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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Netzwerkvorrichtung zur Sicherung der Verfügbarkeit eines Netzwerkgerätes innerhalb eines Netzwerks, in dem neben den aktuell üblichen Geräten der Kommunikationstechnik auch Maschinen und Anlagen zur Massenproduktion als Netzknoten vorhanden sind.
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In den letzten Jahren wurde die industrielle Produktion immer mehr mit moderner Informations- und Kommunikationstechnik verzahnt, wobei die technische Grundlage dafür intelligente und digital vernetzte Systeme sind. Diese Verzahnung ist auch unter dem Stichwort „Industrie 4.0“ bekannt, wodurch eine weitestgehend selbstorganisierte Produktion ermöglicht werden soll, in der Menschen, Maschinen, Anlagen, Logistik und Produkte direkt miteinander kommunizieren und kooperieren.
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In der industriellen Produktion spielt die Ausfallsicherheit und auch die Funktions- bzw. Betriebssicherheit eine entscheidende Rolle, wobei der Ausfallsicherheit aufgrund der möglicherweise enormen wirtschaftlichen Schäden eine zentrale Bedeutung zukommt. In der reinen Netzwerktechnik, d. h. in der Informations- und Kommunikationstechnik, zielt man bei der Ausfallsicherheit vor allem auf eine funktionelle Redundanz ab, wobei sicherheitstechnische Systeme mehrfach parallel ausgelegt werden, damit beim Ausfall einer Komponente die andere(n) den Dienst mit derselben Funktion gewährleisten kann.
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Eine derartige funktionelle Redundanz ist jedoch in einer industriellen Infrastruktur nicht durchgängig möglich, insbesondere weil eine redundante Auslegung von extrem teuren Maschinen bis hin zu ganzen Fertigungslinien wirtschaftlich zu kostenintensiv ist.
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In der Informations- und Kommunikationstechnik werden in modernen Netzwerken Geräte verwendet, welche den Netzwerkdatenverkehr verarbeiten, der jedoch weder von ihnen stammt, noch an sie gerichtet ist. Ein Beispiel derartiger Geräte sind sogenannte Middleboxen, die zusätzliche Funktionen erfüllen, die den Netzwerkverkehr an sich betreffen, d. h. sie filtern, ver-/entschlüsseln, wandeln um, inspizieren, durchsuchen oder manipulieren in anderer Art und Weise den Netzwerkverkehr zu einem anderen Zweck als dem reinen Weiterleiten von Datenpaketen.
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Derartige Netzwerkgeräte, die den Datenverkehr an einem Ende im Empfang nehmen und am anderen Ende wieder weitersenden, unterbrechen dabei physisch das Übertragungsmedium innerhalb des Netzwerkes. Fällt ein derartiges Netzwerkgerät aus, so ist daher auch die Netzwerkverbindung der angrenzenden Teilnehmer bzw. Netzknoten untereinander unterbrochen. Im Stand der Technik sind keine Netzwerkgeräte bekannt, die bei einem Ausfall dennoch eine physisch geschlossene Verbindung ermöglichen, sodass die angrenzenden Netzwerkknoten bzw. -teilnehmer trotzdem noch miteinander kommunizieren können, sodass deren Verfügbarkeit innerhalb des Netzwerks erhalten bleibt.
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In der Telekommunikationstechnik gibt es ein Beispiel für eine Notspeisefähigkeit bei ISDN-Geräten, wobei im Falle eines lokalen Stromausfalls eine ISDN-Telefonanlage (Nebenstellenanlage) ein dezidierter Port direkt mit der Telefon- bzw. Amtsleitung verbunden und darüber mit Strom versorgt, also ferngespeist werden kann. Im Falle der Fernspeisung kann jedoch nicht die komplette ISDN-Telefonanlage mit Strom versorgt werden, sondern es kann ein Notbetrieb über eine Telefonleitung erfolgen.
