EP4385174A1 - Gerät und mobilfunknetz-gestütztes automatisierungssystem - Google Patents

Gerät und mobilfunknetz-gestütztes automatisierungssystem

Info

Publication number
EP4385174A1
EP4385174A1 EP22761512.7A EP22761512A EP4385174A1 EP 4385174 A1 EP4385174 A1 EP 4385174A1 EP 22761512 A EP22761512 A EP 22761512A EP 4385174 A1 EP4385174 A1 EP 4385174A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
protocol
mobile radio
layer
communication interface
packet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22761512.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Hakemeyer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Phoenix Contact GmbH and Co KG
Original Assignee
Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Phoenix Contact GmbH and Co KG filed Critical Phoenix Contact GmbH and Co KG
Publication of EP4385174A1 publication Critical patent/EP4385174A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/46—Interconnection of networks
    • H04L12/4604—LAN interconnection over a backbone network, e.g. Internet, Frame Relay
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/46—Interconnection of networks
    • H04L12/4633—Interconnection of networks using encapsulation techniques, e.g. tunneling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W8/00—Network data management
    • H04W8/18—Processing of user or subscriber data, e.g. subscribed services, user preferences or user profiles; Transfer of user or subscriber data
    • H04W8/183—Processing at user equipment or user record carrier

Definitions

  • the invention relates to a device for use in a mobile radio network-supported automation system and such a mobile radio network-supported automation system, which is preferably installed on company premises.
  • Layer 2 communication is characterized, among other things, by the fact that the devices involved in communication are addressed via their unique Media Access Control (MAC) addresses.
  • MAC Media Access Control
  • packet-based data communication is usually implemented via mobile radio networks according to a layer 3 communication protocol, preferably the Internet Protocol, so that data packets can be routed across different networks.
  • a layer 3 communication protocol preferably the Internet Protocol
  • a difficulty in integrating cellular technology into private factory networks and/or process plants is that data transmitted in a factory network or process plant using a layer 2 protocol, such as an industrial Ethernet protocol, is transmitted at least are to be transmitted in sections via a cellular network.
  • So-called tunneling techniques are a common way of doing this. Examples of this are SSH tunnel technology, VPN tunnel technology or HTTP tunnel technology.
  • Devices that are to be used in a mobile network-based automation system must therefore be able to support both a layer 2 protocol and an IP-based tunnel protocol in order to transfer layer 2 data frames in IP-based data packets to be able to send and receive a mobile network.
  • the invention is based on the object of creating a device which can be configured in a cost-effective and efficient manner for use in a mobile radio network-based automation system.
  • a core idea of the invention can be seen in a device which is intended for use in a mobile network-supported automation system, in particular with a mobile communication interface and a subscriber identity module, which is preferably a conventional SIM card or a conventional e-SIM -Module can be equip.
  • Configuration data which is in particular information for configuring a tunnel, can be stored in the subscriber identity module and contains at least one parameter value which can be interpreted by a control unit of the device as the IP address of a remote station.
  • Layer 2 data frames are created according to the ISO/OSI reference model based on a
  • FIG. 1 shows an exemplary device which is designed for use in a mobile radio network-based automation system
  • FIG. 1 shows an example of a device 20, in particular an electronic device, which can be used in a mobile radio network-supported automation system 10, which is shown by way of example in FIG.
  • the automation system 10 shown by way of example in FIG. 2 can in particular be designed to control, regulate and/or monitor an industrial process, for example a process, a manufacturing process, a continuous or discontinuous process.
  • the device 20 can preferably be a router, a field device, for example a sensor or actuator, a control device, for example a programmable logic controller, or also an input/output module, also known as an I/O module.
  • the device 20 has a mobile radio communication interface 23 which is implemented for wireless data transmission in accordance with a mobile radio standard.
  • the mobile radio standard can be, for example, the SG mobile radio standard, the 4G mobile radio standard or the 5G mobile radio standard.
  • the 3G mobile radio standard is also known as Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), while the 4G mobile radio standard is also known as LTE or LTE-Advanced Standard.
  • the mobile radio communication interface 23 preferably has a mobile radio data card known per se for data transmission, the mobile radio data card being designed in accordance with a mobile radio standard.
  • the cellular data card is also known as a radio modem.
  • the mobile radio data card is usually connected to a transmit/receive antenna 22 .
  • the device 20 has a memory device 25 in which a program can be stored which implements an IP-based tunnel protocol.
  • the IP-based tunneling protocol can be, for example, known tunneling protocols such as the Generic Routing Encapsulation (GRE) network protocol, a virtual private network (VPN) protocol, an IPsec protocol or a Layer 2 Tunneling Protocol (L2TP).
  • GRE Generic Routing Encapsulation
  • VPN virtual private network
  • L2TP Layer 2 Tunneling Protocol
  • the program stored in the memory device 25 serves in particular to transmit layer 2 protocol data frames using the IP protocol.
  • process data that is packed in layer 2 protocol data frames can be transmitted using tunnel technology either via a previously established tunnel connection to a predetermined remote station or according to datagram operation in individual IP packets, each of which IP address of the predetermined remote station included, are transmitted tunnelled.
  • an Ethernet-based communication protocol for example the Profinet protocol, can be implemented in the device 20 as the layer 2 protocol.
  • the medium access control (MAC) address of the device 20 as the source address and the MAC address of a target device, which is not mandatory which must be the predetermined remote station, can be included.
  • a subscriber identity module 24 is implemented in the device 20, which can preferably be a conventional SIM card or a conventional e-SIM module .
  • a SIM card has been implemented as the subscriber identity module 24 .
  • the device 20 In order to be able to transmit layer 2 protocol data frames via a cellular network to a predetermined partner, the device 20 must be configured for cellular communication and for tunnel-based communication.
  • information also called configuration data or tunnel configuration data
  • the configuration data containing, for example, at least one parameter value which represents the IP address of at least one remote station.
  • the configuration data can contain information about the stored program, for example the name of the implemented tunnel protocol, for example the name “GRE-Tunnel KON FIG” for the Generic Routing Encapsulation (GRE) network protocol.
  • the configuration data can also contain, for example, the packet length of the IP packets as a further parameter value.
  • the configuration data can contain at least one parameter name that indicates or names the respective parameter value.
  • the configuration data can have a predetermined data structure in order to be able to be stored preferably in a SIM card or an e-SIM module.
  • the configuration data can contain at least one parameter name and an associated parameter value.
  • a SIM card or a e-SIM module a phone book with name and phone number fields, in which a conversation partner and his phone number can normally be entered.
  • the configuration data are preferably now entered into the telephone book of the SIM card 24, with the name of a parameter preferably being entered in a name field and a parameter value preferably being entered in a telephone number field of the telephone book.
  • the name of a parameter can be, for example, "destination IP address" or "packet length” and the parameter value associated with the respective parameter name can be represented by a sequence of digits.
  • a number of different parameter names and associated parameter values for configuring a tunnel are preferably entered in a name field or a telephone number field.
  • the exemplary device 20 also has a control unit 21, which can be embodied as a microcontroller.
  • the control unit 21 is designed in particular to monitor and control the operation of the device 20 .
  • the control unit 21 can be designed to call up the configuration data stored in the subscriber identity module 24 and to execute the program stored in the memory device 25 as a function of the configuration data read out, as a result of which the control unit 21 causes the device 20 to send at least one layer that is ready for transmission Encapsulate -2 protocol data frame in an IP packet and transfer the IP packet to the mobile communications interface 23 for transmission to at least one predetermined remote station.
  • control unit 21 can advantageously be designed to interpret the parameter value read out as a function of the correspondingly assigned parameter name, for example as a destination IP address or as a packet length.
  • the sequence of digits "127255255001" associated with the parameter name "Destination IP address” can be interpreted by the control unit 21 as the destination IP address 127.255.255.001 and converted to the correct IP address 127.255.255.001 in order to For example, to set up a tunnel to a remote station with this IP address.
  • control unit 21 can also be designed to insert the interpreted parameter in the correct form of an IP address, namely the destination IP address 127.255.255.001, into the header of each IP packet to be transmitted if no tunnel connection is established should. It should be noted that, depending on the implemented IP-based tunnel protocol, the control unit 21 causes the device 20 to either
  • a tunnel connection is set up using the IP address, which is stored as a parameter value in the subscriber identity module 24, to the associated remote station and then the layer 2 protocol data frames to be transmitted are each in an IP To transmit a packet over the established tunnel connection to the remote station, or in accordance with a datagram operation
  • the device 20 can be designed to generate process data itself and insert it into at least one layer 2 protocol data frame, which is then transmitted in an IP packet via the mobile communications interface 23 to the predetermined partner shall be.
  • the device 20 can be a field device, for example, which can be embodied as a sensor, such as a temperature sensor.
  • the device 20 can have a communication interface 26 which is designed to send and receive layer 2 protocol data frames.
  • a wired communication system that supports communication according to a layer 2 protocol can preferably be connected to the optional communication interface 26 .
  • the device 20 is implemented according to the Profinet protocol, for example.
  • the Profinet protocol for example.
  • Communication interface 26 could receive the device 20 layer 2 protocol data frames from other devices in the automation system 10 and transmit layer 2 protocol data frames to other devices in the automation system.
  • FIG. 2 shows the exemplary mobile radio network-supported automation system 10 already mentioned.
  • the exemplary mobile radio network-supported automation system 10 can preferably be installed on company premises 1, which encloses several buildings, for example.
  • the exemplary mobile radio network-supported automation system 10 can have, for example, the device 20 shown in FIG. 1 and at least one further device, here a device 30 .
  • the device 20 is designed, for example, as a field device, in particular as a temperature sensor.
  • the communication interface 26 implemented according to a layer 2 protocol is not absolutely necessary for the operation. However, it is conceivable that an external temperature measuring device transmits measured temperature values in layer 2 protocol data frames via the communication interface 26 to the device 20 .
  • the device 20 itself can measure temperature, for example the ambient temperature or the temperature of a monitored machine, and insert the corresponding temperature measurement data into at least one layer 2 protocol data frame.
  • the device 20 can also be assigned an IP address in addition to a MAC address, which uniquely identifies the device.
