Das „Dining philosophers problem“ – yeah, Informatik!

Das „Dining-Phi­lo­phers-Pro­blem“ ist eine Par­al­le­li­sie­rungs­auf­ga­be aus der Infor­ma­tik. Fünf Phi­lo­so­phen sit­zen um einen Tisch mit für Tel­lern und fünf Gabeln dazwi­schen. Wenn einer von ihnen essen möch­te, benö­tigt er bei­de Gabeln neben sei­nem Teller.

By Ben­ja­min D. Esham / Wiki­me­dia Com­mons, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=56559

Damit kön­nen jeweils nur zwei Phi­lo­so­phen gleich­zei­tig essen und es muss jeweils ein Tel­ler zwi­schen ihnen sein, an dem nicht geges­sen wird. Eine his­to­ri­sche Lösung des Pro­blems kann man direkt in einer Publi­ka­ti­on von Dijk­s­tra nach­le­sen (S.29). Das hät­te man ein­fach for­ma­li­sie­ren kön­nen. Oder halt selbst nachdenken.

In der Infor­ma­tik­welt sind die Phi­lo­so­phen Pro­zes­se, die um die Betriebs­sys­temres­sour­cen auf dem Tisch kon­kur­rie­ren. Dabei muss man ver­mei­den, dass sich die Pro­zes­se gegen­sei­tig blo­ckie­ren: Wenn alle gleich­zei­tig wol­len, gibt es Streit und kei­ner kann die Res­sour­cen bele­gen, die er zum Essen braucht (infor­ma­tisch: Ver­klem­mung). Es darf aber auch kei­ne Situa­ti­on ein­tre­ten, in der alle so höf­lich sind, sich immer gegen­sei­tig den Vor­tritt zu las­sen (infor­ma­tisch: Aus­hun­ge­rung). Und natür­lich soll der Zugriff auf die Res­sour­cen fair und effi­zi­ent sein.

Die Her­aus­for­de­rung:

Man „denkt“ beim For­ma­li­sie­ren nicht nur für einen Pro­zess, son­dern für fünf, die mit­ein­an­der in einer defi­nier­ten Umge­bung interagieren.

Wer darf dann überhaupt miteinander essen?

Um das zu for­ma­li­sie­ren, neh­men wir mal eine simp­le mini­ma­le Daten­struk­tur – ein Feld mit einem boole­schen Ele­ment für jeden Pro­zess – d.h. jeder hat sein Flag, dass er auf „ich will essen“ set­zen kann. Dann gibt es fünf zuläs­si­ge Konstellationen:

10100
10010
01010
01001
00101

Das ist schon­mal hübsch, da es tat­säch­lich nur fünf zuläs­si­ge Fäl­le gibt. Boole­sche Wer­te zu scan­nen und zu mani­pu­lie­ren ist res­sour­cen­mä­ßig auch nicht so üppig aufwändig.

Eine Ent­schei­dung, ob man zwei Phi­lo­so­phen an den Tisch lässt, kann man ver­läss­lich fäl­len, wenn drei von ihnen ihr Inter­es­se bekun­det haben.

Damit nicht genug: Die Pro­zes­se müs­sen sich wei­ter­hin unter­ein­an­der steu­ern kön­nen, damit sie sich gegen­sei­tig an den Tisch las­sen können.

Ansatz

Man lässt immer drei Pro­zes­se in einen Emp­fangs­be­reich, die bei­den ande­ren blei­ben drau­ßen und stel­len sich an. Dann lässt man die mög­li­che Kon­stel­la­ti­on von zwei Phi­lo­so­phen an den Tisch. Der­je­ni­ge, der nicht zum Zuge kommt, bleibt in einem zwei­ten War­te­be­reich vor dem Tisch ste­hen (= sein Flag im Array bleibt gesetzt).

Wenn einer der am Tisch Essen­den auf­steht, kippt er sein Flag im Array, lässt einen aus der Schlan­ge im Emp­fangs­be­reich rein und stellt sich drau­ßen hin­ten wie­der an.

Ein beson­de­res Pro­blem ist die Konstellation:

10101

Bei sowas soll­te man die Rei­hen­fol­ge der Prü­fung mal vari­ie­ren, damit nicht immer die glei­chen zwei zum Zuge kom­men und der Drit­te „ver­hun­gert“ (das ist bei fünf Pro­zes­sen nicht sehr wahr­schein­lich, aber durch­aus mal möglich).

Wie macht man das mit dem Warten eigentlich?

Die ein­fachs­te Lösung besteht dar­in, die Pro­zes­se in End­los­schlei­fen mit einer Abbruch­be­din­gung (Prü­fung einer glo­ba­len Varia­ble) zu schi­cken, wenn sie im Emp­fangs­be­reich oder vor dem Tisch ste­hen. Dabei ver­bra­ten Sie bloß reich­lich Rechen­zeit – infor­ma­tisch heißt das „akti­ves War­ten“ (busy wait) – also dau­ernd her­um­quen­geln, ob man nicht end­lich dran ist. Moder­ne Betriebs­sys­te­me bekom­men das hin, mit sowas umzu­ge­hen, aber net­ter res­sour­cen­scho­nen­der Pro­gram­mier­stil ist das nicht.

Semaphoren als Lösung

Sema­pho­ren sind Daten­struk­tu­ren, die einen nega­ti­ven oder posi­ti­ven gan­zah­li­gen Wert anneh­men kön­nen und zusätz­lich einen Coun­ter besit­zen. Posi­ti­ve Wer­te geben die Anzahl der zur Ver­fü­gung ste­hen­den Res­sour­cen an, nega­ti­ve die Anzahl der Pro­zes­se, die bereits auf die Zutei­lung einer Res­sour­ce warten.