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Die
US2014/0006862A1 beschreibt ein Verfahren zur Auswertung von Middlebox-Fehlerberichten, um Aussagen über die Zuverlässigkeit von bestimmten Middlebox-Typen treffen zu können.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Netzwerkgerät bereitzustellen, das bei Ausfall eines Netzwerkelements, das zwischen zwei Netzknoten angeordnet ist, die Betriebssicherheit ohne Redundanz zu gewährleisten und damit die oben geschilderten Problemfälle innerhalb eines industriell genutzten Netzwerks zu überwinden. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Erfindungsgemäß wird eine Netzwerkvorrichtung bereitgestellt, die zur Sicherung der Verfügbarkeit der Netzwerkverbindung zwischen zwei Netzwerkgeräten bzw. Netzknoten in einem Netzwerk eingerichtet ist, wobei zwischen den zwei Netzwerkgeräten ein Netzwerkelement angeordnet ist, mit einer ersten Netzwerkschnittstelle, die zur Verbindung mit dem einen Netzwerkgerät eingereicht ist, einer zweiten Netzwerkschnittstelle, die zur Verbindung mit dem andren Netzwerkgerät eingerichtet ist, einer dritten und einer vierten Netzwerkschnittstelle, die jeweils zur Verbindung mit entsprechenden Schnittstellen des Netzwerkselements eingerichtet sind, einer Steuerschnittstelle, die mit dem Netzwerkelement verbindbar ist, einer Steuereinrichtung, die zur Steuerung der Netzwerkvorrichtung eingerichtet ist, einer Schalteinrichtung, die mit der ersten Netzwerkschnittstelle und mit der zweiten Netzwerkschnittstelle verbunden ist, wobei die Netzwerkeinrichtung zwei Betriebsarten aufweist: eine erste Betriebsart, in der die Schalteinrichtung derart geschaltet ist, dass die erste Netzwerkschnittstelle mit der zweiten Netzwerkschnittstelle galvanisch verbunden ist, sowie die erste Netzwerkschnittstelle mit der dritten Netzwerkschnittstelle und die zweite Netzwerkschnittstelle mit der vierten Netzwerkschnittstelle galvanisch getrennt ist, und eine zweite Betriebsart, in der die Schalteinrichtung derart geschaltet ist, dass die erste Netzwerkschnittstelle mit der dritten Netzwerkschnittstelle sowie die zweite Netzwerkschnittstelle mit der vierten Netzwerkschnittstelle galvanisch verbunden sind und die erste Netzwerkschnittstelle mit der zweiten Netzwerkschnittstelle galvanisch getrennt ist, wobei für die zweite Betriebsart mindestens eine physikalische und/ oder logische Bedingung bezogen auf das über die Steuerschnittstelle verbindbare Netzwerkelement erfüllt sein muss.
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Mit der erfindungsgemäßen Netzwerkvorrichtung ist die Betriebssicherheit des gesamten Netzwerks, d. h. der Strecke zwischen den beiden Netzwerkgeräten, gewährleistet, denn sobald die physikalische bzw. logische Bedingung nicht mehr erfüllt ist, überbrückt die erfindungsgemäße Netzwerkvorrichtung das funktionale Netzwerkelement, in dem eine galvanische Verbindung zwischen den beiden Netzwerkgeräten hergestellt wird. Mit anderen Worten, nur dann, wenn die logische und/oder physikalische Bedingung erfüllt ist, ist das funktionale Netzwerkelement über die erfindungsgemäße Netzwerkeinrichtung angebunden und auch betriebsbereit. Mit einer derartigen Netzwerkvorrichtung lassen sich verschiedene Notfallvarianten konfigurieren, beispielsweise der Ausfall von Middleboxen innerhalb eines Ethernet-Netzwerks oder auch eine Notstromversorgung von Netzwerkgeräten. Mit der erfindungsgemäßen Netzwerkvorrichtung wird bei Ausfall des Netzwerkselements bewusst in Kauf genommen, dass dessen Funktion innerhalb des Netzwerks nicht mehr zur Verfügung steht, aufgrund der galvanischen Überbrückung ist jedoch der weitere Betrieb des industriell genutzten Netzwerks möglich und gewährleistet. Damit können Stillstände, Produktionsausfälle und dergleichen wirksam und auf einfache Weise verhindert werden. Das Netzwerkelement kann ohne Weiteres bei Vorliegen eines Fehlers aus dem Netzwerk entfernt, analysiert, repariert oder ausgetauscht und anschließend wieder angeschlossen und in Betrieb genommen werden.
