DE102012209509A1

DE102012209509A1 - Apparatus for transmitting data between mobile station and stationary receiver at global system for mobile communication (GSM) network, has stationary receiver that is redundantly connected by wire to networks

Info

Publication number: DE102012209509A1
Application number: DE201210209509
Authority: DE
Inventors: Markus Rentschler
Original assignee: Hirschmann Automation and Control GmbH
Current assignee: Hirschmann Automation and Control GmbH
Priority date: 2012-06-06
Filing date: 2012-06-06
Publication date: 2013-12-12

Abstract

The apparatus has a mobile station (1) that is switched between multiple radio cells (Cell 1-Cell 3). The radio cells comprise multiple transmission devices (AP1-AP3) that are connected by wire to the networks (LAN A,LAN B). A stationary receiver (3) is connected by wire to the networks, such that the redundancy occurs in both the wireless data transmission between the mobile station and the associated transmission devices and the wired data transmission between the transmitting devices and the associated networks. The stationary receiver is redundantly connected by wire to the networks. An independent claim is included for a method for transmitting data between a mobile station and a stationary receiver.

Description

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.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.

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. Als „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.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. In order to maintain the data connection between the mobile subscriber and the stationary receiver in the change of the radio cells, 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. In the case of "hard handover", the existing connection to the current radio cell is completely disconnected before the connection to another new radio cell is established. This procedure is used for example in GSM networks. "Soft handover" refers to the process in which the connection to the new radio cell is established before the existing connection to the current radio cell is disconnected. There are thus two simultaneous connections between the mobile subscriber and the two different radio cells for a certain time. This method is used for example in UMTS and is also the principal approach of the invention described here.

Bei diesen beiden bekannten Verfahren des Handavers spielt es jedoch keine wesentliche, insbesondere keine sicherheitskritische Rolle, wenn die Verbindung beim Wechsel von einer Funkzelle 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.In these two known methods of hand-avers, however, it does not play any essential, in particular no safety-critical role, if the connection is not set up, delayed or faulty when changing from one radio cell to the next radio cell. The subscriber notices such an error, for example, in that the voice connection (telephone call) or data connection (for example access to the Internet) completely breaks off, is temporarily interrupted or is difficult to understand (voice) or incomplete (data). Although the mobile subscriber perceives these various errors in the handover from one radio cell to another radio cell as unpleasant, this has no security-relevant effects.

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.On the other hand, there are transmission links between a mobile subscriber and a stationary receiver, in which the mobile subscriber moves from radio cell to radio cell, whereby, however, the data transmission must be secured. This means that both the data transmission itself and the change from one radio cell to the other radio cell either no error or only errors below a very low tolerance threshold are allowed. In this case, 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.

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.Such a secure data transmission is for example in the DE 10 2009 053 868 A1 mentioned. However, this prior art relates only to a network with controller and sensor / actuator with two redundant links, wherein the controller is connected via two separate wireless links to the sensor or the actuator, wherein the transfer of data between the controller and the sensor or the actuator takes place via the two transmission links with different transmission parameters or different transmission techniques. In this case, it is not mentioned that either the control unit or the sensor or the actuator is a mobile subscriber, so that in this prior art, the handover described above is not addressed at all.

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.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.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale der beiden unabhängigen Patentansprüche gelöst.This object is solved by the features of the two independent claims.

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 Funkzellen 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.According to the invention, 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 a plurality of radio cells and each radio cell has at least two transmission devices, wherein furthermore the transmission devices of the radio cells are wired are each connected to a network, wherein the stationary receiver also wired to the at least one network is connected and both the wireless transmission between the mobile subscriber and its associated transmission device as well as the wired data transmission between the transmission device of the radio cell and the at least one associated network is redundant, further wherein the stationary receiver is redundantly connected to the network wired.

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 Übertragungsstrecke zur Verfügung steht, falls eine der beiden Übertragungsstrecken ausfallen sollte.In principle, 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 there is always at least one transmission path available if one of the two transmission links should fail.

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.The transmission of 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, for example, in IEC 62439-3 as "Parallel Redundancy Protocol" described.

