WO2012168262A1 - Komplett redundante verbindung und handover bei zellularen industriellen funknetzwerken - Google Patents

Komplett redundante verbindung und handover bei zellularen industriellen funknetzwerken Download PDF

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WO2012168262A1
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radio
mobile subscriber
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Markus Rentschler
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Hirschmann Automation And Control Gmbh
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    • H04W92/14—Interfaces between hierarchically different network devices between access point controllers and backbone network device

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for secure data transmission between a mobile subscriber and a stationary receiver according to the features of the respective preamble of the independent claims.
  • the data transmission in question here relates to a mobile subscriber who is to hold contact with a stationary receiver, wherein the range of motion of the mobile subscriber can be so great that not only a single radio cell is connected to the wireless data transmission between the mobile subscriber and the stationary receiver an access point is sufficient. Therefore, the invention relates to data transmission in which the mobile subscriber changes from one radio cell to the next as it moves.
  • a handover is required, which means a process in a mobile telecommunication network, in which the mobile device in motion during a conversation or a Data connection without interruption of this connection from one radio cell to another changes.
  • the present invention relates only to such devices and methods for secure data transmission, which are not to be compared with the above-described data transmission methods for voice and, for example, Internet.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a device and a method for secure data transmission between a mobile subscriber and a stationary receiver, in which the secure data transmission is ensured even in the case of handover and at the same time the handover and / or secure data transfer quickly and uncomplicated, without large computational capacity of the entire system needed.
  • a device or a method for secure data transmission is provided between a mobile subscriber having a transmission device and a stationary receiver, wherein the mobile subscriber can switch between several radio cells and each radio cell has at least two transmission devices, wherein furthermore the transmission devices of the radio cell! wired to each connected to a network, wherein the stationary receiver is also connected to the wired at least one network and both the wireless transmission between the mobile subscriber and its associated transmission device and the wired data transmission between the transmission device of the radio cell and the at least one associated redundant network, wherein furthermore the stationary receiver is redundantly connected to the network wired.
  • the wired connection has the advantage that the desired secure, that is, error-free or almost error-free data transmission can easily be achieved. This is not only known in the art, but also recognized for secure data transmission. To further increase the secure data transmission, however, the wired transmission path is also redundant, so that always at least one transmission link is available if one of the two links should fail.
  • each data packet is duplicated over both transmission links, so that it is ensured that in case of failure of a route, the packet still arrives at the receiver via the other route.
  • Such a method is described, for example, in IEC 62439-3 as "Parallel Redundancy Protocol".
  • Another advantage of the invention is additionally provided that more than one and thus redundant wireless data transmission path, in particular a radio link, is realized between the mobile subscriber and the radio cell. This means that here too the secure data transmission between the mobile subscriber and the transmission device of the respective radio cell is secured. Because it is with sufficient probability always a wireless transmission path for data transmission available, even if one of the redundant transmission links should be disturbed once. This is especially important for data transmission over radio, since in this case a variety of disturbance variables (such as shadowing, reflections, interference, external interference, Witte tion influences, environmental influences and the like) are present.
  • disturbance variables such as shadowing, reflections, interference, external interference, Witte tion influences, environmental influences and the like
  • At least one of the redundant transmission links in the one radio cell can be used as long as the handover of a radio cell to the other radio cell until the handover of one of the other transmission link has been made in the other radio cell. Since connection interruptions can occur on the transmission path located in the handover process, uninterrupted data transmission during this time is ensured via the redundant route that is not in handover. First If the handover of a redundant transmission path from one radio to the next radio cell has been carried out without errors, the data transmission of the other redundant transmission path between the mobile subscriber and the transmission device of the previous radio cell can be terminated and the handover can also be carried out for them. In addition, the advantage is given that then one of the two transmission links of a radio cell and one of the two transmission links of the other radio cell can be used for secure data transmission.
  • the wireless transmission takes place via the respective redundant radio link according to any method for wireless data communication, preferably the IEEE 802.11 standard (W-LAN or WiFi), either with the same or different transmission parameters per radio link.
  • any method for wireless data communication preferably the IEEE 802.11 standard (W-LAN or WiFi), either with the same or different transmission parameters per radio link.
  • different transmission parameters for example, the frequencies (in particular 2.4 and 5 GHz), the modulation types, the compilation of the data packets or the like into consideration.
  • the data transmission is always parallel redundant over both transmission links (that is, the redundant radio transmission links and / or the redundant wired transmission links), in which case if it is determined that on a transmission link (wired and / or wireless), the data transfer is error-free is, the same or renewed data transmission on the other transmission link can be prevented.
  • the suppression occurs only within a radio cell, the Given the advantage that the local transmission and computing capacity, that is the physical and hardware conditions, can be used more efficiently by avoiding the transport of unnecessary data duplicates on the redundant wireless transmission links. Particularly optimal is the combination of the above two options, since thus the cost of secure data transmission both in the data transmission between the mobile subscriber wirelessly to the network and then from there further wired to the stationary receiver secured, that is, error-free, can take place , Of course, the same applies if the mobile subscriber changes from one radio cell to another radio cell.
  • a central control unit monitors and has access to both the devices within the individual radio cells as well as within the individual networks.
  • the control is carried out by a respective integrated in a respective transmission device control unit. It is conceivable that the respectively in the respective transmission device within the radio cell or the network integrated control units, which are thus arranged decentralized, are also centrally monitored or controlled by a cross-network control unit.
  • FIG. 1 shows an overall network to which the device according to the invention and the method according to the invention relate.