Der Coun­ter ist wie der Wert des Sema­phors für Anwen­dungs­pro­gram­me nicht ein­seh­bar. Inner­halb eines Pro­zes­ses kann ein Anwen­dungs­pro­gramm eine soge­nann­te P‑Operation auf einen Sema­phor aus­füh­ren. Wenn der Sema­phor einen posi­ti­ven Wert hat, wird die­ser um eins ernied­rigt (= eine Res­sour­ce ver­ge­ben) und der Pro­zess darf wei­ter­ma­chen. Wich­tig dabei: Das Betriebs­sys­tem ent­schei­det, wel­cher Pro­zess die Res­sour­ce erhält (meist FIFO, muss aber nicht).

Wenn der Wert nega­tiv oder null ist, wird auch um eins ernied­rigt und der Pro­zess muss war­ten (Auf Betriebs­sys­tem­ebe­ne wird dem Pro­zess der Pro­zes­sor ent­zo­gen, er bleibt im Spei­cher aktiv, ver­braucht aber außer Spei­cher kaum wei­te­re Res­sour­cen mehr).

Wenn der Pro­zess fer­tig ist, führt er eine V‑Operation auf den Sema­phor aus, der sich dadurch um Eins erhöht. Sema­pho­ren müs­sen, um die Inter­ak­ti­on von Pro­zes­sen steu­ern zu kön­nen, glo­ba­le Daten­struk­tu­ren sein.

Kritische Abschnitte

Da Pro­zes­se den Zustand bzw. Wert von Sema­pho­ren nicht abfra­gen, son­dern nur inkre­men­tie­ren oder dekre­men­tie­ren kön­nen, „erfah­ren“ sie von­ein­an­der nur über glo­ba­le Varia­blen oder sons­ti­ge Daten­struk­tu­ren, in unse­rem Fall z.B. das Array mit den boole­schen Elementen.

Wenn man auf glo­ba­len Daten­struk­tu­ren mit meh­re­ren Pro­zes­sen arbei­tet, muss man sicher­stel­len, dass das immer nur ein Pro­zess tun kann. Man sperrt sol­che Struk­tu­ren oder auch kri­ti­sche Abschnit­te durch einen extra Sema­phor (P‑Operation), macht sei­ne Arbeit und ent­sperrt die­sen Sema­phor wie­der (V‑Operation). Sol­che Sema­pho­ren haben nur 0 und 1 als Zustän­de und wer­den oft als „mutex“ bezeich­net. Damit wird ver­hin­dert, dass zwei Pro­zes­se sol­che Daten­struk­tu­ren gleich­zei­tig ver­än­dern (oder lesen) und damit Inkon­sis­ten­zen entstehen.

Meine Lösung (mittlerweile nach Rückmeldungen)

In der Vor­le­sung wird eine recht eigen­wil­li­ge Beschrei­bungs­spra­che ver­wen­det. Das hat damit zu tun, dass man nicht oft nur wenig über der Maschi­nen­spra­che bewegt, die dann deut­lich ein­ge­schränk­ter im Befehls­satz ist. Wenn man auf glo­ba­le Daten­struk­tu­ren lesend oder schrei­bend zugreift, muss man das „ato­mar“ machen (dafür sor­gen, dass man allei­ne ist).

TYPE philId = (0..4);
hungry_phils : SEMAPHORE == 3; // wir haben vorerst drei Plätze 
privsem : ARRAY (0...4) OF SEMAPHORE == [EACH == 0]; // persönlicher Warteplatz am Tisch
mutex_helper : SEMAPHORE == 1;
hungry_phils_array : ARRAY BOOLEAN OF slot == [EACH == FALSE];
swap_check : BOOLEAN == FALSE;

philosopher : PROCESS (id : IN philId)
BEGIN
  LOOP

    --denken

    P(hungry_phils);

    P(mutex_helper);
       hungry_phils_array[id] == true;

    IF swap_check
       IF hungry_phils_array[0] AND hungry_phils_array[2]
          let_eat[0,2];
       ELSEIF hungry_phils_array[0] AND hungry_phils_array[3]
          let_eat[0,3];
       ELSEIF hungry_phils_array[1] AND hungry_phils_array[3]
          let_eat[1,3];
       ELSEIF hungry_phils_array[1] AND hungry_phils_array[4]
          let_eat[1,4];
       ELSEIF hungry_phils_array[2] AND hungry_phils_array[4]
          let_eat[2,4];
       ENDIF
    ELSE
       IF hungry_phils_array[4] AND hungry_phils_array[2]
          let_eat[4,2];
       ELSEIF hungry_phils_array[4] AND hungry_phils_array[1]
          let_eat[4,1];
       ELSEIF hungry_phils_array[0] AND hungry_phils_array[3]
          let_eat[0,3];
       ELSEIF hungry_phils_array[1] AND hungry_phils_array[3]
          let_eat[1,3];
       ELSEIF hungry_phils_array[0] AND hungry_phils_array[2]
          let_eat[0,2];
       ENDIF
    ENDIF

    IF NOT swap_check
         swap_check == TRUE;
    ELSE
         swap_check == FALSE;
    ENDIF

    V(mutex_helper);

    P(privsem[id]);
      --essen
      P(mutex_helper);
          hungry_phils_array[id] == false; 
      P(mutex_helper);      
    V(hungry_phils); 

  REPEAT;

  let_eat : PROCEDURE (id1 : CARDINAL,id2 : CARDINAL)
     BEGIN
       V(privsem[id1]);
       V(privsem[id2]);
     END
 
END

Da steckt deut­lich mehr Gehirn­schmalz drin, als es den Anschein hat – z.B. war es gar nicht so ein­fach, immer dafür zu sor­gen, dass zwei Phi­lo­so­phen gleich­zei­tig essen. In alter­na­ti­ven Lösungs­vor­schlä­gen aus dem Tuto­ri­um wäre auch ein Ein­zel­es­sen mög­lich gewesen.

