BA Songül Gürbüz - Mathias Kettner · PDF file4.1.1 Richtfunkhardware 9500 MXC und 9500 MPR ..... 23 4.1.2 Datenfluss der ... herstellerspezifischen Managementsystem 1353-NM von

Bachelor-Thesis

Modulare Netzüberwachung mittlerer

Kommunikationsnetze

Erstprüfer: Prof. Dr.-Ing. Jens Passoke

Zweitprüfer: Prof. Dr.-Ing. Sascha Jakoblew

Ort: Hochschule Hannover

Von: Songül Gürbüz

Matr. Nr.: 1168523

Datum: 04.05.2016

Aufgabenstellung

Modulare Netzüberwachung mittlerer Kommunikationsnetze

Die Zentrale Polizei Niedersachsen (ZPD NI), Autorisierte Stelle Digitalfunk

Niedersachsen (ASDN) in Niedersachsen betreibt das Digitalfunknetz für alle BOS.

Eine Maßnahme, um nahezu 100% Verfügbarkeit dieses Funknetzes

sicherzustellen, ist die Einführung von zwei Tools Namens Check_MK und ArcGIS

von ESRI zur Netzüberwachung in Betrieb.

Frau Gürbüz hat die Aufgabe, die wesentliche Struktur dieses Funknetzes und seine

speziellen Eigenschaften, wie z.B. die Anbindung an die Leitstellen oder den Betrieb

der eigenen Richtfunkverbindungen zu erfassen, und die Eignung des neuen

Überwachungssystems bzgl. der speziellen Anforderungen der ASDN und der

Netzstruktur zu untersuchen und zu bewerten.

Dabei sollen auf der Basis eigener Untersuchungen auch Aspekte bzgl. der

Systemarchitektur erarbeitet werden, aus denen dann ggf. erforderliche

Programmanpassungen abgeleitet werden können.

Abschließend soll eine Einschätzung über zukünftige Entwicklungen hinsichtlich

verfügbarer Tools, sowie wachsender Anforderungen an das vorhandene

Funksystem gegeben werden.

Danksagung

Am Ende meiner Bachelor-Thesis fühle ich mich den Personen zu Dank verpflichtet,

die mich während der Anfertigung dieser Thesis fachlich unterstützt und in dieser

anstrengen Zeit motiviert haben. Denn mir ist bewusst, dass eine Anstrengung

große Kraft braucht, aber niemals allein überstanden wird. Deshalb wird diese

Danksagung etwas lang.

In fachlicher Hinsicht gilt mein größter Dank an meinem Betreuer Frank Wernicke

in der ASDN, der mich ständig mit seiner umfangreichen fachlichen Kompetenz

unterstützt hat, mir mit hilfreichen Tipps weitergeholfen hat und für die geduldige

Beantwortungen meiner Fragen gerne bereit stand. Danke Frank, für all deine

Unterstützung!

Weiterhin möchte ich mich bei Herrn Professor Jens Passoke besonders bedanken

für die, angenehme Betreuung meiner Praxisphase und Hilfsbereitschaft an der

Hochschule mit den Sprechstunden sich erwiesen hat. Herrn Professor Sascha

Jakoblew danke ich ebenfalls für seine Bereitschaft, die zweite Begutachtung dieser

Bachelor-Thesis zu übernehmen.

Für das gewissenhafte Korrekturlesen und die nützlichen Anregungen gilt mein

Dank an Ute Sümening, Ariane Krüger, Marita Schreiber und an Stefan Wächter für

die konstruktiven Anmerkungen. Danke!

Bedanken möchte ich mich auch bei dem ASDN-Team für die angenehme

Arbeitsatmosphäre, welche die Arbeitszeit positiv beeinflusst hat. An dieser Stelle

gilt mein Dank besonders an das Netzmanagement-Team Christian Weber und

Bernd Lühr, die mir jeder Zeit mit Rat und Tat zur Seite standen.

Nicht zuletzt, meine Familie: Hayat yolumda her zaman en büyük destekcim olan

cok degerli aileme minnet borcluyum. Bu vesileyle, bana her kosulda güc ve güven

verdiginiz icin size icten tesekkürlerimi sunuyorum ve sevgilerimle iyi ki varsiniz

diyorum. Her zaman örnek aldigim ablama ayriyetten tesekkür etmek istiyorum.

Yolumu secerken senin izine her zaman rastliyorum, aydinligim oldugun icin

tesekkürler abla.

Abstrakt

Diese Bachelor-Thesis gibt einen Überblick über die Struktur des Digitalfunknetz

BOS, mit dem Schwerpunkt des Zugangsnetz BOS in Niedersachen. Die

Überprüfung und Maßnahmen zur Optimierung im Hinblick auf die

Hochverfügbarkeit (zu ca. 100 %) dieses Netzes obliegt der Autorisierten Stelle

Digitalfunk Niedersachsen (ASDN). Um den hochverfügbaren Funkbetrieb

garantieren zu können, trägt die Netzüberwachung eine große Priorität. Dies greift

verstärkt auf Netzmonitoring-Tools zurück. Das bisherige herstellerspezifische

Netzmanagementsystem (1353NM von Alcatel) der ASDN wies bei der Integration

moderner Hardware Unzuverlässigkeiten auf und infolgedessen wurde die

Einführung eines neuen Systems zwingend. Das Ziel dieser Thesis ist das neue

modular aufgebaute Netzüberwachungssystem bzgl. der Anforderungen der ASDN

zu untersuchen anschließend zu bewerten. Es wird untersucht, ob die einzelnen

Vorteile des Moduls Check_MK, welches im Kern Open Source ist, und die Vorteile

der Georeferenzierung des Geoinformationssystem ArcGIS von ESRI als weiteres

Modul im Zusammenspiel zur Geltung kommen. Dies wird anhand der

Systemarchitektur, Bewertung nach entscheidenden Kriterien eines zuverlässigen

Monitorings und des User-Interfaces mit Screenshots verdeutlicht.

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung ......................................................................................................... 1

1.1 Ausgangssituation ..................................................................................... 1

1.2 Zielsetzung der Thesis .............................................................................. 2

1.3 Gliederung der Arbeit ................................................................................ 3

2 Grundlagen ...................................................................................................... 4

2.1 Digitalfunk BOS ......................................................................................... 4

2.2 Digitaler Richtfunk im regulierten Bereich ................................................. 5

2.3 IT-Monitoring ............................................................................................. 8

2.4 Monitoring mit Open-Source-Software ...................................................... 9

2.5 Monitoring mit Check_MK ......................................................................... 9

2.6 Geographisches Informationssystem (GIS) ............................................. 14

3 Zusammensetzung des Digitalfunknetz BOS ................................................. 17

3.1 Struktur des Kernnetzes .......................................................................... 18

3.2 Struktur des Zugangsnetzes ................................................................... 18

3.3 Zu überwachende Hardware ................................................................... 20

4 Bewertung des Netzüberwachungssystems .................................................. 23

4.1 Systemarchitektur.................................................................................... 23

4.1.1 Richtfunkhardware 9500 MXC und 9500 MPR ................................. 23

4.1.2 Datenfluss der Netzstatusdaten ........................................................ 25

4.1.3 Modulares Netzmonitoring ................................................................ 26

4.1.4 Herstellerspezifisches Netzmonitoring .............................................. 35

4.2 Ergebnisanzeige des User-Interface ....................................................... 37

4.2.1 User-Interface Alcatel Lucent 1353 NM ............................................ 37

4.2.2 User-Interface Check_MK & ArcGIS Server Portal ........................... 41

4.3 Gesamtbewertung und Fazit ................................................................... 48

5 Zusammenfassung und Ausblick ................................................................... 55

Abkürzungsverzeichnis ........................................................................................... I

Literaturverzeichnis ............................................................................................... III

Abbildungsverzeichnis ......................................................................................... VIII

Eigenständigkeitserklärung ................................................................................... XI

Anhang A - Punkt zu Punkt Richtfunknetz ............................................................ XII

Anhang B - Frequenzzuteilung von BNetzA ........................................................ XIII

Anhang C - Quellcode (AUX-Alarme) .................................................................. XVI

Anhang D - Gruppierung in Check_MK ............................................................. XVIII

Anhang E - WDM ................................................................................................. XX

Anhang F - Fotos von der ASDN Leitstand ......................................................... XXI

Anhang G - ISO/OSI-7-Schichtenmodell ........................................................... XXIII

Anhang H - Technische Beschreibung .............................................................. XXV

Einleitung Bachelor-Thesis

1

1 Einleitung

Die Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS) sind stetig mit

wachsenden Anforderungen konfrontiert. Davon sind insbesondere die

Einsatzkräfte betroffen, deren Kommunikationsbedarf bei der Umsetzung

komplexer Einsätze erheblich steigt. Sie sind ständig auf eine gegenseitige

Unterstützung und Kooperation angewiesen. Eine qualitative Kommunikation kann

durch einen hochverfügbaren Informationsaustausch erreicht werden. Diese

Hochverfügbarkeit ist ebenfalls eine wichtige Voraussetzung für einen optimalen

Funkbetrieb. Hierbei hat die Überwachung des Funkbetriebes über Netzmonitoring

besondere Priorität, denn es ermöglicht, die frühzeitige Erkennung und Beseitigung

der Störungen und somit die Unterbrechungen.

Diese Bachelor-Thesis ist in Zusammenarbeit mit der ASDN -Autorisierten Stelle

Digitalfunk Niedersachsen (Abbildung 1)- in Hannover im Zeitraum Januar 2016 bis

Mai 2016 entstanden. Die ASDN ist organisatorisch der Abteilung 4 der Zentralen

Polizeidirektion Niedersachen (ZPD NI) zugeordnet. Durch das Netzmanagement

der ASDN wird das Zugangsnetz für alle BOS in Niedersachsen, welches für die

Vernetzung der Basisstationen erforderlich ist, betrieben.

Abbildung 1: Organisation ASDN

1.1 Ausgangssituation

Heutzutage stehen verschiedene Netzmonitoringsysteme zur Verfügung. Bei der

Entscheidung welches Netzmonitoring für welche Bereiche zutreffender ist, können

durch grundlegende Kriterien und verfügbaren Funktionen der Netzmonitorings

entschieden werden.


2

Das Netzmanagement-Team der ASDN arbeitete früher mit einem

herstellerspezifischen Managementsystem 1353-NM von Alcatel, wobei das

System mit der fortschreitenden Technologie Schwierigkeiten hatte und darauf das

Managementsystem erneuert werden musste. Die neue in Betrieb genommenen

modernen Richtfunkgeräte konnten nicht zuverlässig in das bisherige

Netzüberwachungssystem integriert werden. Bei komplizierteren Störungen

bestand eine Abhängigkeit an einem Support von Hersteller. Um diese Probleme zu

umgehen, wurde ein neues modulares Netzmonitoringsystem eingeführt. Dieses

System besteht aus zwei Tools Namens „Check_MK“ und „ArcGIS von ESRI“.

Welche zusätzlichen Vorteile das neue System im Vergleich zu dem alten System

anbietet, wurde bewertungsbedürftig. Weitere Fragen die in diesem

Zusammenhang ausschlaggebend sind: Welche Funktionen sind generell für die

Auswahl eines Netzmonitoringsystemes entscheidend? Bietet das neue System die

benötigte Hochverfügbarkeit? Wird das Ausgangs-Problematik damit behoben und

eine Nachhaltigkeit gewährleistet? Bieten die neuen Tools bessere

Benutzerfreundlichkeit? Diese und ähnliche Fragen bereiten den Verlauf dieser

Thesis vor. Da das alte herstellerspezifische Management System nicht mehr

existiert, konnte dieses nicht im Echtbetrieb infolgedessen nicht detailliert

untersucht werden. Ergänzend wurden Interviews mit den Ingenieuren und

Netzmanagern zur Hilfe genommen.

1.2 Zielsetzung der Thesis

Diese Thesis behandelt die wesentliche Struktur des Zugangsnetz BOS in

Niedersachsen, welches vorrangig über Digitalrichtfunk vernetzt ist. Das Ziel ist

dabei, das neue modulare Netzüberwachungssystem anhand der verwendeten

Netzmonitoring-Tools Check_MK und ArcGIS von ESRI bzgl. der speziellen

Anforderungen der ASDN zu untersuchen und zu bewerten. Die Bewertung wird

nach grundlegenden Funktionen eines Netzmonitorings und einer

Gegenüberstellung des alten herstellerspezifischen Systems mit dem neuen

modularen System durchgeführt. Des Weiteren ist die Beurteilung von der

Einführung eines Geoinformationssystems für die Vollständigkeit der

Gesamtbewertung sinngemäß.