  • FIG. 1 shows a mobile subscriber 1, which is representatively represented by a vehicle.
  • the mobile subscriber 1 is not limited to a vehicle, but may be any moving object, in this mobile subscriber 1 is a transmission device included, the is designed and suitable to transmit signals via antennas wirelessly, in particular via radio.
  • the mobile subscriber 1 is usually located exactly in a radio cell Cell 1, it being possible for him to change from the one radio cell Cell 1 to another radio cell Cell 2 and to further radio cells Cell 3 to Cell N (N> 3).
  • the transmission device 2 of the mobile subscriber 1 is always in radio communication with the respective transmission device AP1, AP2, AP3, etc. of the respectively associated radio cell.
  • the data transmission between the mobile subscriber 1 or its transmission device 2 and the associated transmission devices of the respective radio cells takes place via the transmission devices AP1, AP2, AP3, etc. via redundant radio links.
  • the data sent or received via the transmission devices AP1, AP2, AP3, etc. are sent via wired connections to networks, preferably two networks LAN A and LAN B, passed.
  • the data output by the mobile subscriber 1 are transmitted to the stationary receiving device 3 or data from the stationary receiver 3 to the mobile subscriber 1 transferred. It is always ensured according to the embodiment of Figure 1 that between the mobile subscriber 1 and the stationary receiver 3 is a redundant data connection, wireless and wired. The same applies to when the mobile subscriber 1 changes from one radio cell to another radio cell. That is, when the mobile subscriber 1 is in only a single cell (for example Cell 1), the data is transferred between the transmitting devices 2 and AP1.
  • a switch SW1 in the one network LAN A and a further switch SW2 in the LAN B the data output by the mobile subscriber 1 are transmitted to the stationary receiving device 3 or data from the stationary receiver 3 to the mobile subscriber 1 transferred. It is always ensured according to the embodiment of Figure 1 that between the mobile subscriber 1 and the stationary receiver 3 is a redundant data connection, wireless and wired. The same applies to when the mobile subscriber 1 changes from one radio cell to another radio cell. That is, when the mobile subscriber 1 is in only a single cell
  • the secure data transmission takes place between the transmission device 2 and the transmission device AP3 of the radio cell Cell 3.
  • the mobile subscriber 1 is watching moved from the radio cell Cell 1 in the radio cell Cell 2.
  • the secured data transfer is carried out by the Transmission device 2 to the transmission device AP1 or vice versa redundant.
  • the secure data transmission takes place between the transmission device 2 and the transmission device AP2 of the radio cell Cell 2.
  • the secure data transmission via one of the two redundant transmission links between the transmission device 2 and the transmission device AP1 of the radio cell Cell Cell
  • the two transmission devices AP1 and AP2 are connected in a redundant manner to the two independently operating networks LAN A and LAN B, the entire data transmission between the mobile subscriber 1 and the stationary receiver 3 is always redundant, in particular also in the case of a handover.
  • the associated transmission device AP1, AP2, AP3, etc. each have two antennas (representative 11, 12 at AP1)
  • FIG Cell cell 1, etc. two separate transmission devices AP1 1 / AP 12, AP21 / AP22, AP31 / AP32, etc., each with an antenna (here representatively 11, 1 12 at AP11) are provided.
  • This transmission device 2 may be a single device with two antennas (as shown), it may alternatively be provided, the transmission device 2 as equip two separate devices, each with its own antenna.
  • FIG. 3 shows the variant in which in each case a transmission device of a respective radio cell is wired to one another and one of the transmission devices is connected to the associated network.
  • FIG. 4 is based on the exemplary embodiment according to FIG. 2, wherein it could also be based on the exemplary embodiment according to FIG.
  • the control of the redundant data transmission and of the handover is performed by a central control unit 4.
  • This central control unit 4 controls or controls the secure data transmission from the mobile subscriber 1 to the stationary receiver 3 and / or vice versa.
  • the control is performed by a respective integrated in a respective transmission device control unit (not shown here).
  • LAN A, LAN B and possibly other networks and also in the respective radio cells (Cell 1, Cell 2, Cell 3, etc.) independent control units for the redundant data transmission and the Handover are integrated.
  • LAN A, LAN B and possibly other networks and also in the respective radio cells (Cell 1, Cell 2, Cell 3, etc.) independent control units for the redundant data transmission and the Handover are integrated.
  • LAN A, LAN B and possibly other networks and also in the respective radio cells (Cell 1, Cell 2, Cell 3, etc.) independent control units for the redundant data transmission and the Handover are integrated.
  • red box also referred to as a redundancy box
  • SAN Single Attached Note
  • the Redbox now makes it possible, both in terms of interconnection and in terms of control normal nodes with only one network connection to a network (here, for example, LAN A and LAN B) to connect with redundancy properties.
  • a network here, for example, LAN A and LAN B
  • the Redbox manages the data transmission, in particular with regard to the redundant data transmission, between the normal node with the only one network connection and the redundant two networks connected thereto.
  • the SAN represents only one node, whereby several nodes may also be present.
  • the SAN represents other network devices not shown here, such as PCs, connections to other networks, sensors, actuators and the like to understand.
  • the mobile subscriber 1 and / or the stationary receiver 3 is not the "end station" in the data transmission is / are, but that there also other devices, other networks or the like may be connected.
  • the wireless transmission takes place via the respective redundant radio links according to the IEEE 802.1 1 standard.
