ES2335788T3 - Procedimiento para la transmision de datos y sistema de automatizacion para el empleo de un procedimiento de transmision de datos de este tipo. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la transmisión de paquetes de datos en un tramo de transmisión de datos entre dos participantes en la comunicación, conteniendo los paquetes de datos en cada caso un carácter de comprobación que se calcula a partir de los otros datos del paquete de datos, caracterizado porque un participante en la comunicación utiliza el carácter de comprobación del último paquete de datos recibido por el otro participante en la comunicación como valor inicial en el cálculo del carácter de comprobación para un siguiente paquete de datos que ha de enviarse al otro participante en la comunicación.
Description
Procedimiento para la transmisión de datos y
sistema de automatización para el empleo de un procedimiento de
transmisión de datos de este tipo.
La invención se refiere a un procedimiento para
la transmisión de paquetes de datos en un tramo de transmisión de
datos entre dos participantes en la comunicación, y a un sistema de
automatización con dos participantes en la comunicación conectados
a través de un tramo de transmisión de datos que presentan una
unidad de conexión en cada caso.
En los sistemas de automatización para el
control de máquinas, debe quedar garantizado que incluso cuando
falle el sistema de automatización no existe ningún riesgo para las
personas y el medio ambiente. Por tanto, los sistemas de
automatización normalmente trabajan según el denominado "principio
Fail-Safe", según el cual, en caso de fallo de
componentes importantes, el sistema de automatización pasa a un
estado seguro. En este sentido, requisitos fundamentales que debe
cumplir el sistema de automatización durante la implementación de
funciones de control pertinentes para la seguridad según el
principio Fail-Safe son el que los datos de proceso
de los sensores de las máquinas durante la implementación de las
funciones de control de seguridad se procesen de forma actualizada
y sin falsearlos y el que siempre se muestre a los actores de las
máquinas un estado de proceso seguro.
Sin embargo, en los sistemas de automatización,
el número de funciones de control pertinentes para la seguridad
normalmente es fundamentalmente menor que el número de funciones de
control no pertinentes para la seguridad que sirven para mantener
el funcionamiento normal en el sistema de automatización. Para
garantizar que la funcionalidad de las funciones de control
pertinentes para la seguridad no se ve afectada por funciones de
control no pertinentes para la seguridad en el sistema de
automatización, las funciones pertinentes para la seguridad se
agrupan tradicionalmente en un programa de seguridad independiente,
aislado frente a las funciones de control no pertinentes para la
seguridad.
Una completa separación de funciones de control
pertinentes y no pertinentes para la seguridad se consigue si el
programa de seguridad se implementa en un ordenador de
automatización independiente, que a menudo también está conectado
con un cableado propio con los interruptores de desconexión de
emergencia, barreras de luz y otros componentes que garantizan la
seguridad de las máquinas. Para reducir este gasto de hardware
adicional por un ordenador de automatización adicional en el
sistema de automatización, se conocen ya sistemas de automatización
en los que un programa de seguridad y un programa de control no
pertinente para la seguridad se implementan en los mismos
componentes de hardware mediante la ampliación del programa de
control no pertinente para la seguridad con una denominada "capa
de seguridad".
Los modernos sistemas de automatización
normalmente están diseñados de forma descentralizada, comunicándose
la periferia de procesos, es decir, el nivel de sensores o actores,
con los ordenadores de control a través de redes locales,
preferiblemente un sistema de bus de campo. Para el control de las
máquinas, los ordenadores de control leen las señales de entrada de
los programas de control a través del bus de campo de la periferia
de procesos y, tras el procesamiento en tiempo real por el ordenador
de control, se emiten las señales de salida, a través del bus de
campo, a la periferia de procesos. Para poder transmitir al mismo
tiempo a través del bus de campo del sistema de automatización
también señales de procesos de un programa de seguridad, el sistema
de bus de campo se amplía con una denominada "capa de
seguridad", que minimiza a un valor mínimo permitido la
probabilidad de que, debido a un fallo, se falsee la transmisión de
los datos entre la periferia de procesos y los ordenadores de
control de forma que esta falsificación ya no se detecte, de modo
que el bus de campo también puede utilizarse para la transmisión de
datos pertinentes para la seguridad.
Este tipo de capas de seguridad adicionales en
los sistemas de bus de campo incluyen normalmente una relación de
direcciones adicional entre los dos participantes en la comunicación
en el bus de campo para permitir una asignación inequívoca. Además,
el paquete de datos pertinente para la seguridad transmitido entre
los participantes en la comunicación está dotado de un carácter de
comprobación adicional que se calcula a partir de las direcciones o
datos de procesos transmitidos para poder detectar de forma fiable
una falsificación de los datos. Para poder comprobar la secuencia
correcta de los datos de procesos pertinentes para la seguridad que
deben transmitirse y su llegada en el momento adecuado a los
participantes en la comunicación, normalmente el paquete de datos
pertinente para la seguridad está dotado además con un número de
secuencia continuo. En este caso, el número de secuencia
normalmente se extrae de un bloque de números predeterminado que se
reinicializa nuevamente una vez realizado un ciclo
completo.
completo.