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Mit besonderem Vorteil ist das Netzwerkelement eine Middlebox. Middleboxen werden heute zahlreich in Netzwerken, die beispielsweise mittels der Ethernet-Spezifikation Datenverbindungen errichten, als Firewalls, Load Balancer, Proxy Server oder dergleichen verwendet und sind im Markt günstig verfügbar.
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Mit weiterem Vorteil ist die Steuerschnittstelle der Netzwerkvorrichtung als USB-Schnittstelle ausgebildet. Die universelle serielle Busschnittstelle (USB) hat sich als serielles Bussystem zur Verbindung von Kommunikationsgeräten oder Speichermedien durchgesetzt. Die aktuellen USB-Standards bieten sehr hohe Datentransferraten bei gleichzeitig möglicher Stromversorgung und sind im Markt ebenfalls preiswert verfügbar.
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Bevorzugt umfasst die Verbindung zum Netzwerkelement eine Stromversorgung der Netzwerkvorrichtung und einen Kommunikationskanal. Dies ist beispielsweise durch eine Anbindung per USB gegeben. Allerdings gibt es auch andere Schnittstellen- oder Bussysteme, die sowohl Stromversorgung als auch Kommunikationskanal bieten wie beispielsweise das Thunderbolt-Schnittstellenprotokoll.
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Vorteilhafterweise weist die Schalteinrichtung eine erste Schalteinheit und eine zweite Schalteinheit auf, wobei bevorzugt die erste Schalteinheit mit der ersten Netzwerkschnittstelle und die zweite Schalteinheit mit der zweiten Netzwerkschnittstelle verbunden ist. Die Schalteinrichtung kann als ein integrales Bauelement ausgebildet sein oder alternativ mehrere Schaltelemente bzw. Schalteinheiten umfassen.
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Mit besonderem Vorteil umfasst die mindestens eine physikalische und/oder logische Bedingung Folgendes: (a) Stromversorgung zwischen Netzwerkvorrichtung und Netzwerkelement ist hergestellt; (b) Stromversorgung zwischen Netzwerkvorrichtung und Netzwerkelement ist im Normbereich; (c) Netzwerkelement ist über die physikalische Schicht der Steuerschnittstelle, vorzugsweise über eine USB-Schnittstelle. mit der Netzwerkvorrichtung verbunden; (d) Netzwerkelement ist über die logische Schicht der Steuerschnittstelle, vorzugsweise über eine USB-Schnittstelle mit der Netzwerkvorrichtung verbunden; (e) Sicherheitsüberprüfung zwischen Netzwerkelement und Netzwerkvorrichtung ist erfolgreich; (f) ein zyklisches Benachrichtigungssignal von dem Netzwerkelement zu der Netzwerkvorrichtung wird regelmäßig empfangen; (g) Anforderung zum Umschalten in die zweite Betriebsart wird von der Netzwerkvorrichtung empfangen. Von diesen physikalischen und/oder logischen Bedingungen müssen bevorzugt mindestens zwei kumulativ, d. h. gleichzeitig erfüllt sein. Um eine höchstmögliche Betriebssicherheit zu gewährleisten, gilt alternativ, dass alle genannten Bedingungen (a) bis (g) kumulativ d. h. gleichzeitig erfüllt sein müssen. Die vorliegende Erfindung ist auf die oben erwähnten Bedingungen (a) bis (g) nicht beschränkt, d. h. es können noch weitere Bedingungen alternativ oder kumulativ hinzugefügt werden, die dann einzeln, in einer bestimmten Anzahl oder auch gesamthaft, also kumulativ, gelten müssen. Je nach Anbindung des Netzwerkelements an die Netzwerkvorrichtung, d. h. je nach Schnittstelle, können weitere physikalische und/oder logische Bedingungen hinzukommen. Welche Bedingungen erfüllt sein müssen, ist beispielsweise in der Steuereinrichtung konfigurierbar.