  • reliable bumpless handover of mobile subscribers mobile W-LAN clients
  • this standard has hitherto not been possible, since in practice a W-LAN connection is subject to interference that leads to sporadic, that is to say undeterminable, packet losses in the data transfer lead.
  • the standard W-LAN 802.1 1 as a transmission medium is not or only partially suitable because applications with high cycle time and security-related aspects (for example, no threat to people or facilities) in the Practice calling for a packet loss equal to or near zero.

Abstract

Vorrichtung zur sicheren Datenübertragung zwischen einem mobilen Teilnehmer (1), der zumindest eine Übertragungsvorrichtung (2) aufweist, und einem stationären Empfänger (3), wobei der mobile Teilnehmer (1) zwischen mehreren Funkzellen (Cell 1, Cell 2, Cell 3) wechseln kann und jede Funkzelie (Cell 1, Cell 2, Cell 3) zumindest eine Übertragungsvorrichtung (AP1, AP2, AP3) aufweist, wobei weiterhin die zumindest eine Übertragungsvorrichtung (AP1 bis AP3) drahtgebunden an zumindest einem Netzwerk (LAN A, LAN B) angeschlossen ist, wobei der stationäre Empfänger (3) ebenfalls drahtgebunden an dem zumindest einen Netzwerk (LAN A, LAN B) angeschlossen ist und sowohl die drahtlose Übertragung zwischen dem mobilen Teilnehmer (1) und seiner jeweils zugehörigen Übertragungsvorrichtung (AP1 bis AP3) als auch die drahtgebundene Datenübertragung zwischen der Übertragungsvorrichtung (AP1 bis AP3) und dem zumindest einen zugehörigen Netzwerk (LAN A, LAN B) redundant erfolgt, sowie der stationäre Empfänger (3) redundant mit dem Netzwerk (LAN A, LAN B) drahtgebunden angeschlossen ist.

Description

B E S C H R E I B U N G
KOMPLETT REDUNDANTE VERBINDUNG UND HANDOVER BEI ZELLULAREN INDUSTRIELLEN FUNKNETZWERKEN
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur sicheren Datenübertragung zwischen einem mobilen Teilnehmer und einem stationären Empfänger gemäß den Merkmalen des jeweiligen Oberbegriffes der unabhängigen Patentansprüche.
Die hier in Rede stehende sichere Datenübertragung betrifft einen mobilen Teilnehmer, der Kontakt zu einem stationären Empfänger halten soll, wobei der Bewegungsradius des mobilen Teilnehmers so groß sein kann, dass zur drahtlosen Datenübertragung zwischen dem mobilen Teilnehmer und dem stationären Empfänger nicht nur eine einzige Funkzelle mit einem Zugangspunkt (Access Point) ausreicht. Daher betrifft die Erfindung die Datenübertragung, bei denen der mobile Teilnehmer von einer Funkzelle zur nächsten wechselt, wenn er sich bewegt. Um bei dem Wechsel der Funkzellen die Datenverbindung zwischen dem mobilen Teilnehmer und dem stationären Empfänger aufrechtzuerhalten, ist eine Verbindungsübergabe beziehungsweise ein Handover erforderlich, wobei dies einen Vorgang in einem mobilen Telekommunikationsnetz bezeichnet, bei dem sich das in Bewegung befindliche mobile Endgerät während eines Gespräches oder einer Datenverbindung ohne Unterbrechung dieser Verbindung von einer Funkzelle in eine andere wechselt. Beim„Hard-Handover" wird die bestehende Verbindung zu der aktuellen Funkzelle vollständig getrennt, bevor die Verbindung zu einer anderen neuen Funkzelle hergestellt wird. Dieses Vorgehen wird beispielsweise in GSM- Netzen angewandt. Ais„Soft-Handover" wird das Verfahren bezeichnet, bei dem die Verbindung zur neuen Funkzelle aufgebaut wird, bevor die bestehende Verbindung zu der aktuellen Funkzelle getrennt wird. Damit bestehen für eine gewisse Zeit zwei gleichzeitige Verbindungen zwischen dem mobilen Teilnehmer und den beiden unterschiedlichen Funkzellen. Dieses Verfahren wird zum Beispiel bei UMTS eingesetzt und ist auch der prinzipielle Ansatz der hier beschriebenen Erfindung.
Bei diesen beiden bekannten Verfahren des Handovers spielt es jedoch keine wesentliche, insbesondere keine sicherheitskritische Rolle, wenn die Verbindung beim Wechsel von einer Funkzelie in die nächste Funkzelle gar nicht, verzögert oder fehlerhaft aufgebaut wird. Der Teilnehmer bemerkt einen solchen Fehler zum Beispiel dadurch, dass die Sprachverbindung (Telefonat) oder Datenverbindung (zum Beispiel Zugang zum Internet) vollständig abbricht, zeitweise unterbrochen ist oder schwer verständlich (Sprache) oder lückenhaft (Daten) ist. Diese verschiedenen Fehler bei dem Handover von einer Funkzelle zu einer weiteren Funkzelle empfindet der mobile Teilnehmer zwar als unschön, wobei dies jedoch keine sicherheitsrelevanten Auswirkungen hat.