Wie geht in der Vorlesung weiter?

Sema­pho­ren sind bis­her Black­bo­xen. Jetzt wird geschaut, wie ein Betriebs­sys­tem Sema­pho­re rea­li­siert (das geht übri­gens manch­mal nicht ohne „busy wai­t­ing“). Letzt­lich geht es im Zutei­lung von Rechen­zeit an Pro­zes­se. Ich kann gedank­lich momen­tan nur leid­lich mit­hal­ten und brau­che letzt­lich zu viel Zeit für Lösun­gen. Das wird in der Klau­sur spä­ter spannend …

 

Dienstgeräte

Die­se Über­schrift ist mei­ner Mei­nung nach schon irre­füh­rend. Es kann kei­ne Dienst­ge­rä­te aus dem För­der­pro­gramm des Bun­des geben, bzw. kei­ne Gerä­te, die den Sta­tus „Dienst­ge­rät“ erhal­ten werden.

Was sind Dienstgeräte?

Auf Dienst­ge­rä­te wer­den u.a. Daten ver­ar­bei­tet, die im dienst­li­chen Kon­text ent­ste­hen, z.B. Noten, Adress­da­ten usw. von Schutz­be­foh­le­nen, Fotos, sons­ti­ge Leis­tungs­da­ten etc.. Viel­leicht wer­den auch dienst­li­che Vor­gän­ge dar­über abge­wi­ckelt, z.B. Rei­se­kos­ten- oder Bei­hil­fe­an­trä­ge. Ein Dienst­ge­rät muss daher mit tech­ni­schem Sup­port ver­se­hen und vom Dienst­herrn inter­ve­nier­bar sein, wenn gleich­zei­tig bei Lehr­kräf­ten der Anspruch nach Daten- und Rechts­si­cher­heit bei der Nut­zung vor­han­den ist. Das ist bei offe­nen Gerä­ten, die indi­vi­du­ell anpass­bar sind, schlicht nicht mög­lich: Orga­ni­sa­to­risch, per­so­nell und tech­nisch nicht. Es mag Schu­len geben, denen das gelingt.

Dienst­ge­rä­te adres­sie­ren aber Kolleg:innen an klei­nen Grund­schu­len eben­so wie Kolleg:innen gro­ßer berufs­bil­den­der Schu­len. Für indi­vi­du­el­le Bedürf­nis­se ist da kein Platz, wenn es Sup­port, Daten- und damit auch Rechts­si­cher­heit geben soll.

Was sind Privatgeräte?

Pri­vat­ge­rä­te sind Gerä­te durch Durch­füh­rung und Vor­be­rei­tung des eige­nen Unter­richts. Sie sind durch Nutzer:innen indi­vi­du­ell an Bedürf­nis­se anpass­bar, dort kann eige­ne Soft­ware instal­liert und erprobt wer­den. Mit Pri­vat­ge­rä­ten dür­fen Ver­wal­tungs­da­ten nur unter hohen Auf­la­gen oder online auf z.B. Lan­des­platt­for­men ver­ar­bei­tet wer­den, wenn das Gerät nur als Zugangs­ge­rät genutzt wird. Das treibt z.B. selt­sa­me Blü­ten, dass z.B. dienst­li­che E‑Mailadressen bereit­ge­stellt wer­den, aber nicht mit lokal instal­lier­ten Cli­ents (Thun­der­bird, Out­look, App­le­Mail) ver­ar­bei­tet wer­den dür­fen. Pri­vat­ge­rä­te sind nicht inter­ve­nier­bar. Durch unzäh­li­ge denk­ba­re Pro­gram­me oder auch Betriebs­sys­te­me kann für ein sol­ches Gerät mit ver­tret­ba­rem per­so­nel­len Auf­wand kein Sup­port und kei­ne Daten- sowie Rechts­si­cher­heit ermög­licht werden.

Was wollen viele Lehrkräfte?

Vie­le Lehr­kräf­te möch­ten maxi­ma­le indi­vi­du­el­le Frei­heit auf ihrem Gerät. Gleich­zei­tig wün­schen sie aber umfas­sen­den Sup­port und Daten- sowie Rechts­si­cher­heit. Und natür­lich das neu­es­te Modell mit Magne­si­um­ge­häu­se. Und bei 40 Kolleg:innen bit­te 50 Gerä­te­va­ri­an­ten (Sor­ry für den Rant).

Das ist nicht zu leis­ten. Schon gar nicht bei klei­nen Schul­trä­gern, die die gro­ße Mehr­heit stellen.

Daher wird es bei der End­ge­rä­te­för­de­rung für Lehr­kräf­te mei­ner Mei­nung nach nie um Gerä­te gehen kön­nen, die den Sta­tus eines Dienst­ge­rä­tes (s.o.) erhal­ten. Es kann nur um Gerä­te mit dem Sta­tus eines Pri­vat­ge­rä­tes gehen. Ech­te Dienst­ge­rä­te wer­den nicht akzep­tiert wer­den, da die­se eine recht stren­ge Stan­dar­di­sie­rung erfordern.

Daher wäre es am ein­fachs­ten, allen Lehr­kräf­ten ein­fach einen Zuschuss mit dem Gehalt aus­zu­zah­len. Dann kann jeder machen, was er will, es gibt kei­ne Aus­schrei­bungs­mo­da­li­tä­ten zu beach­ten und kei­nen Ärger.

