CN102859968B - 用于操作、观察和/或配置技术设备的自动化系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于由远离的装置（10）对技术设备的自动化系统进行操作、观察和/或配置的方法，其中，控制软件（13）确保操作-和观察软件（11）和/或配置软件（12）的对于通过公共网络（20）进行通信的相关软件流程被终止。在建立从装置（10）经过公共网络（20）进入自动化系统（3）的安全通信连接（6）之后，为远离的装置（10）中的通信连接（6）的终端点（14）分配一个网络地址，并且启动操作-和观察软件（11）和/或配置软件（12）的对于通过公共网络（20）进行通信的相关软件流程。由操作-和观察软件（11）和/或配置软件（12）发送的用于操作、观察和/或用于配置自动化系统（3）的数据包被控制软件（13）转发到该网络地址。

Description

用于操作、观察和/或配置技术设备的自动化系统的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的、用于操作、观察和/或配置技术设备的自动化系统的方法。本发明还涉及一种根据权利要求8所述的、用于实施该方法的控制软件和一种根据权利要求10所述的、具有这种控制软件的计算机程序产品。
背景技术
为了操作、观察和/或配置技术设备的自动化系统（例如工业生产设备、发电厂、单件货物运输-与分配设备或者大型建筑物中的建筑技术设备），已经公知各种软件解决方案。
J.Lopez等人：“Secure M2M communication with JMC conciliator”,Research Disclosure,Kenneth Mason Publications,Hampshire,GB,Bd.547,Nr.29,S.1153,2009年11月1日，公开了用于将客户端与远离的主机相连接的一种系统和一种方法。在此，加密地通过非军事区传输数据。
非常著名的软件解决方案的例子有申请人的名为“WinCC”的操作-和观察软件和名为“Step7”的规划-或配置软件。这些能够在个人计算机（PC）上运行的软件解决方案例如安装在工程站上（也就是说用于规划自动化系统的个人计算机站点），它连接在设备的非公共的内部数据网络上（例如工业以太网），技术设备的自动化系统也与之相连。工程站在此为了与网络通信而具有第一网络地址，该第一网络地址可以由操作-和观察软件和/或配置软件进行寻址，以用于通过网络向自动化系统发送数据。通过一体化网络并且受限制的能访问该网络的工作人员圈子确保高度的IT安全性（IT-Security）和运行安全性（Safety）。
在该软件解决方案的帮助下，也能够通过本身是公共的并且因此不安全的网络、例如互联网，对自动化系统和由它控制的设备进行远程服务，例如远程支持（Remote Support）、远程控制（Remote Control）以及远程预防性维护（Remote Preventive Maintenance）。于是，这种用于操作、观察和/或配置自动化系统的装置就位于远离这些设备的地方。然而，在远程访问设备的自动化系统时，必须确保设备的IT安全性和运行安全性。
在第一种已知的可能性中，操作-和观察软件和/或配置软件安装在远离的装置上，并且与自动化系统的远程连接是利用添加的调制连接器和二层桥接连接实现的。这种解决方案是以当今对IT安全性和运行安全性的要求为基础的，不再是现有技术，特别是在工业领域中。
另一个可能性在于，将操作-和观察软件和/或配置软件安装在设备中的个人计算机站上，例如工程站，它和自动化系统一样位于相同的设备内部的非公共的数据网络中，并且远离设备的装置借助终端对话来远程控制个人计算机站和安装在其上的软件。远离的装置在此通过公共网络借助加密的点对点连接（例如VPN隧道）与个人计算机站相连接。这种方法的安全性通过一体化非公共的设备内部的数据网络和加密点对点连接得以确保。然而，这经常会导致为终端对话程序支出更多花费。此外，并不是在自动化系统的所有范围内都存在个人计算机。