Andererseits gibt es Übertragungsstrecken zwischen einem mobilen Teilnehmer und einem stationären Empfänger, bei denen sich der mobile Teilnehmer von Funkzelle zu Funkzelle bewegt, wobei dabei jedoch die Datenübertragung gesichert sein muss. Das bedeutet, dass sowohl bei der Datenübertragung an sich als auch bei dem Wechsel von einer Funkzelle zu der anderen Funkzelle entweder gar kein Fehler oder nur Fehler unterhalb einer sehr geringen Toleranzschwelle zulässig sind. Dabei betrifft die vorliegende Erfindung nur solche Vorrichtungen und Verfahren zur sicheren Datenübertragung, wobei diese nicht mit den eingangs geschilderten Datenübertragungsverfahren für Sprache und zum Beispiel Internet zu vergleichen sind.
Eine solche sichere Datenübertragung ist beispielsweise in der DE 10 2009 053 868 A1 erwähnt. Dieser Stand der Technik betrifft jedoch nur ein Netzwerk mit Steuergerät und Sensor / Aktor mit zwei redundanten Übertragungsstrecken, wobei das Steuergerät über zwei voneinander getrennte drahtlose Übertragungsstrecken mit dem Sensor oder dem Aktor verbunden ist, wobei die Übertragung von Daten zwischen dem Steuergerät und dem Sensor oder dem Aktor über die beiden Übertragungsstrecken mit unterschiedlichen Übertragungsparametern beziehungsweise unterschiedlichen Übertragungstechniken erfolgt. Hierbei wird nicht erwähnt, dass entweder das Steuergerät oder der Sensor oder der Aktor ein mobiler Teilnehmer ist, so dass bei diesem Stand der Technik das eingangs beschriebene Handover überhaupt nicht angesprochen ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur sicheren Datenübertragung zwischen einem mobilen Teilnehmer und einem stationären Empfänger anzugeben, bei dem auch im Falle des Handovers die sichere Datenübertragung gewährleistet ist und gleichzeitig das Handover und / oder die sichere Datenübertragung schnell und unkompliziert erfolgt, ohne dass große Rechenkapazitäten des Gesamtsystemes benötigt werden.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale der beiden unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung beziehungsweise ein Verfahren zur sicheren Datenübertragung zwischen einem mobilen Teilnehmer, der eine Übertragungsvorrichtung aufweist, und einem stationären Empfänger vorgesehen, wobei der mobile Teilnehmer zwischen mehreren Funkzellen wechseln kann und jede Funkzelle mindestens zwei Übertragungsvorrichtungen aufweist, wobei weiterhin die Übertragungsvorrichtungen der Funkzel!en drahtgebunden an jeweils einem Netzwerk angeschlossen sind, wobei der stationäre Empfänger ebenfalls drahtgebunden an dem zumindest einen Netzwerk angeschlossen ist und sowohl die drahtlose Übertragung zwischen dem mobilen Teilnehmer und seiner jeweils zugehörigen Übertragungsvorrichtung als auch die drahtgebundene Datenübertragung zwischen der Übertragungsvorrichtung der Funkzelle und dem zumindest einen zugehörigen Netzwerk redundant erfolgt, wobei weiterhin der stationäre Empfänger redundant mit dem Netzwerk drahtgebunden verbunden ist. Die drahtgebundene Verbindung hat grundsätzlich den Vorteil, dass hierüber die gewünschte sichere, das heißt fehlerfreie oder nahezu fehlerfreie Datenübertragung ohne Weiteres realisiert werden kann. Dies ist im Stand der Technik nicht nur bekannt, sondern für die sichere Datenübertragung auch anerkannt. Zur nochmaligen Steigerung der sicheren Datenübertragung wird jedoch die drahtgebundene Übertragungsstrecke ebenfalls redundant ausgeführt, so dass immer zumindest eine Übertrag ungsstrecke zur Verfügung steht, falls eine der beiden Übertragungsstrecken ausfallen sollte.
Die Übertragung jedes Datenpakets erfolgt dabei dupliziert über beide Übertragungsstrecken, so dass gewährleistet ist, dass bei Ausfall einer Strecke immer noch das Paket über die andere Strecke beim Empfänger ankommt. Ein derartiges Verfahren wird bspw. in IEC 62439-3 als„Parallel Redundancy Protocol" beschrieben.
Als weiterer Vorteil der Erfindung ist zusätzlich vorgesehen, dass zwischen dem mobilen Teilnehmer und der Funkzelle mehr als eine und damit redundante drahtlose Datenübertragungsstrecke, insbesondere eine Funkverbindung, realisiert wird. Das bedeutet, dass auch hier die gesicherte Datenübertragung zwischen dem mobilen Teilnehmer und der Übertragungsvorrichtung der jeweiligen Funkzelle gesichert ist. Denn es steht mit hinreichend großer Wahrscheinlichkeit immer eine drahtlose Übertragungsstrecke für die Datenübertragung zur Verfügung, auch wenn eine der redundanten Übertragungsstrecken einmal gestört sein sollte. Dies ist gerade bei der Datenübertragung über Funk besonders wichtig, da hierbei vielfältige Störgrößen (wie zum Beispiel Abschattungen, Reflektionen, Interferenzen, externe Störsignale, Witte rungseinflüsse, Umgebungseinflüsse und dergleichen) vorliegen. Hinzu kommt aber noch, dass beim Handover von einer Funkzelle zu der anderen Funkzelle mindestens eine der redundanten Übertragungsstrecken in der einen Funkzelle so lange genutzt werden können, bis das Handover einer der anderen Übertragungsstrecke in die andere Funkzelle erfolgt ist. Da auf der im Handoverprozess befindlichen Übertrag ungsstrecke Verbindungsunterbrechungen auftreten können, wird die unterbrechungsfreie Datenübertragung während dieser Zeit über die nicht im Handover befindliche redundante Strecke gewährleistet. Erst wenn das Handover einer redundanten Übertragungsstrecke von der einen Funkzeiie zu der nächsten Funkzelle fehlerfrei durchgeführt worden ist, kann die Datenübertragung der anderen redundanten Übertragungsstrecke zwischen dem mobilen Teilnehmer und der Übertrag ungsvorrichtung der bisherigen Funkzelle beendet und für diese ebenfalls der Handover durchgeführt werden. Außerdem ist der Vorteil gegeben, dass dann eine der beiden Übertragungsstrecken der einen Funkzelle und eine der beiden Übertragungsstrecken der anderen Funkzelle zur sicheren Datenübertragung genutzt werden kann.