Wenn sich die Trä­ger wirk­lich auf irgend­et­was ande­res ein­las­sen wür­den – mei­ne Hoch­ach­tung wäre groß, mei­ne Ver­wun­de­rung wür­de kei­ne Gren­zen ken­nen. Selbst bei klei­nen Trä­gern ste­hen da schnell mal 100 Lehr­kräf­te mit ihrem indi­vi­du­ell ein­ge­rich­te­ten Gerät bei jedem Pro­blem auf der Matte.

Eine Lösung

Eine aus mei­ner Sicht sehr gute Lösung wäre, den Lehr­kräf­ten ein­fach einen Zuschuss für ein Pri­vat­ge­rät aus­zu­zah­len und gleich­zei­tig eine Cli­en­t­an­wen­dung zu ent­wi­ckeln, die eine siche­re Kom­mu­ni­ka­ti­on mit einem Lan­des­netz ermög­licht, in dem dann alle Ver­wal­tungs- und Ver­ar­bei­tungs­vor­gän­ge online mit Trans­port­ver­schlüs­se­lung ablau­fen. Das ist auf jedem Betriebs­sys­tem mög­lich. Die loka­le Ver­ar­bei­tung von dienst­li­chen Daten auf dann die­sem Pri­vat­ge­rät wird ein­fach unter­sagt. Dann kann jeder machen, was er oder sie will. Sup­port gibt es dann nur für die Online­an­wen­dun­gen im Lan­des­netz und bei der Instal­la­ti­on des „Lan­des­cli­ents“. Lei­der fehlt dafür eine win­zi­ge Klei­nig­keit: Ein ent­spre­chend auf­ge­stell­tes Lan­des­netz. Ach­so – und ein Landesclient.

Tag 9 der Familienquarantäne – Gedanken zur Epidemie

Ich woh­ne im Land­kreis Clop­pen­burg. Das Infek­ti­ons­ge­sche­hen stellt sich zur Zeit bei uns so da:Die Inzi­denz pen­delt momen­tan so um die 40 Infek­tio­nen pro 100.000 Ein­woh­ner. Clop­pen­burg ist ein Zen­trum der fleisch­ver­ar­bei­ten­den Indus­trie. Auch Gemü­se­an­bau ist hier ein gro­ßer Wirt­schafts­zweig, wobei 1kg Gemü­se ja mitt­ler­wei­le mehr kos­tet als teil­wei­se 1kg Fleisch.

Wir alle im Land­kreis haben mit einem Aus­bruch gerech­net. Mit einem Aus­bruch in der Fleisch- oder Agrar­in­dus­trie. Der Aus­bruch, um des­sen Ein­däm­mung sich alle hier red­lich und nach bes­tem Wis­sen und Gewis­sen in der Ver­wal­tung mühen, kommt aber wahr­schein­lich eher aus der Mit­te der Gesell­schaft. Clop­pen­burg ist mit einem Durch­schnitts­al­ter um die 40 Jah­re ein sehr jun­ger Land­kreis. Wir sehen hier gera­de eine Rei­he völ­lig kom­pli­ka­ti­ons­lo­ser Infek­tio­nen unter jun­gen Men­schen und Kin­dern – bzw. sehen wir sie wahr­schein­lich gera­de nicht in dem wirk­li­chen Aus­maß. Dage­gen hel­fen kei­ne Mas­ken und kei­ne Abstand­re­ge­lun­gen im öffent­li­chen Raum oder Schulen.

Unse­re Fami­lie hat es jetzt erwischt: Eines mei­ner Kin­der ist vor­letz­ten Mitt­woch posi­tiv getes­tet wor­den. Wir hät­ten unter nor­ma­len Umstän­den nicht getes­tet. Der Arzt hat­te eine Tes­tung zunächst abge­lehnt. Trotz Kon­takt mit einer Per­son, die posi­tiv ges­te­tet wor­den war, sind bei unse­rem Kind kei­ne Sym­pto­me auf­ge­tre­ten, die sich in irgend­ei­ner Form einer COVID-19-Erkran­kung zuord­nen lie­ßen. Da muss man dann schon etwas insis­tie­ren und das lang­jäh­ri­ge Ver­trau­en („Wenn die Rieckens kom­men, dann ist da auch was!“) ausspielen.

Seit vor­letz­ten Don­ners­tag sind wir als Fami­lie offi­zi­ell, seit dem Diens­tag davor in frei­wil­li­ger Qua­ran­tä­ne. Ich habe mich danach beim Haus­arzt tes­ten las­sen, mei­ne Frau in einem tier­ärzt­li­chem Labor (Ja, das geht hier, schnell und zer­ti­fi­ziert) – bei­de Tests waren nega­tiv. Die Umstän­de waren aber so, dass wir uns bei unse­rem Kind hät­ten infi­zie­ren müs­sen (drei Stun­den Film in einem 7qm Raum ohne offe­nes Fens­ter). Es spricht also eini­ges dafür, dass wir bei­de bereits eine Infek­ti­on durch­ge­macht haben, die aber kom­pli­ka­ti­ons­los ver­lau­fen ist. Das wäre durch einen Anti­kör­per­test abzu­si­chern. Viel­leicht leis­te ich mir selbst den – dann auch wie­der nicht so aus­sa­ge­kräf­ti­gen – Spaß.

Das Infek­ti­ons­ge­sche­hen in unse­rer Fami­lie hat wahr­schein­lich einen Aus­gangs­punkt in einer pri­va­ten Fei­er mit sehr begrenz­ter Per­so­nen­zahl. Aber das ist nicht sicher. Vie­les spricht in der Rück­schau dafür.

