung Entlastung Backbone: native ATM, PVC/PVP: Management: Management P2P-Endsysteme Konfigurationsverwaltung:

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Alternative MPOA / Routing Skalierbarkeit: Skalierbarkeit Abwendung vom Hub-Prinzip: Kopplung über ATM: lokale Segmentierung, Abschottung: Abschottung Abbildung Abteilungsstruktur: Optimierung Arbeitsgruppen: Verringerung Broadcasts: Protokoll-Filterung: Short-Cut-Routing! globale Abschottung: Abschottung Entlastung Backbone: native ATM, PVC/PVP: Umsetzung MPOA ⇔ LANE: Management: Management P2P-Endsysteme „DAA“-geeignete Konfiguration!

ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 43 — im Stand:

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5— 5.01

ATM-Events mJPEG auf native ATM mit Software-Deocding 09/94 Workstation mit SBA-200 TAXI I/F und Decoder-Software Fore-Runner ASX-200 mit 4x TAXI I/F

Metronom

K-Net AVA-200

3D-Video Endoskop-Kamera

ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 44 — im Stand:

Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Fortbildungszentrum für Technik und Umwelt Dipl.-Inform. Torsten Neck

5— 5.02

ATM-Events Endoskopführung über „Kopernikus“ 10/94

ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 45 — im Stand:

Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Fortbildungszentrum für Technik und Umwelt Dipl.-Inform. Torsten Neck

5— 5.03

ATM-Events Telekolloquium mit Bill Gates „Kopernikus“ 02/96 TU-Berlin

NTI

SUN ATM-Gateway

HP MMC Station

Gaede

K-NET CODEC

K-NET CODEC

FORE Switch

Rechenzentrum

öffentliches ATM-Netz

K-NET CODEC

Gerthsen

K-NET CODEC

FORE Switch

FZK HiLAN Switch

CISCO Switch

DEC Alpha MMC Station DEC Alpha MMC Station

SUN ATM-Gateway

ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 46 — im Stand:

Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Fortbildungszentrum für Technik und Umwelt Dipl.-Inform. Torsten Neck

5— 5.04

ATM-Events Eröffnung „virtuelles Rechenzentrum“ 03/96 0 ,221 0 ,75

NTSC

SGI - O NYX m it K IS M E T

R S232 38,4kb/s

C S S L1 V 1

0 ,271 0 ,270 0 ,250 0 ,251 0 ,75 0 ,200 0 ,201

0,200;0,201;0,75 0,250 0,220 ;0,221;0,75

0,251 0,75 0,200

R O B OX End oskop R au m kam era A rm kam era

X PAL PAL PAL

PAL

/ B A

PAL

C S V 5

0,250 0,251

COSY

0,260

IA I

0,261

0,260

U m se tze r

N TSC

N TSC PA L

M on ito r von X -B a r

M on ito r von CSV6

A udio PAL

Beam er

Audio PA L

K a m era

Audio

C S V 3 C S V 4 C S V 7

0,261

80 2.3

0,200

(0,250)

0,201

(0,251)

0,220 0,221

(0,260 ) (0,261 )

0 ,220 0 ,221 0,270

0,75

LW L U m s etze r

LW L -

0,200

COSY 1 H IK

0,201

R

M on ito r von CSV1

0,201

0,271

COSY 2 H IK

0 ,281

0,271

0,201

2

T rainer

RS 232 38,4kb/s

0,75 0,250

A SX 100 RZ

0,251

PA L

C

K a m e ra A udio

S 0,260 0,261

M o n ito r

V

PA L

ROBOX

6

v o n C S V5 PAL

C isco 7500 RZ

0,271

8 0 2.3

C S

0,201

0,221

v. C SV 1

0,200

0,270 0,200

0,220 0,270

S

0 ,260 0 ,280

M o n ito r

N TSC

V SL2

0 ,75 0 ,261

C isco 7000 H IK

C

0 ,220

0,28 0 0,28 1

V

SGI -

fü r R o b o x-M M I

In dy

u . S tart T ra in e r

PA L Audio

K am era

PAL Audio

M on ito r

8

0,280 0,281

0,280 0,281

(0,250) (0,260) (0,251) (0,261)

ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 47 — im Stand:

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5— 5.05

ATM-Events „Virtueller Spatenstich“ Juli 1997 Steuerdateneingabe

Audio/VideoEingabe

Audio/VideoAusgabe

RS232Umsetzer

RS232Umsetzer

Audio/Video-ATMCoder-Decoder

155 mbit/s

Steuerdatenausgabe

Audio/Video-ATMCoder-Decoder

ATMVermittlungsknoten

155 mbit/s

Audio/Video-ATMCoder-Decoder

Audio/VideoAusgabe

ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 48 — im Stand:

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5— 5.06

ATM-Events „Virtueller Spatenstich“ Juli 1997 elektrisch! MasterSpaten

MicroController RS232c (9,6kbps)

Saal-Regie A/V-PAL Großprojektion

GIGA-HIK2 141.52.220.2

SL1 CSV-1

A: 0,xC9 V: 0,xC8 D: 0,x4B

GIGA-SWH RFC1577: 141.52.144.20 out: 0,x22 in: 0,x21 MEGA-2 141.52.144.21 10Base2 CSMA/CD

1,x21 1,x22

MicroController

VPI: 1

Siemens-CC DeTeAG

elektrisch!