3

1.3 Gliederung der Arbeit

Die Thesis gliedert sich in vier Hauptkapiteln und umfasst unterschiedliche

Schwerpunkte. Kapitel 2 behandelt theoretisches Vorwissen, welches grundlegend

für den Verlauf dieser Thesis ist. In Kapitel 3 wird das überwachende Netz und die

Hardware zum Verständnis vorgestellt. Danach stellt Kapitel 4 zunächst die

Untersuchungen zu dem Netzüberwachungssystem dar, anschließend findet eine

Gesamtwertung anhand der zuvor vorgestellten Kapitel statt. Zuletzt folgt in Kapitel

5 eine Zusammenfassung der Thesis.

Grundlagen Bachelor-Thesis

4

2 Grundlagen

Das von der ASDN zu überwachende Zugangsnetz des Digitalfunk BOS in

Niedersachsen wird durch regulierten Richtfunk im Bereich 7 GHz-38 GHz realisiert.

Um eine möglichst hohe Verfügbarkeit dieses Funknetzes sicherzustellen, werden

zwei Monitoring-Tools Namens Check_MK und ArcGIS von ESRI zur

Netzüberwachung angewendet. Von diesem Hintergrund wird in diesem Kapitel der

Richtfunk im regulierten Bereich erläutert und das IT-Monitoring bzgl. der genannten

Tools dargestellt.

2.1 Digitalfunk BOS

Digitalfunknetz BOS vernetzt alle BOS in einem bundesweit-einheitlichen und

digitalen Sprech-und Datenfunksystem. Die Einführung des Digitalfunks für alle

BOS ist eines der größten technischen Modernisierungsprojekte in Deutschland.

Mittlerweile sind rund 99 % (Stand: Oktober 2015) der Fläche Deutschlands

funkversorgt (1).“ Im analogen BOS-Funk wird Frequenzen nur innerhalb der

jeweiligen BOS genutzt“. „Jede BOS verfügt über ein eigenes Funknetz mit eigenen

Kanälen und räumlich begrenzter Reichweite“. Eine bundesweit übergreifende

Kommunikation wie im Digitalfunk ist im Analogfunk nicht realisierbar (2).

Wesentliche Vorteile des Digitalfunks BOS sind (3):

sehr hohe Verfügbarkeit,

hohe Abhörsicherheit des Funkverkehrs,

verbesserte Sprachqualität (kein Rauschen aufgrund eines elektronischen

Filterverfahrens und digitaler Fehlerkorrekturen),

Gruppenkommunikation sowie Einzelkommunikation,

zahlreiche Zusatzdienste, wie bspw. Notruf oder GPS-basierte

Endgeräteortung, Statusmeldungen und

jedes Gerät kann individuell bei Verlust oder Diebstahl vorübergehend oder

endgültig gesperrt werden.

Diese Vorteile verdeutlichen die höhere Leistungsfähigkeit des Digitalfunks BOS

gegenüber dem analogen BOS-Funk.

Auch in Niedersachsen hat der Digitalfunk in BOS Einzug gehalten. Mehr als 50.000

Teilnehmer/innen aller BOS nutzen bereits jetzt die Vorteile der digitalen Technik.


5

Im Hinblick auf die flächendeckende Einführung der neuen Funktechnik wird eine

Gesamtzahl von ca. 60.000 aktiven Endgeräten prognostiziert. Hierfür sind ca. 450

Basisstationen geplant (4).

In Abbildung 2 spiegelt sich die Netzteilung von Niedersachsen nach

Polizeidirektionen wieder. Das gesamte Funknetz (Kommunikationsnetz) ist in

sechs Netzabschnitte (NA 06 bis NA11) aufgeteilt, die sich geographisch an den

Bereichen der Polizeidirektionen (PD) ausrichten: Lüneburg, Oldenburg,

Osnabrück, Hannover, Braunschweig und Göttingen.

Abbildung 2:BOS Netzstruktur von Niedersachsen (5)

2.2 Digitaler Richtfunk im regulierten Bereich

In den letzten 20 Jahren hat sich das Anwendungsgebiet des Richtfunks wesentlich

verändert. Die für lange Strecken dienenden großen Richtfunkantennen, z.B. zur

Verbreitung der TV- und Radio-Kanäle, sind abgebaut und durch Glasfasertechnik

ersetzt worden (6). Trotz des Abbaus von Richtfunk in Langstreckenfunkfeldern hat

Deutschland heute ein dichtes Richtfunknetz mit vielen Funkstandorten (Abbildung

3), das stetig wächst (7). Im Anhang A zeigt zusätzlich eine Abbildung von BNetzA

Berlin, das komplette Punkt zu Punkt Richtfunknetz im Gesamtraum Deutschland.


6

Abbildung 3: Frequenzzuteilung in letzten Jahren in Deutschland für Richtfunk (mit freundlicher Genehmigung von BNetzA Berlin)

Aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften wird der Richtfunk heute größtenteils

im Kurzstreckenbereich zur Anbindung von Mobilfunkbasisstationen genutzt (8).

Richtfunkanlagen sind kostengünstig und verhältnismäßig schnell zu installieren

und können im Gegensatz zu Kupfer– und Glasfasertechnik flexibel an die

Netzstruktur angepasst werden. Sie sind bei steigendem Bedarf an

Übertragungskapazität ohne großen Aufwand erweiterbar (9). Außerdem ist im

Sinne des Kostens die Wiederverwendbarkeit der vorhandenen Hardware ein

weiterer Vorteil (10). Des Weiteren können topographische Hindernisse wie Gebirge

oder Städte mit Richtfunk auf einfache Art überwunden werden (11). Häufig wird die

niedrige Übertragungskapazität des Richtfunks als Nachteil gesehen. Doch da in

den Zugangsbereichen der Telekommunikationsnetze (Access Network) nur

geringe Bitraten (2 Mbit/s bis 155 Mbit/s) gesendet werden, ist diese These zu

vernachlässigen. Mit modernen Richtfunkanlagen können über 1 GBit/s Bitraten

übertragen werden (11).

Der Frequenzbereich für den regulierten Richtfunk liegt in Deutschland zwischen 4

und 58 GHz. Die ASDN benutzt typischer Weise den Frequenzbereich zwischen

7GHz und 38GHz (Frequenzzuteilung von BNetzA im Anhang B als Bsp.) Mit dem

niedrigen Frequenzbereich lassen sich lange Strecken sicher überbrücken. Die

Strecken gehen von ca. 150 m bis zu 25 km (11).

Zunehmend werden heute die digitalen Daten in paketorientierter Form nach der

Ethernet-Technologie übertragen. Das Zeitmultiplexverfahren (eine

leitungsermittelte Übertragung) wird nicht so häufig wie früher angewendet. Durch

die neuen Ethernet-Standards sind die modernen Richtfunksysteme in der Lage,


7

Bitraten von 10Mbit/s bis 1GBit/s zu übertragen. Zusätzlich können an den

Richtfunksystemen E1/T1-Schnittstellen konfiguriert werden, wodurch die Migration

von Datenströmen der Zeitmultiplexübertragung zur paketorientierten Übertragung

nach dem Ethernet-Standard ermöglicht wird (9). Diese Methoden werden von der

ASDN angewendet.

Angewandte Antennentechnik

Für die Richtfunkstrahlung verwendet die ASDN grundsätzlich Parabolantennen.

Der Durchmesser der Antennen beträgt 30 bis 120 cm, die hauptsächlich benutzte

Größe liegt bei 60 cm. In der Abbildung 4 sind Richtfunkantennen zu sehen, die

diese Eigenschaften besitzen. Die Außeneinheiten (ODU=Outdoor Unit) sind direkt

an die Antennen montiert, wodurch auf einen Hohlleiter als Antennenzuleitung

verzichtet werden kann. Dadurch ist das Equipment besonders kompakt und die

hohe Frequenz kann problemlos weitergeleitet und moduliert werden. Für

bestimmte Mobilfunkbasisstationen, an denen die Montage aufgrund der Höhe sehr

aufwendig ist, sind zwei ODUs an die Antenne montiert (12). Die zweite ODU ist

hierbei als Redundanztechnik gedacht. Diese Methode wird 1+1 oder n+1 genannt

(13).

Abbildung 4: Richtfunkantennen von Mobilfunkbasisstationen der ASDN

Typische Störungen einer Richtfunkanlage können sein (9):


8

- Hardwaredefekt (MTBF= Mean Time Between Failure)1

- Ausfall eines Richtfunklinks durch Funkfelddämpfung aufgrund ungünstiger

Wetterbedingungen (Starkregen)2

- Bitfehler, Unterbrechungen entstehen hauptsächlich durch atmosphärische

Effekte

2.3 IT-Monitoring

Monitor oder monitoris ist lateinisch und bedeutet ´Mahner` (14).

„Unter Monitoring ist die Erfassung, Beobachtung oder Überwachung der Systeme

oder Prozesse zu verstehen“. Die wesentlichen Funktionen sind (15):

- aktives Überwachen des aktuellen Zustandes,

- Verarbeiten von Fehlermeldungen,

- Alarmierung im Störungsfall,

- Zusammenfassung und Visualisierung,

- Historisierung von Messwerten (inkl. mit automatische Erzeugung von

Statistiken) sowie

- die Grundlage zur Erstellung von Berichten und Auswertungen.

Mit Hilfe des Monitorings wird hauptsächlich die Minimierung von Ausfallzeiten

durch Früherkennung zukünftiger Probleme und deren Vermeidung erzielt, sowie

die Ursache des Problems identifiziert und lokalisiert. Außerdem erhält der

Anwender einen Überblick über Support und Management für Kunden oder

Mitarbeiter (16).

In den letzten Jahren ist die Bedeutung des Monitorings in Unternehmen und

Organisationen erheblich gestiegen (17). Infolgedessen wurden auch eine Vielzahl

von IT-Monitoring-Tools entwickelt, die den Benutzern zur Verfügung stehen.

Grundlegende Auswahlkriterien hierbei sind (15):

- Sicherheit

- Nachhaltigkeit der Software

- Qualität des Monitorings

- Aufwand für Installation, Konfiguration und Betrieb

1weiterführende Informationen siehe Kapitel 7.7 Digitalrichtfunk 2013, Jürgen Donnevert 2 weiterführende Informationen siehe Kapitel 9 Digitalfunk 2013, Jürgen Donnevert


9

- Anforderungen an Qualifikation der Mitarbeiter

- Lizenzgebühren

- Ressourcenbedarf auf Server und Clients

- Support

2.4 Monitoring mit Open-Source-Software

Der Begriff Open-Source-Software (OSS) bedeutet übersetzt “Freie Quelle“ und

entstand 1998 mit der Gründung der Open Source Initiative (18). Wie der Name

besagt, ist damit die freie Verfügbarkeit des Software-Quellencodes gemeint, der im

Rahmen von Open-Source-Lizenzmodellen kostenlos genutzt und verändert

werden kann. Für die Software werden keine Lizenzgebühren entrichtet, Kosten

können lediglich für die Bereitstellung durch des Anbieters entstehen (19). Die

grundlegenden Eigenschaften von OSS sind:

- Anwender besitzen das Recht, die Software nach eigenem Ermessen zu

verwenden.

- Jedem Anwender soll der Quelltext offengelegt werden oder es muss auf die

frei zugängliche Stelle vermittelt werden.

- Der Benutzer besitzt das Recht, die Software zu ändern und in veränderter

Form zu verteilen.

- Im Verkauf oder der Weitergabe der Software darf die Lizenz niemanden in

Form einer Softwarezusammenstellung einschränken (19).

Weiterhin gibt es zehn Punkte, die die Open Source Definition erfüllen muss (20).

Der Open-Source-Software steht die proprietäre Software gegenüber, bei der für

die Nutzung, Verteilung oder Bearbeitung der Software eine Genehmigung des

Eigentümers notwendig ist (19).

Im Rahmen einer Analyse stellte die Europäische Kommission im Jahr 2006 fest,

dass der Marktanteil von Open Source für Europa in den vergangenen Jahren stetig

gestiegen ist (European Comission, 2016).