Un sistema de automatización conocido en el que
el programa de control y el programa de seguridad pueden
implementarse en los mismos componentes de hardware es el sistema
Simatic de la empresa Siemens. Como sistema de bus de campo se
emplea en este caso el sistema Profibus, que está ampliado con un
denominado "protocolo Profisafe" para la transmisión de
paquetes de datos pertinentes para la seguridad. Sin embargo, la
ampliación del sistema de automatización con el programa de
seguridad sólo es posible en el marco de este entorno de
procesamiento de datos y configuración fijo.
No obstante, en los sistemas de automatización,
además de los conocidos protocolos de bus de campo propietarios, se
utiliza cada vez más el protocolo Ethernet para la transmisión de
señales de procesos. El protocolo Ethernet representa, en la
comunicación entre oficinas, la tecnología más ampliamente
difundida, con la que, en las redes de comunicación locales, se
transmiten datos con gran velocidad. Debido a las ventajas del
concepto de Ethernet en cuanto al uso de componentes de hardware y
software estándar así como a la posibilidad de conseguir con una
tecnología de conexión sencilla altas velocidades de transmisión de
datos, se emplean cada vez más sistemas de bus de campo Ethernet
también en la fabricación industrial para el intercambio de datos
entre el nivel de actores y sensores y los ordenadores de
control.
Por tanto, sería deseable poder equipar también
los sistemas de bus de campo de Ethernet con una capa de seguridad
para así, además de programas de control convencionales, poder
implementar también programas de seguridad en el bus de campo de
Ethernet. Sin embargo, las redes de Ethernet normalmente se
estructuran con ayuda de los denominados "switchs" para evitar
las colisiones de datos en la red. Los switchs son nodos de
comunicación de paquetes de datos con varias entradas y salidas,
conmutándose el paquete de datos que llega a una entrada
exclusivamente a la salida que conoce la estación receptora. Sin
embargo, en la transmisión de paquetes de datos a través de switchs
en una red Ethernet se producen retrasos temporales dado que el
paquete de datos recibido por el switch en una entrada se almacena
temporalmente y sólo entonces se conmuta a la salida deseada.
No obstante, debido a la transmisión retrasada
de los paquetes de datos en las redes Ethernet equipadas con
switchs, en las capas de seguridad convencionales, tales como el
protocolo Profisafe, existe el peligro de que se produzca un estado
de procesos erróneo. Dado que los paquetes de datos de seguridad
están dotados de un número de secuencia continuo procedente de un
bloque de números con una cantidad predeterminada de números,
mediante el almacenamiento temporal de los paquetes de datos en el
switch puede excederse el número de secuencia, lo que puede
conducir entonces a que se transmitan datos de seguridad erróneos.
En el protocolo Profisafe, por ejemplo, se transmiten los paquetes
de datos de seguridad con un número de secuencia de 8 bits, es
decir, un paquete de datos en el que los datos de proceso no varían
se repite cada 255 ciclos durante la transmisión de datos en el
sistema de automatización dado que entonces se excede el número de
secuencia, siendo 0 un número de secuencia no permitido. En
consecuencia, puede, por ejemplo, no detectarse en el debido momento
una desconexión de emergencia o no desconectarse en el debido
momento una protección para las máquinas y, con ello, no puede
garantizarse un estado de procesos seguro en el sistema de
automatización.
Del documento WO 99/49373 se conoce además un
procedimiento para la operación de un sistema de automatización en
el que se intercambia información segura frente a fallos de forma
cíclica con un protocolo de seguridad. Para sólo tener que
transmitir una vez datos que permanecen sin cambios en múltiples
trasmisiones, los paquetes de datos se dividen en una parte
estática y una parte dinámica, transmitiéndose la parte estática del
paquete de datos sólo en una fase de inicialización entre los
participantes en la comunicación en el sistema de bus de campo. La
parte estática del paquete de datos forma en este caso el valor
inicial para el cálculo del carácter de comprobación de la parte
dinámica del paquete de datos. La no presencia de un nuevo paquete
de datos en un intervalo de tiempo de tolerancia predeterminado se
valora en este sentido como situación de fallo. Al utilizar una
capa de seguridad de este tipo con transmisión cíclica de paquetes
de datos en una red Ethernet con switchs, existe además el riesgo
de un estado de procesos erróneo debido a la transmisión retrasada
de los paquetes de datos por motivo del switch. Asimismo, debe
tenerse en cuenta un cumplimiento preciso de las condiciones
temporales.
El objetivo de la presente invención es
proporcionar un procedimiento para la transmisión de paquetes de
datos en un tramo de transmisión de datos entre dos participantes
en la comunicación, y un sistema de automatización correspondiente
que garantice que las señales de procesos para la implementación de
funciones de control pertinentes para la seguridad se procesan de
forma actualizada y no falseada y que siempre se muestra a los
actores del sistema de automatización un estado de procesos
seguro.