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Besonders vorteilhaft weist die Steuereinrichtung der Netzwerkvorrichtung einen Mikrocontroller auf. Als Mikrocontroller werden Halbleiterchips bezeichnet, die einen Prozessor und zugleich auch Peripheriefunktionen aufweisen. Derartige Mikrocontroller sind heutzutage im Prinzip in jedem elektronischen Gerät vorhanden und in einer großen Anzahl von Ausgestaltungen preiswert verfügbar. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der Mikrocontroller einen externen oder internen Speicher, einen externen oder internen Sicherheitsschaltkreis, eine Mehrzahl von Steuerausgängen und eine Anzeigevorrichtung zur Signalisierung der Betriebsarten aufweist.
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Weiterhin bevorzugt weist die Schalteinrichtung einen Analogschalter, vorzugsweise ein Relais oder einen Halbleiterschalter, vorzugsweise einen Transistor oder Thyristor auf, und/oder sind als ein integriertes Bauelement ausgebildet. Relais, d. h. mit Strom betriebene, elektromagnetisch wirkende, fernbetätigte Schalter sind robust, langlebig, zuverlässig und vor allem günstig verfügbar. Gleiches gilt für Halbleiterschalter oder auch als integriertes Bauelement ausgebildete Schalteinrichtungen. Wichtig ist bei der vorliegenden Erfindung, dass je nach Betriebsart die entsprechenden Netzwerkschnittstellen galvanisch getrennt bzw. verbunden sein müssen, damit eine zuverlässige Ausfallsicherheit gewährleistet ist. Diese Verbindung bzw. Trennung erfolgt durch die entsprechende Ansteuerung der Schalteinrichtung.
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Wie bereits oben erwähnt ist mit weiterem Vorteil das Netzwerkelement als Firewall, als Load Balancer, als Proxy Server, als Angrifferkennungssystem (IDS), als Angriffsverhinderungssystem (IPS) oder als VPN ausgebildet. Neben den genannten Funktionen kann das Netzwerkelement zusätzlich oder alternativ auch als andere funktionale Einheit ausgebildet sein. Insbesondere gibt es zahlreiche Funktionen einer Middlebox.
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Erfindungsgemäß ist ebenfalls ein System zur Sicherung der Verfügbarkeit in einem Netzwerk in einem zwischen zwei Netzwerkgeräten angeordneten Netzwerkelement und einer Netzwerkvorrichtung, wie sie oben beschrieben wurde. Vorteilhafterweise ist dabei das Netzwerkelement als Middlebox oder als Switch ausgebildet. Andere Funktionen des Netzwerkelements sind ebenfalls möglich, dessen Ausfallsicherheit in dem System gewährleistet werden soll.
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In der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung wird eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen
- 1 eine schematische Ansicht der in ein Netzwerk eingebunden erfindungsgemäßen Netzwerkvorrichtung zeigt; und
- 2 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Netzwerkvorrichtung zeigt.