In Weiterbildung der Erfindung erfolgt bei dem Verfahren zur sicheren Datenübertragung die drahtlose Übertragung über die jeweilige redundante Funkstrecke nach beliebigen Verfahren zur drahtlosen Datenkommunikation, vorzugsweise dem IEEE 802.11 -Standard (W-LAN oder WiFi), entweder mit gleichen oder unterschiedlichen Übertragungsparametern je Funkstrecke. Als unterschiedliche Übertragungsparameter kommen zum Beispiel die Frequenzen (insbesondere 2,4 und 5 GHz), die Modulationsarten, die Zusammenstellung der Datenpakete oder dergleichen in Betracht.
In Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Datenübertragung immer parallel redundant über beide Übertragungsstrecken (das heißt die redundanten Funkübertragungsstrecken und / oder die redundanten drahtgebundenen Übertragungsstrecken), wobei dann, wenn festgestellt wird, dass auf einer Übertragungsstrecke (drahtgebunden und / oder drahtlos) die Datenübertragung fehlerfrei erfolgt ist, die gleiche oder erneute Datenübertragung auf der anderen Übertragungsstrecke unterbunden werden kann. Das heißt, dass zum Beispiel die Aussendung von Daten von dem zugehörigen Empfänger quittiert wird, so dass der Sender weiß, dass die Datenübertragung sicher und fehlerfrei (beziehungsweise unterhalb einer zu definierenden Toleranzschweile) erfolgt ist. Damit wird wirkungsvoll die Aussendung weiterer Daten, insbesondere von Duplikaten, vermieden, so dass die Rechenkapazitäten des Gesamtsystemes geschont werden. Dabei ist es von besonderem Vorteil, dass die Unterbindung innerhalb einer Funkzelle und / oder beim Wechseln des mobilen Teilnehmers zwischen zwei Funkzellen erfolgt. Erfolgt die Unterbindung nur innerhalb einer Funkzelle, ist der Vorteil gegeben, dass die dortigen Übertragungs- und Rechenkapazitäten, das heißt die physikalischen und hardwaremäßigen Gegebenheiten, effizienter genutzt werden können durch die Vermeidung des Transports unnötiger Datenduplikate über die redundanten drahtlosen Übertragungsstrecken. Besonders optimal ist die Kombination von beiden vorstehend genannten Möglichkeiten, da damit der Aufwand für die sichere Datenübertragung sowohl bei der Datenübertragung zwischen dem mobilen Teilnehmer drahtlos zu dem Netzwerk und dann von dort aus weiter drahtgebunden zu dem stationären Empfänger gesichert, das heißt fehlerfrei, erfolgen kann. Das Gleiche gilt selbstverständlich auch dann, wenn der mobile Teilnehmer von einer Funkzelle in eine andere Funkzelle wechselt.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerung der Unterbindung unnötiger Datenübertragungen, insbesondere der Verhinderung der Erzeugung und Übertragung von Datenduplikaten, durch eine zentrale Steuereinheit erfolgt. Das heißt, dass diese zentrale Steuereinheit sowohl die Einrichtungen innerhalb der einzelnen Funkzellen als auch innerhalb der einzelnen Netzwerke überwacht und auf diese Zugriff hat. Als Alternative dazu ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Steuerung durch jeweils eine in einer jeweiligen Übertragungsvorrichtung integrierte Steuereinheit durchgeführt wird. Dabei ist es denkbar, dass die jeweils in der jeweiligen Übertragungsvorrichtung innerhalb der Funkzelle beziehungsweise des Netzwerkes integrierten Steuereinheiten, die somit dezentral angeordnet sind, auch zentral von einer netzwerkübergreifenden Steuereinheit überwacht beziehungsweise kontrolliert werden.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, im Folgenden näher erläutert und wird in den Figuren gezeigt.