Este objetivo se consigue según la invención con
un procedimiento según la reivindicación 1 y un sistema de
automatización según la reivindicación 15. En las reivindicaciones
dependientes se muestran variantes preferidas.
Según la invención, para la transmisión de
paquetes de datos en un tramo de transmisión de datos entre dos
participantes en la comunicación en un sistema de comunicación se
dota a cada uno de los paquetes de datos con un carácter de
comprobación que se calcula a partir de los otros datos del paquete
de datos, utilizándose como valor inicial para el cálculo del
carácter de comprobación para un paquete de datos que ha de enviarse
a otro participante en la comunicación el carácter de comprobación
del último paquete de datos recibido del otro participante en la
comunicación.
Con la forma de proceder según la invención,
también en sistemas de automatización cuya transmisión de datos se
realiza mediante un bus de campo Ethernet que puede contener además
switchs como nodos de transmisión de paquetes de datos, existe la
posibilidad de ampliar los programas de control con una capa de
seguridad que garantiza la transmisión de datos pertinentes para la
seguridad. Al tomar el carácter de comprobación que se incluye en
el último paquete de datos recibido como valor inicial para el
cálculo del carácter de comprobación del siguiente paquete de datos
que ha de enviarse, se evita que, al igual que en el protocolo
Profi-Safe, en una secuencia de paquetes de datos
puedan repetirse de forma idéntica los paquetes de datos. Con ello,
no existe el riesgo de que, cuando en la transmisión de datos los
paquetes de datos, por ejemplo, se almacenen temporalmente en la
red Ethernet mediante switchs, los paquetes de datos no puedan
identificarse correctamente debido a que se producen confusiones.
Gracias a la generación dinámica continua según la invención de los
caracteres de comprobación, en una secuencia de paquetes de datos no
se presentan paquetes de datos idénticos.
Según una primera forma de realización
preferida, se comprueba la corrección de un paquete de datos
recibido por un participante en la comunicación calculando el
carácter de comprobación del paquete de datos recibido y
comparándolo con el carácter de comprobación contenido en el paquete
de datos recibido, tomándose como valor inicial para el cálculo el
carácter de comprobación del último paquete de de datos enviado. Con
este diseño de la capa de seguridad puede prescindirse del uso de
números de secuencia en los paquetes de datos de seguridad,
necesarios en el protocolo Profi-Safe para
identificar una secuencia de paquetes de datos correcta. La
secuencia correcta de paquetes de datos puede obtenerla, en
concreto, el participante en la comunicación según la invención
directamente a partir del carácter de comprobación transmitido en el
que se determina el valor inicial del carácter de comprobación que
se presenta nuevamente al participante receptor de la
comunicación.
Según otra forma de realización preferida, la
comunicación de datos en la capa de seguridad según la invención se
configura de modo que un participante en la comunicación actúa como
iniciador de la transmisión de datos y, para iniciar una
transmisión de datos entre los dos participantes en la comunicación,
transmite un paquete de datos de identificación al otro
participante en la comunicación, utilizándose preferiblemente como
valor inicial del carácter de comprobación para el paquete de datos
de identificación un valor fijo o un identificador del otro
participante en la comunicación. Con esta forma de proceder, tras
una interrupción de la comunicación, puede garantizarse de forma
fiable un intercambio de datos pertinentes para la seguridad en el
sistema de automatización. En este sentido, se prefiere además
utilizar como identificador en el paquete de datos de
identificación enviado un dato para la identificación del otro
participante en la comunicación, con lo que es posible una
inicialización sencilla y fiable de la conexión de comunicación.
Según otra forma de realización preferida, para
iniciar una transmisión de datos entre los participantes en la
comunicación en otro paquete de datos se transmite otro dato,
preferiblemente por el participante en la comunicación que actúa
como iniciador de la transmisión de datos, a continuación del
paquete de datos de identificación. Este otro dato es un
identificador de sesión aleatorio o un identificador de sesión que
varía según un algoritmo predeterminado. El identificador de sesión
se ocupa de que también tras una interrupción de la conexión de
comunicación y una reinicialización no se presenten paquetes de
datos que se repitan.
Según otra forma de realización preferida, para
iniciar una transmisión de datos entre los participantes en la
comunicación, preferiblemente el participante en la comunicación que
actúa como iniciador de la transmisión de datos transmite al otro
participante en la comunicación datos de parámetros con un paquete
de datos de parámetros que sigue al paquete de datos de
identificación y al paquete de datos de sesión. Con ello se
garantiza que, en el marco de la capa de seguridad, también se
transmiten de forma segura los parámetros operativos pertinentes
para la funcionalidad del aparato. Asimismo, en este sentido se
prefiere dotar al paquete de datos con un dato de clasificación que
identifica los datos transmitidos en el paquete de datos.