  • the MAC address is preferably inserted as a source address in the layer 2 protocol data frame to be transmitted.
  • a parameter value which represents the IP address of the device 30 as the destination address of a remote station, is entered in the telephone number field of the telephone book as configuration data.
  • the parameter name "destination IP address" is assigned to this parameter value, which is stored in a name field of the telephone book.
  • an IP-based tunnel protocol is implemented in the device 20, which supports datagram operation, according to which process data to be transmitted is not via a previously established tunnel connection, but in the form of individual IP packets, each of which is in addition to a layer 2 protocol - Data frames also contain the IP address of the device 30 are transmitted to the device 30.
  • the device 30 can preferably be a higher-level control device, for example a programmable logic controller.
  • the device 30 can be constructed essentially identically to the device 20 .
  • the device 30 can have a mobile communications interface 33 have, which is designed to transmit data according to a mobile radio standard.
  • the mobile radio communication interface 23 and the mobile radio communication interface 33 are designed according to the same mobile radio standard.
  • the mobile radio communication interface 33 preferably has a radio modem and a transmit/receive antenna 32 connected to it.
  • the device 30 has a storage device 35 in which a program is stored which implements an IP-based tunnel protocol. It should be noted that the program stored in the storage device 25 and the program stored in the storage device 35 implement the same IP-based tunneling protocol.
  • a subscriber identity module 34 is implemented in the device 30, which can preferably be a conventional SIM card or a conventional e-SIM module .
  • a SIM card has been implemented as the subscriber identity module 34 .
  • the device 30 In order to be able to transmit layer 2 protocol data frames via a mobile radio network to a predetermined remote station or to be able to receive them from a remote station, the device 30 must be configured for mobile radio communication and for tunnel-based communication.
  • configuration data also called tunnel configuration data
  • the configuration data are stored in the subscriber identity module 34, the configuration data preferably having the parameter name "destination IP address" and a parameter value assigned to the parameter name, which is the IP address of a remote station represented, included.
  • the remote station can be device 20, for example, so that a sequence of digits is stored as a parameter in subscriber identity module 31, which represents the IP address of device 20.
  • the device 30 has a control unit 31 which is designed in particular to monitor and control the operation of the device 30 .
  • device 30 may include a communication interface 36 implemented according to a layer 2 protocol.
  • the layer 2 protocol is an Ethernet-based protocol, for example Profinet.
  • a communication system 70 for example, which supports communication according to a layer 2 protocol, for example Profinet, can be connected to the communication interface 36.
  • the communication system 70 includes, for example, a fieldbus 72 and at least one actuator 71 connected to it, to which a MAC address is assigned.
  • the control unit 31 of the device 30 is preferably designed to retrieve the configuration data stored in the SIM card 34, for example the parameter name "destination IP address" and the associated parameter value, which represents the IP address of the device 20. to interpret the parameter value or the corresponding sequence of digits as an IP address of the device 20 as a function of the configuration data retrieved and to execute the program stored in the memory device 35, as a result of which the device 30 is caused to transmit at least one layer 2 protocol Encapsulate data frames in an IP packet and the IP packet of the mobile communication interface 33 for transmission to the remote station that can be the device 20 to hand over.
  • the automation system 10 shown as an example in FIG. 2 also has a mobile radio network 40, which is preferably installed entirely on the factory premises 100 and implemented in accordance with a mobile radio standard.
  • the exemplary mobile radio network 40 can be a private mobile radio network or a public mobile radio network which can be used privately by the company of the automation system 10 within the automation system 10 .
  • the mobile radio network 40 can be, for example, a company-owned campus radio network or a virtual private mobile radio network.
  • the mobile network 40 has at least one base station 50, which can be designed as a transceiver station for wireless communication with the devices 20 and 30.
  • the base station 50 is preferably installed on the factory premises 100 .
  • the base station 50 is preferably connected to a packet control unit 60 which can be part of an IP-based core network 80 of the mobile radio network 40 .
  • the packet control unit 60 is in the form of an external device which is connected to the core network 80 .
  • the IP-based core network 80 can have a number of routers (not shown) connected via lines in order to be able to route IP packets through the core network 80 .
  • the IP-based core network 80 can have an edge network element 110 in the form of a gateway or edge router 110, for example.
  • edge network element 110 can be a remote station to which device 20, for example, can transmit IP data packets, each of which encapsulates a layer 2 protocol data frame, depending on the selected tunnel configuration.
  • edge network element 110 can be assigned an IP address, which can be stored in a memory device 111, for example. Furthermore, the edge network element
  • the edge network element 110 may have a second communication interface 113 implemented according to a layer 2 protocol.
  • the layer 2 protocol can be an Ethernet-based protocol, for example the Profinet protocol.
  • the edge network element 110 can also be stored a program that implements the IP-based tunnel protocol, which is also supported by the memory device 25 or 35 stored program is implemented.
  • the operation of the edge network element 110 is monitored and controlled by a control unit 114 .
  • process data for example temperature data
  • device 20 acting as a sensor to device 30 .
  • the device 20 Based on the tunnel configuration data stored in the subscriber identity module 24, which contains, for example, the parameter name "destination IP address" and a parameter value that represents the IP address of the device 30, the device 20 knows that process data about the Cellular network 40 to be transmitted to the device 30.
  • process data e.g. B. temperature measurement data in the device 20
  • these are inserted by the device 20, for example, in a single layer 2 protocol data frame, in the present example, the Profinet protocol is used as the layer 2 protocol.
  • the MAC address of the device 20 is also inserted in the layer 2 protocol data frame in addition to the process data.
  • the control unit 21 can be designed to first read the parameter name and the associated parameter value from the SIM card 24, to interpret the parameter value depending on the parameter name, for example as the IP address of the device 30, and depending on this in the storage device 25 execute the stored program, causing the device 20 to encapsulate the layer 2 protocol data frame containing the process data in an IP packet, which also contains the parameters read from the subscriber identity module in the form of the IP address of the device 30.
  • the IP packet is handed over to the mobile communication interface 23 and then transmitted by means of the antenna 21 in accordance with the implemented mobile radio standard via a radio link to the base station 50 of the private mobile radio network 40 .
  • the received IP packet 50 is supplied to the packet control device 60, which, based on the IP address contained in the IP packet, recognizes that the desired remote station, ie the device 30, has the base station 50 can be reached.
  • the packet control device 60 now initiates the transmission of the IP packet received from the device 20 via the base station 50 to the device 30.
  • the device 30 is designed to receive the IP packet via the antenna 32 and the mobile communications interface 33 .
  • control device 31 By executing the program stored in memory device 35, which also implements the IP-based tunnel protocol, control device 31 causes device 30 to decapsulate the layer 2 protocol data frame contained in the IP packet and, for example, to read process data contained in the layer 2 protocol data frame and process it depending on the implementation.
  • the device 30 can calculate corresponding control data for the actuator 71 from the received process data.
  • the device 30 can be configured and designed in such a way that the control data, which have been generated as a function of the process data received, in a layer 2 protocol data frame, in the present case a Profinet data frame, via the communication interface 36 and the Fieldbus 72 to the actuator 71 are transmitted.
  • an association between the MAC address of the device 20 and the MAC address of the actuator 71 is stored in the device 30, which the control unit 31 can access. Since the control unit 30 can also be configured to read out the MAC address of the device 20 contained in a layer 2 protocol data frame which has been received in an IP packet from the device 20, it can determine that between the Device 20 and the actuator 30 is a process-relevant link.
  • process data for example temperature data
  • the subscriber identity module 24 which contain, for example, the parameter name "destination IP address" and the associated parameter value, which now represents the IP address of the peripheral network element 110 as the IP address of the remote station, knows this Device 20 that process data is to be transmitted over the mobile network 40 to the edge network element 110.
  • process data e.g. B. temperature measurement data in the device 20
  • they are inserted by the device 20, for example, in a single layer 2 protocol data frame, in the present example, the Profinet is used as the layer protocol.
  • the MAC address of the device 20 and the MAC address of the actuator 102 are also inserted in the layer protocol data frame in addition to the process data.
  • the control unit 21 can be designed to first read out the parameter name and the associated parameter value from the SIM card 24, to interpret the parameter value as an IP address of the device 110 depending on the parameter name, and depending on this to interpret the one stored in the memory device 25 Execute the program, causing the device 20 to encapsulate the layer 2 protocol data frame containing the process data in an IP packet, which also contains the parameters read from the subscriber identity module in the form of the IP address of the edge element 110.
  • the IP packet is handed over to the mobile communication interface 23 and then transmitted by means of the antenna 21 in accordance with the implemented mobile radio standard via a radio link to the base station 50 of the private mobile radio network 40 .
  • the received IP packet 50 is fed to the packet control device 60, which uses the IP address contained in the IP packet to recognize that the desired remote station, i.e. the edge network element 110, via the IP-based core network 80 can be reached.
  • the packet control device 60 now initiates the transmission of the IP packet received from the device 20 via the IP-based core network 80 to the communication interface 112 of the peripheral network element 110.
  • the control unit executes 114 the edge network element 110 to decapsulate the layer 2 protocol data frame contained in the received IP packet.
  • the control device 114 can be designed to output the decapsulated layer 2 protocol data frame to the fieldbus 101 via the communication interface 113 .
  • the actuator 102 connected to the fieldbus 101 is designed, for example, to read out the MAC addresses contained in the layer 2 protocol data frame and to recognize that the layer 2 protocol data frame is intended for it.
  • the actuator 102 can also do this be designed to read the process data contained in the layer 2 protocol data frame and process it accordingly.
  • the actuator 102 can be an intelligent actuator that can be configured to calculate control data for a connected machine from the process data.
  • exemplary mobile radio network-based automation system 10 or its components could also be implemented in a widely distributed manner in an open area.
  • the device 30 could function as a central controller in order to be able to monitor water levels of a river course.
  • the mobile radio network 40 would preferably be a public mobile radio network.
  • Level measuring points could be set up widely along the river to measure the water levels.
  • Such a level measuring point could be device 20, for example, which is modified accordingly.
  • the device 20 could then transmit a measured water level to the device 30 via the mobile radio network 40 in the manner described above.