Figur 1 zeigt, wie im Übrigen auch die weiteren Figuren, ein Gesamtnetzwerk, auf das sich die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren beziehen. In Figur 1 ist ein mobiler Teilnehmer 1 dargestellt, der stellvertretend durch ein Fahrzeug repräsentiert wird. Der mobile Teilnehmer 1 ist jedoch nicht auf ein Fahrzeug beschränkt, sondern kann jedes beliebige sich bewegende Objekt sein, in diesem mobilen Teilnehmer 1 ist eine Übertragungsvorrichtung enthalten, die dazu ausgebildet und geeignet ist, Signale über Antennen drahtlos, insbesondere über Funk zu übertragen. Der mobile Teilnehmer 1 befindet sich im Regelfall genau in einer Funkzelle Cell 1 , wobei es ihm möglich ist, von der einen Funkzelle Cell 1 zu einer weiteren Funkzelle Cell 2 und zu weiteren Funkzellen Cell 3 bis Cell N (N > 3) zu wechseln. Damit hierbei die Datenübertragung sichergestellt ist, steht die Übertragungsvorrichtung 2 des mobilen Teilnehmers 1 immer in Funkverbindung mit der jeweiligen Übertragungsvorrichtung AP1 , AP2, AP3 usw. der jeweils zugehörigen Funkzelle. Die Datenübertragung zwischen dem mobilen Teilnehmer 1 beziehungsweise dessen Übertragungsvorrichtung 2 und den zugehörigen Übertragungsvorrichtungen der jeweiligen Funkzellen erfolgen über die Übertragungsvorrichtungen AP1 , AP2, AP3 usw. über redundante Funkstrecken. Damit es möglich wird, Daten sicher von dem mobilen Teilnehmer 1 zu einem stationären Empfänger 3 zu übertragen, werden die über die Übertragungsvorrichtungen AP1 , AP2, AP3 usw. gesendeten bzw. empfangenen Daten über drahtgebundene Verbindungen an Netzwerke, vorzugsweise zwei Netzwerke LAN A und LAN B, weitergegeben. Über entsprechende Netzwerkinfrastrukturgeräte, hier ein Switch SW1 in dem einen Netzwerk LAN A und einem weiteren Switch SW2 im LAN B, werden die von dem mobilen Teilnehmer 1 abgegebenen Daten an die stationäre Empfangseinrichtung 3 übertragen beziehungsweise Daten von dem stationären Empfänger 3 zu dem mobilen Teilnehmer 1 hin übertragen. Dabei ist entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 immer sichergestellt, dass zwischen dem mobilen Teilnehmer 1 und dem stationären Empfänger 3 eine redundante Datenverbindung, drahtlos und drahtgebunden, besteht. Das Gleiche gilt auch dafür, wenn der mobile Teilnehmer 1 von der einen Funkzelle in eine andere Funkzelle wechselt. Das bedeutet, dass dann, wenn sich der mobile Teilnehmer 1 in nur einer einzigen Zelle (zum Beispiel Cell 1) befindet, die Daten zwischen den Übertragungsvorrichtungen 2 und AP1 erfolgt. Befindet sich der mobile Teilnehmer 1 zum Beispiel nur in dem Wirkbereich der Funkzelle Cell 3, erfolgt die gesicherte Datenübertragung zwischen der Übertragungsvorrichtung 2 und der Übertragungsvorrichtung AP3 der Funkzelle Cell 3. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist dargestellt, dass sich der mobile Teilnehmer 1 gerade von der Funkzelle Cell 1 in die Funkzelle Cell 2 bewegt. Dabei ist folgendes Szenario denkbar. Die gesicherte Datenübertragung erfolgt von der Übertragungsvorrichtung 2 zu der Übertragungsvorrichtung AP1 oder umgekehrt redundant. Alternativ dazu erfolgt die gesicherte Datenübertragung zwischen der Übertragungsvorrichtung 2 und der Übertragungsvorrichtung AP2 der Funkzelle Cell 2. Alternativ oder ergänzend dazu kann auch die gesicherte Datenübertragung über eine der beiden redundanten Übertragungsstrecken zwischen der Übertragungsvorrichtung 2 und der Übertragungsvorrichtung AP1 der Funkzelle Cell
1 sowie über eine der beiden redundanten Übertragungsstrecken zwischen der Übertrag ungsvorrichtung 2 und der Übertragungsvorrichtung AP2 der Funkzelle Cell
2 erfolgen. Da die beiden Übertragungsvorrichtungen AP1 und AP2 redundant mit den beiden unabhängig voneinander wirkenden Netzwerken LAN A und LAN B drahtgebunden verbunden sind, erfolgt die gesamte Datenübertragung zwischen dem mobilen Teilnehmer 1 und dem stationären Empfänger 3 immer, insbesondere auch bei einem Handover, redundant.
Während in Figur 1 dargestellt ist, dass je Funkzelle Cell 1 , 2, 3 usw. die zugehörige Übertragungsvorrichtung AP1 , AP2, AP3 usw. jeweils zwei Antennen (stellvertretend 11 , 12 bei AP1 ) aufweist, ist es in Figur 2 gezeigt, dass je Funkzelle Cell 1 usw. zwei voneinander getrennte Übertragungsvorrichtungen AP1 1 / AP 12, AP21 / AP22, AP31 / AP32 usw. mit jeweils einer Antenne (hier stellvertretend 11 , 1 12 bei AP11) vorgesehen sind. Obwohl nicht dargestellt, gilt für die Ausführungsbeispiele in den Figuren das Gleiche für die Übertragungsvorrichtung 2 des mobilen Teilnehmers 1. Auch diese Übertragungsvorrichtung 2 kann ein einziges Gerät mit zwei Antennen (wie dargestellt) sein, wobei es alternativ vorgesehen sein kann, die Übertragungsvorrichtung 2 als zwei voneinander getrennte Geräte mit jeweils einer eigenen Antenne auszurüsten. Mit diesen beiden vorstehend beschriebenen Varianten wird in vorteilhafter Weise eine sehr gute redundante und sichere Datenübertragung erreicht. Auch der hierfür erforderliche Steuerungsaufwand durch entsprechende (nicht dargestellte) Steuereinheiten ist im Hinblick auf Schnelligkeit bei der Umschaltung zwischen zwei redundanten Übertragungsstrecken, Performance und auch Kosten als bestmöglich anzusehen. Darüber hinaus ist es jedoch nicht ausgeschlossen, auch mehr als zwei redundante Übertragungsstrecken (also drei, vier oder sogar noch mehr) und zugehörige Übertragungsvorrichtungen sowie in entsprechender Anzahl Funkstrecken und drahtgebundene Verbindungen vorzusehen. In Figur 3 ist die Variante gezeigt, dass jeweils eine Übertragungsvorrichtung jeweils einer Funkzelle drahtgebunden miteinander und eine der Übertragungsvorrichtungen mit dem zugehörigen Netzwerk verbunden sind. Als Beispiel sei hier die Übertragungskette AP11 / AP21 / AP31 / LAN A und als redundante Übertragungsstrecke AP12 / AP22 / AP 32 / LAN B genannt. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Darstellung von genau drei Funkzellen Cell 1 bis Cell 3 nur beispielhaft ist und in der Praxis die Anzahl der Funkzellen wesentlich größer sein wird.