为了能灵活地从不同的远离设备的地点临时可靠地建立起通过公共网络（如互联网）与技术设备的自动化系统的连接，已经已知的是中央的且安全的通信平台，例如申请人的名为“cRSP”的平台（普通远程服务平台）。与简单的点对点连接不同的是，借助这种平台能够从各个网络接口出发与自动化系统构建起安全的连接。
发明内容
以此为出发点，本发明的目的是，为根据权利要求1的前序部分所述的远离设备的装置提供一种安全的方法，用于通过公共的并且因此不安全的网络对技术设备的自动化系统进行操作、观察和/或配置。此外，本发明的目的是，提供一种用于执行这种方法的控制软件以及一种具有这种软件的计算机程序产品。
针对这种方法的目的是通过一种根据权利要求1所述的方法得以实现的。这种方法至少设计了以下步骤：
a）控制软件确保操作-和观察软件和/或配置软件的对于通过公共网络进行通信的相关软件流程被终止，
b）远离的装置建立从装置中的第一个终端点通过公共网络到自动化系统中的第二个终端点的安全的通信连接，
c）在远离的装置中，为第一个终端点分配第二个网络地址，其中，第二个网络地址与第一个网络地址不同，
d）启动操作-和观察软件和/或配置软件的对于通过公共网络进行通信的相关软件流程，
e）操作-和观察软件和/或配置软件发送数据包给第一个网络地址，用于操作、观察和/或配置自动化系统，
f）控制软件将发送到第一个网络地址的数据包转发到第二个网络地址。
其中，本发明一方面以以下认识为基础，即，由惯用的操作-和观察软件和/或配置软件经常封锁在所发送数据包中的数据区域（在TCP协议的背景中被称为“端口（ports）”），然而这些区域对于通过公共网络、特别是通过安全的通信平台进行安全的连接是必要的。为了通过控制软件在第一个步骤中确保操作-和观察软件和/或配置软件的对于通过不安全的网络进行通信的相关流程被终止，这些数据区域（端口）被自由开放。然后就能够优选地通过安全的通信平台与这些自由开放的数据区域（端口）建立安全的通信连接。然后才优选地同样通过控制软件来启动操作-和观察软件和/或配置软件的对于通过公共网络进行通信的相关软件流程。这也可以包括启动全部的操作-和观察软件和/或全部的配置软件。然而，在建立连接后，在远离的装置中为第一个终端点产生的第二个网络地址（在互联网的情况下优选地是所谓的“回送IP地址”）不同于第一个网络地址，并且因此经常对于操作-和观察软件和/或配置软件不能够为了将数据通过公共网络发送给自动化系统而被寻址。因此，由操作-和观察软件和/或配置软件发送到第一个网络地址的、用于操作、观察和/或配置自动化系统的数据包由控制软件转发到第二个网络地址，并且因此转入与自动化系统的安全的通信连接中。于是，控制软件不仅控制由操作-和观察软件和/或配置软件生成的数据包中的数据区域（端口）的占据情况，还控制这些数据包进入安全的通信连接中的路径。由此就能够通过公共网络对自动化系统进行安全的操作、观察和/或配置。
通常来说，由操作-和观察软件和/或配置软件发送的、用于识别收件人的数据包里包含第一个网络地址。然后就能够通过以下方法特别简单地实现由控制软件转发数据包，即，控制软件在数据包中用第二个网络地址替换第一个网络地址。
如果在建立起安全连接之前已经启动了操作-和观察软件和/或配置软件，那么优选地通过控制软件在步骤a）中使得操作-和观察软件和/或配置软件的对于通过不安全的网络进行通信的相关的软件流程被终止。
根据一种特别有利的设计方案，其中，这种安全的通信连接借助于安全的通信平台运行()，这个通信平台与公共网络相连接。由此能够由网络的各个接口在设备中建立安全的连接。
为了进一步提高安全性，在安全的通信平台上有利地实现数据镜像。
优选地，这种安全的通信连接是一种隧道连接，也就是说一种连接，其中，实现对通信伙伴的识别和认证，并且其中，通过数据加密确保数据的保密性（也就是说，第三者无法获取数据）以及数据的完整性（也就是说，第三方无法修改数据）。这种隧道连接例如可以通过互联网经由VPN（虚拟私人网络）连接实现，这种连接使用一种互联网安全协议、例如IPsec（互联网协议安全）。
该目的还进一步通过一种根据权利要求9所述的控制软件和一种根据权利要求10所述的具有这种控制软件的计算机程序产品得以实现。
附图说明
下面借助附图中的一个实施例详尽阐述本发明以及本发明的有利的设计方案。
具体实施方式