  • the device 30 acting as a controller to generate control data as a function of the level measured by the device 20 and the measured values received from the other level measuring points, in order to control a flood gate, for example.
  • a flood gate could be implemented by the actuator 102, for example.
  • the device 30 would transmit corresponding control data to the actuator 102 via the cellular network 40 and the edge network element 110 .
  • the device 20 converted into a level measuring point it would also be conceivable for the device 20 converted into a level measuring point to transmit its measured level values itself to the actuator 102 in a manner that corresponds to that described above.
  • a device 20, 30 is created for use in a mobile network-supported automation system 10, wherein the device 20, 30 can have the following features:
  • a mobile radio communication interface 23, 33 which is preferably designed for wireless data transmission according to a mobile radio standard
  • a memory device 25, 35 in which a program is stored, which implemented an IP-based tunnel protocol,
  • a control unit 21 which is designed to call up the configuration data stored in the subscriber identification module 24, to execute the stored program as a function of the configuration data called up and, by executing the stored program, to cause the device to send at least one layer 2 Encapsulate protocol data frames in an IP packet and transfer the IP packet to the mobile communication interface for transmission to the remote station.
  • the configuration data can contain several parameters, each of which can represent the IP addresses of other remote stations, and the associated parameter names.
  • the control unit 21, 31 can be designed to encapsulate at least one layer 2 protocol data frame ready for transmission in an IP packet and to transfer the IP packet to the mobile radio communication interface for transmission to at least one remote station .
  • the configuration data can advantageously contain further parameter values, such as a parameter value for the length of the IP packets to be transmitted, and various parameter names which indicate, for example, the IP address of a remote station and/or the length of an IP packet.
  • control unit 21 can be configured to respond to the at least one parameter name to interpret the associated parameter value as the IP address of remote station 30 and/or 110 and to convert it into a formally correct IP address, and to convert the converted IP address into insert a header field of the IP packet to be transmitted.
  • the subscriber identity module 24, 34 can be a SIM card or an e-SIM module in which the configuration data is stored in a predetermined data structure.
  • the subscriber identity module 24, 34 advantageously contains a telephone book, in which case the at least one parameter name can be entered in a name field and the parameter value assigned to the at least one parameter name can be entered in a telephone number field of the telephone book.
  • the device 20, 30 can preferably be designed to receive an IP packet containing a layer 2 protocol data frame, which was formed according to the IP-based tunnel protocol, at the mobile radio communication interface 23 or 33, to decapsulate and provide the layer 2 protocol data frame for further processing.
  • the device 20, 30 can have a communication interface 26 or 36, which is designed to send and receive layer 2 protocol data frames.
  • the communication interface 26 or 36 can be designed for connection to a communication system implemented according to a layer 2 protocol, for example a fieldbus system.
  • the layer 2 protocol data frames are preferably Ethernet protocol data frames, it being possible for the communication interface 26, 36 to be in the form of an Ethernet protocol.
  • the device 20 or 30 can, for example, be in the form of a router, a field device—e.g. a sensor or actuator—a control device or an I/O module.
  • the IP-based tunneling protocol can be, for example, the Generic Routing Encapsulation (GRE) network protocol, a VPN (Virtual Private Network Protocol), an IPsec protocol, an L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol).
  • GRE Generic Routing Encapsulation
  • VPN Virtual Private Network Protocol
  • IPsec IP Security
  • L2TP Layer 2 Tunneling Protocol
  • a mobile network-supported automation system 10 is created, which can have the following features:
  • the control unit 21 of the first device 20 is designed to call up the configuration data stored in the subscriber identity module 24, to execute the stored program as a function of the configuration data and to cause the first device 20 to execute the stored program, at least to encapsulate a layer 2 protocol data frame ready for transmission in an IP packet and to transmit the IP packet via the cellular communication interface (23) and the cellular network 40 to the remote station 30 and/or 110.
  • the remote station can be a second device 30, which can be designed according to one of the above exemplary aspects, the second device 30 being designed to transmit the IP packet from the first device 20, which has been formed according to the IP-based tunnel protocol , to be received at the mobile communications interface 33 of the second device 30, to decapsulate and to provide the layer 2 protocol data frame contained in the IP packet for further processing.
  • the mobile radio network 40 can preferably have an IP-based core network 80, in which case the remote station can be an edge network element 110, in particular an edge router of the IP-based core network 80 and can have the following features:
  • the first communication interface (113) being designed for connection to a communication system 100 implemented according to the layer 2 protocol, in particular a fieldbus system,
  • the mobile radio network 40 is preferably a private mobile radio network. However, the mobile radio network 40 can also be a public mobile radio network.
  • the mobile radio-supported automation system 10 is preferably installed on company premises. However, the mobile radio-supported automation system 10 can also be installed widely distributed over an open area.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gerät (20) zum Einsatz in einem Mobilfunknetz-gestützten Automatisierungssystem (10), wobei das Gerät (20) folgende Merkmale aufweist: eine Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle (23), eine Speichereinrichtung (25), in welcher ein Programm gespeichert ist, welches ein IP-basiertes Tunnelprotokoll implementiert, ein Teilnehmer-Identitätsmodul (24), in dem Konfigurationsdaten gespeichert sind, wobei die Konfigurationsdaten wenigstens einen Parameternamen und einen dem wenigstens einen Parameternamen zugeordneten Parameterwert, der die IP-Adresse wenigstens einer Gegenstelle (30, 110) repräsentiert, enthalten, und eine Steuereinheit (21), die dazu ausgebildet ist, die Konfigurationsdaten abzurufen, in Abhängigkeit von den Konfigurationsdaten das gespeicherte Programm auszuführen und unter Ausführung des gespeicherten Programms das Gerät (20) zu veranlassen, wenigstens einen zur Übertragung bereitstehenden Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen in ein IP-Paket einzukapseln und das IP-Paket der Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle zur Übertragung zu der wenigstens einen Gegenstelle (30, 110) zu übergeben.

Description

Gerät und Mobilfunknetz-gestütztes Automatisierungssystem
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Einsatz in einem Mobilfunknetz-gestützten Automatisierungssystem sowie ein derartiges Mobilfunknetz-gestütztes Automatisierungssystem, welches vorzugsweise auf einem Firmengelände installiert ist.
In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der industriellen Automatisierungstechnik, kommen heutzutage eine Vielzahl an Kommunikationstechnologien zum Einsatz, die eine Kommunikation nach dem ISO/OSI-Referenzmodell auf Basis eines Schicht-2-Kommunikationprotokoll ermöglichen. Eine Schicht-2-Kommunikation zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass die an einer Kommunikation beteiligten Geräte über ihre eindeutigen Media- Access-Control (MAC)-Adressen adressiert werden.
Hingegen wird üblicherweise eine paketbasierte Datenkommunikation über Mobilfunknetzen nach einem Schicht-3-Kommunikationsprotokoll, vorzugsweise dem Internet Protokoll, realisiert, so dass Datenpakete über verschiedene Netze hinweg geroutet werden können.
Insbesondere seit der Einführung des Mobilfunkstandards der vierten Generation (auch als LTE-Advanced (Long-Term-Evolution-Advanced) bekannt) und spätestens seit den Diskussionen um die gerade entstehende fünfte Mobilfunkgeneration (5G) ist das Interesse stark gestiegen, die Mobilfunktechnologie in industriellen Anwendungen, wie zum Beispiel Fabriknetzen, Prozessanlagen und dergleichen einzusetzen. Ein wesentlicher Gesichtspunkt hierbei ist, nicht öffentliche, d.h. private, und auf ein Fabrikgelände begrenzte Mobilfunknetze zu nutzen. Ein zurzeit diskutierter Ansatz beschäftigt sich mit 5G Campus-Netzen, mit denen Unternehmen direkt auf ihrem Gelände eine private Mobilfunk-Versorgung zur Verfügung gestellt werden soll. Informationen über 5G Campus-Netze finden sich beispielsweise unter der Internetadresse „www.telekom.com/de/konzern/details/5g-Technologie-in-Campus- Netzen-556609“. Eine Schwierigkeit bei der Einbindung der Mobilfunktechnologie in private Fabriknetze und/oder Prozessanlagen ist darin zusehen, dass Daten, die in einem Fabriknetz oder einer Prozessanlage unter Anwendung eines Schicht-2-Protokolls, wie zum Beispiel eines industriellen Ethernet-Protokolls, übertragen werden, zumindest abschnittsweise über ein Mobilfunknetz übertragen werden sollen. Ein gängiger Weg hierfür sind sogenannte Tunneltechniken. Beispiele hierfür sind die SSH-Tunneltechnik, VPN- Tunneltechnik oder die HTTP-Tunneltechnik.
Geräte, die in einem Mobilfunknetz-gestützten Automatisierungssystem zum Einsatz kommen sollen, müssen deshalb in der Lage sein, sowohl ein Schicht-2-Protokoll als auch ein IP-basiertes Tunnelprotokoll zu unterstützen, um Schicht-2-Datenrahmen in IP-basierten Datenpaketen über ein Mobilfunknetz senden und empfangen zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zu schaffen, welches in kostengünstiger und effizienter Weise für den Einsatz in einem Mobilfunknetz- gestützten Automatisierungssystem konfigurierbar ist.
Ein Kerngedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, ein Gerät, welches für einen Einsatz in einem Mobilfunknetz-gestützten Automatisierungssystem vorgesehen ist, insbesondere mit einer Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle und einem Teilnehmer-Identitätsmodul, welches vorzugsweise eine herkömmliche SIM-Karte oder ein herkömmliches e-SIM-Modul sein kann, auszustatten. In dem Teilnehmer- Identitätsmodul sind Konfigurationsdaten, das sind insbesondere Informationen zur Konfiguration eines Tunnels, speicherbar, welche wenigstens einen Parameterwert enthalten, der von einer Steuereinheit des Geräts als die IP-Adresse einer Gegenstelle interpretierbar ist. Hierdurch wird das Gerät in die Lage versetzt, IP-Pakete über einen Tunnel zu einer Gegenstelle zu übertragen, indem es einen Schicht-2-Protokoll- Datenrahmen in ein IP-basiertes Datenpaket einkapseln und das IP-basierte Datenpaket, welches den Parameterwert in Form einer IP-Adresse der Gegenstelle enthalten kann, der Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle zur Übertragung zur Gegenstelle übergeben kann.