2.5 Monitoring mit Check_MK

Als eine Open-Source-Software kann für die Netzüberwachung Check_MK

verwendet werden. Das in Python entwickelte Überwachungstool Check_MK

basiert auf Nagios und erweitert dies um einige Komponenten von Matthias Kettner


10

(MK) aus München. Check_MK dient zur professionellen Überwachung von

Anwendungen, Betriebssystemen, Hardware und Netzwerken. Dazu werden die

beiden folgenden Begriffe Python und Nagios kurz erläutert (21).

Python ist eine Programmiersprache mit klarer reduzierter Syntax und einfacher

übersichtlicher Struktur, die von Guido van Rossum entwickelt wurde. Die erste

Vollversion Python 1.0 wurde 1994 und die neueste Version 3.5 im September 2015

veröffentlicht. Bei der Entwicklung wurde auf eine überschaubare und leicht

erweiterbare Standardbibliothek großen Wert gelegt. Es wird auch eine

objektorientierte und strukturierte Programmierung unterstützt. Die Sprache kommt

mit wenigen Schlüsselwörtern aus. Python ist plattformunabhängig, d.h. es läuft

unter Linux, ebenso wie unter vielen Unix-Systemen, Mac und Windows (22).

Nagios ist eine freie Überwachungssoftware, die von Ethan Galstad für komplexe

IT-Infrastrukturen entwickelt wurde. Sie überwacht je nach Konfiguration,

Serversysteme bis hin zu Arbeitsstationen, Drucker, Router und

Systemkomponenten der Betriebssysteme. Wegen der großen Verbreitung auch im

professionellen Einsatz ist Nagios ein Standard geworden (23).

Check_MK entstand 2008 und wurde in 2009 unter der am weitesten verbreiteten

Software-Lizenz GPL (General Public License) veröffentlicht. Der Auslöser für die

Erweiterung von Nagios beruht auf den Problemen mit Performance (Serverlast)

und hohem Konfigurationsaufwand (24).

In einem Setup Prozess (Abbildung 5) baut Nagios pro Check immer eine

Verbindung auf, was den Monitoring Server belastet. Jedoch schafft es Check_MK

nur mit einer Abfrage bzw. Verbindung vom Server zum Client, benötigte

Ergebnisse zu bekommen (Abbildung 6). Anstelle von mehrfachen aktiven Nagios-

Checks erfolgt hier ein Shell script als Client-Agent, welcher seine Ergebnisse als

passive Checks an den Nagios-Server weiterreicht.


11

Abbildung 5:Checksystem von Nagios (25)

Abbildung 6:Checksystem von Check_MK (25)

Host und Services

In der Überwachung geht es hauptsächlich um Hosts und Services. Host bedeutet

hier ein Server, Netzgerät (wie Switch, Router etc.), Messgerät (wie Thermometer,

Luftfeuchtesensor) und sonstige Geräte mit einer IP-Adresse. Wichtig ist, dass ein

Host einen Namen und eine IP Adresse vom Anwender zugeteilt bekommt.

Folgende Host-Zustände können im Monitoring auftauchen (Abbildung 7):

Abbildung 7: Alarmierung für verschiedene Host-Zustände (26)


12

Hosts besitzen verschiedene Services, welche ein Teil oder Aspekt (wie

Performance, Radio etc.) des Hosts darstellen können. Dazu muss der Host

erreichbar sein.

Folgende Service-Zustände können im Monitoring auftauchen (Abbildung 8):

Abbildung 8: Alarmierung für verschiedene Service-Zustände (26)

Ein Host, der nicht UP (Abbildung 7) und ein Service, der nicht OK ist, erkennt der

Check_MK als ein Problem. Neu registrierte Probleme gelten zuerst als

unbehandelt bzw. unhandled. Wird das Problem im Monitoring bestätigt (quittiert),

so gilt es als behandelt, d.h. ein Mitarbeiter beschäftigt sich mit diesem Problem

(Abbildung 9) (26).

Abbildung 9:behandelte und unbehandelte Probleme (26)


13

In Abbildung 10 ist die webbasierte Benutzeroberfläche von Check_MK zu sehen.

Abbildung 10: Benutzeroberfläche von Check_MK

Informationsverteilung

Im Kern ist Check_MK Open Source, werden spezielle Dienste und ein

professioneller Support benötigt, gibt es unterschiedliche Versionen die mit

unterschiedlichen Preismodellen hinterlegt sind (27). Die ASDN benutzt die

professionelle Version 1.2.6 Check_MK Micro Core. In Check_MK Micro Core

können kundenspezifische Checks eingearbeitet werden. Diese Checks sind für

Geräte explizit programmiert. Jegliche Betriebszustände von Netzelementen/Hosts

im professionellen Bereich werden heute über das Standardprotokoll Simple

Network Management Protocol (SNMP) zur Verfügung gestellt und lassen sich

dadurch gezielt überprüfen (12).

SNMP als ein Netzwerkprotokoll wird genutzt, um verschiedene Netzwerkelemente

aus der Ferne zu überwachen und zu steuern. Mit diesem Protokoll kann das

Netzwerk Management System Anfragen senden und das verwaltete Gerät kann

eine Antwort zurücksenden.


14

In der webbasierten Kommunikation sind oft zwei Begriffe zu finden, welche die Art

und Weise darstellen, wie Informationen zu uns gelangen: Pull- (ziehen) und Push

(drücken)-Prinzip.

Mit dem Pull-Prinzip zieht das Empfangsende die Information zu sich, d.h. ein

Objekt ruft gezielt Informationen aus einem System auf. Dieser Prozess kann auch

automatisiert werden.

Beim Push-Prinzip schickt der Sender die Daten an den Empfänger, ohne dass

dieser aktiv werden muss. Sobald sich der Anwender am Server einloggt, werden

die Informationen auf den Rechner des Anwenders „gedrückt“.

Das Pull-Prinzip wird häufiger angewendet, da der Empfänger zielgerichtet seinen

Informationsbedarf decken kann. Hingegen könnte beim Push-Prinzip eine

ungewollte Informationsüberflutung entstehen und das System stark belastet

werden (28). Auch die ASDN nutzt beim Management das Pull-Prinzip pull snmp.

2.6 Geographisches Informationssystem (GIS)

Neben Check_MK benutzt die ASDN für die Netzüberwachung ein Geographisches

Informationssystem. Für eine geographische Visualisierung bzw. Ortung der zu

überwachenden Standorte werden GIS eingesetzt. Der Begriff wurde erstmalig in

Kanada im Jahre 1960 in der Doktorarbeit von Dr. Roger Tomlinson verwendet (29).

In der Literatur ist dazu auch der Begriff räumliche Informationssysteme (RIS) zu

finden. GIS sind computergestützte Informationssysteme für die Erfassung,

Verwaltung, Bearbeitung, Analyse und Darstellung von raumbezogenen Daten (30).

Anwendungen (14):

- Atmosphäre: Klimaüberwachung, Luftbelastung

- Lithosphäre3 (Gesteinsphäre): Aktivität von Vulkanen, Erdbebengefährdung

- Schwankungen des Meeresspiegels

- Naturgefahren und –katastrophen

- Infrastruktur: Netzwerk

3 bezeichnet die äußere, etwa 100-200 km mächtige Schale der Erde (54).


15

Anforderungen an ein GIS (31):

- Rasterdaten

- real-time Prozessing (Echtzeitdaten)

- wissenschaftliche Analyse

- Tool Auswertung

- große Datenmengen mit räumlicher Indizierung verarbeiten (Punkte, Linien,

Polygon)

- effiziente Speicherung raumbezogener Geo-Objekte

- Abfragen von Position und Eigenschaften raumbezogener Objekte

- interaktives Auswählen oder Abfragen (Anklicken eines einzelnen Objektes

mit der Maus und Anzeigen der zugehörigen Werte)

- Skalierbarkeit (die Ausdehnung der präsentierten geographischen

Inhalte) und Performance

- eine aussagekräftige, übersichtliche Ergebnisdarstellung mit hohem

Informationsgehalt

ArcGIS von ESRI

Environmental Systems Research Institute (ESRI) gehört zu den bekanntesten GIS-

Herstellern mit Hauptsitz in Kalifornien und wurde von Jack Dangermond im Jahre

1969 gegründet. Auch von Behörden und beim Militär wird meist das GIS von ESRI

(ArcGIS) bevorzugt, insbesondere von Polizeibehörden (32). Außerdem gehört es

zu einem der auf dem deutschsprachigen Markt dominierenden Produkte. ArcGIS

umfasst verschiedene GIS-Softwareanwendungen des Herstellers ESRI (33). Von

der ASDN wird der ArcGIS for Server (Enterprise-Komponente), ArcGIS for

Desktop, ArcGIS GeoEvent Prozess Manager und ArcGIS Server Portal genutzt.

Diese Anwendungen stellen folgendes zur Verfügung:

ArcGIS for Server: stellt GIS-Inhalte (Map Services, Dienste) im

Unternehmen oder im Internet verfügbar (34)

ArcGIS Server Portal: stellt eine interaktive Web-Application (Web- Dienst)

zum Entwerfen und Erstellen von Webanwendungen aus vorhandenen

Webkarten bereit (35).

ArcGIS Server GeoEvent Prozessor: stellt real-time Daten (Datenbank für

den ArcGIS Server innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne) bereit (36)


16

Eine Übersicht zum Prozessablauf von ArcGIS-Diensten ist Abbildung 11

dargestellt. Gewünschten Dateninformationen, z.B. von einer überwachenden

Hardware (Connector: als Sender), werden vom GeoEvent Prozessor über einen

bestimmten Übertragungsweg erfasst und verarbeitet anschließend zum ArcGIS

Server in real-time weitergeleitet. Daraufhin stellt der ArcGIS Server diese

Dateninformationen als Features für die Applikationen am Client (Connector: als

Empfänger) bereit.

Abbildung 11: Prozessablauf von ArcGIS- Diensten (37)

Zusammensetzung des Digitalfunknetz BOS Bachelor-Thesis

17

3 Zusammensetzung des Digitalfunknetz BOS

Bevor das Netzüberwachungssystem untersucht wird, soll zuerst für eine bessere

Vorstellung von dem Digitalfunknetz BOS, die Einordnung bzw. Zusammensetzung

des Netzes dargestellt werden und zeigen welche Hardware überwacht wird.

Die Zusammensetzung des Digitalfunksystems BOS ähnelt der eines

Mobilfunknetzes, welches aus verschiedenen Netzelementen besteht: Kernnetz,

Zugangsnetz und Endgeräte (2).

Kernnetz: Der Bund finanziert die zentralen Komponenten, die dem Kernnetz

zuzuordnen sind:

- 64 Vermittlungsstellen (DXT) und 4 Transit-Vermittlungsstellen (DXTT)

- Netzmanagementcenter (NMC)

- Baugruppenträger für Anschlüsse der Zugangsnetze

- Zentrales Cryptomanagement (Root CA)

Zugangsnetz: Die Topologieplanung eines Netzabschnittes liegt nicht mehr in der

Zuständigkeit der BDBOS, sondern der Länder.

- Basisstationen mit Funktechnik inkl. Antennen

- Verbindungen der Basisstationen untereinander, zu den Vermittlungsstellen

und Anbindungen von Leitstellen

- Netzelemente wie Konzentratoren

Endgeräte: Endgeräte unterteilen sich in

HRT: tragbare Geräte,

MRT: mobile Geräte und

FRX: festverbaute Geräte,

die für die Einsatzkräfte zur Verfügung stehen.


18

3.1 Struktur des Kernnetzes

Die Bindeglieder des Digitalfunknetzes BOS sind die Vermittlungsstellen (DXT). Sie

sichern den überregionalen Datenfluss und die Steuer-und Kommunikationsdaten

zwischen den Basisstationen im gesamten Bundesgebiet. Weiterhin übernehmen

sie die behördenübergreifende Verwaltung aller Teilnehmer und

Teilnehmergruppen des Digitalfunk BOS (38). Die vier Transitvermittlungsstellen

(DXTT) sind wiederum auf der übergeordneten Ebene die Bindeglieder der

Vermittlungsstellen, welche durch ein vermaschtes Glasfasernetzwerk auf WDM-

Basis (Wavelength Division Multiplexing), um Mehrfachnutzung von

Glasfaserleitungen, miteinander verbunden sind. Für die Vernetzung der

Vermittlungsstellen sind IP und Time Division Multiplex (TDM) basierende

Verbindungen (E1) notwendig. Da die ASDN das Kernnetz, aufgrund der

Verantwortlichkeit des Bundes, nicht überwacht, wird dies nicht näher erläutert (39).

Abbildung 12: Kernnetzstruktur

3.2 Struktur des Zugangsnetzes

Die Topologieplanung des Zugangsnetzes erfolgt durch die Länder.