Según otra forma de realización preferida,
durante el cálculo del carácter de comprobación por el sistema de
automatización se tiene en cuenta el número de secuencia que
identifica la secuencia de telegrama correspondiente de la
transmisión de datos entre los dos participantes en la comunicación.
Preferiblemente, el número de secuencia se genera en este caso por
los dos participantes de la comunicación de forma independiente
entre sí según un esquema predeterminado. Mediante la inclusión del
número de secuencia en el cálculo se garantiza de forma fiable que
el carácter de comprobación siempre cambia durante la transmisión de
una secuencia de telegrama a otra. Con esto se descarta que, cuando
telegramas de datos sucesivos contengan los mismos datos, pueda
producirse un carácter de comprobación idéntico, lo que podría
conducir a una alarma de fallo. En este sentido, el número de
secuencia no debe transmitirse conjuntamente en los paquetes de
datos entre los participantes en la comunicación dado que los
participantes en la comunicación pueden generar el número de
secuencia de forma independiente entre sí según un esquema
predeterminado. El número de secuencia puede generarse en este
sentido en los distintos participantes en la comunicación, por
ejemplo, mediante cálculo exponencial o también mediante la
extracción a partir de un bloque de números predeterminado que
conocen los dos participantes en la comunicación. La transmisión
del número de secuencia entre los participantes en la comunicación
conduciría a un paquete de datos innecesariamente largo. En
especial, cuando se utilizan números de secuencia largos para evitar
que se excedan los números de secuencia durante una comunicación de
datos.
Según otra forma de realización preferida, los
paquetes de datos transmitidos entre los participantes en la
comunicación contienen un identificador de conexión. Con ello se
garantiza que, cuando un participante en la comunicación realiza
una transmisión de paquetes de datos pertinentes para la seguridad
con otros participantes en la comunicación diferentes, no se
produce una confusión de los paquetes de datos debido a un carácter
de comprobación casualmente igual de dos paquetes de datos
recibidos por diferentes participantes en la comunicación.
La invención se explicará de forma detallada
mediante los dibujos adjuntos. Muestran:
la fig. 1 la estructura básica de un sistema de
automatización basado en Ethernet;
la fig. 2 un flujo de datos y esquema de
procesamiento fundamentales para una capa de seguridad según la
invención con una primera forma de paquete de datos;
las figs. 3A a 3C, un flujo de datos y esquema
de procesamiento ampliado para una capa de seguridad según la
invención con una segunda forma de paquete de datos, mostrando la
figura 3A una transmisión de datos de inicialización, la figura 3B
una transmisión de datos de parámetros, y la figura 3C una
transmisión de datos de procesos; y
la fig. 4 otro flujo de datos y esquema de
procesamiento fundamentales para una capa de seguridad según la
invención con una tercera forma de paquete de datos.
Con las redes de comunicación pueden
intercambiarse de forma sencilla y utilizarse conjuntamente datos
y/o recursos entre estaciones de trabajo, denominadas también en lo
sucesivo "estaciones de trabajo". En este sentido, el concepto
de Ethernet es el estándar de comunicación más divulgado en redes de
comunicación limitadas localmente. En Ethernet, múltiples
participantes en la comunicación están conectados entre sí a través
de un medio de transmisión común, realizándose el encapsulado de
los datos que van a transmitirse en denominados "paquetes de
datos" también denominados en lo sucesivo "telegramas", con
un formato predeterminado. En este sentido, Ethernet está compuesta
por tres áreas, el hardware, es decir, el medio de transmisión y las
interfaces de red de los participantes en la comunicación, el
conjunto de protocolos que controlan el acceso a través del medio
de transmisión, y la forma de los paquetes de Ethernet. En este
caso, para conectar a los participantes en la comunicación puede
utilizarse cualquier topología de red.
La figura 1 muestra una topología de red
preferida para una red Ethernet. Aquí, los participantes 1 en la
comunicación están conectados en forma de estrella mediante
conexiones 2 punto a punto con un puesto 3 de conmutación central,
el denominado "switch" El switch 3 se ocupa de que los
telegramas de datos entrantes sólo se conmuten a la salida a la que
está conectado el participante en la comunicación que debe recibir
el telegrama. Los telegramas de datos se almacenan temporalmente en
el switch para poder emitirlos a la salida correcta.
Cada uno de los participantes 1 en la
comunicación presenta, tal como muestra la figura 1, una unidad 11
de conexión de red. La unidad 11 de conexión de red realiza la
codificación de los datos que deben enviarse y la decodificación de
los datos recibidos. Además, en la unidad 11 de conexión también se
gestionan todas las medidas de control necesarias para el
funcionamiento de la red, es decir, la unidad 11 de conexión realiza
la gestión y la formación de los paquetes de datos.