RS232c (9,6kbps) SL2

Manipul.: FIPS Kamera A/V-PAL

CSV-2

1,xC8 1,xC9 1,x4B

ASX-100 rz.uni-karlsruhe

VPI: 1

0,xC8 0,xC9 0,x4B 0,x21 0,x22

KontrollMonitor

A: 0,xC9 V: 0,xC8 D: 0,x4B GIGA-HIK1 141.52.220.3 Input-Select: V-Baustelle/ V-EVE Multicast-Out: 0,xC9 – 0,xC8 A/V-Halle

SGI-Indy Auswertung Datenhelm

ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 49 — im Stand:

GIGA-IAI 141.52.144.22 0,xC8 0,xC9 0,x21 0,x22

A/V X-Bar

A: 0,xC9 V: 0,xC8

RFC1577: out: 0,x21 in: 0,x22 MEGA-1 141.52.144.23

10Base2 CSMA/CD CSV-1

SGI-Onyx "EVE"Video-PAL Echtzeit-Simu.

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5— 5.07

ATM-Events ATM-Versuchsnetz am IAI 02/97

Ux-Server Ux-Server Ux-Server Ux-Server

Stereo-Audio PAL/NTSC in/out RS232c 1,5M

Fore PH7000 IAI

CSV - 1 + SL1

1+2 Kameras Whiteboard Monitor WinApp

ATM155

RAIDATM155 Backup IAI/SK

PT Lv50

CSV - 2 + SL2

ATM25

FV-VS IAI ATM155

ASX-100 RZ.UKA

DeTeAG ATM34/155

B-Win ATM34 ISDN FZK: ATM10 3x BRI

COSY HIK-2

COSY ATM155 HIK-1

ATM25 ATMISDN

ATM155

ATM155

BelWü ATM155

Stereo-Audio PAL/NTSC in/out RS232c 1,5M

ATM155

ATM155

100 Mbps FDDI

Cisco 7000 R-Mitte 442

COSY IAI

ASX-200BX ATM155 IAI

100 Mbps FDDI

Cisco 7500 R-Ost 443

ATM155

ISDN 3x BRI

FV-VS HIT ATM25 ATMISDN

ATM25 PT Lv50

ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 50 — im Stand:

ATM25 PT Lv50 1+2 Kameras Whiteboard Monitor WinApp

1+2 Kameras Whiteboard Monitor WinApp

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5— 5.08

ATM-Events IARP-Workshop 11/97 PAL

Video-Beamer max. 640x480

Ton/Saalanlage Audio "Headset" Klinke 3,5mm

Audio Cinch

CSV-1 IAI ATM STM-1

KOZ.DKFZ.HD

VGA RGB BNC

VGA RGB BNC

10Base2

Live 50 HIT

Mac-1 Truppe

10Base2

PC-1 ARTEMIS

Telemanipulator

PC-2 ARTEMIS

Router

ATM 25.6

10BaseX

V-Switch1000 HIT

10BaseX

Audio

10BaseX

CSV-2 IAI

ATM STM-1

Router

ATM STM-1

PAL PAL

Video Switch

ATM STM-1

PVP-Tunnel auf VPI 5 20 Mbps B-WIN-Switch Uni-RZ.HD

B-WIN

Uni-RZ.HD

Fore ASX100 Uni-RZ.KA

ATM STM-1

Uni-RZ.KA Router

HiLAN COSY-GIGA HIK.FZK

ATM STM-1

HIK.FZK

Fore ASX200BX IAI.FZK B445 ATM 25.6

Live 50 IAI-2

Router

COSY IAI

ATM 25.6

H.320-384k Hirzinger DLR H.320-384k Lueth Berlin H.320-128k Rovetta Milano

ATM 25.6

Live 50 IAI-1

V-Gate ATM/4BRI IAI.FZK

IAI.FZK

CSV Welt

Mac-2 Truppe

ATM STM-1

V-Switch 1000 IAI.FZK B691

ATM STM-1

ISDN BRI

ISDN Public Network

H.320-384k Troccaz Grenoble

ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 51 — im Stand:

Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Fortbildungszentrum für Technik und Umwelt Dipl.-Inform. Torsten Neck

5— 5.09

ATM-Events Baden-Airport 09/98 Grundgedanke: Ethe rn et E th ern et

In der High-Tech-Region um Karlsruhe kann es kein Problem sein, zwei MPOA-Netze über öffentliches WAN mit ATM zu koppeln, um Live-Video in hoher Qualität zu übertragen.

E th ern et

IA I.F Z K .D E

T u rm W e tte rs b a c h

Realisation: B a d e n - A irp o rt S ö llin g e n

ATM-Verbindung scheitert an wenigen Metern LWL! T u rm F re m e rs b e rg IN KOOPERATION

Richtfunk als Alternative!