Topologieplanung ist die Anordnung einzelner Knoten eines Netzes und deren

Verbindung untereinander. Sie muss den Anforderungen bzgl. der

Anbindungsverfügbarkeit, den Kapazitätsanforderungen der Basisstationen und

den Signallaufzeitanforderungen ( 10 ms) zwischen Basisstation und


19

Vermittlungsstelle entsprechen. Die hohen Verfügbarkeitsanforderungen an das

BOS-Digitalfunknetz setzen zwingend die Vermeidung neuralgischer Fehlerpunkte

im Zugangsnetz voraus. D.h., der Ausfall einer Basisstation oder

Übertragungsstrecke darf nicht den Ausfall bzgl. der Anbindung weiterer

Basisstationen nach sich ziehen. Den neuralgischen Fehlerpunkt vermeidet das

sogenannte Ringsystem. Dabei werden die einzelnen Übertragungsstrecken

vollständig voneinander entkoppelt.

Ein Überblick auf einen Abschnitt der Zugangsnetzstruktur, der auch ein

Ringsystem darstellt, ist in der Abbildung 13 zu finden (39). Während die erste

TETRA-Basisstation (TBS) des Ringes an die Ziel-DXTip über den

Telekommunikationsübergaberaum A (TKÜ-erste Hauseinführung) angebunden

wird, soll die letzte TBS an die Partner-DXTip über den TKÜ-B angebunden werden.

Am (Vermittlungsstelle) VSt.-Standort sorgt der DN2 Multiplexer für die

Funktionalität zur Ringüberwachung anhand der Auswertung von Pilotbits. Dazu

wird jeder Basisstation im Ring ein Pilotbit zugeordnet, dessen Wert im Fall einer

Störung von 0 auf 1 wechselt. Jede Basisstation sendet dasselbe Signal in beide

Ringrichtungen, daher ist es dem DN2 möglich, durch Auswertung des Pilotbits eine

störungsbehaftete Route zu detektieren und auf die störungsfreie umzuschalten.

Wenn ein ganzer VSt.-Standort ausfällt, wird nach dem DXTip-Redundanzkonzept

der Verkehr von der Partner-DXTip über das Kerntransportnetz des Bundes (KTN-

Bund) zur Notfall-VSt. geroutet (39).


20

Abbildung 13: Ringführung des Zugangsnetzes (39) (verändert)

3.3 Zu überwachende Hardware

Die ca. 440 zur Verfügung stehenden Basisstationen für die BOS in Niedersachsen

sind über Richtfunk je nach Hardware4 mit verschiedenen Technologien miteinander

verbunden (2). Meistens ist das „Ringende“ über Mietleitung an die DXT

angeschlossen, um eine Medienredundanz zu erreichen (39).

In Abbildung 14 ist ein Ringsystem der ASDN nachgebildet, dessen Knoten die

Richtfunkgeräte an den Standorten darstellen und deren Verbindungen

untereinander die Funkstrecken bilden. Hier wird auch in Farben

auseinandergehalten, welche Stellen von der ASDN und welche von BDBOS

überwacht werden.

Mehrere Ringsysteme, die miteinander verbunden sind, bilden dann das gesamte

Funknetz. Dieses ähnelt der Ringführung des Zugangsnetzes in Abbildung 13.

4 (MPR 9500 oder MXC 9500)


21

Diese Richtfunkverbindung wird von der ASDN geplant, überwacht und

funktionsfähig gehalten. Ein Beispiel aus der Praxis ist in Abbildung 15 zu sehen.

Abbildung 14: Zugangsnetzabschnitt

Abbildung 15: Ringsystem von der ASDN


22

Für die Kommunikationsmöglichkeit steht in den jeweiligen Standorten die

Richtfunkhardware Modell 9500 Microwave Cross Connect (MXC) oder das neue

Modell 9500 Microwave Packet Radio (MPR) (Abbildung 16) zur Verfügung. In

Abbildung 17 ist die gesamte Richtfunkanlage zu sehen.

Abbildung 16: Richtfunkhardware: links neue MPR 9500, rechts MXC 9500 (40)

Abbildung 17: Richtfunkanlage (13)

Hauptsächlich sind die an diesen Richtfunkgeräten angeschlossene Hardware wie

Switche, Router, BSI-Crypter, Power One (Stromversorgung) sowie auch die an die

Meldekontakte angeschlossene Alarme wie Tür, Brand, Strom und Temperatur zu

überwachen. Weiterhin werden beliebige IP-Geräte mit einfachem Pingtest auf

Erreichbarkeit geprüft (z.B. Überwachungskameras).

Ethernet RJ45 Traffic Port 4: Konfiguriert als NMS Ethernet Interface um

mehrere Geräte zu kaskadieren

4 ports Ethernet interfaces für NMS: Netzmanagementsystem

Bewertung des Netzüberwachungssystems Bachelor-Thesis

23

4 Bewertung des Netzüberwachungssystems

In diesem Abschnitt findet zunächst eine Untersuchung statt. Dazu wird die

Systemarchitektur der behandelnden Netzüberwachungssysteme (das

herstellerspezifische und modulare Netzüberwachungssystem) dargestellt und die

dazugehörigen Systemkomponenten erläutert. Des Weiteren werden die

entscheidenden Funktionen, wie die Topologie, Visualisierung und Alarmierung,

des User-Interface von Netzmonitorings anhand der Screenshots vorgestellt. Aus

denen ergibt sich am Ende des Kapitels eine Gesamtbewertung.

4.1 Systemarchitektur

Eine Systemarchitektur stellt die Struktur eines Systems durch

Systemkomponenten und dessen Schnittstellen untereinander dar. Sie ist eine

Hilfe, um die Schnittstellen zwischen den Komponenten und Modulen beschreiben

zu können (41). Im folgenden Kapitel soll sowohl die Hardware-Systemarchitektur

als auch die Software-Architektur des Netzüberwachungssystems dargestellt und

erläutert werden. Dies ermöglicht die Funktionalität eines Systems zu verstehen und

sie danach zu bewerten.

4.1.1 Richtfunkhardware 9500 MXC und 9500 MPR

In Abbildung 18 sind zwei Richtfunkanlagen (9500 MXC) abgebildet, die sich jeweils

an verschiedenen Standorten befinden und untereinander kommunizieren. Diese

besitzen verschiedene integrierte Hardware Karten mit unterschiedlichen

Funktionen. DAC steht für Digital Access Card und ist für die Übertragung der Daten

mit E1-Schnittstellen oder Ethernet-Technologie ausgestattet. Diese E1-

Übertragungskanäle werden von DAC an die Radio Access Card (RAC)

weitergegeben. Dieses Verfahren läuft auch umgekehrt, d.h. die von der RAC

aufgefassten Kanäle werden an die DACs entsprechend verteilt. Für die Ethernet

Übertragung kann DAC die E1-Kanäle bündeln. Die Erreichbarkeit der

Netzelemente wird über Open Systems Interconnection5 Schicht 3 (OSI-

Vermittlungsschicht 3: Routing der Datenpakete zum nächsten Knoten) realisiert

(42). Das heißt, dass für alle Standorte verschiedene Netze existieren, die nur

5 mehr Informationen dazu siehe Anhang H


24

geroutet erreicht werden können. Für das Routing wird das automatische

Routingprotokoll Open Shortest Path First (OSPF) genutzt, welches in den

Richtfunkanlagen vom Hersteller implementiert worden ist (13).

Abbildung 18: Kommunikation der Richtfunkhardware 9500 MXC

Das neuartige 9500 MPR-System basiert nicht auf klassischer TDM-Struktur wie

sein Vorgänger 9500 MXC. Die Schnittstellen und Signalübertragung erfolgen direkt

in einer Paketstruktur. Hier wird mittels IP-System über Virtual Local Area Network

(VLAN) der Traffic auseinandergehalten (13). Bei diesem System ist eine starke

Vereinfachung der Kommunikationstechnik zu erkennen.

Abbildung 19: Kommunikation der Richtfunkhardware 9500 MPR


25

Kommunikation zwischen 9500 MPR und 9500 MXC

Die unterschiedlichen Richtfunkhardware-Modelle, 9500 MXC und 9500 MPR,

können über Ethernet-Technologie ohne Problem miteinander kommunizieren.

Diese Kommunikation soll die Abbildung 20 zur Darstellung bringen.

Abbildung 20: Kommunikation zwischen 9500 MPR und 9500 MXC (40)

4.1.2 Datenfluss der Netzstatusdaten

Im vorherigen Unterkapitel wurde die Technologie zur gegenseitigen

Kommunikation der Richtfunkanlagen kurz erläutert. Mit der Abbildung 21 soll nun

der Informationsfluss von Netzstatusdaten im Netz dargestellt werden bzw. wie die

ASDN für das Managen der Geräte per Fernzugriff die Information erhält. In dem

aufgeführten Modell sind zwei MPRs abgebildet, welche miteinander in Verbindung

stehen. An den Meldekontakten sind die Alarme für Tür, Brand, Strom und

Temperatur angeschlossen, welche mittels AUX (auxiliary=Zusatz, Ergänzung)

überwacht werden (12). Die AUX-Alarme werden in Check_MK gelistet (Abbildung

22). Über zwei Wege kann der Benutzer aus der ASDN über das Management-Netz

zum Netzelement gelangen. Einmal über das Virtual Private Network (VPN) und

DSL-Router sowie über die Festverbindungen.


26

Abbildung 21: Datenfluss der Netzstatusdaten

Abbildung 22: AUX-Alarmierung bei Check_MK

4.1.3 Modulares Netzmonitoring

Bei einem modularisierten Aufbau lassen sich mehrere einzelne Komponenten mit

ihren Schnittstellen zu einem Ganzen kombinieren. In Abbildung 23 ist die

praktizierte modulare Netzüberwachung aus verschiedenen Netzelementen und mit

ihren logischen Verknüpfungen untereinander zu einer Gesamtlösung

zusammengefasst. Dabei ist die Richtung des Informationsflusses bzw. die Abgabe-

Aufnahme der Informationen von den Netzelementen dargestellt. Weiterhin werden

die Aufgaben der einzelnen Netzelemente erläutert.


27

Abbildung 23: modulares Netzmonitoring

Craft Terminal (CT)

Verschiedene Peripherien (z.B. Switche, Batterien) sind an Richtfunkgeräte (MPR)

angeschlossen, die jeweils an unterschiedlichen Standorten stehen. Die

Richtfunkgeräte lassen sich über das (Abbildung 24) Craft-Terminal am User-PC

schnell konfigurieren. Dies ist eine Software (Bedieneinheit), welche von dem

Hersteller der Richtfunkanlage zur Bedienung jeweils eines einzelnen Host

entwickelt wurde. Darüber können auch Statusanzeigen von Geräten abgerufen

und deren Störungen als Alarme anzeigt werden. Mit der IP-Adresse oder mit dem

Host Namen werden die Richtfunkgeräte kontaktiert.


28

In Abbildung 24 rechts oben erscheint dessen Status und darunter die Alarme.

Abbildung 24: Craft Terminal-Start

In Abbildung 25 steht eine Reihe von verschiedenen Optionen wie Konfiguration

und Diagnose zur Verfügung. Auch das Gerät ist übersichtlich abgebildet, wodurch

der Zugriff auf die Slots und Ports ermöglicht wird.

Abbildung 25:Craft Terminal-Menü


29

Ein Alarm-Monitor ist in der nächsten Abbildung 26 mit Zeitdetails und Art der

Störung abgebildet.

Abbildung 26: Craft Terminal –Alarmübersicht

Check_MK

Mit Check_MK sind keine Konfigurationsänderungen oder Steuerungen der Geräte

durchführbar, sondern es dient lediglich der Netzüberwachung und hält mit der

Schnittstelle Livestatus die Statuswerte für ArcGIS bereit. Um von einem

überwachten System mehr Informationen zu bekommen, als nur die Erreichbarkeit,

benötigt das Monitoring-System dessen Mithilfe. Alle managebaren Netzwerkgeräte

(hier 9500 MPR/MXC und Peripherien) haben einen SNMP-Agenten eingebaut

(siehe Seite 12). Auf den im 9500 MPR/MXC vorhandenen SNMP-Agenten greift

Check_MK zu und holt mit GET-Anfragen Details über den Zustand der Hardware

ab. Außerdem werden durch eine automatische Service-Erkennung die auf einem

Host zu überwachenden Services automatisch gefunden und überwacht. Diese

automatische Service-Erkennung (Discovery) erfolgt durch einen Quellcode, der auf

Objekt Identifier (OID) basiert. Jedes unabhängige in der Datenbank gespeicherte

Objekt hat eine eindeutige Identität (43). Ein Beispiel zum Quellcode, ist im


30

Anhang C zu finden, welches die Erkennung der AUX-Alarme von 9500 MPR-

Geräte OID basiert erfassen soll.