Eines ist aber ziem­lich sicher: Wir als Gesell­schaft wis­sen über das Virus und sei­ne Aus­brei­tung eigent­lich noch viel zu wenig. Wir wis­sen nichts über die Dun­kel­zif­fer, die jetzt hier in Clop­pen­burg in Tei­len aus­ge­leuch­tet wird.

Sicher ist auch, wel­che Fol­gen eine bestä­tig­te Infek­ti­on inner­halb eines Jahr­gangs in einer Schu­le hat: Der gesam­te Jahr­gang wird frei­ge­setzt. Alle Schüler:innen müs­sen sich in ihren Haus­hal­ten in Zim­mer­qua­ran­tä­ne bege­ben und z.B. auch getrennt von ihrer Fami­lie essen. Eine Tes­tung zu Anfang die­ser Qua­ran­tä­ne fin­det aus Kapa­zi­täts­grün­den nicht statt. Die übri­gen Fami­li­en­mit­glie­der müs­sen sich ledig­lich von dem Kind in Qua­ran­tä­ne fern­hal­ten, ste­hen selbst aber nicht unter Quarantäne.

Natür­lich fin­den z.B. Rei­hen­tes­tun­gen zum Ende der Qua­ran­tä­ne auch bei Schüler:innen statt. Aber die brin­gen maxi­mal eine Absi­che­rung dar­über, dass mit Auf­nah­me des Schul­be­triebs ein bestimm­ter Per­so­nen­kreis an einem bestimm­ten Tag nicht infek­ti­ös ist. Nach zwei Wochen kann man sich recht sicher sein, dass alle Ergeb­nis­se nega­tiv ausfallen.

Ein grö­ße­rer Erkennt­nis­ge­winn über das Infek­ti­ons­ge­sche­hen wür­de aber ein Rei­hen­test zu Anfang einer Qua­ran­tä­ne bie­ten, weil m.E. dann deut­li­cher wür­de, wie weit die Infek­ti­on in der jün­ge­ren Bevöl­ke­rung ver­brei­tet ist. Posi­ti­ve Tes­tun­gen hier wür­den aber wei­te­re Din­ge aus­lö­sen, z.B. Qua­ran­tä­ne für den gesam­ten Haus­halt und Kon­takt­nach­ver­fol­gun­gen. Die Test­ka­pa­zi­tä­ten wären wohl da, nicht aber das Per­so­nal, für das, was danach kom­men könnte.

Des­we­gen habe ich Freun­den ent­ge­gen mei­ner sonst doch eher nüch­ter­nen Art doch recht fata­lis­tisch fol­gen­des gepostet:

Das Spiel ist eigent­lich verloren.

Gedreht wer­den kann es nur durch recht dras­ti­sche Maß­nah­men, die auch so ihre Fol­gen nach sich zie­hen. Viel­leicht wer­den das im bes­ten Fall „Wan­der­maß­nah­men“ – dann käme der Land­kreis Clop­pen­burg als einer der ers­ten wie­der aus der Num­mer teil­wei­se heraus.

Qua­ran­tä­ne ist ein schwe­rer Grund­rechts­ein­griff, der sich zwar als Beam­ter mit Ein­fa­mi­li­en­haus, Gar­ten und funk­tio­nie­ren­dem sozia­len Netz für die Grund­ver­sor­gung gut aus­hal­ten lässt (selbst Bau­ma­te­ri­al kommt hier an), aber natür­lich auch wie­der Schlag­lich­ter auf Schu­le und Fern­un­ter­richt wirft. Sport fällt auch flach – selbst im Lock­down konn­te man zumin­dest allei­ne durch den Wald toben.

Wenn mei­ne Dis­zi­plin und Selbst­be­herr­schung in einer äußerst pri­vi­le­gier­ten Posi­ti­on Krat­zer erlei­den – wie mag es da ande­ren erge­hen? Noch län­ger die­se Maß­nah­men? In der Brei­te der Gesell­schaft? Ohne defi­nier­tes Ende?

Ich ertap­pe mich tat­säch­lich gele­gent­lich dabei, mitt­ler­wei­le eher Rich­tung Durch­seu­chung um den Preis des Aus­schlus­ses gefähr­de­ter Per­so­nen vom öffent­li­chen Leben zu den­ken – qua­si der „opti­mier­te schwe­di­sche Weg“. Aber das wür­de wohl mit ziem­li­cher Sicher­heit zu den ita­lie­ni­schen Ver­hält­nis­sen vom Früh­jahr führen.

Was wer­den wir für Stim­mungs­bil­der nach Weih­nach­ten, nach einem wei­te­ren hal­ben Jahr der Ein­schrän­kun­gen sehen? Was lässt sich tun, um dem zu begeg­nen? Was kann der Anteil von uns dar­an sein?

Zar­ter Anfang:

Ich glau­be, wir brau­chen mehr Daten­qua­li­tät, mehr Tes­tun­gen zu Beginn einer Qua­ran­tä­ne, mehr zivi­les und ehren­amt­li­ches Enga­ge­ment in der Gesund­heits­äm­tern. Aber das ist nur ein intel­lek­tu­el­ler Anfang. Viel bedeu­ten­der ist der Blick auf die Emo­tio­nen in der Zivil­ge­sell­schaft, die sich nicht opti­mie­ren mit zuneh­men­der Dau­er von Beschränkungen.

 

Social Messenger sind der Untergang

Ges­tern bin ich wie­der mit der vol­len Band­brei­te der Hilf­lo­sig­keit gegen­über den Eigen­dy­na­mi­ken kon­fron­tiert wor­den, die ent­ste­hen, wenn sich jün­ge­re Schü­le­rin­nen und Schü­ler auf Whats­App bewegen.