Schicht-2-Datenrahmen werden nach dem ISO/OSI-Referenzmodell auf Basis eines
Schicht-2-Kommunikationprotokoll gebildet. Im ISO/OSI-Referenzmodell wird die Schicht-2 auch als Sicherungsschicht oder Data Link Layer bezeichnet. Bekannte Kommunikationsprotokolle der Schicht-2 sind Ethernet-basierte Kommunikationsprotokolle, wie zum Beispiel industrielle Ethernet-Protokolle (auch als Industrial Ethernet bekannt). Ein bekanntes Industrial Ethernet-Protokoll ist das Profinet. Das ISO/OSI-Referenzmodell ist beispielsweise in dem Fachbuch “Computernetzwerke, 4., überarbeitete Auflage, von Tanenbaum, Andrew, S., Prentice Hall, 2003 by Pearson Studium“ beschrieben.
Auf diese Weise wird ermöglicht, dass eine Datenkommunikation in einem Automatisierungssystem, welches üblicherweise eine Datenkommunikation gemäß einem Schicht-2-Kommunikationsprotokoll unterstützt, zumindest abschnittsweise auch über ein Mobilfunknetz erfolgen kann.
Das oben genannte technische Problem wird sowohl durch die Merkmale des Anspruchs 1 als auch durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Daran zeigen:
Figur 1 ein beispielhaftes Gerät, welches zum Einsatz in einen Mobilfunknetzgestützten Automatisierungssystem ausgebildet ist, und
Figur 2 ein beispielhaftes Mobilfunknetz-gestütztes Automatisierungssystem auf einem Fabrikgelände, welches das in Figur 1 gezeigte Gerät aufweist.
Figur 1 zeigt beispielhaft ein Gerät 20, insbesondere ein elektronisches Gerät, welches in einem Mobilfunknetz-gestützten Automatisierungssystem 10, welches beispielhaft in Figur 2 gezeigt ist, zum Einsatz kommen kann. Das beispielhaft in Figur 2 dargestellte Automatisierungssystem 10 kann insbesondere dazu ausgebildet sein, einen industriellen Prozess, beispielsweise einen Verfahrensprozess, einen Fertigungsprozess, einen kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Prozess zu steuern, zu regeln und/oder zu überwachen. Demzufolge kann es sich bei dem Gerät 20 vorzugsweise um einen Router, ein Feldgerät, beispielsweise einen Sensor oder Aktor, ein Steuerungsgerät, beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung, oder auch um ein Eingabe-/Ausgabe-Modul, auch als I/O-Modul bekannt, handeln.
Um beispielsweise Prozessdaten zumindest abschnittsweise drahtlos übertragen zu können, weist das Gerät 20 eine Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle 23 auf, welche zur drahtlosen Datenübertragung gemäß einem Mobilfunkstandard implementiert ist. Bei dem Mobilfunkstandard kann es sich beispielsweise um den SG- Mobilfunkstandard, den 4G-Mobilfunkstandard oder den 5G-Mobilfunkstandard handeln. Der 3G-Mobilfunkstandard ist auch als Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) bekannt, während der 4G-Mobilfunkstandard auch als LTE bzw. LTE- Advanced Standard bekannt.
Die Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle 23 weist vorzugsweise eine an sich bekannte Mobilfunk-Datenkarte zur Datenübertragung auf, wobei die Mobilfunk- Datenkarte gemäß einem Mobilfunkstandard ausgebildet ist. Die Mobilfunk-Datenkarte ist auch als Funkmodem bekannt. Die Mobilfunk-Datenkarte ist in der Regel mit einer Sende/Empfangs-Antenne 22 verbunden.
Ferner weist das Gerät 20 eine Speichereinrichtung 25 auf, in welcher ein Programm gespeichert sein kann, welches ein IP-basiertes Tunnelprotokoll implementiert. Bei dem IP-basierten Tunnelprotokoll kann es sich beispielsweise um bekannte Tunnelprotokolle wie das Generic Routing Encapsulation (GRE)-Netzwerkprotokoll, ein virtuelles privates Netzwerk (VPN)-Protokoll, ein IPsec-Protokoll oder ein Layer 2 Tunneling Protocol (L2TP) handeln. Das in der Speichereinrichtung 25 gespeicherte Programm dient insbesondere dazu, Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen unter Verwendung des IP-Protokolls zu übertragen.
Je nach implementiertem IP-basiertem Tunnelprotokoll können Prozessdaten, die in Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen eingepackt werden, mittels einer Tunneltechnik entweder über eine zuvor zu einer vorbestimmten Gegenstelle aufgebauten Tunnelverbindung oder gemäß einem Datagramm-Betrieb in einzelnen IP-Paketen, die jeweils die IP-Adresse der vorbestimmten Gegenstelle enthalten, getunnelt übertragen werden. Ferner kann in dem Gerät 20 als Schicht-2-Protokoll ein Ethernet-basiertes Kommunikationsprotokoll, beispielsweise das Profinet-Protokoll implementiert sein. Erwähnt sei, dass in herkömmlicher Weise in einem zu übertragenden Schicht-2- Protokoll-Datenrahmen neben den Nutzdaten vorzugsweise auch die Medium-Access- Control (MAC)-Adresse des Gerätes 20 als Quelladresse sowie die MAC-Adresse eines Zielgerätes, welches nicht zwingend die vorbestimmte Gegenstelle sein muss, enthalten sein können.
Damit das Gerät 20 Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen über ein Mobilfunknetz empfangen und/oder übertragen kann, ist in dem Gerät 20 ein Teilnehmer- Identitätsmodul 24 implementiert, welches vorzugsweise eine herkömmliche SIM-Karte oder ein herkömmliches e-SIM-Modul sein kann. Bei dem nachfolgend beispielhaft erläuterten Gerät 20 sei angenommen, dass eine SIM-Karte als Teilnehmer- Identitätsmodul 24 implementiert worden ist.
Um Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen über ein Mobilfunknetz zu einer vorbestimmten Gegenstelle übertragen zu können, muss das Gerät 20 für eine Mobilfunkkommunikation und für eine Tunnel-basierte Kommunikation konfiguriert sein. Um eine IP-basierte Tunnelkommunikation zu ermöglichen, sind in dem Teilnehmer- Identitätsmodul 24 Informationen, auch Konfigurationsdaten oder Tunnelkonfigurationsdaten genannt, gespeichert, wobei die Konfigurationsdaten zum Beispiel mindestens einen Parameterwert enthalten, der die IP-Adresse wenigstens einer Gegenstelle repräsentiert. Die Konfigurationsdaten können Angaben über das gespeicherte Programm enthalten, beispielsweise den Namen des implementierten Tunnelprotokolls, beispielsweise den Namen „GRE-Tunnel KON FIG“ für das Generic Routing Encapsulation (GRE)-Netzwerkprotokoll. Die Konfigurationsdaten können ferner beispielsweise als weiteren Parameterwert die Paketlänge der IP-Pakete enthalten. Ferner können die Konfigurationsdaten wenigstens einen Parameternamen enthalten, der auf den jeweiligen Parameterwert hinweist bzw. ihn benennt.
Bereits an dieser Stelle sei erwähnt, dass die Konfigurationsdaten eine vorbestimmte Datenstruktur aufweisen können, um vorzugsweise in einer SIM-Karte oder einem e- SIM-Modul gespeichert werden zu können. Insbesondere können die Konfigurationsdaten wenigstens einen Parameternamen und einen dazugehörenden Parameterwert enthalten. In an sich bekannter Weise enthält eine SIM-Karte oder ein e-SIM-Modul ein Telefonbuch mit Namens- und Rufnummernfelder, in die normalerweise ein Gesprächspartner und dessen Rufnummer eingetragen werden können. Vorzugsweise werden nun die Konfigurationsdaten in das Telefonbuch der SIM-Karte 24 eingetragen, wobei der Namen eines Parameters vorzugsweise in einem Namensfeld und ein Parameterwert vorzugsweise in einem Rufnummernfeld des Telefonbuchs eingetragen werden. Erwähnt sei ferner, dass der Name eines Parameters zum Beispiel „Ziel-IP-Adresse“ oder „Paketlänge“ lauten und der zum jeweiligen Parameternamen gehörende Parameterwert durch eine Ziffernfolge dargestellt werden kann. Vorzugsweise werden mehrere verschiedene Parameternamen und dazugehörende Parameterwerte zur Konfiguration eines Tunnels jeweils in ein Namensfeld bzw. ein Rufnummernfeld eingetragen.