ArcGIS (GeoEvent Prozessor for Server)

Zusammen mit Check_MK stellt ArcGIS mit Erweiterungen das Gesamt-Monitoring

für die Netzüberwachung des Zugangsnetzes BOS in Niedersachsen dar. ArcGIS

ermöglicht eine georeferenzierte Visualisierung der Netzstatusdaten für einen

genauen Überblick bei der Überwachung. Um dynamische Inhalte, wie z.B. aktuelle

Informationen zum Status des gefragten Host oder Service bzw. Veränderungen in

real-time darzustellen, sowie für die Datenverarbeitung, benötigt ArcGIS Server den

ArcGIS GeoEvent Prozessor (44). Nach der Erfassung der Statusdaten von Hosts

und Services mit Check_MK, holt sich das ArcGIS Geoevent Prozessor for Server

aus diesen Ergebnissen die nötigen Informationen für eine geographische

Darstellung. In Abbildung 27 wird dieser Vorgang mit Befehlszeilen wiedergegeben.

Ncat als ein Kommandozeilenwerkzeug kann im Terminal oder in Skripten für den

Transport der Daten über Netzwerkverbindungen (mit den Protokollen TCP oder

UDP) genutzt werden (45). Mithilfe dieses Kommandozeilenwerkzeuges entsteht

hier eine Kommunikation zwischen Check_MK und ArcGIS. Per GET Befehl (GET

services) nimmt ArcGIS Geoevent Prozessor for Server die benötigten Daten auf.

Pro Minute (nach Einstellung) findet hier eine Aktualisierung des Netzstatus von

ArcGIS statt (12).

Abbildung 27: Abruf von Check_MK für Datenbank

Auf der Abbildung 28 ist der Gesamtmonitor von ArcGIS GeoEvent Manager

abgebildet. Dieser Prozessor-Manager ist in drei Teilabläufe untergliedert, welche

unter GeoEvent Services aufgelistet sind. Zu den Teilabläufen ist für In- und Output

die Anzahl der Daten unter Count angegeben. Die Datenrate dazu ist ebenfalls zu

entnehmen.


31

Abbildung 28:Gesamtmonitor von ArcGIS GeoEvent Manager

Im Teilablauf A läuft die Abfrage über den Port-Status. Die Daten zum Portstatus

werden in Form einer Tabelle an das CheckMKJoinProzessor geleitet (Abbildung

30). Ein Join-Prozessor ist eine wichtige relationale Operation (Verbundoperation).

Deren Grundprinzip ist es, die Daten mit einzelnen Datensätzen und Feldern in

Tabellen zu speichern. Join-Prozessor ist in der Lage, die Beziehungen zwischen

Tabellen aufzulösen und für Nutzer ein verständliches Ergebnis zurückzuliefern

(46). In Abbildung 29 ist das Weiterleiten der Datenbank von Check_MK an ArcGIS

für den Teilablauf A einfacher dargestellt.

Abbildung 29:Weiterleiten von Datenbank


32

Abbildung 30: Teilablauf A

Mit FieldmapperProcessorJoinToFSPortStatus erfolgt eine Datentransformation

zwischen einer Datenquelle (Source Fields) und einem Datenziel (Target Fields).

Die Eigenschaften des Prozessors sind einstellbar (Abbildung 31). Am Ausgang

FSPortStatus-out-UpdateFeature sind die Daten nun im GIS erfasst.

Abbildung 31:Teilablauf A-Prozessor Eigenschaften

Das Ergebnis des Teillaufes A von port-status ist in Abbildung 32 zu sehen. Hier

werden die zu überwachenden Standorte in Punkten aufgezeichnet bzw. geortet.

An der Verteilung der Punkte (die aus Datenschutz etwas bearbeitet wurde) ist

Niedersachsen zu erkennen.


33

Abbildung 32:port-status Ergebnis

Mit dem Teilablauf BE (Abbildung 33) werden die einzelnen Funkstrecken (Linien)

von den Standorten erstellt (Abbildung 45).

Abbildung 33:Teilablauf BE


34

Teilablauf C (Abbildung 34) stellt die physikalische Verbindung der Standorte dar.

Da an einem Standort einer Mobilfunkbasisstation zwei Richtfunkstrecken

existieren, soll mit diesem Teilablauf unterschieden werden, welche Strecke

Probleme aufweist (44).

Abbildung 34:Teilablauf C


35

4.1.4 Herstellerspezifisches Netzmonitoring

Alcatel Lucent 1353NM

Das 1353 Network Manager (NM) Managementsystem von Alcatel Lucent wurde

von der ASDN von 2008 bis April 2015 angewendet. Abbildung 35 beschreibt die

Struktur dieses Systems und stellt dessen Systemkomponenten dar. Dieses

kommerzielle Monitoring ist herstellerspezifisch und kann nur bestimmte

Netzelemente von Alcatel integrieren. Bei diesem System ist das Management

kompakt gefasst, dabei besitzt der Server 1353 NM für einfaches Management eine

GUI-Schnittstelle (graphical user interface), und ein Craft Terminal für die

Konfiguration (13). Die Daten werden mit dem Push-Prinzip (siehe Seite 18)

übertragen. Wenn ein Ereignis auftritt, werden ohne Aufforderung von

Managementsystem die Daten von überwachten Richtfunkgeräten über SNMP-

Traps zum Netzwerk-Management gesendet. Unter eine Trap ist eine Fangstelle zu

verstehen, die einen Fehlerzustand als ein Ereignis während eines

Programmablaufs erfasst (47).

Abbildung 35: Alcatel Lucent 1353 NM (Netz Manager)


36

Alcatel Lucent 5620 SAM

Als eine neue und moderne Version eines Managementsystems für die

Überwachung des Netzwerkes bietet Alcatel Lucent den 5620 Service Aware

Manager (SAM) an (Abbildung 36). Die Kompaktheit dieses Systems ähnelt dem

Vorgänger Alcatel Lucent 1353 NM.

Abbildung 36:Alcatel Lucent 5620 SAM (Netz Manager)


37

4.2 Ergebnisanzeige des User-Interface

Bis jetzt wurde die Kommunikation zwischen Hardware und Software zur

Darstellung gebracht. Mit diesem Kapitel soll die Kommunikation zwischen Mensch

(Nutzer) und Software präsentiert werden.

Um das Arbeiten mit einem Tool für den Nutzer zu erleichtern, spielt das User-

Interface (Benutzerschnittstelle oder Benutzeroberfläche) eine bedeutende Rolle.

Es stellt die Schnittstelle zwischen Mensch und Software oder Hardware dar und

ermöglicht dessen Kommunikation. Infolgedessen sollen die Benutzeroberflächen

der im vorherigen Kapitel behandelten Netzmonitoringsysteme vorgestellt werden.

4.2.1 User-Interface Alcatel Lucent 1353 NM

Die Startseite von Alcatel Lucent 1353NM ist in Abbildung 37 dargestellt. Am

Bedienungsfeld unten verfügt sie über sechs Arbeitsblätter. Links oben steht ein

Menüfeld für das Management mit verschiedenen Operationen.

Abbildung 37: Startseite von 1353NM (48)

Interessant ist im Menüfeld die Option Alarmierung und Topologie Manager, da die

Topologie eines Netzes entscheidend für seine Ausfallsicherheit ist (Abbildung 38).


38

Abbildung 38: Menüfeld

Wird auf die Schaltfläche (Button) Alarms geklickt, so erscheint das Alarmfenster

(Abbildung 39) mit sämtlichen Alarmierungen, allerdings kostet die Auswertung des

Ergebnisses der Nutzer relativ viel Zeit. Die Alarmierungen sind je nach

Störungsgrad- in unterschiedlichen Farben gekennzeichnet. Dazu wird die Anzahl

der Fehler erfasst. Detaillierte Informationen werden angezeigt, wenn ein Alarm vom

Nutzer ausgewählt wird.

Abbildung 39: Alarmfenster mit Zähler

Unter der Schaltfläche Topologie Manager ist die Struktur der Verbindungen

mehrerer Standorte von Mobilbasisfunkstationen untereinander (Abbildung 40) zu

erkennen. Hier ist nur eine schematische Darstellung der Vernetzung von

Netzelementen möglich.


39

Abbildung 40:Topologiemanager

Wird bestimmte Informationen über einen Standort benötigt oder der Nutzer möchte

diesen bearbeiten (über Craft Terminal), so kann auf dessen Baustein geklickt

werden und anschließend können Operationen durchgeführt werden (Abbildung

41).

Abbildung 41: Infos über Standort


40

Abbildung 42: Konfiguration über Craft Terminal

In der Topologie wird die Alarmierung auch übernommen und kritische Störungen

werden für den Nutzer in roter Farbe kenntlich gemacht. Dabei werden Fehler

zunächst grafisch am Netzelement signalisiert, die sich auf die Gesamteinheit

beziehen und nicht konkretisiert sind.

Abbildung 43: Alarmierung in der Topologie

In der Topologie kann zur örtlichen Orientierung nur eine als Bitmap abgespeicherte

Weltkarte in den Hintergrund gelegt werden (Abbildung 44). Diese muss zurecht

skaliert werden. Eine detailliertere Zoommöglichkeit mit geografischem Bezug oder

dynamischen Elementen ist nicht realisierbar.


41

Abbildung 44: Globale Landkarte im Hintergrund (Map Manager)

4.2.2 User-Interface Check_MK & ArcGIS Server Portal

Seit April 2015 setzt die ASDN für die Netzüberwachung, neben der Nutzung des

Craft Terminals, ein modulares Netzmonitoring bestehend aus Check_MK und

ArcGIS mit dessen Erweiterungen ein. Das ArcGIS System und Check_MK besitzen

eigene Web-Interfaces (Abbildung 50 und Abbildung 23), die über Hypertext

Transfer Protocol (HTTP) angesprochen werden (49). Das ermöglicht, die

Netzelemente mit Hilfe eines Webbrowsers zu überwachen.

In Abbildung 45 ist die Weboberfläche von ArcGIS Server Portal als Gesamtansicht

abgebildet. Dort ist geografisch Niedersachsen zu erkennen. Die Standorte der

Mobilfunkbasisstationen sind als Punkte zu erkennen und werden mit den

Richtfunkverbindungen georeferenziert abgebildet. Im Suchfeld kann nach eigenen

Standortnamen oder in öffentlichen Verzeichnissen gesucht werden. Weiterhin gibt

es eine hohe Zoommöglichkeit für detailliertere und genaue Ortung oder

Positionierung der Standorte.


42

Abbildung 45: Weboberfläche von ArcGIS GeoEvent

Als Hintergrund können beliebig viele dynamische Inhalte eingepflegt werden. Hier

stehen Luftbilder des Landesamtes für Geodaten oder Straßenkarten über

OpenStreetMap zur Verfügung. Je nach Zoomstufe werden die Details der

Darstellung in Form von höherer Auflösung bei Luftbildern bzw. detaillierter

Straßenkarten automatisch angepasst.

Abbildung 46: Darstellung 1) Leerraum

Des Weiteren kann mithilfe des OpenStreetMaps (Abbildung 47) eine detaillierte

Landkarte im Hintergrund erstellt werden, welche ESRI unter verschiedenen


43

Hintergrundkarten (Basemaps) und weiteren Map Services zur Nutzung in ArcGIS

anbietet. OpenStreetMap (OSM) ist ein freies Gemeinschaftsprojekt, um frei

nutzbare Geodaten zu sammeln und in einer Datenbank vorzuhalten. Außerdem

sind die OpenStreetMap-Daten lizenzfrei und weiter bearbeitbar (50). Eigene Daten

können mit denen von ESRI und mit den Daten anderen Nutzern kombiniert werden

Bei dieser Darstellung werden Grundflächen von den Gebäuden sowie Straßen, etc.

erkenntlich gemacht und dadurch wird es dem Nutzer ermöglicht, sich genau zu

orientieren.

Abbildung 47: Darstellung 2) OpenStreetMap


44

Abbildung 48 präsentiert als Basemap ein Satelitenbilder in hoher Auflösung zur

Gewinnung von exakten Informationen über den Standort und die Erkundung des

Umfeldes aus der Ferne.