图中示出技术设备1（例如工业生产设备、发电机、单件货物运输-与分配设备或者大型建筑物中的建筑技术设备），该技术设备具有用于该设备的自动化系统2。自动化系统2例如包括多个自动化设备3，它们通过设备内部的、也就是非公共的网络4相互处于数据交换状态，并且与接入路由器5处于数据交换状态。
远离设备1的装置10、例如工程站，具有用于操作并观察自动化系统2的操作-和观察软件11、用于该自动化系统的配置软件12（例如作为规划软件的组成部分）以及根据本发明的控制软件13。借助操作-和观察软件11例如能够进行远程观察、远程诊断、远程控制或预防性远程维护。借助配置软件12例如能够对自动化设备3的软件进行修改（例如参数修改、功能性修改、自动化设备3之间的数据通信的修改）。
为此，装置10通过互联网20（也就是说公共网络）和设备内部的接入路由器5访问自动化系统3。装置10为了与互联网20进行通信而具有第一个IP地址，能够通过操作-和观察软件11和/或配置软件12为了通过互联网20向自动化系统3发送数据而对该地址进行寻址。
如果装置10的操作者想要对自动化系统2进行操作、观察和/或配置，那么他首先（例如通过浏览器）启动控制软件13。由控制软件13在第一个步骤中确保操作-和观察软件11和/或配置软件12的对于通过互联网20进行通信的相关的软件流程终止。只要该流程已经启动，它就由控制软件20终止。作为只终止个别程序的代替，能够由控制软件还同时终止全部的操作-和观察软件11和/或配置软件12。
紧接着，在第二个步骤中由控制软件20建立从装置10通过互联网20到自动化系统3的隧道连接形式的安全的通信连接6。其中，该隧道连接借助于安全的通信平台21运行，例如申请人的名称为“cRSP”的平台（普通远程服务平台）。
为了确保通过该通信连接6实现的通信的保密性、可靠性和完整性，优选地使用IPSec协议。因此，在装置10中有一个IPSec终端点14，并且在接入路由器5中，在设备1一方有一个IPSec终端点15。为了交换密钥信息，可以使用互联网安全关联和密钥管理协议（ISAKMP）。
安全的通信平台21包括接入服务器22和数据服务器23。它位于非军事区24中。其中，通信连接6在安全的通信平台21中不是被“接通”的，而是在接入服务器22中通过“反向代理”（“Reverse-Proxy”）功能被中断。从设备1出发通过接入路由器5或者由装置10创建的连接在接入服务器22中被中止。在此所传输的数据被储存在数据服务器23中。然后，接入服务器22就建立起与装置10以及与设备1的另一个连接，并且藉此传输储存在数据服务器23中的数据。
于是，到来的通信便在安全的通信平台21中被“镜像（gespiegelt）”。仅在接入路由器5上成功地进行认证和授权之后才实现所述的镜像并且建立起到设备1以及装置10的连接，其中，为此必须的连接信息和密码被安全地传输。
这种构造方式能提供可靠的保护，不让装置10未经授权就访问设备1并且反之亦然，保护不受到来自互联网20的访问、不让装置10传输病毒和类似的有害程序给设备1并且反之亦然、以及保护不滥用保密的访问数据。
接入路由器5检查对远程服务提供商访问设备1的授权情况。如果已授权，他发送给装置10一个临时密码以用于访问接入服务器22。装置10将访问数据和临时密码导入接入服务器22。装置10通过提供设备的密码在接入服务器22中申请访问设备1。接入服务器22将这个密码与接入路由器5获取的密码进行比较，并且在发现一致的情况下在设备1中建立通信连接6。
由于在第一个步骤中实现了终止操作-和观察软件11和/或配置软件12的对于通过互联网进行通信的相关的软件流程，所以确保了没有任何为了通过安全的通信平台21进行通信所需的端口被占据。
在装置10中，现在为第一个IPSec终端点14分配了第二个IP地址，优选地是回送IP地址，其中，该第二个IP地址不同于第一个IP地址。这例如是通过浏览器实现的，操作者通过该浏览器启动控制软件13，并且因此建立安全的通信连接6。该浏览器搜索自由的回送IP地址，并且将其分配给第一个IPSec终端点14。
在第四个步骤中，或者由操作者手动或者由控制软件13自动启动操作-和观察软件11和/或配置软件12的对于通过互联网20进行通信的相关的软件流程。然而，该流程在此却未获得对为了通过安全的通信平台21进行通信所需端口的独占权。