En el uso de una red Ethernet, tal como se
muestra en la figura 1, en el marco de un sistema de automatización
en el que los participantes en la comunicación son ordenadores de
control y sistemas de máquinas de sensores y actores, un requisito
importante, además de la capacidad de tratamiento en tiempo real, es
decir, la necesidad de que los ordenadores de control emitan las
señales de proceso a los actores basándose en las señales de
proceso registradas por los sensores en intervalos de tiempo de
proceso determinados, es garantizar que, en caso de fallo del
sistema de automatización o de un componente importante, no existe
ningún peligro para las personas o el medio ambiente. Por tanto,
los ordenadores de control en el sistema de automatización deben
realizar, además de las funciones de control normales, también
funciones de seguridad que garantizan que, en caso de fallo de un
componente importante del sistema de automatización, se encargan de
que el sistema de automatización pase automáticamente a un estado
seguro según el denominado "principio
Fail-Safe", es decir, que se realice una
desconexión de emergencia de las máquinas conectadas.
El número de las funciones de seguridad en un
programa de control que se ejecuta en un sistema de automatización
normalmente es menor que el número de las funciones de control no
críticas. No obstante, durante la realización de las funciones de
seguridad debe asegurarse de forma fiable un desarrollo sin fallos
de la transmisión de datos. En especial, debe garantizarse que,
durante la transmisión de datos pertinentes para la seguridad entre
los participantes en la comunicación en el sistema de
automatización, se minimiza la probabilidad de que, debido a un
fallo de la transmisión, se falseen los datos de tal modo que ya no
pueda detectarse esta falsificación.
Para garantizar que la funcionalidad de
funciones de control pertinentes para la seguridad no se ve afectada
por funciones de control no pertinentes para la seguridad en el
ordenador de automatización, el protocolo de red utilizado en el
tramo de transmisión de datos está dotado de una capa de seguridad
adicional que controla en el sistema de automatización el
intercambio de datos de seguridad entre los participantes en la
comunicación. Para garantizar una transmisión segura de paquetes de
datos en un tramo de transmisión de datos entre dos participantes
en la comunicación en el marco de la capa de seguridad en el sistema
de automatización, según la invención, se dota a cada paquete de
datos con un carácter de comprobación que se calcula a partir de los
otros datos del paquete de datos, utilizando la unidad 11 de
conexión del participante 1 de la comunicación el carácter de
comprobación del último paquete de datos recibido por el otro
participante en la comunicación como valor inicial para el cálculo
del carácter de comprobación para un siguiente paquete de datos que
debe enviarse al otro participante en la comunica-
ción.
ción.
Mediante la forma de proceder según la invención
en la que el carácter de comprobación en un paquete de datos se
calcula con un valor inicial dinámico utilizándose siempre como
valor inicial el carácter de comprobación del telegrama entrante
anterior, puede garantizarse que en un ciclo de transmisión de datos
no se presentan paquetes de datos idénticos que podrían conducir a
una falsificación de los datos. Los paquetes de datos idénticos,
especialmente en caso del uso de una topología de red Ethernet con
un switch, tal como se muestra en la figura 1, representan un
peligro de que, en este caso, los telegramas de datos intercambiados
entre los participantes en la comunicación puedan almacenarse
temporalmente y sólo puedan transmitirse al destinatario en un
momento posterior.
En el procedimiento según la invención para la
transmisión de datos, el participante en la comunicación que recibe
un paquete de datos puede además comprobar fácilmente si el paquete
de datos es correcto calculando el carácter de comprobación del
paquete de datos recibido y comparándolo con el carácter de
comprobación contenido en el paquete de datos recibido, tomándose
como valor inicial para el cálculo el carácter de comprobación del
último paquete de datos enviado. Esto lo realiza preferiblemente la
unidad 11 de conexión del participante 1 en la comunicación. En
caso de que exista una coincidencia del carácter de comprobación
calculado con el carácter de comprobación contenido en el paquete
de datos recibido, el paquete de datos puede valorarse como
correcto.
La figura 2 muestra un flujo de datos y un
esquema de trabajo del procedimiento según la invención para la
transmisión de datos entre dos participantes en la comunicación. Uno
de los participantes en la comunicación de la transmisión de datos,
en caso de sistemas de automatización, un ordenador de control,
actúa en este caso como iniciador de la transmisión de datos. Una
máquina que contiene un sistema de sensores y actores en el sistema
de automatización representa al respondedor en la transmisión de
datos según la invención. La figura 2 muestra dos secuencias de
telegramas durante el intercambio de datos entre el iniciador y el
respondedor, transmitiéndose en cada secuencia de telegrama en cada
caso un paquete de datos desde el iniciador al respondedor y desde
el respondedor nuevamente al iniciador. Los paquetes de datos están
compuestos en este caso por un área de datos de usuario que
contiene los datos seguros, es decir, las señales de procesos
necesarias en el marco del control de seguridad, y un área de datos
de control, que aquí comprende, de forma opcional, un número de
secuencia y, de forma obligatoria, un carácter de comprobación.