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1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Netzwerk, das eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Netzwerkvorrichtung 1 beinhaltet. Die Netzwerkvorrichtung 1 ist als zwischen zwei Netzwerkgeräten 3, 5 angeordneter Bestandteil einer bevorzugt als Ethernet-Netzwerk ausgebildeten Netzwerkstruktur dargestellt. Das erste bzw. eine Netzwerkgerät 3 ist mittels einer Ethernet-Schnittstelle 12 und einer entsprechenden Ethernet-Leitung 21 mit einer ersten Netzwerkschnittstelle 11 der Netzwerkvorrichtung 1 verbunden, wobei die erste Netzwerkschnittstelle 11 ebenfalls als Ethernet-Schnittstelle ausgebildet ist. In ähnlicher Weise ist das zweite bzw. andere Netzwerkgerät 5 über eine Ethernet-Schnittstelle 14 und eine Ethernet-Leitung 22 mit einer zweiten Netzwerkschnittstelle 13 der Netzwerkvorrichtung 1 verbunden. Die hier als Ethernet-Leitungen 21, 22 ausgebildeten Netzwerkleitungen zwischen den Netzwerkgeräten 3, 5 und der Netzwerkvorrichtung 1 bzw. den entsprechenden Schnittstellen müssen nicht notwendigerweise elektrische Verbindungen oder kabelgebunden sein. Es ist auch möglich, die Verbindungen über optische Datenleitungen auszuführen, die sowohl kabelgebunden als auch drahtlos ausgebildet sein können.
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Ebenfalls mit der Netzwerkvorrichtung 1 verbunden ist ein Netzwerkelement 7, und zwar über eine dritte Netzwerkschnittstelle 15 der Netzwerkvorrichtung 1, die mit der zugehörigen Schnittstelle 16 des Netzwerkelements 7 über die Ethernet-Leitung 23 verbunden ist, und über die vierte Netzwerkschnittstelle 17 der Netzwerkvorrichtung 1, die mit der entsprechenden Ethernet-Schnittstelle 18 des Netzwerkelements 7 und die Ethernet-Leitung 24 verbunden ist. Darüber hinaus weist die Netzwerkvorrichtung 1 eine Steuerschnittstelle 19 auf, die über eine Steuerleitung 25 mit der zugehörigen Schnittstelle 20 des Netzwerkelements 7 verbunden ist. In der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform sind die Steuerschnittstelle 19 und die Schnittstelle 20 jeweils als USB-Schnittstellen mit einer dazwischenliegenden elektrischen USB-Leitung 25 ausgebildet.
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Das Element innerhalb des Netzwerks mit der Hauptfunktion, also die Verarbeitung von Daten betreffend, ist das Netzwerkelement 7, das in der bevorzugten Ausführungsform als Middlebox ausgeführt ist. Grundsätzlich ist es möglich, nicht nur eine Middlebox-Funktion durch das Netzwerkelement 7 abzubilden, sondern auch andere Netzwerkbestandteile, die eine Funktion aufweisen, deren Ausfall es abzusichern gilt. Weist also das Netzwerkelement 7 in Betrieb intern einen Fehler auf, der für das Netzwerk relevant ist, so ist die erfindungsgemäße Netzwerkvorrichtung 1 derart eingerichtet, dass sie sozusagen die Verbindung zwischen den Netzwerkgeräten 3 und 5 „überbrückt“. Damit kann das fehlerhafte Netzwerkelement 7 innerhalb des Netzwerks keine negativen Auswirkungen mehr auslösen. Es kann bei Vorliegen eines Fehlers ohne Weiteres aus dem Netzwerk entfernt, analysiert, repariert oder ausgetauscht und anschließend wieder eingesetzt werden.
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Die Einzelheiten der Netzwerkvorrichtung 1 werden nun unter Bezugnahme auf 2 ausführlich beschrieben. Wie oben bereits erwähnt, weist die erfindungsgemäße Netzwerkvorrichtung eine erste Netzwerkschnittstelle 11, eine zweite Netzwerkschnittstelle 13, eine dritte Netzwerkschnittstelle 15 sowie eine vierte Netzwerkschnittstelle 17 auf, die wie hier abgebildet als RJ45 Buchsen, also als Ethernet-Schnittstellen ausgebildet sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Ausbildung der Netzwerksschnittstellen als RJ45 Buchsen beschränkt, vielmehr können diese beispielsweise auch als M12 oder ix Buchsen bzw. Stecker ausgebildet sein, wie sie in der Automatisierungstechnik verwendet werden, um zusätzlichen Schutz vor Umwelteinflüssen, Wasser oder Staub zu bieten. Des Weiteren ist die Steuerschnittstelle 19 gemäß der Ausführungsform eine USB-Schnittstelle, die bekanntermaßen einen Datenkanal sowie eine Stromversorgungsschnittstelle bietet. Die USB-Schnittstelle 19 ist innerhalb der Netzwerkvorrichtung 1 mit der Stromversorgungseinrichtung 37 und der Steuereinrichtung 27 verbunden, wobei die Steuereinrichtung 27 bevorzugt als Mikrocontroller ausgebildet ist.