从现在开始，在第五个步骤中，操作-和观察软件11和/或配置软件12能够将用于操作、观察和/或用于配置自动化系统3的数据包发动给第一个IP地址。数据包为了寻址包含该第一个IP地址。对于自动化系统的操作-和观察软件11和/或配置软件12来说，将数据包直接发送到第二个IP地址通常是不可能的，这是因为它们大多数情况下不能与回送IP地址进行通信。因此，控制软件13将发送给第一个IP地址的数据包转发到第二个IP地址，其中，它在数据包中用第二个IP地址替换第一个IP地址。于是，这些数据包被导入安全的通信连接6中。由此能够通过互联网20对自动化系统3安全地进行操作、观察和/或配置。

Claims (9)

1.一种用于由远离技术设备的装置(10)通过安全的通信连接经由公共网络(20)对所述技术设备(1)的自动化系统(3)进行操作、观察和/或配置的方法，其中，所述远离技术设备的装置(10)具有用于所述自动化系统(3)的操作观察软件(11)和/或配置软件(12)，并且为了与所述公共网络(20)进行通信而具有第一个网络地址，并且其中，能够由所述操作观察软件(11)和/或所述配置软件(12)为了通过所述公共网络(20)向所述自动化系统(3)发送数据而对所述第一个网络地址进行寻址，
其特征至少在于以下步骤：
a)控制软件(13)确保涉及经由所述公共网络(20)通信的所述操作观察软件(11)和/或所述配置软件(12)的软件流程被终止，
b)所述远离技术设备的装置(10)建立从所述装置中的第一个终端点(14)通过所述公共网络(20)到所述自动化系统(3)中的第二个终端点(15)的安全的通信连接，
c)在所述远离技术设备的装置(10)中，为所述第一个终端点(14)分配第二个网络地址，其中，所述第二个网络地址与所述第一个网络地址不同，
d)启动所述操作观察软件(11)和/或所述配置软件(12)的对于通过所述公共网络(20)进行通信的相关软件流程，
e)所述操作观察软件(11)和/或所述配置软件(12)发送数据包给所述第一个网络地址，用于操作、观察和/或配置所述自动化系统(3)，
f)所述控制软件(13)将发送到所述第一个网络地址的所述数据包转发到所述第二个网络地址。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述操作观察软件(11)和/或所述配置软件(12)产生的、用于识别收件人的数据包包含所述第一个网络地址，并且为了在步骤f)中转发所述数据包，在所述数据包中用所述第二个网络地址替换所述第一个网络地址。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述公共网络(20)是互联网，并且所述网络地址是IP地址。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二个网络地址是所述装置(10)的回送IP地址。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述安全的通信连接(6)借助于安全的通信平台(21)运行，所述安全的通信平台与所述公共网络(20)相连接。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述安全的通信连接(6)借助于安全的通信平台(21)运行，所述安全的通信平台与所述公共网络(20)相连接。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述安全的通信平台(21)上实现数据镜像。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述安全的通信平台(21)上实现数据镜像。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述安全的通信连接(6)是隧道连接。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述安全的通信连接(6)是隧道连接。
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