Das beispielhafte Gerät 20 weist ferner eine Steuereinheit 21 auf, die als Mikrocontroller ausgebildet sein kann. Die Steuereinheit 21 ist insbesondere dazu ausgebildet, den Betrieb des Geräts 20 zu überwachen und zu steuern. Zudem kann die Steuereinheit 21 dazu ausgebildet sein, die in dem Teilnehmer-Identitätsmodul 24 gespeicherten Konfigurationsdaten abzurufen und in Abhängigkeit von den ausgelesenen Konfigurationsdaten das in der Speichereinrichtung 25 hinterlegte Programm auszuführen, wodurch die Steuereinheit 21 das Gerät 20 veranlasst, wenigstens einen zur Übertragung bereitstehenden Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen in ein IP-Paket einzukapseln und das IP-Paket der Mobilfunk- Kommunikationsschnittstelle 23 zur Übertragung zu wenigstens einer vorbestimmten Gegenstelle zu überbegeben. Zu diesem Zweck kann die Steuereinheit 21 vorteilhaferweise dazu ausgebildet sein, den ausgelesenen Parameterwert in Abhängigkeit des entsprechend zugeordneten Parameternamens zum Beispiel als Ziel- IP-Adresse bzw. als Paketlänge zu interpretiert. So kann beispielsweise die Ziffernfolge „127255255001“, die dem Parameternamen „Ziel-IP-Adresse“ zugeordnet ist, von der Steuereinheit 21 als Ziel-IP-Adresse 127.255.255.001 interpretiert und in die korrekte IP-Adresse 127.255.255.001 umgewandelt werden, um beispielsweise einen Tunnel zu einer Gegenstelle mit dieser IP-Adresse aufzubauen. Je nach Implementierung kann die Steuereinheit 21 auch dazu ausgebildet sein, in den Header jedes zu übertragenden IP-Pakets den interpretierten Parameter in korrekter Form einer IP- Adresse, nämlich der Ziel-IP-Adresse 127.255.255.001, einzufügen, falls keine Tunnelverbindung aufgebaut werden soll. Angemerkt sei, dass die Steuereinheit 21 in Abhängigkeit von dem implementierten IPbasierten Tunnelprotokoll das Gerät 20 veranlasst, entweder
(1) vor der eigentlichen Datenübertragung eine Tunnelverbindung unter Verwendung der IP-Adresse, welche als Parameterwert in dem Teilnehmer-Identitätsmodul 24 gespeichert ist, zu der dazugehörenden Gegenstelle aufzubauen und anschließend die zu übertragenden Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen jeweils in einem IP-Paket über die aufgebaute Tunnelverbindung zur Gegenstelle zu übertragen, oder gemäß einem Datagramm-Betrieb
(2) jeden zu übertragenden Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen in ein separates IP-Paket einzukapseln, wobei jedem IP-Paket die IP-Adresse der Gegenstelle hinzugefügt wird, welche als Parameterwert vorzugsweise in einem Rufnummernfeld des in dem Teilnehmer-Identitätsmodul 24 implementierten Telefonbuchs gespeichert ist.
Angemerkt sei an dieser Stelle, dass das Gerät 20 dazu ausgebildet sein kann, selbst Prozessdaten zu erzeugen und in wenigstens einen Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen einzufügen, der anschließend in einem IP-Paket über die Mobilfunk- Kommunikationsschnittstelle 23 zu der vorbestimmten Gegenstelle übertragen werden soll. In diesem Fall kann das Gerät 20 beispielsweise ein Feldgerät sein, welches als Sensor, wie zum Beispiel ein Temperatursensor, ausgebildet sein kann. Denkbar ist auch, dass das Gerät 20 eine Kommunikationsschnittstelle 26 aufweisen kann, die zum Senden und Empfangen von Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen ausgebildet ist. An die optionale Kommunikationsschnittstelle 26 kann vorzugsweise ein drahtgebundenes Kommunikationssystem angeschlossen werden, welches eine Kommunikation gemäß einem Schicht-2-Protokoll unterstützt. Wie bereits erwähnt, ist das Gerät 20 beispielsweise gemäß dem Profinet-Protokoll implementiert. Über die
Kommunikationsschnittstelle 26 könnte das Gerät 20 Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen von anderen Geräten des Automatisierungssystems 10 empfangen und Schicht-2- Protokoll-Datenrahmen zu anderen Geräten des Automatisierungssystems übertragen.
In Figur 2 ist das bereits erwähnte beispielhafte Mobilfunknetz-gestützte Automatisierungssystem 10 dargestellt. Das beispielhafte Mobilfunknetz-gestützte Automatisierungssystem 10 kann vorzugsweise auf einem Firmengelände 1 , welches beispielsweise mehrere Gebäude umschließt, installiert sein. Das beispielhafte Mobilfunknetz-gestützte Automatisierungssystem 10 kann beispielsweise das in Figur 1 gezeigte Gerät 20 und wenigstens ein weiteres Gerät, hier ein Gerät 30, aufweisen. Bei dem beispielhaften Automatisierungssystem 10 ist das Gerät 20 beispielsweise als Feldgerät, insbesondere als ein Temperatursensor ausgebildet. In diesem Fall wird für den Betrieb die gemäß einem Schicht-2-Protokoll implementierte Kommunikationsschnittstelle 26 nicht zwingend benötigt. Allerdings ist denkbar, dass eine externe Temperatur-Messeinrichtung Temperaturmesswerte in Schicht-2- Protokoll-Datenrahmen über die Kommunikationsschnittstelle 26 zu dem Gerät 20 überträgt.
Angenommen sei jedoch, dass das Gerät 20 selbst die Temperatur, beispielsweise die Umgebungstemperatur oder die Temperatur einer überwachten Maschine, messen und die entsprechenden Temperaturmessdaten in wenigstens einen Schicht-2-Protokoll- Datenrahmen einfügen kann. Angemerkt sei, dass dem Gerät 20 neben einer MAC- Adresse, welche das Gerät eindeutig identifiziert, auch eine IP-Adresse zugeordnet sein kann. Die MAC-Adresse wird vorzugsweise als Quelladresse in die zu übertragenden Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen eingefügt. Angenommen sei ferner, dass in der SIM-Karte 24 des Geräts 20 als Konfigurationsdaten ein Parameterwert, der als Zieladresse einer Gegenstelle die IP-Adresse des Gerätes 30 repräsentiert, im Rufnummernfeld des Telefonbuchs eingetragen ist. Diesem Parameterwert ist beispielsweise der Parametername „Ziel-IP-Adresse“ zugeordnet, welcher in einem Namensfeld des Telefonbuchs gespeichert ist Durch diese Einträge wird festgelegt, dass Prozessdaten, die in wenigstens einen Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen eingefügt werden, vom Gerät 20 in wenigstens einem IP-Paket zum Gerät 30 übertragen, d.h. getunnelt werden sollen.
Weiterhin sei angenommen, dass im Gerät 20 ein IP-basiertes Tunnelprotokoll implementiert ist, welches einen Datagrammbetrieb unterstützt, gemäß dem zu übertragene Prozessdaten nicht über eine zuvor aufgebaute Tunnelverbindung, sondern in Form einzelner IP-Pakete, die jeweils neben einem Schicht-2-Protokoll- Datenrahmen auch die IP-Adresse des Gerätes 30 enthalten, zum Gerät 30 übertragen werden.
Bei dem Gerät 30 kann es sich vorzugsweise um eine übergeordnete Steuereinrichtung, beispielsweise um eine speicherprogrammierbare Steuerung handeln. Das Gerät 30 kann im Wesentlichen identisch zu dem Gerät 20 aufgebaut sein. Insbesondere kann das Gerät 30 eine Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle 33 aufweisen, die zur Übertragung von Daten gemäß einem Mobilfunkstandard ausgebildet ist. Angemerkt sei, dass die Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle 23 und die Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle 33 gemäß demselben Mobilfunkstandard ausgebildet sind. Die Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle 33 weist vorzugsweise ein Funkmodem und eine damit verbundene Sende/Empfangs-Antenne 32 auf. Weiterhin weist das Gerät 30 eine Speichereinrichtung 35 auf, in welcher ein Programm gespeichert ist, welches ein IP-basiertes Tunnelprotokoll implementiert. Angemerkt sei, dass das in der Speichereinrichtung 25 gespeicherte Programm und das in der Speichereinrichtung 35 gespeicherte Programm dasselbe IP-basierte Tunnelprotokoll implementieren.
Damit das Gerät 30 Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen über ein Mobilfunknetz empfangen und/oder übertragen kann, ist in dem Gerät 30 ein Teilnehmer- Identitätsmodul 34 implementiert, welches vorzugsweise eine herkömmliche SIM-Karte oder ein herkömmliches e-SIM-Modul sein kann. Bei dem nachfolgend beispielhaft erläuterten Gerät 30 sei angenommen, dass eine SIM-Karte als Teilnehmer- Identitätsmodul 34 implementiert worden ist.
Um Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen über ein Mobilfunknetz zu einer vorbestimmten Gegenstelle übertragen oder von einer Gegenstelle empfangen zu können, muss das Gerät 30 für eine Mobilfunkkommunikation und für eine Tunnel-basierte Kommunikation konfiguriert sein. Um eine IP-basierte Tunnelkommunikation zu ermöglichen, sind in dem Teilnehmer-Identitätsmodul 34 Konfigurationsdaten, auch Tunnelkonfigurationsdaten genannt, gespeichert, wobei die Konfigurationsdaten vorzugsweise den Parameternamen „Ziel-IP-Adresse und einen dem Parameternamen zugeordneten Parameterwert, der die IP-Adresse einer Gegenstelle repräsentiert, enthalten. Bei der Gegenstelle kann es sich zum Beispiel um das Gerät 20 handeln, so dass als Parameter eine Ziffernfolge in dem Teilnehmer-Identitätsmodul 31 gespeichert ist, welche die IP-Adresse des Geräts 20 repräsentiert.
Die Konfigurationsdaten können eine vorbestimmte Datenstruktur aufweisen, um vorzugsweise in einer SIM-Karte oder einem e-SIM-Modul gespeichert werden zu können. In an sich bekannter Weise enthält eine SIM-Karte oder ein e-SIM-Modul ein Telefonbuch mit Namens- und Rufnummernfelder, in die normalerweise ein Gesprächspartner und dessen Rufnummer eingetragen werden können. Vorzugsweise io werden nun die Konfigurationsdaten in das Telefonbuch der SIM-Karte 34 eingetragen, wobei vorzugsweise der Parametername „Ziel-IP-Adresse“ in einem Namensfeld und der Parameterwert, welcher die IP-Adresse einer vorbestimmten Gegenstelle darstellt, in einem Rufnummernfeld des Telefonbuchs eingetragen werden.
Weiterhin weist das Gerät 30 eine Steuereinheit 31 auf, die insbesondere dazu ausgebildet ist, den Betrieb des Gerätes 30 zu überwachen und zu steuern. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann das Gerät 30 eine Kommunikationsschnittstelle 36 aufweisen, die gemäß einem Schicht-2-Protokoll implementiert ist. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem Schicht-2-Protokoll um ein Ethernet-basiertes Protokoll, beispielsweise Profinet. An die Kommunikationsschnittstelle 36 kann beispielsweise ein Kommunikationssystem 70 angeschlossen werden, welches eine Kommunikation gemäß einem Schicht-2-Protokoll, beispielsweises dem Profinet, unterstützt. Das Kommunikationssystem 70 umfasst beispielsweise einen Feldbus 72 und wenigstens einen daran angeschlossenen Aktor 71 , dem eine MAC-Adresse zugeordnet ist.