Abbildung 48: Darstellung 3) Imagery

Außerdem können Entfernungen, wie in Abbildung 49 zu betrachten ist, gemessen

oder die Koordinaten eines Punktes gefunden werden. Hier ist z.B. die Distanz vom

Telemax in Hannover bis zur Mobilbasisfunkstation (137,5 Meter) gemessen

worden.


45

Abbildung 49: Entfernungsmesser

Störungen, die in Check_MK alarmiert werden, werden im ArcGIS Monitoring

ebenfalls in der entsprechenden Farbe signalisiert und es ist auch möglich über

diese Störungen direkt Informationen zu erhalten (Abbildung 50). Nach Bedarf

können bestimmte Informationen über die Störungen angezeigt werden, die für den

Nutzer wichtig sein können.

t

Abbildung 50: Check_MK & ArcGIS


46

Anhand Abbildung 51 soll als Bsp. eine Alarmierung vorgestellt werden, die

zwischen zwei Standorten (in Osnabrück, zwischen Polizeidirektion und

Polizeiinspektion) stattgefunden hat. Es sind einige Services von Hosts in einem

kritischen Zustand.

Abbildung 51: Alarm zwischen zwei Standorten bei Check_MK

Diese Alarmierung spiegelt sich in ArcGIS Monitoring wieder (Abbildung 52). Es

signalisiert das Auftreten eines Fehlers auf der Funkstrecke. Dem Nutzer wird nicht

nur die Position des fehlerbehafteten Standortes sofort eindeutig dargestellt,

sondern auch welche Verbindungsstrecke davon betroffen ist.

Abbildung 52: Alarm zwischen zwei Strecken bei ArcGIS GeoEvent


47

Die Fehler können grafisch und georeferenziert am Netzelement speziell auf

Services bezogen signalisiert werden und werden nicht nur als Gesamtfehler

aufgezeichnet.

Die sinnvolle Verknüpfung der beiden Module ArcGIS und Check_MK wird hier

deutlich. Einerseits werden die Ergebnisse des Servicechecks, welcher von

Check_MK durchgeführt wurde, im ArcGIS Monitoring dargestellt.

Abbildung 53: Informationen zu den störungsbehafteten Standorten


48

4.3 Gesamtbewertung und Fazit

Komplexe Datenfernverarbeitungssysteme, wie sie zur Überwachung des

Zugangsnetzes der BOS verwendet werden, erfordern eine sehr hohe

Verfügbarkeit, die sich nur durch eine permanente Netzüberwachung erreichen

lässt. Das gewählte Netzüberwachungssystem muss dazu geeignet sein. Im

Folgenden sollen die vorgeführten Netzmonitoringsysteme (modulares

Netzmonitoring mit Check_MK&ArcGIS und herstellerspezifisches Netzmonitoring

von Alcatel 1353 NM) nach den wichtigen Funktionen eines Netzmonitorings, die im

Kapitel 2.3 unter Grundlagen benannt wurden, und im Kapitel 4.1 bis 4.2

dargestellten Aspekten, beurteilt werden. Zusätzlich wurden darüber Interviews mit

den Ingenieuren im Leitstand der ASDN durchgeführt, um die subjektiven Eindrücke

der Nutzer des Systems in die Bewertung einbeziehen zu können.

Überwachen des aktuellen Zustandes / Alarmierung

Aktives Überwachen des aktuellen Zustandes der Netzelemente ist für das Folgen

bzw. Überwachen des Netzwerkes grundlegend. Die Alarmierung dient dem Nutzer

zur rechtzeitigen Wahrnehmung und dem Erkennen von Fehlern oder Ausfällen.

Von oberster Priorität ist die Richtigkeit der Alarm-Anzeige. Die Erfahrungen des

Leitstandpersonals spiegeln die Erkenntnisse der theoretischen Betrachtung wider.

Mit Check_MK profitiert der Nutzer von einer zielgerichteten Überwachung und

Alarmierung, die durch das Pull-Prinzip und nach Bedarf vorprogrammierbaren

Diensten erreicht wird. Der Nutzer kann die Alarmmeldungen nach bestimmten

Arten der Fehler filtern. So sind z.B. verschiedene Services (wie Temperatur,

Batterie) eines Hosts klar deklariert und die Fehlerart wird mit deren Alarmierung

sofort erkennbar. Somit kann der Nutzer als Beobachter schnell und zielgerichtet

reagieren. Dadurch, dass das modulare System mit dem Pull-Prinzip arbeitet und

genau die Antwort des gefragten Netzelementes (Hosts, Services) konkret zur

Anzeige bringt, ist die Genauigkeit der Alarmanzeige gewährleistet. Das Erkennen

von Zustandsänderungen und der darauf basierenden Alarmierung sowie das

Bereitstellen des aktuellen Zustandes für die GUI funktioniert mit Check_MK &

ArcGIS problemlos und erfolgt recht zeitnah.

Im Gegensatz ist beim 1353NM die Alarmierung hier allgemein gehalten: Eine

Befragung des Leitstellenpersonals der ASDN hinsichtlich der Handhabung des in


49

der Vergangenheit verwendeten Managementsystems (Alcatel 1353NM) hatte zum

Ergebnis, dass die Aktualisierung der Daten zwar in der Regel schnell, jedoch mit

erheblichen Problemen im Hinblick auf deren Zuverlässigkeit und Aussagekraft der

Alarmanzeige versehen war. Es erscheint zwar eine Alarmliste, der Fehler wird aber

nicht konkret dargestellt. Auch wird für die vom Ausfall betroffenen Funkstrecken

keine Alarmierung signalisiert. Diese vorherrschenden Probleme würden bei der

Anwendung des modularen Netzmonitorings (Abbildung 52) nicht auftreten. Der

Nutzer erfährt hier erst nach einer detaillierten Recherche, welche Funkstrecke

betroffen sein könnte. Das herstellerspezifische System von Alcatel arbeitet mit dem

Push-Prinzip (Abbildung 35). Bei größeren Störungen (z.B. wetterbedingt) generiert

das Netzelement typischerweise eine Vielzahl von Meldungen. Es kann passieren,

dass die Datenflut von den Push-Meldungen vieler Netzelemente das

Überwachungssystem nicht erreicht. In solchen Fällen können unvollständig

ankommende snmp-tramps den Zustand einer Verbindung nicht richtig darstellen.

Dieser Datenverlust kann schwer nachgewiesen werden. Wegen des Pull-Prinzips

beim modularen System in Check_MK und folglich auch in ArcGIS fehlen nur die

für den Anwender als unwichtig definierte Alarme der Netzelemente, da hier nicht

alle, sondern nur vorprogrammierte Fehleranzeigen alarmiert werden sollen und

das beeinflusst die Performance positiv.

Im modularen System können-bezogen auf Richtfunkverbindungen-beispielsweise

Performancedaten und bestimmte Daten abgefragt werden, die konkret aussagen

können, ob über eine Funkstrecke Daten übertragen werden oder/bzw. die

Streckenverbindung zwischen zwei Standorten keine Störungen aufweist. Diese

Funktion macht das System zuverlässig. Ein Beispiel dazu ist in Abbildung 54 zu

finden. Es zeigt zwischen den Standorten Hannover-Bornum und Hannover-Siloah

eine Funkstrecke. Linksseitig in Check_MK steht zu der Verbindung eine Alarmliste.

Daneben rechts ist das Craft Terminal zu einer der beiden Strecken geöffnet. Der

Nutzer kann die Alarmmeldungen, die im Craft Terminal aufgelistet werden, nach

Bedarf oder Wichtigkeit für seine Alarmanzeige, in Check_MK aufnehmen. Hier wird

Traffic path down aus Craft Terminal in Check_MK als Overall state wiedergegeben.

Diese Verknüpfungsmöglichkeit bzw. Zusammenarbeit dieser Modul-Elemente

macht das System flexibel und kundenorientiert-spezifisch.


50

Im Gegensatz hierzu hat das herstellerspezifische System, auf Grund der fest

vorgegebenen Alarmanzeigen, nicht die Flexibilität, welches das modulare System

aufweist.

Abbildung 54: Alarmierung einer Funkverbindung

Zusammenfassung und Visualisierung

Durch die Verständlichkeit der Zusammenfassung und Visualisierung des

Monitorings soll den Nutzern die Arbeit erleichtert werden.

Check_MK & ArcGIS verfügen über ein modernes und bedienungsfreundliches

User-Interface (Abbildung 10, Abbildung 45 und Abbildung 50), dadurch macht das

Arbeiten mit den Tools sogar Spaß und ist ziemlich selbst erklärend. Die

Kombination Check_MK mit einem GIS macht die Darstellung informativ (Abbildung

50). Obgleich Check_MK über zahlreiche Funktionsmöglichkeiten verfügt, kann der

Nutzer auf Grund der vorhandenen Systemstruktur auf eine strukturierte Darstellung

zurückgreifen. Voraussetzung hierfür ist jedoch eine regelmäßige Systempflege.

Ein weiterer Vorteil von Check_MK ist die Gruppierung. Über die WebOberfläche

können Netzelemente (Hosts) durch Filterregeln in gesonderten Ansichten gruppiert

werden (Abbildung 55). Diese Gruppierungsansicht ist insbesondere für die


51

individuellen Einsatzlagen von Vorteil. Hierzu sind im Anhang D die jeweiligen

Schritte mit Abbildungen deutlich vorgegeben.

Abbildung 55: Gruppierung

1353Netz Manager hat eine einfache Ansicht. Was hier jedoch fehlt ist die

geographische Topologie (Abbildung 40 und Abbildung 41) bei gleichzeitiger

Darstellung der Netzwerk-Planung (wie die Ringführung). Es ist daher schwierig, die

Wirkung eines Linkausfalles zu erkennen und einen Überblick über das Ausmaß zu

bekommen. Dazu ist die vorhandene Bitmap (zweidimensionales

Rastergrafikformat) zur geografischen Zuordnung nicht hilfreich. Dagegen wird die

geographische Visualisierung im GIS detaillierter, je näher herangezoomt wird. Dies

wird durch die Verwendung unterschiedlichen Kartenmaterials, je nach Zoomstufe

erreicht (vergleichbar einer Google-Earth-Anwendung). Außerdem können die

Fehler nicht nur als Gesamtfehler, sondern graphisch und georeferenziert- am

Netzelement speziell auf Services bezogen -signalisiert werden. In diesem

kritisierten Leistungsmerkmal mögen neue herstellerspezifische Monitoringsysteme

möglicherweise etwas mehr können, aber der entscheidende Vorteil tritt durch die

Implementierung eines klassischen GIS, das neben den ein-und ausblendbaren

Layern des Monitorings auch andere nützliche Dienste, wie Regenradar oder

Lokalisierung von Einsatzräumen mithilfe des Satellitenbildes, beinhalten. Darüber

hinaus kann ein Überblick über das Umfeld von Einsatzräumen geschaffen werden.


52

Historisierung von Messwerten

Die Datenvorhaltung von Messwerten ermöglicht eine Langzeitauswertung und

unterstützt die Identifikation von wiederkehrenden Störungsmodellen.

Über einen Zeitraum von vier Jahren (einstellbar) zeichnet Check_MK alle beim

Monitoring anfallenden Messgrößen (51) auf. Diese Funktion ermöglicht eine

langfristige Protokollierung.

Auch das herstellerspezifische System verfügt über diese Funktion. Bei der

historischen Speicherung von Daten sind bei den Monitoring Systemen keine

Unterschiede festzustellen. Unterschiede gibt es jedoch in der Darstellungsform.

Nachhaltigkeit der Software

Um eine langfristige Nutzung der jeweiligen Systeme garantieren zu können, ist die

Anpassung der Software sowohl an moderne Technologien als auch an

Veränderungen hinsichtlich der Netzwerke erforderlich.

Im modularen System können gewünschte Checks vom Nutzer selber oder mithilfe

einer großen Auswahl von auf dem Markt befindlichen Firmen für nahezu alle

Netzelemente im professionellen Bereich programmiert werden. Dies ermöglicht

eine Individualisierbarkeit des Systems. Des Weiteren können diese Tools die

aktuelle moderne (9500 MPR) und frühere (9500 MXC) Hardware ohne Problem

erkennen und überwachen. Diese Kombination zeigt, dass die verwendeten Tools,

je nach Bedarf, speziell erweitert werden können und mit unterschiedlichen

Technologien bzw. unterschiedlicher Hardware kooperieren. Diese Erweiterbarkeit

schafft es aus den modularen Monitoring-Tools ein funktionierendes, ganzes

System zu bilden. Um an zukünftig zur Verfügung stehende, erforderliche

Informationen zu gelangen kann ArcGIS mit dem Intranet und Internet verbunden

werden (Abbildung 23) und diese dem Nutzer bereitstellen.