Figur 4 basiert auf dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2, wobei es auch auf dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 basieren könnte. Hier ist dargestellt, dass die Steuerung der redundanten Datenübertragung sowie des Handovers durch eine zentrale Steuereinheit 4 erfolgt. Diese zentrale Steuereinheit 4 regelt beziehungsweise steuert die gesicherte Datenübertragung von dem mobilen Teilnehmer 1 zu dem stationären Empfänger 3 und / oder umgekehrt. Alternativ oder ergänzend dazu ist es denkbar, dass die Steuerung durch jeweils eine in einer jeweiligen Übertragungsvorrichtung integrierte Steuereinheit (hier nicht dargestellt) durchgeführt wird. Alternativ oder ergänzend dazu ist es denkbar, dass jeweils in einem Netzwerk (LAN A, LAN B und gegebenenfalls weitere Netzwerke) und auch in den jeweiligen Funkzellen (Cell 1 , Cell 2, Cell 3 usw.) eigenständige Steuereinheiten für die redundante Datenübertragung und das Handover integriert sind. Bezüglich der hardwaremäßigen Realisierung ist es von besonderem Vorteil, wenn diese Steuerungsfunktionen für die redundante Datenübertragung beziehungsweise das Handover in den Übertragungsvorrichtungen (AP1 , AP11 usw.) der jeweiligen Funkzellen integriert sind.
In den Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 1 bis 4 weisen der mobile Teilnehmer 1 und / oder der stationäre Empfänger 3 und / oder die zentrale Steuereinheit 4 eine „Redbox" auf. Diese Redbox, auch als Redundancybox bezeichnet, ist ein Gerät zur Anschaltung von dem ebenfalls dargestellten SAN (Single Attached Note). Das bedeutet, dass der SAN ein normaler Netzwerkknoten ist, der nur einen Netzanschluss aufweist. Durch die Redbox wird es nun ermöglicht, sowohl hinsichtlich der Verschaltung als auch hinsichtlich der Steuerung einen solchen normalen Knoten mit nur einem Netzanschluss an ein Netzwerk (hier beispielsweise LAN A und LAN B) mit Redundanzeigenschaften anzuschließen. Das heißt, dass die Redbox die Datenübertragung, insbesondere hinsichtlich der redundanten Datenübertragung, zwischen dem normalen Knoten mit dem nur einen Netzanschluss und dem daran angeschlossenen redundanten beiden Netzwerken managed. Das Gleiche gilt selbstverständlich auch für die Redbox und den SAN den mobilen Teilnehmers 1 . In den Ausführungsbeispielen gemäß Figur 1 bis 4 repräsentiert der SAN nur einen Knoten, wobei auch mehrere Knoten vorhanden sein können. An diesen Knoten sind weitere hier nicht dargestellte Netzwerkgeräte, wie zum Beispiel PCs, Verbindungen zu weiteren Netzwerken, Sensoren, Aktoren und dergleichen zu verstehen. Das heißt, dass zum Beispiel auch der mobile Teilnehmer 1 und / oder der stationäre Empfänger 3 nicht die „Endstation" bei der Datenübertragung ist / sind, sondern dass auch dort weitere Geräte, weitere Netzwerke oder dergleichen angeschlossen sein können.
In besonders vorteilhafter Weise erfolgt die drahtlose Übertragung über die jeweiligen redundanten Funkstrecken nach dem IEEE 802.1 1 -Standard. Gemäß dem Stand der Technik war zuverlässiges stoßfreies Handover von mobilen Teilnehmern (mobile W-LAN-Clients) nach diesem Standard bisher nicht möglich, da eine W-LAN- Verbindung in der Praxis Störeinflüssen unterliegt, die zu sporadischen, das heißt nicht zu determinierenden Paketverlusten bei der Datenübertragung führen. Gerade bei der gesicherten Datenübertragung (sogenanntes Safety-Umfeld) ist das Standard-W-LAN nach 802.1 1 als Übertragungsmedium nicht oder nur eingeschränkt geeignet, da Anwendungen mit hoher Zykluszeit und unter sicherheitsrelevanten Aspekten (zum Beispiel keine Gefährdung von Menschen oder Einrichtungen) in der Praxis einen Paketverlust gleich oder nahe Null fordern.
Die Anwendung solcher gesicherter Datenübertragung ist zum Beispiel bei Arbeitsmaschinen, Arbeitsfahrzeugen (wie zum Beispiel Krane), aber auch bei Verfahrens- oder produktionstechnischen Anlagen zu sehen, bei deren Steuerung es auf fehlerfreie Datenübertragung ankommt, da ansonsten bei einer nicht fehlerfreien Datenübertragung sicherheitsrelevante Aspekte in nachteiliger Weise eine Rolle spielen würden.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1.
