ES2962845T3

ES2962845T3 - Procedimiento para operar de forma segura una instalación de ingeniería ferroviaria y nodo de red de una red de datos

Info

Publication number: ES2962845T3
Application number: ES20150501T
Authority: ES
Inventors: Stephan Griebel
Original assignee: Siemens Mobility GmbH
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2020-01-07
Publication date: 2024-03-21
Anticipated expiration: 2040-01-07
Also published as: EP3686080C0; DE102019200777A1; EP3686080A1; EP3686080B1

Abstract

La invención se refiere a un método para operar de forma segura un sistema ferroviario (1), en el que se almacena un estado de al menos un elemento de ruta (3) del sistema ferroviario (1) y un valor representativo del estado. Para simplificar el procedimiento, la invención prevé que el estado o el valor representativo del estado se almacene en una base de datos distribuida (8). La invención también se refiere a un nodo de red de una red de datos en un sistema ferroviario (1). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para operar de forma segura una instalación de ingeniería ferroviaria y nodo de red de una red de datos

La presente invención hace referencia a un procedimiento para operar de forma segura una instalación de ingeniería ferroviaria, en el cual se almacena un estado de al menos un elemento de vía de la instalación de ingeniería ferroviaria o un valor representativo para el estado.

En una instalación de ingeniería ferroviaria que por ejemplo presenta una instalación externa de un puesto de enclavamiento, se registran los estados de elementos de la instalación externa de un puesto de enclavamiento. Esos elementos son por ejemplo señales luminosas, agujas, contadores de ejes y similares. Un estado definido de esos elementos es por ejemplo la indicación de una señal mostrada, o la posición ajustada de las agujas. Los estados de los elementos de la instalación externa de un puesto de enclavamiento se registran y, por ejemplo, se verifican para una operación segura o una visualización segura. Los estados de los elementos, por ejemplo, se utilizan como base para un control seguro del itinerario mediante los ordenadores del puesto de enclavamiento, y para una visualización segura en los ordenadores del puesto de enclavamiento. Para una operación o una visualización seguras debe asegurarse que el operador, como por ejemplo un guardagujas, sólo reciba los estados que realmente también estén configurados. Puesto que el hecho de que los operadores dispongan de información incorrecta sobre los estados podría tener consecuencias serias, hasta el momento, eventualmente, garantizar una operación segura implicaba una complejidad elevada.

La utilización de una cadena de bloques en el área ferroviaria es conocida por Feras Naser: "REVIEW: THE POTENTIAL USE OF BLOCKCHAIN TECHNOLOGY IN RAILWAY APPLICATIONS: AN INTRODUCTION OF A MOBILITY AND SPEECH RECOGNITION PROTOTYPE", 2018 IEEE International Conference on Big Data (Big Data) -Conferencia Internacional del Big Data 2018 IEEE-, 01/12/2018, páginas 4516-4524.

Por tanto, el objeto de la presente invención consiste en proporcionar un procedimiento simplificado para operar de forma segura una instalación de ingeniería ferroviaria de la clase mencionada en la introducción.

El objeto relativo al procedimiento mencionado en la introducción se soluciona mediante el objeto de la reivindicación 1.

Esto ofrece la ventaja de que la información almacenada en una base de datos distribuida es fiable y puede suprimirse una verificación adicional de la información. Gracias a esto puede reducirse la complejidad para una operación segura, de modo que los procedimientos aplicados pueden simplificarse.

Por una base de datos distribuida, que también se denomina Distributed Ledger Technologie (Tecnología de contabilidad distribuida), se entiende una base de datos distribuida en varias ubicaciones, regiones o participantes. Todos los participantes de esa base de datos descentralizada pueden mostrar todos los conjuntos de datos. La tecnología ofrece un historial, que puede verificarse, de toda la información que está almacenada en los conjuntos de datos determinados. En una base de datos distribuida, cada participante procesa y verifica una transacción o una información, y debido a ello genera un registro de ese elemento, y crea un acuerdo sobre su veracidad. Una base de datos distribuida, en una de varias posibilidades, por ejemplo puede estar diseñada como una cadena de bloques. Por una blockchain, por tanto una cadena de bloques, habitualmente se entiende una lista, que puede ampliarse de forma continua, de conjuntos de datos denominados como bloques, que están encadenados entre sí mediante procedimientos criptográficos. Generalmente cada bloque contiene un valor de hash criptográficamente seguro del bloque precedente, y eventualmente una marca de tiempo y otros datos de transacción. La cadena de bloques es generada por un así llamado minero (de minería de datos) y se distribuye en todos los participantes de la base de datos distribuida.