Die Steuereinheit 31 des Geräts 30 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die in der SIM- Karte 34 gespeicherten Konfigurationsdaten, das sind beispielsweise der Parametername „Ziel-IP-Adresse“ und der dazugehörende Parameterwert, der die IP- Adresse des Geräts 20 repräsentiert, abzurufen, in Abhängigkeit von den abgerufenen Konfigurationsdaten den Parameterwert bzw. die entsprechende Ziffernfolge als IP- Adresse des Geräts 20 zu interpretieren und das in der Speichereinrichtung 35 gespeicherte Programm auszuführen, wodurch das Gerät 30 veranlasst wird, wenigstens einen zur Übertragung bereitstehenden Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen in ein IP-Paket einzukapseln und das IP-Paket der Mobilfunk- Kommunikationsschnittstelle 33 zur Übertragung zur Gegenstelle, dass kann das Gerät 20 sein, zu übergeben. Auf diese Weise können für das Gerät 20 bestimmte Daten vom Gerät 30 in Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen eingefügt und dann getunnelt über IP-Pakete über die Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle 33 zum Gerät 20 übertragen werden. In Abhängigkeit von der gewählten Implementation kann die Steuereinheit 31 dazu ausgebildet sein, beispielsweise in den Header jedes zu IP-Pakets, welches zum Gerät 20 übertragen werden soll, den als IP-Adresse interpretierten Parameterwert in Form einer ordnungsgemäßen IP-Adresse einzufügen. Das in Figur 2 beispielhaft gezeigte Automatisierungssystem 10 weist ferner ein Mobilfunknetz 40 auf, welches vorzugsweise vollständig auf dem Fabrikgelände 100 installiert und gemäß einem Mobilfunkstandard implementiert ist. Bei dem beispielhaften Mobilfunknetz 40 kann es sich um ein privates Mobilfunknetz oder um ein öffentliches Mobilfunknetz handeln, welches vom Unternehmen des Automatisierungssystems 10 innerhalb des Automatisierungssystems 10 privat genutzt werden kann. Mit anderen Worten: Das Mobilfunknetz 40 kann zum Beispiel ein firmeneigenes Campus-Funknetz sein oder ein virtuelles privates Mobilfunknetz.
Das Mobilfunknetz 40 weist wenigstens eine Basisstation 50 auf, welche als Sendeempfangsstation zur drahtlosen Kommunikation mit den Geräten 20 und 30 ausgebildet sein kann. Die Basisstation 50 ist vorzugsweise auf dem Fabrikgelände 100 installiert. Die Basisstation 50 ist vorzugsweise mit einer Paketsteuereinheit 60 verbunden, die Teil eines IP-basierten Kernnetzes 80 des Mobilfunknetzes 40 sein kann. Im vorliegenden Beispiel ist die Paketsteuereinheit 60 als externe Einrichtung ausgebildet, welche mit dem Kernnetz 80 verbunden ist. Das IP-basierte Kernnetz 80 kann mehrere über Leitungen verbundene Router (nicht dargestellt) aufweisen, um IP- Pakete durch das Kernnetz 80 leiten zu können. Ferner kann das IP-basierte Kernnetz 80 ein Randnetzelement 110 beispielsweise in Form eines Gateways oder Randrouters 110 aufweisen. Bereits an dieser Stelle sei erwähnt, dass es sich bei dem Randnetzelement 110 um eine Gegenstelle handeln kann, an die in Abhängigkeit der gewählten Tunnelkonfiguration beispielsweise das Gerät 20 IP-Datenpakete, welche jeweils ein Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen einkapseln, übertragen kann. Hierzu kann dem Randnetzelement 110 eine IP-Adresse zugeordnet werden, die beispielsweise in einer Speichereinrichtung 111 abgelegt sein kann. Ferner kann das Randnetzelement
110 eine erste Kommunikationsschnittstelle 112 aufweisen, die gemäß dem IP- Protokoll implementiert ist. Die Kommunikationsschnittstelle 112 ist dazu ausgebildet, über die Basisstation 50 empfangene und das IP-basierte Kernnetz 80 weitergeleitete IP-Datenpakete zu empfangen. Weiterhin kann das Randnetzelement 110 eine zweite Kommunikationsschnittstelle 113 aufweisen, die gemäß einem Schicht-2-Protokoll implementiert ist. Dem Schicht-2-Protokoll kann es sich um ein Ethernet-basiertes Protokoll, beispielsweise das Profinet-Protokoll handeln. In der Speichereinrichtung
111 kann ferner ein Programm gespeichert sein, welches das IP-basierte Tunnelprotokoll implementiert, welches auch durch das in der Speichereinrichtung 25 bzw. 35 abgelegte Programm implementiert ist. Der Betrieb des Randnetzelements 110 wird von einer Steuereinheit 114 überwacht und gesteuert.
Nunmehr wird die Funktionsweise des in Figur 2 gezeigten Mobilfunknetz-gestützten Automatisierungssystems 10 näher erläutert.
In einem ersten Szenario sei angenommen, dass Prozessdaten, beispielsweise Temperaturdaten vom als Sensor fungierenden Gerät 20 zum Gerät 30 übertragen werden sollen. Aufgrund der in dem Teilnehmer-Identitätsmodul 24 gespeicherten Tunnel-Konfigurationsdaten, die zum Beispiel den Parameternamen „Ziel-IP-Adresse“ und einen Parameterwert, der die IP-Adresse des Geräts 30 repräsentiert, enthalten, weiß das Gerät 20, dass Prozessdaten über das Mobilfunknetz 40 zum Gerät 30 übertragen werden sollen.
Liegen nunmehr Prozessdaten, z. B. Temperaturmessdaten im Gerät 20 vor, so werden diese vom Gerät 20 beispielsweise in einen einzigen Schicht-2-Protokoll- Datenrahmen eingefügt, wobei in dem vorliegenden Beispiel das Profinet-Protokoll als Schicht-2-Protokoll verwendet wird. Zudem sei beispielhaft angenommen, dass in den Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen neben den Prozessdaten auch die MAC-Adresse des Gerätes 20 eingefügt werden.
Die Steuereinheit 21 kann dazu ausgebildet sein, zunächst den Parameternamen und den dazugehörenden Parameterwert aus der SIM-Karte 24 auszulesen, den Parameterwert in Abhängigkeit von dem Parameternamen z.B. als IP-Adresse des Geräts 30 zu interpretieren, und in Abhängigkeit hiervon das in der Speichereinrichtung 25 hinterlegte Programm auszuführen, wodurch das Gerät 20 veranlasst wird, den die Prozessdaten enthaltenen Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen in ein IP-Paket einzukapseln, welches ebenfalls den aus dem Teilnehmer-Identitätsmodul ausgelesenen Parameter in Form der IP-Adresse des Gerätes 30 enthält. Das IP-Paket wird der Mobil-Kommunikationsschnittstelle 23 übergeben und dann mittels der Antenne 21 gemäß dem implementiert Mobilfunkstandard über eine Funkverbindung zur Basisstation 50 des privaten Mobilfunknetzes 40 übertragen. Gemäß einer beispielhaften Implementierung wird das empfangene IP-Paket 50 der Paketsteuereinrichtung 60 zugeführt, die anhand der IP-Adresse, welche in dem IP- Paket enthalten ist, erkennt, dass die gewünschte Gegenstelle, also das Gerät 30, über die Basisstation 50 erreicht werden kann. Die Paketsteuereinrichtung 60 veranlasst nunmehr die Übertragung des vom Gerät 20 empfangenen IP-Pakets über die Basisstation 50 zum Gerät 30.
Das Gerät 30 ist dazu ausgebildet, über die Antenne 32 und die Mobilfunk- Kommunikationsschnittstelle 33 das IP-Paket zu empfangen. Unter Ausführung des in der Speichereinrichtung 35 hinterlegten Programms, welches ebenfalls das IP-basierte Tunnelprotokoll implementiert, veranlasst die Steuereinrichtung 31 das Gerät 30, den Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen, welches in dem IP Paket enthalten ist, zu entkapseln und beispielsweise die in dem Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen enthaltenen Prozessdaten auszulesen und je nach Implementierung zu verarbeiten.
Beispielsweise kann das Gerät 30 aus den empfangenen Prozessdaten entsprechende Steuerdaten für den Aktor 71 berechnen. Das Gerät 30 kann in diesem Fall derart konfiguriert und ausgebildet sein, die Steuerdaten, welche in Abhängigkeit der empfangenen Prozessdaten erzeugt worden sind, in einem Schicht-2-Protokoll- Datenrahmen, im vorliegenden Fall ein Profinet-Datenrahmen, über die Kommunikationsschnittstelle 36 und den Feldbus 72 zum Aktor 71 übertragen werden. Hierzu wird eine Zuordnung zwischen der MAC-Adresse des Geräts 20 und der MAC- Adresse des Aktors 71 in dem Gerät 30 gespeichert, auf die die Steuereinheit 31 zugreifen kann. Da die Steuereinheit 30 ferner dazu ausgebildet sein kann, die in einem Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen, welcher in einem IP-Paket vom Gerät 20 empfangen worden ist, enthaltene MAC-Adresse des Geräts 20 auszulesen, kann sie ermitteln, dass zwischen dem Gerät 20 und dem Aktor 30 eine prozessrelevante Verknüpfung vorliegt.
Nunmehr wird ein zweites beispielhaftes Szenario betrachtet. Angenommen sei, dass Prozessdaten, beispielsweise Temperaturdaten vom als Sensor fungierenden Gerät 20 zum Randnetzelement 110 übertragen werden sollen. Aufgrund der in dem Teilnehmer-Identitätsmodul 24 gespeicherten Tunnel-Konfigurationsdaten, die beispielsweise den Parameternamen „Ziel-IP-Adresse“ und den dazugehörenden Parameterwert, der als IP-Adresse der Gegenstelle nunmehr die IP-Adresse des Randnetzelements 110 repräsentiert, enthalten, weiß das Gerät 20, dass Prozessdaten über das Mobilfunknetz 40 zum Randnetzelement 110 übertragen werden sollen. Liegen nunmehr Prozessdaten, z. B. Temperaturmessdaten im Gerät 20 vor, so werden diese vom Gerät 20 beispielsweise in einen einzigen Schicht-2-Protokoll- Datenrahmen eingefügt, wobei in dem vorliegenden Beispiel das Profinet als Schichte- Protokoll verwendet wird. Zudem sei beispielhaft angenommen, dass in den Schichte- Protokoll-Datenrahmen neben den Prozessdaten auch die MAC-Adresse des Gerätes 20 und die MAC-Adresse des Aktors 102 eingefügt werden.
