SRCP-Erweiterungen: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 30. Juni 2007, 07:19 Uhr

Das initiale Posting

Dieses Dokument soll eine Zusammenfassung der Diskussion „SRCP-Erweiterungen“ (erster Eintrag war am 27.12.2006) darlegen.

Hier der initiale Eintrag:

Hallo SRCP-Fans!

ich entwickle bereits seit einiger Zeit Software für SRCP, habe mich aber nie aktiv hier an Diskussionen beteiligt (ehrlich gesagt ist das mein erster Eintrag in der Gruppe ;). Während der Entwicklung kamen einige Ideen, die ich nun hier zur Diskussion stellen möchte:

1. Ich hätte gern einen Dienst für Clients, mit dem sie den Server (bzw. dessen IP-Adresse) finden können. Da gibt es sicher mehrere Möglichkeiten, ich dachte an Broadcast oder an eine DHCP-Option.
2. Stichwort CRCF: Was ist mit der Entwicklung? Ich hätte gern dieses Feature für SRCP und würde mich ggf. an der Mitentwicklung beteiligen.

Treffen sich die SRCP-Entwickler eigentlich regelmäßig zu einer Art Stammtisch?

Gruß, Sven.

Es gab eine rege Beteiligung an der Diskussion, beide Ideen wurden darin ausführlich diskutiert.

SRCP-Stammtisch

Um die aktuellen Vorhaben besser diskutieren zu können, schlage ich ein Treffen in Form eines Stammtisches vor. Vielleicht kann man sich hier zunächst über einen Ort des Treffens verständigen, der von den meisten gut erreichbar ist.

SRCP-Server-Suchdienst

Sehr schnell kam der Vorschlag, für diesen Bedarf einen Zeroconf-Systemdienst (DNS-SD/mDNS) einzusetzen. Dieser ermöglicht die Suche bzw. das Veröffentlichen beliebiger Systemdiente durch das Versenden eines ServiceDiscovery-Multicasts. Es existieren hierfür derzeit zwei zueinander kompatible Implementierungen, die beide als OpenSource freigegeben sind:

• Bonjour, von Apple für Mac, UNIXoide-Systeme und Windows.
• Avahi, als praktisch schon etablierter Standard für Linux.

Unter anderem ist es hiermit möglich, Angaben über die Portnummer zu veröffentlichen, auf der der Server seinen Dienst anbietet. Obgleich es für das SRCP-Protokoll mittlerweile eine offiziell über IANA/IETF reservierte Portnummer (4303) und Protokollbezeichner (srcp) gibt, hat ein SRCP-Administrator problemlos die Freiheit, einen von der aktuellen SRCP-Spezifikation abweichenden Wert für die Portnummer zu wählen. Auch die Anzahl der in einem Netz betriebenen SRCP-Server ist damit nicht eingeschränkt.

Dem Administrator eines SRCP-Servers bleibt es überlassen, auf dem gleichen Rechner auch einen „Zeroconf“-Systemdienst einzurichten. Er muß, wenn er auf seiner Modellbahn entsprechende SRCP-Clients benutzen möchte, das Programm installieren und so konfigurieren, dass der SRCP-Dienst veröffentlicht wird. Alternativ kann ein SRCP-Server sich auch automatisiert beim Zeroconf-Dienst anmelden. Die eigentliche Arbeit für die Nutzung des SD-Dienstes liegt beim Entwickler des „Einsteck-und-Spiel“-SRCP-Clients, denn dieser SRCP-Client muß nicht nur SRCP sprechen, sondern auch noch ein DNS-SD/mDNS-Client sein.

Beispiel für eine avahi Konfigurationsdatei. Abgelegt unter /etc/avahi/services/scrpd.service (Kubuntu Linux). Die Einträge sind natürlich nur beispielhaft.

<service-group>
   <name replace-wildcards="yes">srcpd on %h</name>
   <service protocol="any">
       <type>_srcp._tcp</type>
       <host-name>srcp.example.com</host-name>
       <port>4303</port>
       <txt-record>SRCP auf Mobaserver</txt-record>
   </service>
</service-group>

CRCF-Erweiterungen

Obwohl CRCF (Common Railroad Configuration Files) schon vor einigen Jahren zur Implementierung vorgeschlagen wurde, fand es keine Verbreitung bzw. Anwendung. Möglicherweise war damals das Interesse zu gering. Umso mehr Interessenten fanden sich nun in dieser Diskussion. Das deutet darauf hin, dass der Bedarf für CRCF weiterhin vorhanden ist. Über die bisherigen Ideen von CRCF hinaus gab es einige weitergehende Themen.