El número de secuencia indica de qué secuencia
de telegrama se trata en la transmisión de datos en el marco de la
versión del programa de seguridad. En este caso, el iniciador
predetermina, en su paquete de datos enviado al respondedor, el
número de secuencia, basándose en el cual el respondedor vuelve a
transmitir conjuntamente de nuevo el número de secuencia en el
paquete de datos devuelto. En la siguiente secuencia de telegrama se
aumenta entonces una unidad el número de secuencia del iniciador en
el paquete de datos enviado.
Sin embargo, en el marco de la transmisión de
datos según la invención, puede prescindirse básicamente de la
transmisión de un número de secuencia. Para constatar que ha tenido
lugar una transmisión de datos falseada, tanto en el iniciador como
también en el respondedor es suficiente con valorar el carácter de
comprobación del paquete de datos recibido. El carácter de
comprobación es preferiblemente un carácter de seguridad de bloque
CRC (cyclic, Redundancy Check, comprobación de redundancia cíclica)
con el que pueden detectarse fallos en el paquete de datos con una
seguridad muy alta. El valor CRC se calcula entonces a partir de los
datos de usuario y, dado el caso, también a partir del número de
secuencia en el paquete de datos, utilizándose, según la invención,
como valor inicial del cálculo CRC el valor CRC del último paquete
de datos recibido.
En el paquete de datos de la secuencia i de
telegramas mostrado en la figura 2 y enviado por el iniciador al
respondedor, el valor CRC del paquete de datos que va a enviarse se
calcula con el valor CRC del último valor CRC CRC_A
i-1 recibido por el respondedor. El valor CRC que se
obtiene entonces en el paquete de datos enviado es CRC_A i. Este
valor CRC lo utiliza entonces el respondedor nuevamente como valor
inicial en el cálculo CRC del paquete de datos devuelto por el
respondedor al iniciador, obteniéndose como valor CRC entonces
CRC_B i. El iniciador utiliza entonces este valor CRC en la
siguiente secuencia i+1 de telegramas como valor inicial para el
cálculo CRC para el siguiente paquete de datos que ha de enviársele
al respondedor. El valor CRC CRC_A i+1 se emplea entonces
nuevamente para el cálculo CRC del paquete de datos devuelto por el
respondedor, obteniéndose como valor CRC CRC_B i+1. Con ello, el
participante receptor de la comunicación siempre puede constatar de
forma sencilla la correcta recepción de un paquete de datos porque
el valor CRC del paquete de datos recibido se compara con un valor
CRC calculado sobre la base del valor inicial almacenado.
Para garantizar adicionalmente, según la
invención, que un programa de seguridad se inicia en la red entre
los participantes en la comunicación correctos, durante un nuevo
inicio del programa de seguridad o al reanudarlo tras una
interrupción de la comunicación, se realiza una fase de
inicialización tal como se muestra en la figura 3A. El paquete de
datos mostrado en la figura 3A contiene en este caso un campo de
datos de comandos que indica el significado de los datos de usuario
en el paquete de datos, por ejemplo, si los datos de usuario son
datos de identificación o datos de proceso. Sin embargo, de forma
alternativa, el significado de los datos de usuario en los paquetes
de datos de una secuencia de paquetes de datos para la
implementación de un programa de seguridad también puede hacerse
dependiente de la secuencia de los paquetes de datos. Así, por
ejemplo, puede establecerse que los primeros dos datos enviados por
el iniciador al respondedor siempre contengan datos de
inicialización y los otros paquetes de datos posteriores contengan
datos seguros. Al mismo tiempo, también puede establecerse que el
respondedor transmita siempre únicamente datos de proceso al
iniciador. La longitud de los paquetes de datos puede estar
configurada de forma básicamente fija o variable. Además del campo
de datos de comandos, el paquete de datos también puede contener
otros campos de datos, por ejemplo, un campo de control / estado,
tal como se muestra en la
figura 3A.
figura 3A.
Como se muestra adicionalmente en la figura 3A,
durante el nuevo inicio del programa de control, para establecer
una comunicación de datos segura el iniciador realiza una
inicialización enviando al respondedor en la primera secuencia de
telegrama un paquete de datos con el campo de datos de comandos
"identificación" y datos seguros que permiten una
identificación. El paquete de datos de identificación se protege en
este caso con un valor CRC como carácter de comprobación, cuyo
valor inicial es un valor predeterminado de forma fija, por ejemplo,
el identificador del aparato del respondedor. Los datos de
identificación pueden ser en este caso datos de dirección ajustados
desde fuera que identifican a los dos participantes de la
comunicación o también sólo al respondedor. En este sentido,
también pueden ser identificadores de aparatos y / o números de
serie del iniciador o del respondedor.