MIT:

Et he rne t

# ABB Gebäudetechnik Süd GmbH, Karlsruhe # Baden Airpark GmbH, Söllingen

# CONWARE Netzpartner GmbH, Karlsruhe # Deutsche Telekom AG, Stuttgart

Showeffekt:

# EBI Computer, Karlsruhe # Mitsubishi Electronics

# NEWBRIDGE Networks GmbH, München # NOVA Network GmbH, Ettlingen

# Videor Technical Services GmbH, Rödermark Eth e rne t

In s titu t fü r A n g e w a n d te In fo rm a tik D ip l.-In fo rm . T o rs te n N e c k

In der High-Tech-Region um Karlsruhe ziehen bei Bedarf auch Konkurrenten gemeinsam an einem Strang!

IA I

ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 52 — im Stand:

Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Fortbildungszentrum für Technik und Umwelt Dipl.-Inform. Torsten Neck

5— 5.10

ATM-Events MPOA am IAI 10/98 LES LECS BUS

Ridge Edge Device Ridge Edge Device

R R

IAI-alt

ATM Switch

ATMNIC

ATMNIC

ATMNIC

ATMNIC

ATMNIC

ATMNIC

E Rp Route Server

ATMNIC

Welt

ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 53 — im Stand:

Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Fortbildungszentrum für Technik und Umwelt Dipl.-Inform. Torsten Neck

5— ATM-Events 5.11 -Lösung mit ATM bis Vorteile von MPOA gegenüber LANE LANE zum Desktop MPOA bildet ein virtuell geroutetes Netzwerk

LANE emuliert ein bridged Netzwerk

begrenzt Broadcast Verkehr

hohe Broadcast Belastung

arbeitet protokollsensibel ⇒ ATM-Vorteile (SVC; QoS); weniger Routerübergänge: Short-Cuts

arbeitet protokoll-transparent ⇒ keine ATM-Vorteile nutzbar

geringere Kosten per routed Port skalierbare Performance (wirespeed) Multicast einfaches zentrales ATM und VLAN Mangement

VLANs können nur über externe Router miteinander kommunizieren (Bottleneck) teurer (exclusive Router Ports) auf ELANs beschränkt Management komplex (ELANs, ATM, Router)

ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 54 — im Stand:

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5— 5.12

ATM-Events Optimierungsziele Erhöhung der Skalierbarkeit und der Verfügbarkeit Abwendung vom Hub-Prinzip Einsatz von ATM als Koppelnetz lokale Segmentierung, Abschottung Abbildung der Abteilungsstrukturen auf die Netzhierarchie Optimierung der Datenflüsse in den Arbeitsgruppen durch lokale Begrenzung weitestgehende Verringerung von Broadcasts globale Abschottung Entlastung des Backbone-Verkehrs entsprechend der Verkehrscharakteristik des Instituts direkter ATM-Zugang zu B-WIN, BelWue und T-ATM Optimierung des Managements P2P-Anbindung von Endsystemen Verkehrsmanagement, Konfigurationsverwaltung

ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 55 — im Stand:

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5— 5.13

ATM-Events Umsetzungsproblematik

Realisierung mit Kupfer-Ports und separate Umsetzung auf LWL Wohlüberlegtes Auflegen der Benutzer auf die Edge-Devices Routing oder doch nur Bridging? Neuvergabe der IP-Nummern mit einer erweiterten Subnetz-Maske! LLLL LLLL.LLLL LLLL.LLLL LLLL.LL00 0000 (255.255.255.192)

Routing über Bits 20 des C-Bytes und 27 und 26 des D-Bytes, etwa: L000 L000 L000 L000 L000 L000 L000 L000

LL0L.00LL LL0L.00LL LL0L.00LL LL0L.00LL LL0L.00LL LL0L.00LL LL0L.00LL LL0L.00LL

0L00.00L0 0L00.00L0 0L00.00L0 0L00.00L0 0L00.00L0 0L00.00L0 0L00.00L0 0L00.00L0

LL00.0000 LL00.0L00 LL00.L000 LL00.LL00 LL0L.0000 LL0L.0L00 LL0L.L000 LL0L.LL00

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000

(141. (141. (141. (141. (141. (141. (141. (141.

52. 52. 52. 52. 52. 52. 52. 52.

44. 0) 44. 64) 44.128) 44.192) 45. 0) 45. 64) 45.128) 45.192)

IL MI UI Infra IS altes Netz SK Infra

Bottleneck im Serverbereich? / Zu wenig Dosen im LWL-Anschlußbereich? Interworking-Bottlenecks: Ankopplung „Altes Netz“, Anbindung Backbone Redundanz und Sicherung der Verfügbarkeit ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 56 — im Stand:

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5— 5.14

ATM-Events Grundproblematik einer strategischen Entscheidung

??? • Standardkonformität vs. Marktpräsenz • Features außerhalb des Standards • Interoperabilität • Heterogene Erweiterbarkeit • Preisverfall ATM-Forum User Conference — ATM-Anwendungen in der Medizin am FZK 20.02.2008 Dia-Nr: 57 — im Stand:

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