Anforderungen an CRCF

• Umständlich Eingabe von Informationen über Loks und Zubehör soll entfallen
• Anlagenweite Anzeige von Klartextnamen anstatt von Adressen
• Im Bezug auf den Server-Suchdienst könnte CRCF die Hostnamen (IP-Adressen) der SRCP-Server verwalten
• Verwaltung statischer Informationen
• Verwaltung dynamischer Informationen
• CRCF in ausdruckbarer Form
• Gliederung der CRCF
• SRCP-Server sollten Zugriff auf die CRCF erhalten
• Kommunikation zwischen Clients

Fragestellungen

• Wo soll die CRCF liegen?
• Wie soll eine Datenabfrage aussehen?
• Wie sollen dynamische Informationen von CRCF verwaltet werden?
• Soll die Kommunikation zwischen Clients mit CRCF abgebildet werden?

Folgendes Schema sollte als Grundlage für weitere Diskussionen dienen:

(TODO: Abbildung)

Implementierungsvorschläge

Datenablage gemäß CRCF Spezifikation 0.2.0

• Spezifikationsentwurf basiert auf SRCP.
• Physikalisch liegen die CRCF-Daten beim SRCP-Server.
• Auskunftdienst ist Bestandteil von SRCP über den Befehl CONFGET.
• Derzeitiger Vorschlag ist praktisch auf SRCP 0.7.1 ausgerichtet, deswegen fehlen wichtige Details der 0.8.x-Welt, wie z.B. Busse.
• Beschreibt CRCF als textbasierte Dateien.
• Verwaltung der Daten in Sinne von SRCP, d.h. die einzelnen Datenfelder kommen aus der SRCP-Welt.
• Es werden ausschliesslich statische Daten verwaltet.
• Enthält Daten über die Eigenschaften eines Servers.
• Pro SRCP-Server ist eine CRCF-Datei vorgesehen.

Datenablage bei einem spezialisierten SRCP-Client

Über die Diskussion ergab sich der Vorschlag, den CRCF-Datenbestand über einen speziellen SRCP-Client netzwerkweit zugänglich zu machen, statt wie bisher nur als reine Datei abgelegt zu sein. Dieser SRCP-Client hätte damit eine Art Datenbankserverfunktion.

• Die CRCF-Daten liegen bei einem SRCP-Client.
• Anfragen an die CRCF erfolgen zunächst an den SRCP-Server, der die Daten an den spezialisierten Client weiterleitet.
• SRCP wird als Tunnel genutzt, da CRCF-Anfragen nur weitergeleitet werden.
• Der Auskunftsbefehl ist als SRCP-Kommando auszuführen.
• Durch das ungesehene Weiterleiten von Nachrichten durch den SRCP-Server wird eine Kommunikation zwischen Clients ermöglicht.
• Der Client muss sich bei allen verfügbaren SRCP-Servern anmelden, damit Daten anlagenweit verteilt werden können.
• Der SRCP-Client mit dem CRCF-Datenbestand kann konsistent statische und dynamische Daten verwalten.
• SRCP-Server haben die Möglichkeit an Informationen von CRCF zu gelangen.
• Die Verwaltung von Daten, die über die SRCP-Welt hinausgehen, beispielsweise die Verwaltung von Fahrstrassen und kompletten Layouts wird ermöglicht.

Datenablage bei einem separaten CRCF-Server

• Auskunftsdienst muss als neues Protokoll implementiert werden
• SRCP-Clients sowie SRCP-Server können anfragen
• Verwaltung von rein statischen Daten
• Falls zusätzlich zum Auskunftsdienst ein Meldedienst implementiert wird, können auch dynamische Daten verwaltet werden
• Kommunikation zwischen Clients könnte mittels einer Mailboxfunktion möglich werden
• Das SRCP-Protokoll wird nicht geändert, CRCF existiert parallel
• SRCP-Server haben die Möglichkeit an Informationen von CRCF zu gelangen
• SRCP-Server können Meldungen an den CRCF-Server senden, um dessen Datenbestand zu aktualisieren

Bereitstellung der CRCF-Daten via Zeroconf-Dienst

Dies Idee wurde als eine prinzipielle Möglichkeit erwähnt, aber nicht weiter ausgeführt.