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, Witterungseinflüsse, 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 Übertragungsstrecke 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 Funkzelle zu der nächsten Funkzelle fehlerfrei durchgeführt worden ist, kann die Datenübertragung der anderen redundanten Übertragungsstrecke zwischen dem mobilen Teilnehmer und der Übertragungsvorrichtung 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.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 signals, weather influences, environmental influences and the like) are present. In addition, however, that 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 in the handover process, uninterrupted data transmission is ensured during this time via the redundant route that is not in handover. Only when the handover of a redundant transmission path from one radio cell 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 for these also the handover be performed. 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.

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 a further development of the invention, in the method 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. As 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.

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 Toleranzschwelle) 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 a further development of the invention, 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. This means that, for example, the transmission of data is acknowledged by the associated receiver, so that the transmitter knows that the data transmission has taken place safely and without error (or below a tolerance threshold to be defined). This effectively prevents the transmission of further data, in particular of duplicates, so that the computing capacities of the entire system are spared. It is of particular advantage that the suppression within a radio cell and / or when changing the mobile subscriber between two radio cells. If the inhibition occurs only within a radio cell, there is the advantage that the local transmission and computing capacities, ie the physical and hardware conditions, can be used more efficiently by avoiding the transport of unnecessary data duplicates over the redundant wireless transmission links. Particularly optimal is the combination of the above two options, since thus the cost of secure data transmission in both the data transmission between the mobile subscriber wirelessly to the network and then from there on wired to the stationary receiver secured, that is, can be done without errors. Of course, the same applies if the mobile subscriber changes from one radio cell to another radio cell.

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.In a further development of the invention, it is provided that the control of the prevention of unnecessary data transfers, in particular the prevention of the generation and transmission of data duplicates, by a central control unit. This means that this central control unit monitors and has access to both the devices within the individual radio cells as well as within the individual networks. As an alternative, it is provided in a further development of the invention that 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.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, im Folgenden näher erläutert und wird in den Figuren gezeigt.The invention is explained in more detail below with reference to embodiments, to which the invention is not limited, and is shown in the figures.

1 zeigt, wie im Übrigen auch die weiteren Figuren, ein Gesamtnetzwerk, auf das sich die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren beziehen. In 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 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 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 Übertragungsvorrichtung 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. 1 shows how, incidentally, the other figures, an overall network to which the device of the invention and the inventive method relate. In 1 is a mobile participant 1 represented, which is representatively represented by a vehicle. The mobile subscriber 1 however, it is not limited to a vehicle but may be any moving object. In this mobile subscriber 1 is a transmission device included, which is adapted and adapted to transmit signals via antennas wirelessly, in particular via radio. The mobile subscriber 1 is usually located exactly in a radio cell Cell 1, whereby it is possible for him to change from one radio cell Cell 1 to another radio cell Cell 2 and to other radio cells Cell 3 to Cell N (N> 3). So that in this case the data transmission is ensured, stands the transmission device 2 of the mobile subscriber 1 always in radio communication with the respective transmission device AP1, AP2, AP3, etc. of the respectively associated radio cell. The data transfer between the mobile subscriber 1 or its transmission device 2 and the associated transmission devices of the respective radio cells via the transmission devices AP1, AP2, AP3, etc. via redundant radio links. So that it becomes possible to secure data from the mobile subscriber 1 to a stationary receiver 3 to transmit, via the transmission devices AP1, AP2, AP3, etc., sent or received data via wired connections to networks, preferably two networks LAN A and LAN B, passed. Via corresponding network infrastructure devices, in this case a switch SW1 in the one network LAN A and a further switch SW2 in the LAN B, those from the mobile subscriber 1 delivered data to the stationary receiving device 3 transmit or data from the stationary receiver 3 to the mobile subscriber 1 transferred. It is according to the embodiment according to 1 always ensured that between the mobile subscriber 1 and the stationary receiver 3 a redundant data connection, wireless and wired. The same is true even if the mobile subscriber 1 from one radio cell to another radio cell. That means that when the mobile subscriber 1 in only a single cell (for example Cell 1), the data is between the transmission devices 2 and AP1 is done. Is the mobile subscriber 1 For example, only in the effective range of the radio cell Cell 3, the secure data transmission between the transmission device takes place 2 and the transmission device AP3 of the radio cell Cell 3 in the embodiment according to 1 is shown that the mobile subscriber 1 has just moved from cell 1 cell to cell 2 cell. The following scenario is conceivable. The secure data transmission takes place by the transmission device 2 to the transmission device AP1 or vice versa redundant. Alternatively, the secure data transmission between the transmission device takes place 2 As an alternative or in addition thereto, the secure data transmission via one of the two redundant transmission links between the transmission device and the transmission device AP2 2 and the transmission device AP1 of the radio cell Cell 1 and via one of the two redundant transmission links between the transmission device 2 and the transmission device AP2 of the radio cell Cell 2 done. Since the two transmission devices AP1 and AP2 are connected in a redundant manner to the two networks LAN A and LAN B acting independently of one another, the entire data transmission takes place between the mobile subscriber 1 and the stationary receiver 3 always, especially with a handover, redundant.