Bei dem herstellerspezifischen Produkt 1353 Netz Manager von Alcatel (Abbildung

35) sind die Möglichkeiten für eine Erweiterung des Systems begrenzt. Vorrangig

können nur die von Alcatel produzierten Produkte überwacht werden. Bei einer

denkbaren Erweiterung, die beispielsweise die von der ASDN eingesetzten

Verschlüsselungsgeräte überwachen könnte, ist der Nutzer von dem Hersteller

abhängig (52). Außerdem bekommt 1353NM mit den modernen Richtfunkgeräten


53

9500 MPR Kommunikationsprobleme. Dasselbe Problem liegt ebenfalls bei der

neueren Version 5620SAM (Abbildung 36) von Alcatel Lucent vor. Für 5620SAM

hat Alcatel die Überwachung vom älteren Modell 9500 MXC nicht implementieren

können. Bei der Version 9500 MXC wurden nicht alle SNMP-Standards eingehalten,

so dass diese von Alcatel nicht eingesetzt werden konnte (52). Je nach Version des

herstellerspezifischen Netz Managers und Models tauchen

Informatiosaustauschprobleme auf. Daher ist der Nutzer nicht flexibel, was die

Gerätenutzung und Erweiterbarkeit der Software angeht. Das eine gute

Überwachung dieser Geräte trotz fehlender SNMP-Standards mit Check_MK

möglich ist, zeigt die Flexibilität dieser Software noch einmal.

Aufwendigkeit für Installation und Konfiguration

Der zeitaufwendigste und unbeliebte Teil der Arbeit der Netzmanager ist die

Installation und Konfiguration der Hard- und Software. Das herstellerspezifische

System zeigt in diesem Punkt eine deutlich einfachere und schnellere

Inbetriebnahme des Monitoringsystems. Dagegen nimmt die Entwicklungszeit eines

modularen Systems einen langen Zeitraum in Anspruch (ca. 12 Monate).

Fazit

Nach der Untersuchung und Gesamtbewertung wird ersichtlich, dass das modulare

Netzmonitoring mit Check_MK und ArcGIS im Gegensatz zu dem

herstellerspezifischen Netzmonitoring mit 1353NM von Alcatel funktionsreicher und

zuverlässiger ist. Die Erweiterbarkeit des modularen Systems schafft gewisse

Flexibilität, womit der Anwender auf seine Bedürfnisse hin das System, ohne ein

Problem bei der Geräteerkennung von bisheriger oder aktueller Hardware sowie

von Technologien, anpassen kann. Diese Eigenschaft stärkt die Nachhaltigkeit des

Systems und infolgedessen auch dessen Lebensdauer. Des Weiteren ermöglicht

die zuverlässige Alarmierung ein rechtzeitiges Erkennen von Störungen und

Handeln der Nutzer, welches ein permanentes Überwachen verwirklicht. Anhand

der klar definierbaren Services von Hosts und deren automatischer Erkennung

sowie Überwachung werden spezielle Anforderungen von der ASDN erfüllt und es

entsteht Individualisierbarkeit. Außerdem ist die Möglichkeit der georeferenzierten

Visualisierung des GIS eine große Unterstützung für den Nutzer bei der


54

Überwachung des Netzes und zusätzlich des Einsatzraumes. Durch diese

Überwachungsmöglichkeit kann das taktische Lagebild von BOS mit dem

technischen Lagebild verknüpft werden. Wenn alle Faktoren in Betracht gezogen

werden, kann von einem sicheren Netzüberwachungssystem mithilfe des

modularen Netzmonitorings von Check_MK und ArcGIS gesprochen werden.

Zusammenfassung und Ausblick Bachelor-Thesis

55

5 Zusammenfassung und Ausblick

Mit der Einführung der Digitalfunktechnik wurden die Möglichkeiten und die

Sicherheit für die Kommunikation der Einsatzkräfte der BOS erweitert. Die

Zusammensetzung des Digitalfunknetzes BOS ähnelt dem eines Mobilfunknetzes.

Das Digitalfunknetz ist modular aufgebaut und besteht aus dem Kern- und

Zugangsnetz sowie den BOS-spezifischen Endgeräten.

Dabei ist der Bund für das Kernnetz und die Länder sind für das Zugangsnetz

zuständig. Die Überprüfung und Maßnahmen zur Optimierung im Hinblick auf die

Verfügbarkeit des Zugangsnetzes BOS in Niedersachsen obliegt der Autorisierten

Stelle Digitalfunk Niedersachsen (ASDN). Für die zuverlässige Funktionalität der

Vernetzung des Zugangnetzes spielt die Überwachung dieses Netzes durch das so

genannte modulare Netzmonitoring eine bedeutende Rolle.

Diese Bachelor-Thesis beschäftigt sich mit dem modularen

Netzüberwachungssystem des Zugangsnetz BOS in Niedersachsen. Vor 2015

verwendete die ASDN für das Netzmanagementsystem ein herstellerspezifisches

Netzmonitoring 1353NM von Alcatel, welches Schwierigkeiten mit der

fortschreitenden Technologie bekam. Infolgedessen wurde das

Managementsystem erneuert und es wurde ein modulares

Netzüberwachungssystem eingeführt. Die Auswahl des neuen modularen

Netzüberwachungssystems wurde mit dieser Thesis bzgl. der speziellen

Anforderungen der ASDN untersucht und anhand der Netzmonitoring-Tools

Check_MK und ArcGIS von ESRI bewertet. Diese Bewertung wurde unteranderen

auch mithilfe einer Gegenüberstellung der Netzüberwachungsysteme deutlich

gemacht.

Im ersten Teil wurde zunächst ein Überblick über thematisch bezogene Grundlagen

gegeben. Später wurde die Zusammensetzung der Digitalfunknetz BOS kurz

beschrieben, indem das Kernnetz (Abbildung 12) und Zugangsnetz (Abbildung 14)

vorgestellt wird. Anschließend wurden die zu überwachende Hardware wie

Richtfunkgeräte (9500 MPR und 9500 MXC), Switche, Router, BSI-Crypter, Power-

One (Stromversorgung) sowie auch an die Meldekontakte angeschlossene Alarme

wie Tür, Brand, Strom und Temperatur kurz behandelt.

Zusammenfassung und Ausblick Bachelor-Thesis

56

Im zweiten Teil der Thesis wurde anhand der aussagekräftigen Faktoren, wie

Systemarchitektur und User-Interface der modularen und herstellerspezifischen

Netzmonitoringsysteme eine Untersuchung durchgeführt. Weiterhin wurden nach

wichtigen Funktionen eines IT-Monitorings die vorgestellten Systeme verglichen.

Hierbei wurden die Erfahrungen von Leitstandpersonal einbezogen, da das alte

Netzmonitoring nicht mehr existiert und dadurch keine vertiefte Untersuchung

möglich war. Darauf folgt eine Gesamtwertung des modularen Netzmonitorings.

Aus der Gesamtbewertung lässt sich aussagen, dass die zwingende

Hochverfügbarkeit durch die entscheidenden Funktionen wie die zuverlässige

Alarmierung im Störungsfall, informative Zusammenfassung sowie Visualisierung

des modularen Netzmonitorings mit Check_MK und ArcGIS von ESRI gewährleistet

wird. Dies wird von dem GIS durch die Erfassung und Signalisierung der Alarme in

real-time verstärkt. Außerdem zeigt die Kombinierbarkeit dieser Netzmonitoring-

Tools die Flexibilität des Monitoringssystems und ergänzen sich gegenseitig indem

sie bei der Visualisierung unterschiedliche Aufgaben übernehmen. Des Weiteren

haben diese Tools keine Probleme bei der Integration sowohl der alten als noch der

modernen Hardware in das Monitoringssystem. Sie sind zusätzlich um weitere

Dienste erweiter- und mit weiteren Tools verknüpfbar. Diese Eigenschaft leistet eine

langwierige Nachhaltigkeit des Systems

Da das modulare Netzüberwachungssystem erweiterbar ist, können vom ArcGIS

von ESRI weitere nützliche Dienste in das System integriert werden, wie

Wetterfunktionen (Regenradar, Wettervorhersagen) um die bedrohliche

Wetterbedingungen vorherzusehen und die Hochverfügbarkeit weiterhin konstant

zu halten.

Abkürzungsverzeichnis Bachelor-Thesis

I

Abkürzungsverzeichnis

BOS Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben

ASDN Autorisierte Stelle Digitalfunk Niedersachen

BNetzA Bundesnetzagentur

MTBF Mean Time Between Failure=mittlere Ausfallzeit

ODU Outdoor Unit (Außeneinheit der Anntene)

OSS Open Source Software (Freie Quelle)

SNMP Simple Network Management Protocol

GIS Geographisches Informationssystem

ESRI Environmental Systems Research Institute

DXT/DXTip Vermittlungsstelle

DXTT Transit-Vermittlungsstelle

WDM Wavelength Division Multiplexing=Wellenlängen Multiplexing:

Um mehrere Stationen an einer Leitung, die zwischen zwei

Hauptstationen zur Verfügung steht, anzubinden (53).(siehe

Anhang E )

NMC Netzmanagementcenter

BDBOS Bundesanstalt für den Digitalfunk der Behörden und

Organisation mit Sicherheitsaufgaben

TDM Time Division Multiplex

TETRA Terrestrial Trunked Radio

TBS TETRA-Basisstation

Abkürzungsverzeichnis Bachelor-Thesis

II

TKÜ Technikkommunikationsübergaberaum

VSt.-Standort Vermittlungsstelle-Standort

KTN-Bund Kerntransportnetz des Bundes

MXC Microwave Cross Connect (Richtfunkhardware)

MPR Microwave Packet Radio (Richtfunkhardware)

DAC Digital Access Card

RAC Radio Access Card

OSI Open System Interconnection

OSPF Open Shortest Path First= automatische Routingprotokoll

VLAN Virtual Local Area

AUX auxiliary=Zusatz

VPN Virtual Private Network

CT Craft Terminal=Beidieneinheit

OID Objekt Identifier

NM Network Manager

GUI graphical user interface=Geographische Benutzeroberfläche

SAM Service Aware Manager (Alcatel Netzmanager)

HTTP Hypertext Transfer Protocol

OSM OpenStreetMap=Gemeinschaftsprojekt, von freien nutzbaren

Geodaten

BSI Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik

Literaturverzeichnis Bachelor-Thesis

III

Literaturverzeichnis

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Abbildungsverzeichnis Bachelor-Thesis

VIII

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Organisation ASDN ........................................................................... 1

Abbildung 2:BOS Netzstruktur von Niedersachsen (5) ........................................... 5

Abbildung 3: Frequenzzuteilung in letzten Jahren in Deutschland für Richtfunk (mit

freundlicher Genehmigung von BNetzA Berlin) ...................................................... 6

Abbildung 4: Richtfunkantennen von Mobilfunkbasisstationen der ASDN .............. 7

Abbildung 5:Checksystem von Nagios (25) .......................................................... 11

Abbildung 6:Checksystem von Check_MK (25) ................................................... 11

Abbildung 7: Alarmierung für verschiedene Host-Zustände (26) .......................... 11

Abbildung 8: Alarmierung für verschiedene Service-Zustände (26) ..................... 12

Abbildung 9:behandelte und unbehandelte Probleme (26) .................................. 12

Abbildung 10: Benutzeroberfläche von Check_MK .............................................. 13

Abbildung 11: Prozessablauf von ArcGIS- Diensten (37) ..................................... 16

Abbildung 12: Kernnetzstruktur ............................................................................ 18

Abbildung 13: Ringführung des Zugangsnetzes (39) (verändert) ......................... 20

Abbildung 14: Zugangsnetzabschnitt ................................................................... 21

Abbildung 15: Ringsystem von der ASDN ............................................................ 21

Abbildung 16: Richtfunkhardware: links neue MPR 9500, rechts MXC 9500 (40) 22

Abbildung 17: Richtfunkanlage (13) ..................................................................... 22

Abbildung 18: Kommunikation der Richtfunkhardware 9500 MXC ....................... 24

Abbildung 19: Kommunikation der Richtfunkhardware 9500 MPR ....................... 24