Erweiterung des bisherigen Befehlsvorrats

Der bisherige Namensraum von CRCF umfaßt keine Befehle, die Objekte einer höheren Abstraktionsebene beschreiben. Für die Attribute dieser makroskopischen Objekte gibt es ebenfalls noch keine Festlegung. Zum Teil sind die Werte dieser Attribute statisch zum Teil ändern sich sich während des Betriebs. Der Bedarf für folgende Begriffe ist vorhanden:

Stellwerk (RWCC, Railway Control Center)

Steuerungsinstanz, die Fahrstraßen verwaltet, für ein oder mehrere Bahnhöfe zuständig ist, Zugmeldungen abwickelt, ihr zuständiges Streckennetz kennt, einzuhaltende Geschwindigkeiten überwacht und bei Überschreitungen eingreift etc.

Gleisbild (LAYOUT)

Streckennetzbeschreibung eines Stellwerkbezirks, enthält Angaben zur Dimension, Position einzelner Gleisbildelemente, etc.

Fahrstraße (ROUTE)

Sicherheitstechnisch überwachter Streckenabschnitt innerhalb eines Stellwerks, der über Informationen zur Start- und Zielsignal, Soll-Weichenstellungen, Freimeldeabschnitte, Typinformation (für anzuwendenden Regelsatz), den aktuellen Zustand (eingestellt, aufgelöst, reserviert, teilaufgelöst) etc. verfügt.

Weichenstraße (?)

Sammlung schaltbarer Magnetartikel und ihrer Sollstellungen ohne sicherheitstechnische Überwachung

Anmerkung von svesch: Das ist meiner Meinung nach kein neues Objekt, das ist nur eine Liste von GAs.

Zugsteuerung (TNCC, Train Control Center)

Instanz, die die Logistik eines gegebenen Vorrats an Zügen übernimmt z.B. fahrplangesteuerte Fahrten von Zügen zwischen Bahnhöfen

Zug (TRAIN)

Instanz, die über ihre Zugnummer identifizierbar ist, eine oder mehrere Lokomotiven ansteuert, Informationen zu Typ und Länge verfügt etc.

(TODO: weitere ergänzen)

SRCP-Erweiterungen

Der bisherige Umfang der SRCP-Spezifikation definiert keine Möglichkeit, mit der SRCP-Clients untereinander direkt Informationen austauschen können. Ein Bedarf dafür ist jedoch durchaus gegeben, wie folgende Auflistung zeigt:

• Zugmeldungen zwischen Stellwerken
• Zuglenkung über Zuglaufverfolgung (ZLV) und Zugnummernmeldeanlage (ZNA)
• Zugbeeinflussung mit geschwindigkeitsüberwachender Instanz (Stellwerk) und Zugsteuerung
• Scripting-Schnittstelle für Stellwerk- und Zugsteuersoftware
• Austausch von statischen und dynamischen CRCF-Daten mit einer CRCF-Datenverwaltungsinstanz

Weiterhin ist es mit SRCP prinzipiell möglich, eine Modellbahnanlage über mehrere SRCP-Server zu bedienen, es gibt aber bisher kein Konzept, das einen Informationsübergang zwischen den Server-Bereichen erlaubt. Dazu gab es folgenden Lösungsvorschlag:

• Koppelung mehrerer SRCP-Server zu einer Master/Slave-Konstellation, bei der die Busse der Slave-Server auf Busse beim Master-Server abgebildet werden.

Zur Realisierung dieser neu zu implementierenden Informationswege wurden die im folgenden näher erläuterten Konzepte vorgeschlagen.

Neuer Befehl im Kommandomodus

Vorschlag

Die aktuell SRCP-Spezifikation umfaßt für den Kommandomodus einen definierten Satz an Befehlen, die in der folgenden allgemeinen Syntax an den Server gesendet werden:

<kommando> <kommandoparameter> 

Da die Befehle auf definierte Gerätegruppen wirken, die wieder bestimmten Bussen zugeordnet sind, resultiert zur weiteren Spezifizierung folgende allgemeine Befehlssyntax:

<kommando> <bus> <gerätegruppe> <parameter>

Der Bus mit Nummer 0 ist dem Server selbst vorbehalten und dient zur Adressierung von Servereinstellungen. Die Anzahl der übergebenen Parameter ist variabel.