Gracias a la seguridad de una base de datos, debido a su construcción, es posible confiar en la corrección de los estados almacenados de los elementos de vía. Con ello, también se pueden eliminar los procedimientos de protección anteriores, condicionados debido a una falta de fiabilidad, simplificando el sistema de ingeniería ferroviaria en su conjunto. El estado, así como el valor representativo del estado, se encuentra presente esencialmente del mismo modo en cada participante de la base de datos distribuida.

En el caso de una modificación del estado del elemento de vía, ese estado modificado o el valor del elemento de vía representativo para el estado modificado se almacena en la base de datos distribuida, de manera que la modificación puede detectarse, al menos en un tiempo suficiente. Cada nuevo conjunto de datos, mediante un estado modificado, contiene una marca de tiempo real, con la que una modificación con respecto a un instante anterior puede detectarse con facilidad. Si como base de datos distribuida se utiliza una cadena de bloques, el estado modificado puede añadirse a la cadena de bloques existente y puede distribuirse en todos los participantes. Además, los estados antiguos pueden leerse en los bloques anteriores.

Para asegurar que durante la acción operativa los estados se mantengan iguales, según la invención, la operación es solicitada mediante al menos una primera entrada y una segunda entrada, posterior a la primera entrada, de al menos un operador, y la operación se realiza sólo si el estado almacenado en la base de datos distribuida o el valor representativo del estado del elemento de vía no se ha modificado entre la primera entrada y la segunda entrada. Por ejemplo, la primera entrada tiene lugar al inicio de una acción operativa y la segunda entrada termina la acción operativa. Mediante esta forma de ejecución se asegura que los estados de los elementos de vía no se hayan modificado durante la acción operativa. Si se determina una modificación entre la primera y la segunda entrada, la realización de la acción operativa puede bloquearse y puede solicitarse una nueva verificación mediante el operador. La solución según la invención puede perfeccionarse mediante configuraciones ventajosas que se describen a continuación.

En una configuración ventajosa, el estado o el valor representativo del estado se almacena en una cadena de bloques. La tecnología de cadena de bloques es una forma de ejecución especial de una base de datos distribuida, en la que estados modificados se almacenan y se distribuyen en un bloque de la cadena de bloques. Una cadena de bloques ofrece una seguridad muy elevada, ya que los bloques con los estados no pueden modificarse de forma posterior, debido a lo cual es muy fiable.

Para mantener reducida la complejidad en cuanto al almacenamiento de datos en la base de datos distribuida y en particular en la cadena de bloques, el estado almacenado en la base de datos distribuida o el valor representativo del estado puede verificarse mediante un método de prueba de autoridad, en particular mediante una PKI - Public Key Infrastructure (del inglés, infraestructura de clave pública). Mediante la PKI puede verificarse si el estado almacenado o los estados fueron configurados por un participante fiable, a saber, por el minero. Por ejemplo, en una red ferroviaria se puede autorizar a un ordenador determinado a crear nuevos bloques. Ese ordenador utiliza su PKI, de manera que los ordenadores restantes en la red de datos, mediante la PKI, reconocen que el ordenador autorizado y fiable ha creado los datos.

Además, la invención hace referencia a un nodo de red de una red de datos en una instalación de ingeniería ferroviaria con al menos una memoria con las características de la reivindicación 4. Según la invención, para solucionar el objeto indicado en la introducción se prevé que el nodo de red esté diseñado como parte de una base de datos distribuida, en la que está almacenado un estado de al menos un elemento de vía de la instalación de ingeniería ferroviaria o un valor representativo para el estado, y el nodo de red está diseñado para almacenar un estado modificado o un valor del elemento de vía representativo para el estado modificado en la base de datos distribuida de manera que la modificación puede detectarse. Esto ofrece la ventaja antes descrita con respecto a que las modificaciones de un estado pueden detectarse con facilidad en la base de datos distribuida.

Según la invención, el nodo de red está diseñado para operar la instalación de ingeniería ferroviaria mediante al menos una primera entrada y una segunda entrada posterior a la primera, de al menos un operador, donde la operación se realiza sólo si mediante la lectura de la primera base de datos distribuida no fue detectada ninguna modificación del estado ni del valor representativo del estado del elemento de vía entre la primera entrada y la segunda entrada. Esto ofrece la ventaja de que igualmente puede verificarse que los estados de los elementos de vía no se han modificado durante una acción operativa del operador, por ejemplo del guardagujas.

Por último, la invención también hace referencia a una instalación de ingeniería ferroviaria con al menos una red de datos con las características de la reivindicación 5. Según la invención, la red de datos presenta al menos un nodo de red según la reivindicación 4.