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Als zentrale Elemente weist die Netzwerkvorrichtung 1 darüber hinaus eine Schalteinrichtung auf, die in der dargestellten Ausführungsform eine erste Schalteinheit 29 sowie eine zweite Schalteinheit 31 umfasst, die jeweils über eine entsprechend Steuer-/Signalleitung 28 mit dem Mikrocontroller 27 verbunden sind. Des Weiteren bestehen zwischen der ersten Schalteinheit 29 und der ersten Netzwerkschnittstelle 11 sowie der dritten Netzwerkschnittstelle 15 elektrische Leitungen 36, 34, und auf Seiten der zweiten Schalteinheit 31 in ähnlicher Weise zwischen der zweiten Schalteinheit 31 und der zweiten Netzwerkschnittstelle 13 bzw. der vierten Netzwerkschnittstelle 17. Schließlich verbindet eine elektrische Leitung 38 die erste Schalteinheit 29 direkt mit der zweiten Schalteinheit 31.
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Im Folgenden wird die Funktion der erfindungsgemäßen Netzwerkvorrichtung 1 ausführlich beschrieben. In der Darstellung der 2 ist die erste Betriebsart der erfindungsgemäßen Netzwerkvorrichtung 1 abgebildet, d. h. die erste Netzwerkschnittstelle 11 ist galvanisch mit der zweiten Netzwerkschnittstelle 13 innerhalb der Netzwerkvorrichtung 1 über die erste Schalteinheit 29 und die zweite Schalteinheit 31 verbunden, wobei die elektrische galvanische Verbindung über die elektrischen Leitungen 36 und 38 bewirkt wird. In der hier dargestellten Ausführungsform weist die erste Schalteinheit 29 ein erstes Relais 30 und die zweite Schalteinheit 31 ein zweites Relais 32 auf, die zu einer galvanischen Verbindung zwischen den elektrischen Leitungen 36 und 38 bewirken. Die elektrischen Leitungen 34, 36 und 38 sind in der Darstellung der 2 als eine Linie dargestellt, dabei gilt natürlich, dass eine Ethernet-Leitung üblicherweise mehradrig ausgebildet ist und im Falle der hier abgebildeten RJ45-Verbinder acht elektrische Adern aufweist. Das bedeutet, dass die Schalteinheiten 29, 31 entsprechend viele Adern zu schalten haben, beispielsweise also für jede elektrische Ader ein Relais aufweisen. Neben einem analogen Relais als Schalter können wie oben erwähnt auch Halbleiterschaltbauelemente innerhalb der Schalteinheiten 29, 31 verwendet werden, die für eine entsprechende galvanische Verbindung zwischen den einzelnen elektrischen Adern sorgen bzw. für eine entsprechende galvanische Trennung, sobald das jeweilige Schaltelement gesteuert von der Steuereinrichtung 27 geschaltet wird.