Vorrichtung zur sicheren Datenübertragung zwischen einem mobilen Teilnehmer (1 ), der zumindest eine Übertragungsvorrichtung
(2) aufweist, und einem stationären Empfänger (3), wobei der mobile Teilnehmer (1 ) zwischen mehreren Funkzellen (Cell 1 , Cell 2, Cell 3) wechseln kann und jede Funkzelie (Cell 1 , Cell 2, Cell 3) zumindest eine Übertragungsvorrichtung (AP1 , AP2, AP3) aufweist, wobei weiterhin die zumindest eine Übertragungsvorrichtung (AP1 bis AP3) drahtgebunden an zumindest einem Netzwerk (LAN A, LAN B) angeschlossen ist, wobei der stationäre Empfänger (3) ebenfalls drahtgebunden an dem zumindest einen Netzwerk (LAN A, LAN B) angeschlossen ist und sowohl die drahtlose Übertragung zwischen dem mobilen Teilnehmer (1) und seiner jeweils zugehörigen Übertragungsvorrichtung (AP1 bis AP3) als auch die drahtgebundene Datenübertragung zwischen der Übertragungsvorrichtung (AP1 bis AP3) und dem zumindest einen zugehörigen Netzwerk (LAN A, LAN B) redundant erfolgt, sowie der stationäre Empfänger (3) redundant mit dem Netzwerk (LAN A, LAN B) drahtgebunden angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass je Funkzelle (Cell 1 bis Cell 3) die zugehörige Übertragungsvorrichtung (AP1 bis AP3) jeweils zwei Antennen (1 1 , 12) aufweist oder dass je Funkzelle (Cell 1 bis Cell 3) zwei voneinander getrennte Übertragungsvorrichtungen (AP1 1 / AP12, AP21 / AP22, AP31 / AP 32) mit jeweils einer Antenne (1 11 , 112) vorgesehen sind.
3.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Übertragungsvorrichtung einer Funkzelle (Cell 1) mit jeweils einer Übertragungsvorrichtung einer weiteren Funkzelle (Cell 2, Cell 3 usw.) drahtgebunden miteinander und eine der Übertragungsvorrichtungen mit dem zugehörigen Netzwerk (LAN A, LAN B) drahtgebunden verbunden ist.
4.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Netzwerken (LAN A, LAN B) und / oder an der Übertragungsvorrichtung (2) des mobilen Teilnehmers (1) eine Redbox angeschlossen ist, wobei an der Redbox ausgangsseitig weitere Netzwerkgeräte, insbesondere zumindest ein SAN, angeschlossen ist.
5.
Verfahren zur sicheren Datenübertragung zwischen einem mobilen Teilnehmer (1), der eine Übertragungsvorrichtung (2) aufweist, und einem stationären Empfänger (3), wobei der mobile Teilnehmer (1) zwischen mehreren Funkzellen (Cell 1 , Cell 2, Cell 3) wechselt und jede Funkzelle (Cell 1 , Cell 2, Cell 3) eine Übertragungsvorrichtung (AP1 , AP2, AP3) aufweist, wobei weiterhin die Übertragungsvorrichtung (AP1 bis AP3) drahtgebunden an zumindest einem Netzwerk (LAN A, LAN B) angeschlossen ist, wobei der stationäre Empfänger (3) ebenfalls drahtgebunden an dem zumindest einen Netzwerk (LAN A, LAN B) angeschlossen ist und sowohl die drahtlose Übertragung zwischen dem mobilen Teilnehmer (1 ) und seiner jeweils zugehörigen Übertragungsvorrichtung (AP1 bis AP3) als auch die drahtgebundene Datenübertragung zwischen der Übertragungsvorrichtung (AP1 bis AP3) und dem zumindest einen zugehörigen Netzwerk (LAN A, LAN B) redundant erfolgt, sowie der stationäre Empfänger (3) redundant mit dem Netzwerk (LAN A, LAN B) drahtgebunden angeschlossen ist.
6.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtlose Übertragung über die jeweils redundante Funkstrecke nach dem IEEE 802.11- Standard entweder mit gleichen oder unterschiedlichen Übertragungsparametern je Funkstrecke erfolgt.
7.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Übergang des mobilen Teilnehmers (1) in eine andere Funkzelle der Handover-Vorgang der redundanten drahtlose Übertragungsstrecken koordiniert und nicht gleichzeitig erfolgt, so dass auch während des Funkzellenwechsels auf einer Übertragungsstrecke immer noch eine Datenübertragung erfolgt, während sich die andere drahtlose Übertragungsstrecke im Handover-Vorgang befindet.
8.
Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragung immer über beide Übertragungsstrecken erfolgt, wobei dann, wenn festgestellt wird, dass auf einer Übertragungsstrecke die Datenübertragung fehlerfrei erfolgt ist, die gleiche oder erneute Datenübertragung auf der anderen Übertrag ungsstrecke unterbunden werden kann.
9.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbindung innerhalb einer Funkzelle und / oder beim Wechsein des mobilen Teilnehmers (1) zwischen zwei Funkzellen erfolgt.
10.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Unterbindung durch eine zentrale Steuereinheit (4) erfolgt.
11 .
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Unterbindung durch jeweils eine in einer jeweiligen Übertragungsvorrichtung integrierte Steuereinheit oder durch eine netzwerkübergreifende und / oder funkzellenübergreifende Steuereinheit durchgeführt wird.
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