Vom Server abgearbeitete Befehle werden an alle im Infomodus verbundene SRCP-Clients als eine Art „SRCP-Broadcast“ mit der folgenden allgemeinen Syntax weitergeleitet:

<codenr> INFO <bus> <gerätegruppe> <parameter>

Die angeschlossenen SRCP-Clients selbst sind anhand ihrer Session-Id identifizier- und eindeutig unterscheidbar.

Von dieser Situation ausgehend, kann ein neues Kommando ergänzt werden, dass von SRCP-Server selbst nur zum Weiterleiten einer Nachricht an die angeschlossenen SRCP-Clients genutzt wird. Den Inhalt der Nachricht muß der SRCP-Server nicht interpretieren. Die Form der Nachricht kann/soll/muß den gängigen SRCP-Konventionen bezüglich Zeichensatz, Länge etc. genügen.

Ein erster (anarchischer) Ansatz könte in SRCP 0.8-Terminologie so aussehen:

Im Kommando-Modus verbundender Client:

ECHO 0 <message>

Darauf der SRCP-Server an alle verbundenen Clients:

<timestamp> <codenr> INFO 0 ECHO <message>

Einzweiter, mehr geordneter Ansatz, schreibt die Verwendung definierter Befehle (SRCP-Makros) vor, analog also beispielsweise so:

Im Kommando-Modus verbundender Client:

MACRO 0 <message>

Darauf der SRCP-Server an alle verbundenen Clients:

<timestamp> <codenr> INFO 0 MACRO <message>

Wobei <message> diesmal eine Folge von definierten (genormten) Befehlen inklusive deren Wert-Parametern sein muß. Diese Makros müssen natürlich den Kommunikationsbedarf der Clients (Frage/Antwort-Spiele) abdecken.

Der dritte Ansatz wäre, statt der neu zu erfindenden Makros, CRCF zu benutzen:

Im Kommando-Modus verbundender Client:

 CRCF 0 <message>

Darauf der SRCP-Server an alle verbundenen Clients:

 <timestamp> <codenr> INFO 0 CRCF <message>

Der Inhalt von <message> wäre dann eine CRCF-Befehlsfolge.

Angenommen eine Ablaufsteuerung (als eigener SRCP-Client) möchte eine Fahrstraße einstellen, dann sendet er an das zuständige Stellwerk folgende (CRCF-)Befehlsfolge:

ROUTE <routeid> SET STATE 1

Den Erfolg bekommt er dann vom Stellwerk zurückgemeldet oder kann ihn auch abfragen z.B. gemäß:

ROUTE <routeid> GET STATE

Den Bedarf, dass ein SRCP-Client einem Stellwerk Daten zur Konfiguration von Fahrstraßen sendet, wäre prinzipiell auch möglich:

ROUTE <routeid> ADD GA <busid> <address> <port> <state>

Oder entfernen:

ROUTE <routeid> REMOVE GA <busid> <address>

Um eine Client-Client-Verbindung zu unterhalten, müßte der Sender eines CRCF-Befehls seine SRCP-Session-ID immer mitsenden, dann könnte die Antwort zielgerichtet erfolgen:

CRCF 0 <sender-sessionid> <empfänger-sessionid> <CRCF-message>

Mit dem Inhalt von <sessionid> ließe sich ein CRCF-Broadcast einfach von einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung unterscheiden:

1. Der Wert ist 0: Broadcast
2. Der Wert ist >0: Punkt-zu-Punkt-Verbindung

Auch das Thema "Zugbeeinflussung" läßt sich hiermit darstellen. Ein Zug muß während seiner Fahrt Geschwindigkeitsregeln einhalten, die das Stellwerk überwacht. Bei Überschreitungen sendet das Stellwerk einen Abbremsbefehl:

 CRCF 0 <sender-session-id> 0 TRAIN <train-id> SPEED SET 0

Bewertung

Die Implementierung wird nicht weiterverfolgt, da der Vorschlag zur neuen Gerätegruppe besser ins bisherige SRCP paßt. Die hier andiskutierten CRCF-Nachrichten können mit dem anderen Vorschlag ebenfalls transportiert werden.