  • Belei­di­gun­gen
  • ver­än­der­te Bil­der unlieb­sa­mer Mitschüler
  • Ent­haup­tungs­vi­de­os
  • […]
  • Ich kann nichts dafür“-Behauptungen (In der Schü­ler­vor­stel­lungs­welt kann man sich ja schließ­lich nicht dage­gen weh­ren, in Whats­App-Grup­pen auf­ge­nom­men zu werden)

Die­se Din­ge schei­nen sich nach mei­nen Beob­ach­tun­gen vor alle in den jün­ge­ren Klas­sen­stu­fen der Sekun­dar­stu­fe I zu häu­fen. Die reflex­ar­ti­gen Reak­tio­nen auf Vor­komm­nis­se sehen zunächst so aus:

  1. Han­dy weg­neh­men. Die dür­fen Whats­App erst ab 16 nutzen!“
  2. Han­dy ver­bie­ten. Die kön­nen damit nicht umgehen!“
  3. Medi­en­päd­ago­gen ein­la­den, der denen das mal sagt!“
  4. Eltern in die Pflicht neh­men. Die sind unver­ant­wort­lich, Kin­dern ein Smart­pho­ne zu kaufen!“
  5. Nun sag‘ mal Maik, was soll ich denn jetzt machen? Du bist doch Medi­en­fuz­zi. Alles Schei­ße mit die­sem Digitalzeugs!“

Han­deln wir das mal alles in der Kür­ze ab, die es sach­lo­gisch verdient:

Zu 1.)

Net­ter Ver­such. Das Han­dy gehört uns nicht und umfasst den Pri­vat­be­reich der SuS. Das ist so auf der Ebe­ne wie: „Ich ver­bie­te dir, nicht alters­ge­rech­te Fil­me in dei­ner Frei­zeit zu schauen!“

Zu 2.)

Net­ter Ver­such. Das Han­dy gehört uns nicht und umfasst den Pri­vat­be­reich der SuS. Das ist so auf der Ebe­ne wie: „Ich ver­bie­te dir, dich in dei­ner Frei­zeit mit Han­nes und Tim zu tref­fen. Die haben einen schlech­ten Ein­fluss auf dich!“

Zu 3.)

Net­ter Ver­such. Und bequem. Dann macht der das halt (wenn er dann mal Zeit hat). Ich nen­ne sowas medi­en­päd­ago­gi­sches Fei­gen­blatt: „Wir haben was getan – wir haben jeman­den ein­ge­la­den! Wenn dann kei­ner kommt, tja, kön­nen wir auch nichts dafür!“

Zu 4.)

Völ­lig rich­tig. Wenig bis so gar nicht rea­lis­tisch. Eltern hal­ten das mit dem Han­dy oft so: Wir kau­fen dir eines. Wir ken­nen uns damit eh nicht aus. Das Erstau­nen ist dann rie­sig, wenn dann mit dem Gerät Din­ge gesche­hen, die unschön sind. Dann ist das Inter­net schuld. Oder wahl­wei­se die Schu­le, die ja nichts dage­gen macht. Mein Bild: Sie schi­cken ein vier­jäh­ri­ges Kind mit dem Rad bei Dun­kel­heit quer durch die Stadt und sind dann völ­lig über­rascht, wenn es umge­nie­tet wird. Die­ser Scheiß­ver­kehr ist dann schuld!“ (sonst müss­te man sich ja selbst sei­ner Ver­ant­wor­tung stellen …)

Zu 5.)

Die Situa­ti­on ist sehr kom­plex. Das Sys­tem der Betei­lig­ten und der Ursa­chen auch. Wer hier ein ein­fa­che Ant­wort erwar­tet, ver­kennt die Kom­ple­xi­tät völ­lig. Bes­ten­falls ver­la­gert er das Pro­blem schlicht vor­der­grün­dig aus dem Wahr­neh­mungs­be­reich von Schu­le. Lei­der wird das immer wie­der in die Schu­le zurück­schwap­pen. mit dem Unter­schied, dass man dann noch sehr viel weni­ger über die Vor­gän­ge in der „Par­al­lel­welt“ weiß,

Maik, du Klug­schei­ßer, ich will Lösungen! 

Lösung 1:

Wo Ver­bo­te nicht grei­fen, kom­me ich um Ver­hand­lun­gen und päd­ago­gi­sche Ver­ein­ba­run­gen nicht her­um. Es gibt an Schu­len Gre­mi­en, die die ein­zel­nen Grup­pen ver­tre­ten. Es gibt eine Schü­ler- und eine Eltern­ver­tre­tung. Wenn ich zielof­fen hier zu Ver­ein­ba­run­gen kom­me, die den Han­dy­ge­brauch inner­halb der Schu­le regeln, habe ich eine grö­ße­re Chan­ce, dass die­se Ver­ein­ba­run­gen ein­ge­hal­ten und durch demo­kra­tisch ver­han­del­te Sank­tio­nen not­falls auch durch­ge­setzt wer­den. Zusätz­lich ist das u.U. eine Chan­ce, Demo­kra­tie prak­tisch zu leben und es ist eine Chan­ce, ins­be­son­de­re Eltern und Schü­lern auf Augen­hö­he zu begeg­nen. Die­se Gre­mi­en müs­sen ja ihrem „Wahl­volk“ Ent­schei­dun­gen ver­mit­teln. Und ins­be­son­de­re Eltern kön­nen ja schon mehr als Kaf­fee und Kuchen bei Ver­an­stal­tun­gen zu spen­den. Die­se Idee schei­tert oft an dem dafür not­wen­di­gen Para­dig­men­wech­sel: Schu­le ist ja von ihrem Wesen her hier­ar­chisch organisiert.