Abbildung 20: Kommunikation zwischen 9500 MPR und 9500 MXC (40) ............ 25

Abbildung 21: Datenfluss der Netzstatusdaten ..................................................... 26

Abbildung 22: AUX-Alarmierung bei Check_MK .................................................. 26

Abbildung 23: modulares Netzmonitoring ............................................................. 27

Abbildung 24: Craft Terminal-Start ....................................................................... 28


IX

Abbildung 25:Craft Terminal-Menü ....................................................................... 28

Abbildung 26: Craft Terminal –Alarmübersicht ..................................................... 29

Abbildung 27: Abruf von Check_MK für Datenbank ............................................. 30

Abbildung 28:Gesamtmonitor von ArcGIS GeoEvent Manager ............................ 31

Abbildung 29:Weiterleiten von Datenbank ........................................................... 31

Abbildung 30: Teilablauf A ................................................................................... 32

Abbildung 31:Teilablauf A-Prozessor Eigenschaften ............................................ 32

Abbildung 32:port-status Ergebnis ....................................................................... 33

Abbildung 33:Teilablauf BE .................................................................................. 33

Abbildung 34:Teilablauf C .................................................................................... 34

Abbildung 35: Alcatel Lucent 1353 NM (Netz Manager) ....................................... 35

Abbildung 36:Alcatel Lucent 5620 SAM (Netz Manager) ..................................... 36

Abbildung 37: Startseite von 1353NM (48) ........................................................... 37

Abbildung 38: Menüfeld ........................................................................................ 38

Abbildung 39: Alarmfenster mit Zähler ................................................................. 38

Abbildung 40:Topologiemanager .......................................................................... 39

Abbildung 41: Infos über Standort ........................................................................ 39

Abbildung 42: Konfiguration über Craft Terminal .................................................. 40

Abbildung 43: Alarmierung in der Topologie......................................................... 40

Abbildung 44: Globale Landkarte im Hintergrund (Map Manager) ....................... 41

Abbildung 45: Weboberfläche von ArcGIS GeoEvent .......................................... 42

Abbildung 46: Darstellung 1) Leerraum ................................................................ 42

Abbildung 47: Darstellung 2) OpenStreetMap ...................................................... 43

Abbildung 48: Darstellung 3) Imagery .................................................................. 44

Abbildung 49: Entfernungsmesser ....................................................................... 45

Abbildung 50: Check_MK & ArcGIS ..................................................................... 45


X

Abbildung 51: Alarm zwischen zwei Standorten bei Check_MK ........................... 46

Abbildung 52: Alarm zwischen zwei Strecken bei ArcGIS GeoEvent ................... 46

Abbildung 53: Informationen zu den störungsbehafteten Standorten ................... 47

Abbildung 54: Alarmierung einer Funkverbindung ................................................ 50

Abbildung 55: Gruppierung .................................................................................. 51

Eigenständigkeitserklärung Bachelor-Thesis

XI

Eigenständigkeitserklärung

Hiermit versichere ich, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig verfasst und

keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe. Alle

Ausführungen, die fremde Quellen wörtlich oder sinngemäß entnommen wurden,

sind kenntlich gemacht. Die Arbeit war in gleicher oder ähnlicher Form noch nicht

Bestandteil einer Studien- oder Prüfungsleistung.

Hannover, den 03.05.2016

_______________________

Songül Gürbüz

Anhang A - Punkt zu Punkt Richtfunknetz Bachelor-Thesis

XII

Anhang A - Punkt zu Punkt Richtfunknetz

Punkt zu Punkt Richtfunknetz im Gesamtraum Deutschland

Anhang B - Frequenzzuteilung von BNetzA Bachelor-Thesis

XIII

Anhang B - Frequenzzuteilung von BNetzA

Bachelor-Thesis

XIV

Bachelor-Thesis

XV

Anhang C - Quellcode (AUX-Alarme) Bachelor-Thesis

XVI

Anhang C - Quellcode (AUX-Alarme)

Quellcode für Erkennung der AUX-Alarme

#!/usr/bin/python

# -*- encoding: utf-8; py-indent-offset: 4 -*-

#

# 2014-12-15 ComNet GmbH, Ringo Hartmann

def inventory_alcatel_mpr_aux(info):

inventory = []

if info:

for index, line in enumerate(info):

if line[1] and len(line[1]) > 0:

inventory.append(('%s %s' % (line[0], line[1]),

[index]))

return inventory

def check_alcatel_mpr_aux(item, params, info):

if info:

for index, line in enumerate(info):

if index == params[0]:

if line[2] == '':

return (3, 'AUX value missing')

aux_state = saveint(line[2])

aux_polarity = saveint(line[3])

if aux_state not in [1, 2]:

return (3, 'Unknown AUX state')

if aux_polarity not in [1, 2]:

return (3, 'Unknown AUX polarity')

Anhang C - Quellcode (AUX-Alarme) Bachelor-Thesis

XVII

aux_polarity_label = {1: 'low', 2:

'high'}[aux_polarity]

if aux_state == 2:

return (2, 'AUX critical, Polarity: active %s'

% aux_polarity_label)

else:

return (0, 'AUX ok, Polarity: active %s' %

aux_polarity_label)

return (3, 'Unknown AUX input')

check_info['alcatel_mpr_aux'] = {

'check_function': check_alcatel_mpr_aux,

'inventory_function': inventory_alcatel_mpr_aux,

'service_description': 'AUX',

'snmp_info': (

'.1.3.6.1.4.1.637.54.1.1.8.1.5.1',

[

0, # Item index (starting at 1)

'2', # inputPointUserLabel

'3', # inputPointExternalState

'4', # inputPointPolarity

]

),

'snmp_scan_function': lambda oid:

oid('.1.3.6.1.2.1.1.2.0').startswith('.1.3.6.1.4.1.637.54.1.10.90'

),

}

Anhang D - Gruppierung in Check_MK Bachelor-Thesis

XVIII

Anhang D - Gruppierung in Check_MK

Unter Optionen das WATO-Menü von Check_MK (Abb) steht die Funktion Host &

Service Groups für eine Erstellung einer Gruppierung von Hosts oder Services.

Abb. 1

Zunächst erscheint ein weiteres Menü zur Regelkonfiguration, die der Nutzer vorher

nach seinem Wunsch einrichtet. Wählt dann die Option Grouping.

Abb. 2

So stehen verschiedene Zuordnungen zur Verfügung.

Abb. 3

Anhang D - Gruppierung in Check_MK Bachelor-Thesis

XIX

In Abbildung 4 ist eine Service-Gruppierung unter Richtfunk und Switches aufgeteilt

Abb. 4

Des Weiteren ist in nächster Abbildung eine Hostgruppierung abgebildet.

Abb.5

Anhang E - WDM Bachelor-Thesis

XX

Anhang E - WDM

Wavelength Division Multiplexing

Anhang F - Fotos von der ASDN Leitstand Bachelor-Thesis

XXI

Anhang F - Fotos von der ASDN Leitstand

Anhang F - Fotos von der ASDN Leitstand Bachelor-Thesis

XXII

Anhang G - ISO/OSI-7-Schichtenmodell Bachelor-Thesis

XXIII

Anhang G - ISO/OSI-7-Schichtenmodell

Komponenten verschiedener Hersteller befinden sich oft in einem Netzwerk, wie

unterschiedliche Betriebssysteme (Windows, Linux, Unix). Damit diese

untereinander kommunizieren können, spielt nicht nur die Struktur des Netzwerkes

eine wichtige Rolle, sondern genauso wichtig ist auch die Übertragung der Daten.

Eine ganze Reihe von Regeln bestimmt den Ablauf einer vernünpftigen

Datenübertragung. Dafür wurde von International Organization for Standardization

(ISO) eine Design-Grundlage (OSI-Schichtenmodell) für

Kommunikationsverbindungen entworfen und standardisiert. Open System

Interconnection (OSI) stellt das Schichtenmodell dar, das aus einer Reihe von

aufeinander folgenden Schichten besteht. Das Schichtenmodell besteht aus sieben

Schichten, wo jede Schicht eine bestimmte Aufgabe bei der Kommunikation

zwischen zwei Systemen erfüllen muss. Komplexe Vorgänge werden in einzelne

Schritte aufgeteilt. Jede Schicht verwendet die darunterliegende und unterstützt die

darüberliegende Schicht. Zwischen den Schichten existieren Schnittstellen für die

Übergänge zur erfolgreichen Kommunikation der Schichten. Dies zu ermöglichen

werden Protokolle eingesetzt.

Eine Nachricht vom Sender durchläuft auf seinem System mehrere Schichten, wo

die Nachricht Schrittweise für den Transport vorbereitet wird. Im umgekehrter

Anhang G - ISO/OSI-7-Schichtenmodell Bachelor-Thesis

XXIV

Reihenfolge durchläuft die Nachricht beim Empfänger und wird Stück für Stück

logisch zusammengesetzt.

Die Aufgaben der Schichten

Anhang H - Technische Beschreibung Bachelor-Thesis

XXV

Anhang H - Technische Beschreibung

Technische Beschreibung Alcatel-Lucent 9500 MPR

Mit dem innovativen Alcatel-Lucent 9500 Microwave Packet Radio (MPR)

präsentiert Alcatel-Lucent erstmals ein Richtfunksystem, dessen Architektur nicht

mehr auf klassischen TDM- Strukturen basiert, sondern dessen Schnittstellen und

Signalübertragung direkt in einer Paketstruktur erfolgen.

Das Alcatel-Lucent 9500 MPR nutzt die Vorteile der paketvermittelten gegenüber

der leitungsvermittelten Architektur (Multiservice Aggregation, Service Awareness,

adaptiver Pakettransport) bei der Übertragung von Breitbandsignalen. Damit

können die Ethernet Signale der Knotenpunkte direkt an das Richtfunksystem

angeschlossen werden und in einer optimierten Weise über die Luftschnittstelle

übertragen werden.

Die Plattform zeichnet sich durch die nachfolgend aufgeführten Leistungs- und

Funktionsmerkmale aus:

• kostengünstige Richtfunk- Lösung für hochkapazitative Anwendungen bis n-mal

530 Mbit/s (Ethernet through put Layer 2 mit „header compression“)

• hochkapazitativer Ethernet- Transport mit integriertem L2-Switch

• intelligente Inneneinheit, die bis zu 12 Richtfunk-Strecken unterstützt

• Kombination beliebiger Verkehrsarten (Ethernet, ATM und TDM (PDH, SDH))

• Unterstützung aller QoS Funktionalitäten und Verkehrs-Priorisierungen z.B. für

VoIP

• implementierte Ethernet OAM Funktionen nach Standard 802.1ag und 802.3ah

• Carrier Ethernet MEF Zertifizierungen MEF-9, MEF-14

• geprüfte und validierte Unterstützung von verschiedenen

Synchronisationsanforderungen

für Paket Netze (z.B. in 2G/3G/4G Mobilfunknetzen) mit verschiedenen

Taktquellen (1588v2; ITU-T synchrones Ethernet usw.)

Anhang H - Technische Beschreibung Bachelor-Thesis

XXVI

• integrierte Lösung mit 9500 MPR und 77xx Service Routern für IP/MPLS Netze

unter

einem gemeinsamem Netzmanagementsystem 5620 SAM

• statistischer Multiplexing Gain (Bündelungsgewinn)

• bis zu 16 GBit Switching- Kapazität

• E1-, STM-1, SDH, Ethernet- und Gigabit Ethernet- Kundenschnittstellen

• softwaremäßig konfigurierbare Verkehrslenkung (Traffic Routing) und

Realisierung

von Relaisstellen ohne lokale Verkabelung und ohne zusätzliche Switche

• das 9500 MPR Bedien-Terminal, ein leistungsstarkes Wartungs-Tool auf Java-

Basis

zeigt den Status lokaler und entfernter Knoten an und übernimmt darüber hinaus

die Leistungsüberwachung, die Konfigurationskontrolle und Diagnosefunktionen

• verfügbar für alle lizenzierten Frequenzbereiche von 6 bis 38 GHz, 80 GHz

Richtfunksystem 9500 MPR

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Deutschland AG.

• hohe Lebensdauer und MTBF Werte größer 25 Jahre je Station

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BA Songül Gürbüz - Mathias Kettner · PDF file4.1.1 Richtfunkhardware 9500 MXC und 9500 MPR ..... 23 4.1.2 Datenfluss der ... herstellerspezifischen Managementsystem 1353-NM von