[发明专利]用于传输与安全有关的数据的方法和总线设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在现场总线中通过工业以太网协议传输安全协议的与安全有关的数据的方法和总线设备。

背景技术

工业以太网协议、例如POWERLINK、Ethernet IP、ProfiNet、Ethercat等形成于自动化中并且用于现场总线系统内的总线用户之间的标准化数据交换。但这些协议独自不适合传输例如国际标准IEC61508或其它安全技术标准意义中的安全技术数据。通常为此使用安全协议、例如OpenSAFETY、ProfiSafe、CIPsafety、Safety over Ethercat等，其根据安全技术要求保护数据。通过安全协议防止传输的数据的数据错误、数据损失和传输错误，以确保在规定的传输时间内进行正确的数据传输。安全协议为此规定相应的机制，借助其可识别和校正可能的传输错误。安全协议的数据在此被包封在传统的以太网消息中进行传输。这类工业以太网协议和安全协议是公知的，因此在此不再详述。

数据通信协议遵循已知的OSI层模型。用于所有工业以太网协议的第1和2层、即物理传输层和链路层是相同的。因此，原则上所有这些工业以太网协议都可在同一基于以太网的现场总线上进行传输。第3和4层、即网络层和传输层以各种标准化形式存在、例如TCP/IP或UDP/IP。工业以太网协议通常使用标准化的第3和4层，但也可使用自身的、专门开发的第3和4层。而第5和6层、即会话层和表示层通常已经由所选择的工业以太网协议规定并由此确定。每种工业以太网协议由一个标准化组织(Standardisierungsgremium)决定，其负责第5和6层的规范。因此，第5和6层对于工业以太网协议的使用者而言是无法访问的。在第7层、即应用层中运行软件、例如自动化SW，通过其访问以太网总线。安全协议同样运行在第7层中，也就是说，安全协议的所有与安全有关的机制都在应用层7中实现并且安全协议的与安全有关的数据包封在工业以太网协议的消息中进行传输。在图1中借助通过工业以太网协议Ethernet/IP传输的安全协议OpenSAFETY来说明这点。OpenSAFETY在应用层7中实现并且在此使用例如第5和6层中已知的Ethernet/IP协议的标准化CIP(Common Industrial Protocol)。OpenSAFETY协议的与安全有关的消息包封在TCP/IP或UDP/IP消息中通过以太网总线进行传输。

基于上述情况，虽然不同的与安全有关的协议可在同一以太网总线上传输，因为第1和2层是相同的，但安全技术数据在不同的工业以太网网络中传输时需要在第5和6层中以及可能情况下在第7层中进行适配并且/或者需要实现用于数据转换的中间层。因此，在使用同一安全协议(例如OpenSAFETY)但却使用不同的工业以太网协议(例如Ethernet/IP或PROFINET)的总线用户之间同样不能进行直接通信。也就是说，实现用于Ethernet/IP的OpenSAFETY的总线用户不能与实现用于PROFINET的OpenSAFETY的总线用户进行通信。因此安全协议使用的灵活性受到极大限制，或者必须设置专门的网关，其将不同的总线彼此连接，但这成本高昂。另外，必须为每一种可想到的工业以太网协议开发一种实现一种确定的安全协议的总线设备，这导致总线设备种类增多并且需要巨大的开发和维护费用。

另外，安全协议、如OpenSAFETY可实现自身的第5和6层，以便实施安全机制。因此，根据所选择的安全协议的与安全有关的消息被打包到安全的数据帧中，该数据帧也包括安全协议的第5和6层的信息。由于该安全的消息还包含工业以太网协议的第5和6层的信息，所以该安全的消息包封地在所选择的工业以太网协议中传输。但由此产生更大的数据开销，这导致可用数据速率可理解地降低。

发明内容

因此，本发明的任务在于消除使用工业以太网协议作为传输工具的已知的安全协议的上述缺点。