Lösung 2:

Wo in der Gesell­schaft bekom­men SuS vor­ge­lebt, wie man z.B. sozia­le Medi­en sinn­voll und reflek­tiert nutzt? Wo in Schu­le bekom­men SuS gezeigt, wel­che Poten­tia­le für das eige­ne Ler­nen in Social­me­dia steckt? Wenn ich Schu­len Port­al­l­ö­sun­gen mit zar­ten Social­me­dia­funk­tio­nen emp­feh­le, kommt sehr oft: „Aber die­sen Chat, den müs­sen wir drin­gend abschal­ten, da pas­siert nur Mist, wer soll das kon­trol­lie­ren!“ Wenn da „Mist“ pas­siert, ist das m.E. ein Geschenk, weil es in einem geschütz­ten Raum ent­steht und päd­ago­gisch auf­ge­ar­bei­tet wer­den kann. Wir brau­chen mehr sol­chen „Mist“, der auf Sys­te­men von Schu­len geschieht, weil wir ihm dort ohne irgend­wel­chen Anzei­gen und rich­ter­li­chen Anord­nun­gen begeg­nen kön­nen – die Daten haben wir ja selbst und idea­ler­wei­se auch kla­re Rege­lun­gen, wann die­se von wem wie ein­ge­setzt wer­den dürfen.

Lösung 3:

Kein Unter­richt über Medi­en, son­dern Unter­richt mit Medi­en. Das erfor­dert ein schul­wei­tes Medi­en­kon­zept und es wird erstau­nen, wie viel sich sogar ganz ohne WLAN und Tablets in die­sem Bereich machen lässt. Über­ra­schen­der­wei­se sind bestimm­te Wer­te und Lebens­er­fah­run­gen auch in Zei­ten von Social­me­dia noch gültig.

Lei­der wird die Umset­zung die­ser Erkennt­nis genau wie damals der Buch­druck eine Alpha­be­ti­sie­rung erfor­dern und zwar vor allem eine digi­ta­le Alpha­be­ti­sie­rung von Lehr­kräf­ten. Und das Lesen fällt man­chem leich­ter und man­chem schwe­rer. Wenn ich aber an den Poten­tia­len und Mög­lich­kei­ten teil­ha­ben möch­te und wenn ich hand­lungs­fä­hig sein will, kom­me ich nicht dar­um her­um, ler­nen zu müs­sen. NIcht nur wegen der SuS, son­dern vor allem aus Ego­is­mus: Digi­ta­ler Analpha­be­tis­mus führt direkt in die Anhän­gig­keit von ande­ren und in die Unsouveränität.

 

 

Macht eine Technologie wie LTE ein Netzwerk in der Schule überflüssig?

In Schu­len eige­ne, teu­re Netz­werk­in­fra­struk­tur auf­zu­bau­en sei irgend­wann über­flüs­sig, da schließ­lich mit UMTS und LTE neue Tech­no­lo­gien zur Ver­fü­gung stün­den, die in abseh­ba­rer Zeit jed­we­de eige­ne tech­ni­sche Instal­la­tio­nen über­flüs­sig mach­ten – die­ses Argu­ment höre ich sehr häu­fig im Netz und lese es auch gele­gent­lich in ernst­zu­neh­men­den jour­na­lis­ti­schen Texten.

Ich bin kein Spe­zia­list für Kom­mu­ni­ka­ti­ons­tech­nik, möch­te aber den­noch begrün­den, war­um ich die­ses Argu­ment von einem heu­ti­gen Stand­punkt aus nicht gel­ten las­sen will. Dazu muss ich etwas ausholen:

LTE und UMTS sind soge­nann­te Shared-Medi­en, d.h. alle Nut­zer einer Funk­ze­l­le auf einem Sen­de­mast tei­len sich die maxi­ma­len Band­brei­ten, die mit die­sen Funk­tech­no­lo­gien mög­lich sind. Der Daten­trans­port bei UMTS und LTE ist ziem­lich geni­al gelöst, so dass das erst­mal nicht so auf­fällt. Ein gutes Bild dafür fin­det sich in die­sem Arti­kelLTE und UMTS-Mas­ten sen­den ein Fre­quenz­misch­masch, was mit den Stim­men auf einer WG-Par­ty ver­gleich­bar ist. In die­sem Unter­hal­tungs­brei wer­den simul­tan unglaub­lich vie­le Infor­ma­tio­nen aus­ge­tauscht. Der Umfang die­ser Klang­men­ge ist begrenzt durch die Anzahl der Spre­chen­den, die akkus­ti­sche Ver­hält­nis­se und die Gesamt­laut­stär­ke. Um eine bestimm­te Infor­ma­ti­on aus die­sem Unter­hal­tungs­brei her­aus­zu­hö­ren, muss ich mich auf die Stim­me und das Gesicht eines Men­schen konzentrieren.

Ein Han­dy oder Pad mit UMTS-Modul „kon­zen­triert“ sich nicht auf Stim­men, aber es erkennt die für sich bestimm­ten Pake­te („Wor­te“) in die­sen Fre­quenz­brei an einem Schlüs­sel, den es vor­her mit der Basis aus­ge­han­delt hat. Je mehr Teil­neh­mer „zuhö­ren“, des­to mehr muss ver­schlüs­selt und ent­schlüs­selt wer­den und des­to nied­ri­ger ist die zu Ver­fü­gung ste­hen­de Bandbreite.Die Über­ga­be an eine ande­re Funk­ze­l­le ist wegen der Ver­schlüs­se­lung tech­nisch nicht tri­vi­al – daher stockt heu­te schon im UMTS-Betrieb ger­ne mal der Daten­strom im Zug.