Die Steuereinheit 21 kann dazu ausgebildet sein, zunächst den Parameternamen und den dazugehörenden Parameterwert aus der SIM-Karte 24 auszulesen, den Parameterwert in Abhängigkeit von dem Parameternamen als IP-Adresse des Geräts 110 zu interpretieren, und in Abhängigkeit hiervon das in der Speichereinrichtung 25 hinterlegte Programm auszuführen, wodurch das Gerät 20 veranlasst wird, den die Prozessdaten enthaltenen Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen in ein IP-Paket einzukapseln, welches ebenfalls den aus dem Teilnehmer-Identitätsmodul ausgelesenen Parameter in Form der IP-Adresse des Randelements 110 enthält. Das IP-Paket wird der Mobil-Kommunikationsschnittstelle 23 übergeben und dann mittels der Antenne 21 gemäß dem implementiert Mobilfunkstandard über eine Funkverbindung zur Basisstation 50 des privaten Mobilfunknetzes 40 übertragen.
Gemäß einer beispielhaften Implementierung wird das empfangene IP-Paket 50 der Paketsteuereinrichtung 60 zugeführt, die anhand der IP-Adresse, welche in dem IP- Paket enthalten ist, erkennt, dass die gewünschte Gegenstelle, also das Randnetzelement 110, über das IP-basierte Kernnetz 80 erreicht werden kann. Die Paketsteuereinrichtung 60 veranlasst nunmehr die Übertragung des vom Gerät 20 empfangenen IP-Pakets über das IP-basierte Kernnetz 80 zur Kommunikationsschnittstelle 112 des Randnetzelements 110. Unter Ausführung des in der Speichereinrichtung 111 hinterlegten Programms, welches das IP-basierte Tunnelprotokoll implementiert, veranlasst die Steuereinheit 114 das Randnetzelement 110 das im empfangenen IP-Paket enthaltene Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen zu entkapseln. Die Steuereinrichtung 114 kann dazu ausgebildet sein, das entkapselte Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen über die Kommunikationsschnittstelle 113 auf den Feldbus 101 auszugeben. Der an den Feldbus 101 angeschlossene Aktor 102 ist beispielsweise dazu ausgebildet, die in dem Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen enthaltenen MAC-Adressen auszulesen und zu erkennen, dass der Schicht-2- Protokoll-Datenrahmen für ihn bestimmt ist. Der Aktor 102 kann ferner dazu ausgebildet sein, die in dem Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen enthaltenen Prozessdaten auszulesen und entsprechend verarbeiten. Beispielsweise kann der Aktor 102 ein intelligenter Aktor sein, der dazu ausgebildet sein kann, Steuerdaten für eine angeschlossene Maschine aus den Prozessdaten zu berechnen.
Angemerkt sei, dass das beispielhafte Mobilfunknetz-gestützte Automatisierungssystem 10 bzw. dessen Komponenten auch weit verteilt auf einem offenen Gebiet implementiert sein könnten.
So könnte zum Beispiel das Gerät 30 als zentrale Steuerung fungieren, um Pegelstände eines Flusslaufs überwachen zu können. Vorzugsweise würde in diesem Fall das Mobilfunknetz 40 ein öffentliches Mobilfunknetz sein. Pegel-Messstellen könnten weit verteilt am Fluss entlang aufgestellt sein, um die Pegelstände zu messen. Eine solche Pegel-Messstelle könnte beispielsweise das Gerät 20 sein, welches entsprechend modifiziert wird. Das Gerät 20 könnte dann einen gemessenen Pegelstand in der zuvor beschriebenen Weise über das Mobilfunknetz 40 zum Gerät 30 übertragen werden. Denkbar wäre, dass das als Steuerung fungierende Gerät 30 in Abhängigkeit von dem vom Gerät 20 gemessenen Pegelstand den von den weiteren Pegel-essstellen empfangenen Messwerten Steuerdaten erzeugt, um beispielsweise ein Fluttor anzusteuern. Ein solches Fluttor könnte beispielsweise durch den Aktor 102 realisiert werden. In diesem Fall würde das Gerät 30 entsprechende Steuerdaten über das Mobilfunknetz 40 und das Randnetzelement 110 zum Aktor 102 übertragen. Denkbar wäre aber auch, dass das zu einer Pegel-Messstelle umgebaute Gerät 20 seine Pegelmesswerte selbst in einer Weise zum Aktor 102 überträgt, die der weiter oben beschriebenen entspricht.
Zumindest einige der zuvor beispielhaft erläuterten Aspekte werden nachfolgen noch einmal zusammengefasst:
Gemäß einem vorteilhaften Aspekt wird ein Gerät 20, 30 zum Einsatz in einem Mobilfunknetz-gestützten Automatisierungssystem 10 geschaffen, wobei das Gerät 20, 30 folgende Merkmale aufweisen kann:
- eine Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle 23, 33, welche vorzugsweise zur drahtlosen Datenübertragung gemäß einem Mobilfunkstandard ausgebildet ist,
- eine Speichereinrichtung 25, 35, in welcher ein Programm gespeichert ist, welches ein IP-basiertes Tunnelprotokoll implementiert,
- ein Teilnehmer-Identitätsmodul 24, 34, in dem Konfigurationsdaten gespeichert sind, wobei die Konfigurationsdaten wenigstens einen Parameternamen und einen dem wenigstens einen Parameternamen zugeordneten Parameterwert, der die IP-Adresse einer Gegenstelle 30 und/oder 110 repräsentiert, enthalten, und
- eine Steuereinheit 21, die dazu ausgebildet ist, die im Teilnehmer- Identifikationsmodul 24 gespeicherten Konfigurationsdaten abzurufen, in Abhängigkeit von den abgerufenen Konfigurationsdaten das gespeicherte Programm auszuführen und unter Ausführung des gespeicherten Programms das Gerät zu veranlassen, wenigstens einen zur Übertragung bereitstehenden Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen in ein IP-Paket einzukapseln und das IP-Paket der Mobilfunk- Kommunikationsschnittstelle zur Übertragung zur Gegenstelle zu übergeben.
Erwähnt sei, dass die Konfigurationsdaten mehrere Parameter, die jeweils die IP- Adressen weiterer Gegenstellen repräsentieren können, und dazugehörende Parameternamen enthalten können. Dies bedeutet ferner, dass die Steuereinheit 21, 31 dazu ausgebildet sein kann, wenigstens einen zur Übertragung bereitstehenden Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen in ein IP-Paket einzukapseln und das IP-Paket der Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle zur Übertragung zu wenigstens einer Gegenstelle zu übergeben.
Vorteilhafterweise können die Konfigurationsdaten weitere Parameterwerte, wie zum Beispiel einen Parameterwert für die Länge der zu übertragenden IP-Pakete, und verschiedene Parameternamen, die zum Beispiel auf die IP-Adresse einer Gegenstelle und/oder die Länge eines IP-Pakets hinweisen, enthalten.
Vorteilhafterweise kann die Steuereinheit 21 dazu ausgebildet sein, unter Ansprechen auf den wenigstens einen Parameternamen den dazugehörenden Parameterwert als die IP-Adresse der Gegenstelle 30 und/oder 110 zu interpretieren und in eine formal korrekte IP-Adresse umzuwandeln, sowie die umgewandelte IP-Adresse in ein Headerfeld des zu übertragenden IP-Pakets einzufügen.
Vorteilhafterweise kann das Teilnehmer-Identitätsmodul 24, 34 eine SIM-Karte oder ein e-SIM-Modul sein, in der bzw. in dem die Konfigurationsdaten in einer vorbestimmten Datenstruktur gespeichert sind. Vorteilhafterweise enthält das Teilnehmer-Identitätsmodul 24, 34 ein Telefonbuch, wobei der wenigstens eine Parametername in einem Namensfeld und der dem wenigstens einen Parameternamen zugeordnete Parameterwert in einem Rufnummernfeld des Telefonbuchs eingetragen sein können.
Vorzugsweise kann das Gerät 20, 30 dazu ausgebildet sein, ein einen Schicht-2- Protokoll-Datenrahmen enthaltenes IP-Paket, welches gemäß dem IP-basierten Tunnelprotokoll gebildet worden ist, an der Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle 23 bzw. 33 zu empfangen, zu entkapseln und den Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen zur weiteren Verarbeitung bereitzustellen.
Das Gerät 20, 30 kann eine Kommunikationsschnittstelle 26 bzw. 36 aufweisen, die zum Senden und Empfangen von Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen ausgebildet ist.
Die Kommunikationsschnittstelle 26 bzw. 36 kann zum Verbinden mit einem gemäß einem Schicht-2-Protokoll implementierten Kommunikationssystem, beispielsweise ein Feldbussystem, ausgebildet sein.
Vorzugsweise sind die Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen Ethernet-Protokoll- Datenrahmen, wobei die Kommunikationsschnittstelle 26, 36 gemäß einem Ethernet- Protokoll ausgebildet sein kann.
Das Gerät 20 bzw. 30 kann zum Beispiel als ein Router, ein Feldgerät - z.B. ein Sensor oder Aktor -, ein Steuerungsgerät oder als ein I/O-Modul ausgebildet sein.
Das IP-basiertes Tunnelprotokoll kann beispielsweise das Generic Routing Encapsulation (GRE)-Netzwerkprotokoll, ein VPN (Virtuelles Privates Netzwerk- Protokoll, ein IPsec-Protokoll, ein L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol sein.
Gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt wird ein Mobilfunknetz-gestütztes Automatisierungssystem 10 geschaffen, welches folgende Merkmale aufweisen kann:
- wenigstens eine Gegenstelle 30 und/oder 110, welcher eine IP-Adresse zugeordnet ist,
- wenigstens ein erstes Gerät 20, welches gemäß einem der vorstehenden Aspekte ausgebildet ist, wobei in dem Teilnehmer-Identitätsmodul 24 des ersten Geräts 20 Konfigurationsdaten gespeichert sind, wobei die Konfigurationsdaten wenigstens einen Parameternamen und einen dem wenigstens einen Parameternamen zugeordneten Parameterwert, der die IP-Adresse einer Gegenstelle 30 und/oder 110 repräsentiert, enthalten, - ein Mobilfunknetz 40, wobei die Steuereinheit 21 des ersten Geräts 20 dazu ausgebildet ist, die in dem Teilnehmer- Identitätsmodul 24 gespeicherten Konfigurationsdaten abzurufen, in Abhängigkeit von den Konfigurationsdaten das gespeicherte Programm auszuführen und unter Ausführung des gespeicherten Programms das erste Gerät 20 zu veranlassen, wenigstens einen zur Übertragung bereitstehenden Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen in ein IP-Paket einzukapseln und das IP-Paket über die Mobilfunk- Kommunikationsschnittstelle (23) und das Mobilfunknetz 40 zur Gegenstelle 30 und/oder 110 zu übertragen.
Die Gegenstelle kann ein zweites Gerät 30, welches nach einem der obigen beispielhaften Aspekten ausgebildet sein kann, sein, wobei das zweite Gerät 30 dazu ausgebildet ist, das vom ersten Gerät 20 übertragene IP-Paket, welches gemäß dem IP-basierten Tunnelprotokoll gebildet worden ist, an der Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle 33 des zweiten Geräts 30 zu empfangen, zu entkapseln und den im IP-Paket enthaltenen Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen zur weiteren Verarbeitung bereitzustellen.
Vorzugsweise kann das Mobilfunknetz 40 ein IP-basiertes Kernnetz 80 aufweisen, wobei die Gegenstelle ein Randnetzelement 110, insbesondere ein Rand-Router des IP-basierten Kernnetzes 80 sein kann und folgende Merkmale aufweisen kann:
- eine erste gemäß einem Schicht-2-Protokoll implementierte Kommunikationsschnittstelle 113,
- eine zweite gemäß dem IP-Protokoll implementierte Kommunikationsschnittstelle 112, wobei die erste Kommunikationsschnittstelle (113) zum Verbinden mit einem gemäß dem Schicht-2-Protokoll implementierten Kommunikationssystem 100, insbesondere einem Feldbussystem, ausgebildet ist,
- eine Speichereinrichtung 111 , in welcher ein Programm, welches das IP-basierte Tunnelprotokoll implementiert, wobei die Gegenstelle 110 dazu ausgebildet sein kann, das vom ersten Gerät 20 übertragene IP-Paket, welches gemäß dem IP-basierten Tunnelprotokoll gebildet worden ist, an der zweiten Kommunikationsschnittstelle 112 zu empfangen, zu entkapseln und den im IP- Paket enthaltenen Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen zur Weiterleitung über die erste Kommunikationsschnittstelle 113 bereitzustellen. Vorzugsweise ist das Mobilfunknetz 40 ein privates Mobilfunknetz ist. Das Mobilfunknetz 40 kann aber auch ein öffentliches Mobilfunknetz sein.
Vorzugsweise ist das Mobilfunk-gestützte Automatisierungssystem 10 auf einem Firmengelände installiert. Das Mobilfunk-gestützte Automatisierungssystem 10 kann aber auch weit verteilt auf einem offenen Gelände installiert sein.

Claims

Patentansprüche
1. Gerät (20) zum Einsatz in einem Mobilfunknetz-gestützten Automatisierungssystem (10), wobei das Gerät (20) folgende Merkmale aufweist:
- eine Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle (23),
- eine Speichereinrichtung (25), in welcher ein Programm gespeichert ist, welches ein IP-basiertes Tunnelprotokoll implementiert,
- ein Teilnehmer-Identitätsmodul (24), in dem Konfigurationsdaten gespeichert sind, wobei die Konfigurationsdaten wenigstens einen Parameternamen und einen dem wenigstens einen Parameternamen zugeordneten Parameterwert, der die IP-Adresse einer Gegenstelle (30, 110) repräsentiert, enthalten, und
- eine Steuereinheit (21), die dazu ausgebildet ist, die im Teilnehmer- Identifikationsmodul (24) gespeicherten Konfigurationsdaten abzurufen, in Abhängigkeit von den abgerufenen Konfigurationsdaten das gespeicherte Programm auszuführen und unter Ausführung des gespeicherten Programms das Gerät (20) zu veranlassen, wenigstens einen zur Übertragung bereitstehenden Schicht-2-Protokoll- Datenrahmen in ein IP-Paket einzukapseln und das IP-Paket der Mobilfunk- Kommunikationsschnittstelle zur Übertragung zur Gegenstelle (30, 110) zu übergeben.
2. Gerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Teilnehmer-Identitätsmodul (24) eine SIM-Karte oder ein e-SIM-Modul ist, in der bzw. in dem die Konfigurationsdaten in einer vorbestimmten Datenstruktur gespeichert sind.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilnehmer-Identitätsmodul (24) ein Telefonbuch enthält, wobei der wenigstens eine Parametername in einem Namensfeld und der Parameterwert in einem Rufnummernfeld des Telefonbuchs eingetragen sind.
4. Gerät einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät (20) dazu ausgebildet ist, ein einen Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen enthaltenes IP-Paket, welches gemäß dem IP-basierten Tunnelprotokoll gebildet worden ist, an der Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle (23) zu empfangen, zu entkapseln und den Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen zur weiteren Verarbeitung bereitzustellen.
5. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kommunikationsschnittstelle (26), die zum Senden und Empfangen von Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen ausgebildet ist.
6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsschnittstelle (26) zum Verbinden mit einem gemäß einem Schicht-2-Protokoll implementierten Kommunikationssystem, insbesondere ein Feldbussystem, ausgebildet ist.
7. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen Ethernet-Protokoll-Datenrahmen sind und dass die Kommunikationsschnittstelle (26) gemäß einem Ethernet-Protokoll ausgebildet ist.
8. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät (20) als ein Router, ein Feldgerät, ein Steuerungsgerät oder als ein I/O-Modul ausgebildet ist.
9. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das IP-basiertes Tunnelprotokoll das Generic Routing Encapsulation (GRE)- Netzwerkprotokoll, ein VPN (Virtuelles Privates Netzwerk)-Protokoll, ein IPsec- Protokoll, ein L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol ist. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (21) dazu ausgebildet ist, unter Ansprechen auf den wenigstens einen Parameternamen den dazugehörenden Parameterwert als die IP-Adresse der Gegenstelle (30, 110) zu interpretieren und diese IP- Adresse in ein Headerfeld des übertragenden IP-Pakets einzufügen. Mobilfunknetz-gestütztes Automatisierungssystem (10), aufweisend:
- wenigstens eine Gegenstelle (30, 110), weicher eine IP-Adresse zugeordnet ist,
- wenigstens ein erstes Gerät (20), welches gemäß einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist, wobei in dem Teilnehmer-Identitätsmodul (24) des ersten Geräts (20) Konfigurationsdaten gespeichert sind, wobei die Konfigurationsdaten wenigstens einen Parameternamen und einen dem wenigstens einen Parameternamen zugeordneten Parameterwert, der die IP- Adresse einer Gegenstelle (30, 110) repräsentiert, enthalten,
- ein Mobilfunknetz (40), wobei die Steuereinheit (21) des ersten Geräts (20) dazu ausgebildet ist, die in dem Teilnehmer-Identitätsmodul (24) gespeicherten Konfigurationsdaten abzurufen, in Abhängigkeit von den abgerufene Konfigurationsdaten das gespeicherte Programm auszuführen und unter Ausführung des gespeicherten Programms das erste Gerät (20) zu veranlassen, wenigstens einen zur Übertragung bereitstehenden Schicht-2-Protokoll- Datenrahmen in ein IP-Paket einzukapseln und das IP-Paket über die Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle (23) und das Mobilfunknetz (40) zur Gegenstelle (30, 40) zu übertragen. Mobilfunknetz-gestütztes Automatisierungssystem nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenstelle ein zweites Gerät (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ist, und dass das zweite Gerät (30) dazu ausgebildet ist, das vom ersten Gerät (20) übertragene IP-Paket, welches gemäß dem IP-basierten Tunnelprotokoll gebildet worden ist, an der Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle (33) des zweiten Geräts (30) zu empfangen, zu entkapseln und den im IP-Paket enthaltenen Schicht-2-Protokoll-Datenrahmen zur weiteren Verarbeitung bereitzustellen.
13. Mobilfunknetz-gestütztes Automatisierungssystem nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Mobilfunknetz (40) ein IP-basiertes Kernnetz (80) aufweist, wobei die Gegenstelle ein Randnetzelement (110), insbesondere ein Rand-Router des IPbasierten Kernnetzes (80) ist und folgende Merkmale aufweist:
- eine erste gemäß einem Schicht-2-Protokoll implementierte Kommunikationsschnittstelle (113),
- eine zweite gemäß dem IP-Protokoll implementierte Kommunikationsschnittstelle (112), wobei die erste Kommunikationsschnittstelle (113) zum Verbinden mit einem gemäß dem Schicht-2-Protokoll implementierten Kommunikationssystem (100), insbesondere einem Feldbussystem, ausgebildet ist,
- eine Speichereinrichtung (111), in welcher ein Programm, welches das IPbasierte Tunnelprotokoll implementiert, wobei die Gegenstelle (110) dazu ausgebildet ist, das vom ersten Gerät (20) übertragene IP-Paket, welches gemäß dem IP-basierten Tunnelprotokoll gebildet worden ist, an der zweiten Kommunikationsschnittstelle (112) zu empfangen, zu entkapseln und den im IP-Paket enthaltenen Schicht-2- Protokoll-Datenrahmen zur Weiterleitung über die erste Kommunikationsschnittstelle (113) bereitzustellen.
14. Mobilfunknetz-gestütztes Automatisierungssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Mobilfunknetz (40) ein privates Mobilfunknetz ist.
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