El respondedor, que conoce el valor inicial del
cálculo CRC del primer paquete de datos recibido, comprueba el
valor CRC CRC_A 1 del primer paquete de datos recibido del iniciador
para constatar si ha tenido lugar una transmisión de datos
correcta. A continuación, el respondedor toma entonces el valor CRC
CRC_A 1 del primer paquete de datos del iniciador como valor
inicial para el cálculo CRC CRC_B 1 del paquete de datos que debe
enviarse de vuelta al iniciador. Este paquete de datos devuelto
utiliza como comando preferiblemente el mismo identificador que
está contenido en la parte de datos de comandos del paquete de datos
de identificación transmitido por el iniciador para indicar que se
trata del paquete de datos devuelto de la primera secuencia de
telegrama. El iniciador comprueba entonces el paquete de datos
devuelto por el respondedor al iniciador de la primera secuencia de
telegrama en relación con la correcta transmisión de los datos
mediante el cálculo del total CRC que cabe esperar sobre la base
del valor CRC_A 1 inicial conocido y comparándolo con el total CRC
CRC_B 1 del paquete de datos recibido.
En una segunda secuencia de telegrama, el
iniciador envía entonces otro paquete de datos de inicialización al
respondedor que contiene un número de sesión como sesión de comando
y como datos seguros. El valor CRC CRC_A 2 de este segundo paquete
de datos se calcula en este caso con el valor CRC CRC_B 1 del
paquete de datos devuelto por el respondedor. El número de sesión
transmitido puede generarse en este caso de forma aleatoria o según
un algoritmo predeterminado, y debe garantizar que, tras una
interrupción de la conexión de comunicación, no puede transmitirse
ningún paquete de datos a partir de la transmisión de datos
precedente o que estos se detectan.
El respondedor, que conoce el valor inicial
CRC_B 1 para el cálculo CRC del paquete de datos enviado por el
iniciador, comprueba el paquete de datos de sesión recibido mediante
el cálculo del valor CRC que cabe esperar sobre la base del valor
inicial conocido, y toma entonces el valor CRC CRC_A 2 nuevamente
como valor inicial para un segundo paquete de datos que debe
enviarse al iniciador, con el cual pueden transmitirse opcionalmente
datos seguros. En el caso de este segundo paquete de datos
devuelto, se utiliza como comando preferiblemente el comando sesión
del paquete de datos recibido del iniciador.
Tras el establecimiento de la conexión de
comunicación segura, el iniciador puede transmitir opcionalmente al
respondedor otros datos de parámetros seguros que son necesarios
para el funcionamiento del respondedor. En la figura 3B, se
muestran dos de estas secuencias de telegramas, la secuencia 3 de
telegramas que sigue a la transmisión del paquete de datos de
sesión y la última secuencia de telegrama realizada con datos de
parámetros.
Para la transmisión de los paquetes de datos con
los datos de parámetros, el iniciador toma el último valor CRC
CRC_B 2 recibido como valor inicial para el cálculo CRC del primer
paquete de datos de parámetros, que dota adicionalmente con el
comando datos de parámetro y parámetro 1 de datos seguros. El
respondedor comprueba el valor CRC CRC_A 3 del paquete de datos
recibido y toma este valor CRC como valor inicial para un cálculo
CRC del paquete de datos de respuesta al iniciador. Así, pueden
transmitirse tantos datos de parámetro seguros al respondedor como
se desee. En el ejemplo mostrado en la figura 3B, se transmiten
secuencias de telegramas con datos de parámetros seguros desde el
iniciador al respondedor. El respondedor transmite en los paquetes
de datos de respuesta siempre de forma opcional datos seguros,
utilizándose datos de parámetros como comando en los paquetes de
datos de respuesta.
Tras la finalización de la transmisión de
parámetros, el iniciador realiza, tal como se muestra en la figura
3C, una transmisión de datos de proceso. Para ello, el iniciador
dota a los paquetes de datos con el comando datos de proceso y con
los datos de proceso datos seguros y los protege con un total CRC
CRC_A n+3 que se calcula con el valor CRC CRC_B n+2 como valor
inicial transmitido en la última respuesta de datos de parámetro
por el respondedor al iniciador. El respondedor envía nuevamente los
datos de proceso en su paquete de datos de respuesta protegido con
el total CRC CRC_B n+3, que se calcula con el total CRC CRC_A n+3
transmitido por el iniciador como valor inicial.
La figura 4 muestra otro flujo de datos y
esquema de trabajo para un procedimiento según la invención para la
transmisión de datos entre dos participantes en la comunicación. El
flujo de datos y el esquema de trabajo corresponden en este caso
fundamentalmente al flujo de datos y al esquema de trabajo mostrados
en la figura 2. Sin embargo, en el paquete de datos, a diferencia
del paquete de datos mostrado en la figura 2, siempre se transmite
adicionalmente un identificador de la conexión, tal como se
transmite ya en la figura 3A durante la fase de inicialización en
la parte de datos de comando en el marco del paquete de datos de
identificación. El identificador de la conexión puede ser, al igual
que los datos de identificación según la figura 3, una dirección
ajustada desde fuera que identifica a los dos participantes en la
comunicación o también sólo al respondedor. En este caso, también
puede tratarse nuevamente de identificadores de aparatos y / o
números de serie del iniciador o el respondedor. Mediante la
transmisión del identificador de la conexión se garantiza de forma
fiable que, cuando el iniciador realiza al mismo tiempo con varios
respondedores una transmisión de datos pertinentes para la
seguridad, no se produce ninguna confusión de los paquetes de datos
debido a un carácter de comprobación casualmente igual de los
paquetes de datos contenidos por diferentes respondedores.