Neuer Sitzungstyp

Vorschlag

Die Implementationen von CRCF bzw. Generic Messages und den bisher definierten SRCP-Sitzungen werden komplett getrennt.

Motivation:

• Ermöglicht Kapselung von unterschiedlichen Client-Funktionalitäten: die bestehenden Sitzungen und Generic Messages sind für komplett unterschiedliche Zwecke gedacht. Die bisherigen Steuerungs-Sitzungen dienen der Kommunikation mit der Modellbahn-Hardware, Generic Messages dienen der Kommunikation der Clients untereinander.
• Dies senkt die Anforderungen an einen reinen Steuerungs-Server, er muss Generic Messages nicht unterstützen. Anmerkung von svesch: Der Server muss die GMs nur weiterleiten. CRCF macht nur Sinn, wenn es die SRCP-Server auch wirklich unterstützen. Sozusagen mandatory ab Version X.
• Es erspart mobilen Eingabegeräten z.B. einem Handregler den extremen Traffic, den intelligentere stationäre Clients untereinander haben. Anmerkung von svesch: Das ist ein wichtiger Punkt, den habe ich im Punkt "Vorschläge zur Trafficminimierung" versucht Rechnung zu tragen.

Bei der Einschätzung des Programmieraufwands gehen die Meinungen auseinander. Die einen sehen Zusatzaufwand in der dritten TCP-Verbindung, andererseits erhöht die Kapselung der Funktionalitäten die Wartbarkeit des Systems.

Eigene Sitzungen trennen sowohl den Namensraum für Steuerung und Generic Messages als auch den durch beide Kommunikationsformen entstehenden Netzwerkverkehr:

SET PROTOCOL GM 0.3
SET CONNECTIONMODE GM INFO|COMMAND

Programmiertechnisch wird sowohl für den SRCP-Server als auch den SRCP-Client die Unterhaltung einer bzw. zweier weiterer Netzwerkverbindungen notwendig. Alternativ ist ein Systemdienst möglich, der nur GM-Sitzungen, aber keine Steuerungs-Sitzungen unterstütz.

Bewertung

Die Diskussion dauert noch an, daher ist keine abschliessende Bewertung möglich

Neue Gerätegruppe

Vorschlag

Für den generalisierten Nachrichtenaustausch wird eine neue Devicegruppe »Generic Message« (GM) auf Bus 0 eingerichtet.

Die einzige (sinnvoll) anzuwendende Methode ist SET.

Beispielhafte Anwendung im Kommandomodus:

SET 0 GM <AntwortID> <EmpfängerID> <messagetype> <messagetext>

EmpfängerID ist diejenige SessionID, die die Nachricht erhalten soll. Ist diese 0, so wird die Nachricht als Rundruf an alle INFO-Sessions gesendet. Die AntwortID ist diejenige SessionID (oder 0) der INFO-Session, an die eine eventuelle Antwortnachricht gesendet werden soll.

Beispielhafte Anwendung im INFO-Modus:

INFO 0 GM <AntwortID> <EmpfängerID> <messagetype> <messagetext>

Für <messagetext> gelten die im SRCP üblichen Einschränkungen/Formatanforderungen, dass die Zeilenlänge auf 1000 Zeichen begrenzt ist und der Zeichensatz aus 7 Bit ASCII besteht.

<messagetype> ist ein zentral (Wo?) gepflegte (Von wem?) Liste von Identifiern, um den Messagetyp erkennen zu können.

Beispiel: Ein Client fragt nach den Einzelheiten des Gerätes GA 1 auf Bus 17. (Schritt A) Antwort an SessionID 45 erbeten.

SET 0 GM 45 0 CRCF CONFGET 17 GA 1

Wie der INFO aussieht, dürfte offensichtlich sein. Er geht an alle INFO-Sessions. (Schritt B)

INFO 0 GM 45 0 CRCF CONFGET 17 GA 1

Wenn ein CRCF Service diese Message erhalten hat, sendet er eine passende Antwort an den SRCP Server (Schritt C)

SET 0 GM 25 45 CRCF CONFINFO 17 GA 1 ....