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Bei Vorliegen der entsprechenden physikalischen und/oder logischen Bedingung(en), die weiter unten ausführlich beschrieben werden, schalten die erste Schalteinheit 29 sowie die zweite Schalteinheit 31 derart um, dass nunmehr die galvanische Verbindung der beiden Schalteinheiten über die elektrische Leitung 38 aufgehoben ist und die erste Netzwerkschnittstelle 11 galvanisch mit der dritten Netzwerkschnittstelle 15 über die elektrischen Leitungen 36 bzw. 34 verbunden ist, und auf der anderen Seite die zweite Netzwerkschnittstelle 13 galvanisch mit der vierten Netzwerkschnittstelle 17 über die elektrischen Leitungen 36 bzw. 34 verbunden ist. Damit wird in dieser zweiten Betriebsart die Anwendung des Netzwerkelements 7 über die dritte bzw. vierte Netzwerkschnittstelle 15, 17 nicht mehr überbrückt, sondern aktiv in das Netzwerk eingebunden. Wie bereits für die erste Betriebsart beschrieben, gilt auch hier, dass die elektrische Leitung 34 entsprechend mehradrig ausgebildet ist, so dass ihre Anzahl zu der der elektrischen Leitung 36 passt. Es versteht sich, dass die Schalteinheiten 29, 31 derart eingerichtet sind, dass sie alle elektrischen Adern der elektrischen Leitungen 34 bzw. 38 schalten können.
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Über die Steuerschnittstelle 19 zwischen Netzwerkelement 7 und der Netzwerkvorrichtung 1 erhält die Steuereinrichtung bzw. der Mikrocontroller 27 die Informationen über den Zustand der Funktion des Netzwerkelements 7, wertet diese entsprechend aus und gibt die zugehörigen Steuersignale über die Signalleitungen 28 an die Schalteinrichtung, d. h. die erste Schalteinheit 29 bzw. die zweite Schalteinheit 31 weiter. In ähnlicher Weise wird auch eine Anzeigevorrichtung 39 über eine Signalleitung 40 angesteuert, auf der die Betriebsart angezeigt und sichtbar gemacht werden kann.
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Der Mikrocontroller 27 weist ein Speicherelement 35 und ein Verschlüsselungs-/Sicherheitselement 33 auf, die die besonderen Rechenfunktionen innerhalb des Mikrocontrollers 27 repräsentieren. Die beiden Funktionselemente 33 und 35 stehen beispielhaft für die dargestellte Ausführungsform, es ist jedoch möglich, dass der Mikrocontroller 27 weitere spezielle Funktionselemente aufweist, um physische und/oder logische Bedingungen der Steuerschnittstelle 19 abzufragen und entsprechend an die beiden Schalteinheiten 29, 31 und die Anzeigevorrichtung 39 weiterzugeben. Das Speicherelement 35 kann ein externer oder interner RAM- oder Flash-Speicherbaustein sein. Auch andere Speicherarten sind möglich. Das Sicherheitselement 33 kann einen externen oder internen Sicherheitsschaltkreis aufweisen zur sicheren Durchführung kryptographischer Operationen wie z. B. der Authentisierung oder auch der sicheren Speicherung von kryptographischen Schlüsseln.
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Des Weiteren weist der Mikrocontroller entsprechende Steuer-/Signalausgänge für die Schalteinheiten bzw. für die Anzeigevorrichtung 39 auf. Die Ansteuerung der Anzeigevorrichtung 39 kann alternativ auch direkt über die Schalteinheiten 29, 31 erfolgen, wodurch vermieden wird, dass falsche Schaltzustände vom Mikrocontroller 27 weitergegeben werden.