Die Ein­stiegs­klas­se bei LTE beträgt etwa 21Mbit/s. Das ent­spricht etwa 1/50 der heu­te mit güns­ti­gen Schrad­del­ka­bel­net­zen erreich­ba­ren Geschwin­dig­keit. Sur­fen 25 SuS in einem Raum mit ihren Pads, bleibt für jeden eine Band­brei­te von 0,84Mbit/s, also etwa DSL768. Macht das unse­re Schu­le mit der Hälf­te (700) der Schü­ler gleich­zei­tig, sind es noch 0,03Mbit/s – also etwa Modem­ge­schwin­dig­keit. Aller­dings unter fol­gen­der Idealisierung:

  • es ent­steht kein Over­head durch die Verschlüsselung/Protokollfehlerkorrektur
  • die Ver­hält­nis­se erlau­ben die Ver­bin­dung mit Maximalspeed
  • die Gerä­te stö­ren sich nicht gegenseitig
  • in der Funk­ze­l­le ist nie­mand außer den SuS unterwegs

Mit einem bil­li­gen Schrad­del­netz­werk­ka­bel und x Acces­s­points der neus­ten Genera­ti­on (ca. in einem Jahr), errei­chen unse­re 700 Schü­ler eine Geschwin­dig­keit von 1,4Mbit/s – garan­tiert. Das reicht für HD-Mate­ri­al durch­aus aus – wenn es gut kodiert ist. Und es geht schon heu­te – nicht erst wenn der LTE-Aus­bau vor­an­ge­schrit­ten ist. Vor­aus­set­zung ist hier natür­lich auch wie beim Mobil­funk­sen­de­mast ein geeig­net dimen­sio­nier­ter Uplink ins Netz.

Man kann das dadurch lösen, dass man mehr Funk­ze­l­len baut, stößt dabei aber auch irgend­wann an Gren­zen, da der für UMTS und LTE nutz­ba­re Fre­quenz­be­reich schmal ist und unter meh­re­ren Mit­be­wer­bern auf dem Markt auf­ge­teilt wer­den muss. Zudem eig­net sich für Mobil­funk­an­wen­dun­gen eben nicht jeder Fre­quenz­be­reich glei­cher­ma­ßen gut.Die Strah­len­be­las­tung sinkt übri­gens para­do­xer­wei­se durch den Auf­bau wei­te­rer Mas­ten. Han­dys fun­ken dann am stärks­ten, wenn sie auf dem letz­ten Bal­ken röcheln.

Die Geschwin­dig­keits­zu­wäch­se im Mobil­funk­be­reich der letz­ten Jah­re sind im Ver­gleich zum klas­si­schen WLAN- und LAN-Bereich eher nied­lich. Gera­de in der Glas­fa­ser steckt erheb­li­ches Poten­ti­al. Noch nicht im Ansatz aus­ge­schöpft sind die Mög­lich­kei­ten von Ad-Hoc-Net­zen, die es zur­zeit nur zu hor­ren­den Prei­sen als fer­ti­ge Lösun­gen oder eben gebas­telt mit fri­cke­li­gen Cli­en­t­ein­stel­lun­gen gibt, die dann nie­mand ver­steht.  Ich stel­le mir den Unter­richt der Zukunft schon mit qua­li­ta­tiv hoch­wer­ti­gen und damit band­brei­ten­hung­ri­gen Medi­en vor. Video- und Audio­kon­fe­ren­zen mit ande­ren Schu­len auf der Welt wären doch auch was.

In Zei­ten von ACTA möch­te ich zudem nicht auf rein cloud­ba­sier­te Lösun­gen ange­wie­sen sein und eine gro­ßer Ver­trag (Inter­netu­plink) kommt in der Regel immer güns­ti­ger als 1400 klei­ne Einzelverträge.

Wäre UMTS/LTE wirk­lich eine Lösung, wür­de ich heu­te in Betrie­ben Fem­to­zel­len erwar­ten. Die gibt es, z.B. bei Goog­le. Aber dort über­tra­gen sie Tele­fon­ge­sprä­che und kei­ne Mul­ti­me­dia­da­ten. Wäre UMTS/LTE für die loka­le Anbin­dung von Gerä­ten an das Inter­net eine nach­hal­ti­ge Lösung, wären doch gro­ße Play­er die ers­ten, die so etwas nutzen.

Viel­leicht spielt bei den LTE-Hoff­nun­gen eher hin­ein, dass an Schu­len extrem schlech­te Erfah­run­gen mit den Netz­wer­ken gemacht wer­den. Das liegt aber an ande­ren Din­gen, z.B. an der Aus­le­gung der­sel­ben. Klar funk­tio­niert UMTS/LTE super – aber selbst ein GSM-Netz bricht zusam­men, wenn vie­le End­ge­rä­te auf engem Raum zusam­men­kom­men. Und dann gibt es kei­nen Schul­trä­ger, den man fra­gen kann, son­dern einen Tech­no­lo­gie­part­ner aus der Wirt­schaft, an den man selbst und die SuS mit Zeit­ver­trä­gen gebun­den ist. Mei­ne Defi­ni­ti­on von Frei­heit sieht da anders aus.

Die Ent­wick­lung in die­sem Bereich geht wei­ter – klar. Unglaub­lich viel habe ich hier unglaub­lich ver­ein­facht dar­ge­stellt. Aber auch die Phy­sik wird wei­ter gel­ten. Fre­quen­zen sind unglaub­lich wert­voll und gehen für Mil­li­ar­den über den Tisch. Nicht nur inter­net­ba­sier­te Diens­te schie­len auf Geschäfts­mo­del­le auf Basis von Kommunikationsnetzen.

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