Während in 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 2 gezeigt, dass je Funkzelle Cell 1 usw. zwei voneinander getrennte Übertragungsvorrichtungen AP11/AP12, AP21/AP22, AP31/AP32 usw. mit jeweils einer Antenne (hier stellvertretend 111, 112 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.While in 1 is shown that per radio cell Cell 1, 2, 3, etc., the associated transmission device AP1, AP2, AP3, etc., each two antennas (representative 11 . 12 at AP1), it is in 2 shown that each radio cell Cell 1, etc. two separate transmission devices AP11 / AP12, AP21 / AP22, AP31 / AP32, etc. with each one antenna (here representatively 111 . 112 at AP11) are provided. Although not shown, the same applies to the embodiments in the figures for the transmission device 2 of the mobile subscriber 1 , Also this transmission device 2 may be a single device with two antennas (as shown), where it may alternatively be provided, the transmission device 2 as two separate devices, each equipped with its own antenna. With these two variants described above, a very good redundant and secure data transmission is achieved in an advantageous manner. Also, the required control effort by appropriate (not shown) control units is to be regarded as the best possible in terms of speed in the switching between two redundant transmission links, performance and cost. In addition, however, it is not excluded to provide more than two redundant transmission links (ie three, four or even more) and associated transmission devices as well as a corresponding number of radio links and wired connections.

In 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/AP32/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.In 3 the variant is shown that in each case a transmission device each of a radio cell are connected to each other wired and one of the transmission devices with the associated network. As an example, here the transmission chain AP11 / AP21 / AP31 / LAN A and as a redundant transmission path AP12 / AP22 / AP32 / LAN B called. It should be mentioned at this point that the representation of exactly three radio cells Cell 1 to Cell 3 is only an example and in practice the number of radio cells will be substantially greater.

4 basiert auf dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, wobei es auch auf dem Ausführungsbeispiel gemäß 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. 4 is based on the embodiment according to 2 , it is also in the embodiment according to 1 could be based. Here it is shown that the control of the redundant data transmission and the handover by a central control unit 4 he follows. 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. Alternatively or additionally, it is conceivable that the control is performed by a respective integrated in a respective transmission device control unit (not shown here). Alternatively or additionally, it is conceivable that in each case in a network (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. With regard to the hardware realization, it is of particular advantage if these control functions for the redundant data transmission or the handover are integrated in the transmission devices (AP1, AP11, etc.) of the respective radio cells.

In den Ausführungsbeispielen gemäß 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 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 the embodiments according to 1 to 4 assign the mobile subscriber 1 and / or the stationary receiver 3 and / or the central control unit 4 a "red box" on. This red box, also referred to as redundancy box, is a device for connecting the SAN (Single Attached Note), which is also shown. This means that the SAN is a normal network node that has only one network port. The red box now makes it possible to connect such a normal node with only one network connection to a network (here, for example, LAN A and LAN B) with redundancy properties both with regard to interconnection and with respect to control. This means that 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 same applies, of course, to the Redbox and the SAN to the mobile subscriber 1 , In the embodiments according to 1 to 4 The SAN represents only one node and multiple nodes may exist. At this node are other network devices not shown here, such as PCs, connections to other networks, sensors, actuators and the like to understand. That means that, for example, the mobile subscriber 1 and / or the stationary receiver 3 not the "end station" in the data transmission is / are, but that there may be connected to other devices, other networks or the like.

In besonders vorteilhafter Weise erfolgt die drahtlose Übertragung über die jeweiligen redundanten Funkstrecken nach dem IEEE 802.11-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 802.11 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.In a particularly advantageous manner, the wireless transmission takes place via the respective redundant radio links to the IEEE 802.11 standard , According to the prior art, reliable bumpless handover of mobile subscribers (mobile W-LAN clients) according to 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. Especially with the secure data transmission (so-called safety environment) that is Standard Wi-Fi 802.11 as transmission medium is not or only partially suitable because applications with high cycle time and under security-relevant aspects (for example, no threat to people or facilities) in practice require a packet loss equal to or near zero.