A continuación, la invención se explica con relación a los dibujos que se adjuntan.

Muestran:

Figura 1 una representación esquemática de una forma de ejecución a modo de ejemplo de la instalación de ingeniería ferroviaria según la invención;

Figura 2 una representación esquemática de una forma de ejecución a modo de ejemplo de un procedimiento según la invención para operar la instalación de la figura 1;

Figura 3 otra representación esquemática de la forma de ejecución a modo de ejemplo del procedimiento según la invención de la figura 2.

La figura 1 muestra una instalación de ingeniería ferroviaria 1 que comprende una red de datos 2 y varios elementos de vía 3. Los elementos de vía 3 aquí por ejemplo pueden formar parte de una instalación externa de un puesto de enclavamiento. Los elementos de vía 3, por ejemplo, pueden ser señales luminosas, agujas, contadores de ejes, circuitos de la vía o similares.

La instalación de ingeniería ferroviaria 1 comprende además distintos nodos de red 4 que están conectados unos con otros y conforman la red de datos 2. Los nodos de red 4, a su vez, se conforman mediante distintos dispositivos de cálculo, como un ordenador de control y de visualización 5, un ordenador de un puesto de enclavamiento 6 y varios ordenadores de elementos 7. El ordenador de control y de visualización 5, por ejemplo, está dispuesto en un centro de control de la instalación de ingeniería ferroviaria 1 y controla la visualización de la instalación de ingeniería ferroviaria 1 en ese centro de control. El ordenador del puesto de enclavamiento 6 está diseñado para las tareas habituales del puesto de enclavamiento, y los ordenadores de elementos 7 forman parte de los elementos de vía y, por ejemplo, también están proporcionados para controlar los mismos.

Los nodos de red 4 forman juntos una base de datos distribuida 8 que aquí, por ejemplo, es una cadena de bloques que está distribuida en cada nodo de red. La cadena de bloques, por tanto, está disponible en todos los nodos de red 4.

A continuación se describe el procedimiento según la invención para operar la instalación 1:

Durante el funcionamiento de la instalación de ingeniería ferroviaria 1 los estados de los elementos de vía 3 se modifican de forma continua. En cada modificación de estado de un elemento de vía 3, el nuevo estado real se transfiere desde los elementos de vía 3, y en particular desde los ordenadores de elementos 7, al ordenador de un puesto de enclavamiento 6.

El ordenador de un puesto de enclavamiento 6, en la forma de ejecución a modo de ejemplo en la figura 1, está diseñado para crear un nuevo bloque de la cadena de bloques para el nuevo estado modificado del elemento de vía 3. De este modo, el ordenador de un puesto de enclavamiento 6 cumple la función del así llamado minero que crea o computa nuevos bloques de la cadena de bloques, los añade a la cadena de bloques existente y los distribuye. Para mantener reducida la complejidad al crear el nuevo bloque para el ordenador de un puesto de enclavamiento 6 y para crearlo lo más rápido posible, el ordenador de un puesto de enclavamiento 6 verifica el nuevo bloque con la ayuda del procedimiento de prueba de autoridad. Para ello en particular se utiliza una PKI (Public Key Infrastructure) y el ordenador de un puesto de enclavamiento 6 valida el nuevo bloque con su clave personal. Mediante la utilización del procedimiento de prueba de autoridad es posible que el ordenador del puesto de enclavamiento 6 cree y distribuya el nuevo bloque con el estado modificado del elemento de vía 3 dentro de una ventana de tiempo relativamente reducida, de como máximo 5 segundos. Esto es una ventaja en comparación con el procedimiento de prueba de trabajo alternativo que requeriría más capacidad del ordenador y más tiempo. A continuación, el estado real, así como la nueva cadena de bloques, se distribuye en todos los nodos de red 4. Con ello, en la cadena de bloques siempre están almacenados los estados reales de los elementos de vía 3 y pueden ser leídos por todos los nodos de red 4. En el caso de una modificación del estado, el estado real, junto con el instante real, se almacena en la cadena de bloques. Es decir, que el nuevo estado llega a un nuevo bloque y se distribuye como una cadena de bloques nueva o actualizada.

Desde el ordenador de control y de visualización 5 en el centro de control de la instalación de ingeniería ferroviaria se muestra gráficamente el estado de los elementos de vía 3 para el operador. En este caso, el operador por ejemplo es un guardagujas.

En la figura 2, esa visualización gráfica se indica con el símbolo de referencia 9. El estado de los elementos de vía 3 con relación al respectivo instante se indica en la figura 2 con el símbolo de referencia 10. En el medio está representada la cadena de bloques de la base de datos distribuida 8 con el historial de los distintos estados de los elementos de vía 3 almacenados dentro, con el símbolo de referencia 11.