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Es sollen nun die physikalischen und/oder logischen Bedingungen näher erläutert werden, die in der hier dargestellten Ausführungsform kumulativ vorliegen müssen, damit die beiden Schalteinheiten 29, 31 nicht mehr, wie in 2 dargestellt, die Verbindung zum Netzwerkelement 7 überbrücken, sondern dieses funktionsgemäß zwischen den entsprechenden Netzwerkgeräten angebunden ist. Sämtliche Bedingungen werden in der Steuereinrichtung 27, dem Mikrocontroller, nach Empfang und Auswertung der Daten evaluiert, die über die Steuerschnittstelle 19 vorliegen. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerschnittstelle 19 eine USB-Schnittstelle, und darüber kann beispielsweise festgestellt werden, ob eine Stromversorgung des Netzwerkelements 7 ordnungsgemäß vorliegt. Dabei kann auch der Wertebereich z. B. der Spannung an der USB-Schnittstelle festgestellt werden, d. h. ob die Stromversorgung im Normbereich liegt oder nicht. Eine weitere Bedingung ist, ob das Netzwerkelement 7 mittels der Steuerschnittstelle 19 angebunden ist, d. h. beispielsweise ob sämtliche Adern bzw. Leitungen der USB-Schnittstelle betriebsbereit und funktional sind. Als weitere Bedingung wird geprüft, ob tatsächlich eine Datenkommunikation über die Steuerschnittstelle mit dem Netzwerkelement 7 erfolgt, d. h. ob auch tatsächlich Daten über die elektrischen Leitungen geschickt werden. Eine weitere der Bedingungen ist die Prüfung, ob ein zyklisches Benachrichtigungssignal von dem Netzwerkelement 7 zu der Netzwerkvorrichtung 1 regelmäßig empfangen wird. Derartige zyklische Benachrichtigungssignale bezeichnet man auch als Heartbeat und dienen dazu, dem übergeordneten Steuergerät zu signalisieren, dass das angebundene Gerät noch ordnungsgemäß funktioniert. Eine weitere Bedingung ist, ob die Sicherheitsüberprüfung zwischen dem Netzwerkelement 7 und er Netzwerkvorrichtung 1 erfolgreich ist. Hier geht es um die Authentisierung des Netzwerkelements 7 gegenüber der Steuereinrichtung 27 der Netzwerkvorrichtung 1. Eine derartige Sicherheitsüberprüfung kann einmalig erfolgen, vorteilhaft ist jedoch, dass eine derartige Überprüfung der Authentisierung periodisch, beispielsweise stündlich erfolgt. Als weitere Bedingung fordert der Mikrocontroller 27 von dem Netzwerkelement 7 über die Steuerschnittstelle 19 an, dass ein Umschaltvorgang tatsächlich angefordert wird, d. h. dass die Netzwerkvorrichtung 1 von der ersten Betriebsart auf die zweite Betriebsart auch tatsächlich umschaltet. Dies stellt eine logische Bedingung dar.
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In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform müssen sämtliche zuvor geschilderten Bedingungen kumulativ vorliegen, damit der Mikrocontroller 27 die entsprechenden Schaltsignale an die Schalteinheiten 29 und 31 sendet. Es ist möglich, noch weitere physikalische und/oder logische Bedingungen hinzuzufügen, die von dem Mikrocontroller 27 abgefragt und verarbeitet werden. Denkbar wäre beispielsweise, dass die Bauelemente der Netzwerkvorrichtung 1 selbst auf ihre Funktionstüchtigkeit überprüft werden und entsprechende Signale an den Mikrocontroller liefern. Der Mikrocontroller 27 kann darüber hinaus noch weitere Funktionsmodule ähnlich dem Speicherelement 35 oder dem Sicherheitselement 33 aufweisen.
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Wie bereits erwähnt, kann die Netzwerkvorrichtung 1 neben den hier dargestellten RJ45-Netzwerkschnittstellen auch jede andere Datenschnittstelle aufweisen, z. B. M12, RJ11 und dergleichen. Auch optische Medien können über geeignete Datenschnittstellen angebunden sein, d. h. die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine reine elektrische Datenübertragung beschränkt. Die Anzeigevorrichtung 39 kann beispielsweise LEDs zur Anzeige an eine Bedienperson umfassen, es ist auch denkbar, dass hier akustische Signale abgegeben werden, um eine Betriebsart zu kennzeichnen.
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Mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung wurde ein Netzwerkgerät bereitgestellt, das bei Ausfall eines Netzwerkelements, das zwischen zwei Netzknoten angeordnet ist, die Betriebssicherheit ohne Redundanz gewährleistet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2014/0006862 A1 [0008]