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.The application of such secure data transmission is for example in work machines, work vehicles (such as cranes), but also in procedural or production technology To see systems in whose control it depends on error-free data transmission, otherwise safety-relevant aspects would play a role in a non-error-free data transmission disadvantageously.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009053868 A1 [0005]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

IEC 62439-3 as "Parallel Redundancy Protocol" [0010]
IEEE 802.11 standard [0012]
IEEE 802.11 standard [0021]
Standard Wi-Fi 802.11 [0021]

Claims

Device for secure data transmission between a mobile subscriber ( 1 ) comprising at least one transmission device ( 2 ) and a stationary receiver ( 3 ), whereby the mobile subscriber ( 1 ) between several radio cells (Cell 1, Cell 2, Cell 3) and each radio cell (Cell 1, Cell 2, Cell 3) has at least one transmission device (AP1, AP2, AP3), wherein furthermore the at least one transmission device (AP1 to AP3) is connected in a wired manner to at least one network (LAN A, LAN B), the stationary receiver ( 3 ) is also connected by wire to the at least one network (LAN A, LAN B) and both the wireless transmission between the mobile subscriber ( 1 ) and its respective associated transmission device (AP1 to AP3) and the wired data transmission between the transmission device (AP1 to AP3) and the at least one associated network (LAN A, LAN B) is redundant, and the stationary receiver ( 3 ) is connected redundantly to the network (LAN A, LAN B) via a wired connection.

Apparatus according to claim 1, characterized in that each radio cell (Cell 1 to Cell 3), the associated transmission device (AP1 to AP3) each have two antennas ( 11 . 12 ) or that each radio cell (Cell 1 to Cell 3) two separate transmission devices (AP11 / AP12, AP21 / AP22, AP31 / AP32) each having an antenna ( 111 . 112 ) are provided.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that in each case a transmission device of a radio cell (Cell 1) each having a transmission device of another radio cell (Cell 2, Cell 3, etc.) wired together and one of the transmission devices with the associated network (LAN A, LAN B) is connected by wire.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that on the networks (LAN A, LAN B) and / or on the transmission device ( 2 ) of the mobile subscriber ( 1 ) is connected to a Redbox, on the output side of the redbox network devices, in particular at least one SAN is connected.

Method for secure data transmission between a mobile subscriber ( 1 ), which is a transmission device ( 2 ) and a stationary receiver ( 3 ), whereby the mobile subscriber ( 1 ) between several radio cells (Cell 1, Cell 2, Cell 3) and each radio cell (Cell 1, Cell 2, Cell 3) comprises a transmission device (AP1, AP2, AP3), wherein furthermore the transmission device (AP1 to AP3) wired to at least one network (LAN A, LAN B) is connected, wherein the stationary receiver ( 3 ) is also connected by wire to the at least one network (LAN A, LAN B) and both the wireless transmission between the mobile subscriber ( 1 ) and its respective associated transmission device (AP1 to AP3) and the wired data transmission between the transmission device (AP1 to AP3) and the at least one associated network (LAN A, LAN B) is redundant, and the stationary receiver ( 3 ) is connected redundantly to the network (LAN A, LAN B) via a wired connection.

A method according to claim 5, characterized in that the wireless transmission takes place via the respective redundant radio link according to the IEEE 802.11 standard either with the same or different transmission parameters per radio link.

Method according to claim 5 or 6, characterized in that during the transition of the mobile subscriber ( 1 ) is coordinated in another radio cell, the handover process of the redundant wireless transmission links and not simultaneously, so that even during the radio cell change on a transmission link is still a data transmission, while the other wireless transmission path is in the handover process.

A method according to claim 5, 6 or 7, characterized in that the data transmission always takes place over both transmission links, wherein when it is determined that the data transmission has occurred on a transmission link error-free, the same or renewed data transmission can be suppressed on the other transmission link ,

A method according to claim 8, characterized in that the inhibition within a radio cell and 1 or when changing the mobile subscriber ( 1 ) between two radio cells.

A method according to claim 8 or 9, characterized in that the control of the ligation by a central control unit ( 4 ) he follows.

A method according to claim 10, characterized in that the control of the inhibition is performed by a respective integrated in a respective transmission device control unit or by a cross-network and / or radio cell cross-control unit.