Die Infosession des CRCF Services ist im Beispiel 25, die Antwort wird vom SRCP Server direkt an die SESSION 45 weitergeleitet.

INFO 0 GM 25 45 CRCF CONFINFO 17 GA 1 ....

Der Nachrichtenfluß ist im Bild dargestellt. CA ist die Command Session von Client A, IA die Infosession. Client B (CRCF Server analog).

Weitere Anfragen kann der Client direkt an Session 25 stellen. Er erhält die Info sofort, wenn Session 25 terminieren sollte. Dann kann er wieder auf Empfänger 0 (= alle) umstellen.

Bewertung

Es entsteht eine allgemein nutzbare Kommunikationsstrecke mit vielfältigem Anwendungspotential. SRCP muß um einige Details erweitert werden (siehe unten). Es entsteht ein permanenter Pflegedienst für Vergabe der Nachrichtentypen (kann automatisiert werden).

Anmerkungen

- Müssen wir uns über Timeouts Gedanken machen? Das ist Sache der Clients und sollte natürlich benutzerfreundlich gestaltet sein.

- Wie lange soll ein anfragender Client auf Antworten warten? Da der Client für das Timeoutverhalten verantwortlich ist, entscheidet auch er darüber. Wiederum gilt, so benutzerfreundlich, wie möglich.

Generiert der Server ggf eine Timeoutnachricht? Wie denn? Er hat doch keine Ahung von einem Messageaustausch. Er transportiert nur _eine_ Botschaft, das zwei (oder auch mehr) davon zu einem Dialog gehören, ist dem Server unbekannt.

Wenn der Server schon beim Empfang einer "SET 0 GM"-Anfrage sieht, dass er damit keinen Empfänger erreichen kann, sollte er eine entsprechende Meldung an den Anfrager generieren. Beispiel: Der Anfrager ist der einzige Client, der beim Server angemeldet ist. Vorschlag: Der Server sendet in einem solchen Fall "416 ERROR no data".

Warum muss der Client bei "SET 0 GM"-Anfragen seine AntwortID mitsenden? Der Server könnte diese ID in die INFO-Nachricht eintragen, er kennt sie ja. Der Server hat überhaupt keine Ahnung, welche beliebigen zwei Sessions zusammengehören.

Die Session IDs übernehmen eine zentrale Rolle bei GM. Was meiner Meinung auch in der aktuellen SRCP-Spec fehlt, ist die Beschränkung der ID auf einen Wertebereich. Vorschlag: 32 Bit oder, da es sich um Klartextnachrichten handelt, 9 Zeichen. Die Diskussion läuft noch.

Vorschläge zur Minimierung des Netzwerkdatenverkehrs

• Wenn an einen SRCP-Server eine CRCF-Broadcastanfrage gestellt wird, muss er dann eine INFO-Nachricht generieren? Es kann ja sein, dass er selber auf die Anfrage antworten kann. Gerade bei dynamischen Daten kann der Server möglicherweise am besten Auskunft geben.

Anmerkung: Es gibt bereits genügend Kommandos, um Informationen direkt beim Server zu erfragen. Dieser Punkt ist daher irrelevant.

• CRCF-Broadcastanfragen werden vom Server per INFO-Meldung an alle angemeldeten Clients weitergeleitet. An den Anfrager selber sollte die INFO-Meldung jedoch nicht weitergeleitet werden.

Anmerkung: Durch das generelle Weiterleiten der INFO-Meldung weiß der Client, das (und wann) seine Botschaft rausgegangen ist. Deshalb wird auch dieser Punkt gestrichen.

• Ein Client sollte selber darüber entscheiden, ob er CRCF-Broadcasts empfängt. Per Voreinstellung ist diese Option nicht aktiv. Wie das Ein- oder Ausschalten funktioniert, wäre zu diskutieren.

Glossar

CRCF-Broadcast

Eine von einem SRCP-Client in Form von "SET 0 GM <AntwortID> 0 CRCF CONFGET <messagetext>" initiierte Rundrufnachricht, die der SRCP-Server über den INFO-Kanal an alle angeschlossenen SRCP-Clients weiterleitet.

CRCF-Client

Ein Client mit lokalen CRCF-Daten bzw. lokaler CRCF-Datenbank.