La operación segura de la instalación de ingeniería ferroviaria 1 mediante un operador en el centro de control está representada de forma esquemática en la figura 3. En la primera etapa del procedimiento 12 en la figura 3, el operador inicia una así llamada operación que requiere una autorización de comando de la instalación de ingeniería ferroviaria 1 mediante una primera entrada, por ejemplo presionando un botón separado. A continuación, el operador ingresa la operación en el ordenador de control y de visualización 5 y confirma el final de la operación, por tanto, con un retraso, mediante una segunda entrada, por ejemplo nuevamente presionando un botón separado. A continuación, en la etapa 13 en la figura 3, el ordenador de control y de visualización 5 y/o el ordenador de un puesto de enclavamiento 6 controla si se ha modificado uno de los estados de los elementos de vía 3 entre la primera y la segunda entrada. El periodo entre la primera y la segunda entrada es mayor que 5 segundos y, con ello, es mayor que la ventana de tiempo para crear un nuevo bloque. Con ello se asegura que, en el caso de una modificación de un estado, un nuevo bloque esté computado, añadido, firmado y distribuido, antes de que tenga lugar la segunda entrada. Por tanto, no es posible que una modificación de un estado pase inadvertida.

En la etapa 14 en la figura 3 la operación se realiza si no se ha modificado el estado entre la primera y la segunda entrada. Pero en la etapa 14 la operación se rechaza si se ha determinado una modificación del estado entre la primera y la segunda entrada. Con ello se suprimen las etapas de prueba del estado de la técnica, que eran necesarias hasta el momento.

Mediante el procedimiento según la invención, todos los nodos de red 4 pueden verificar los respectivos estados de los elementos de vía 3 mediante su acceso a la cadena de bloques.

Además, la información de estado en la base de datos distribuida 8 también puede utilizarse para un diagnóstico. Para ello, en la red de datos 2 también puede estar integrado un ordenador para diagnósticos (no representado).

Mediante el procedimiento según la invención puede prescindirse de algunas etapas de prueba habituales en la operación de la instalación de ingeniería ferroviaria 1 y de entradas operativas, debido a lo cual la implementación es mucho más sencilla y menos compleja. Como se representa en la figura 3, para ello se necesitan sólo pocas etapas del proceso.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para operar de forma segura una instalación de ingeniería ferroviaria (1),

en el cual un estado de al menos un elemento de vía (3) de la instalación de ingeniería ferroviaria (1) o un valor representativo para el estado se almacena en una base de datos distribuida (8),

caracterizado porque

en el caso de una modificación del estado del elemento de vía (3), ese estado modificado o el valor del elemento de vía (3) representativo para el estado modificado se almacena en la base de datos distribuida (8), de manera que la modificación puede detectarse, donde la operación es solicitada mediante al menos una primera entrada y una segunda entrada, posterior a la primera entrada, de al menos un operador, y la operación se realiza sólo si el estado almacenado en la base de datos distribuida (8) o el valor representativo del estado del elemento de vía (3) no se ha modificado entre la primera entrada y la segunda entrada.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque

el estado o el valor representativo del estado se almacena en una cadena de bloques.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado porque

el estado almacenado en la base de datos distribuida (8) o el valor representativo del estado puede verificarse mediante un método de prueba de autoridad, en particular mediante una PKI - Public Key Infrastructure.

4. Nodo de red (4) de una red de datos (2) en una instalación de ingeniería ferroviaria (1),

con al menos una memoria, donde el nodo de red (4) está diseñado como una base de datos distribuida (8) en la que está almacenado un estado de al menos un elemento de vía (3) de la instalación de ingeniería ferroviaria (1) o un valor representativo para el estado,

caracterizado porque

el nodo de red (4) está diseñado de modo que un estado modificado o un valor del elemento de vía (3) representativo para el estado modificado se almacena en la base de datos distribuida de manera que la modificación puede detectarse, y el nodo de red (4) está diseñado para operar la instalación de ingeniería ferroviaria (1) mediante al menos una primera entrada y una segunda entrada posterior a la primera, de al menos un operador, donde la operación se realiza sólo si mediante la lectura de la base de datos distribuida no fue detectada ninguna modificación del estado o del valor representativo del estado del elemento de vía (3) entre la primera entrada y la segunda entrada.

5. Instalación de ingeniería ferroviaria (1) con al menos una red de datos (2),

caracterizada porque la red de datos (2) presenta al menos un nodo de red (4) según la reivindicación 4.