Asimismo, en el flujo de datos mostrado en la
figura 4, siempre se incluye conjuntamente el número de secuencia
del cálculo del carácter de comprobación del participante
correspondiente en la comunicación. Sin embargo, este número de
secuencia no se transmite conjuntamente sino que lo genera el
participante en la comunicación de forma independiente según el
mismo esquema. El número de secuencia puede, por ejemplo, calcularse
exponencialmente de forma automática tras la inicialización o
extraerse de un bloque de números determinado de forma fija. Dado
que el número de secuencia no se transmite conjuntamente, la
longitud del paquete de datos tampoco se alarga innecesariamente.
Al mismo tiempo, el número de secuencia generado por los
participantes en la comunicación puede elegirse con la longitud que
se desee para evitar de forma fiable que este se exceda. Mediante la
inclusión del número de secuencia en el cálculo del carácter de
comprobación se garantiza que, cuando los paquetes de datos no
varían de una secuencia de telegrama a la siguiente, se produzca a
pesar de ello un cambio del carácter de comprobación y se garantiza
con ello que no se active una falsa alarma indeseada.
Con la forma de proceder según la invención, en
la que, al transmitir paquetes de datos, se dotan los paquetes de
datos con caracteres de comprobación que se calculan con el carácter
de comprobación del último paquete de datos recibido por el otro
participante en la comunicación como valor inicial, existe la
posibilidad de conseguir de forma sencilla y fiable una transmisión
segura de los datos tal como se requiere en el marco de una capa de
seguridad en un sistema de automatización. En especial, existe la
posibilidad de utilizar como protocolo de red el protocolo Ethernet
y utilizar una estructura de red con switchs que almacenan
temporalmente los paquetes de datos dado que, según la invención,
se evita que dentro del desarrollo de un programa de seguridad se
repitan los paquetes de datos.
Según la invención, la transmisión de los datos
se realiza además de modo que primero se realiza una inicialización
con una transmisión de números de identificación y una transmisión
de números de sesión, con lo que se evita que, durante un nuevo
inicio, pueda producirse una repetición de los paquetes de datos.
Además, en el marco de la transmisión de datos según la invención
existe la posibilidad de transmitir también parámetros operativos
que se necesitan para la funcionalidad de los aparatos del
respondedor en el sistema de automatización.
Claims (26)
1. Procedimiento para la transmisión de paquetes
de datos en un tramo de transmisión de datos entre dos participantes
en la comunicación, conteniendo los paquetes de datos en cada caso
un carácter de comprobación que se calcula a partir de los otros
datos del paquete de datos, caracterizado porque un
participante en la comunicación utiliza el carácter de comprobación
del último paquete de datos recibido por el otro participante en la
comunicación como valor inicial en el cálculo del carácter de
comprobación para un siguiente paquete de datos que ha de enviarse
al otro participante en la comunicación.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque un paquete de datos recibido por un
participante en la comunicación se identifica como correcto
calculando el carácter de comprobación del paquete de datos
recibido y comparándolo con el carácter de comprobación contenido en
el paquete de datos recibido, tomándose para el cálculo el carácter
de comprobación del último paquete de datos enviado como valor
inicial.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el paquete de datos contiene un dato de
clasificación que identifica los datos transmitidos con el paquete
de datos.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque uno de los
participantes en la comunicación actúa como el iniciador de la
transmisión de datos y, al comienzo de una transmisión de datos
entre los dos participantes en la comunicación, transmite al otro
participante en la comunicación un paquete de datos de
identificación que contiene un identificador.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque el participante en la comunicación que
actúa como iniciador de la transmisión de datos utiliza un valor
fijo o un identificador del otro participante en la comunicación
como valor inicial del carácter de comprobación para el paquete de
datos de identificación.
6. Procedimiento según la reivindicación 4 ó 5,
caracterizado porque el paquete de datos de identificación
enviado por el participante en la comunicación que actúa como
iniciador de la transmisión de datos contiene como identificador un
dato para la identificación del otro participante en la
comunicación.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque, al inicio de
una transmisión de datos entre los dos participantes en la
comunicación, se transmite como un dato adicional un identificador
de sesión aleatorio o un identificador de sesión que varía en
función de un algoritmo predeterminado.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque el participante en la comunicación que
actúa como iniciador de la transmisión de datos transmite al otro
participante en la comunicación el identificador de sesión con un
paquete de datos de sesión que sigue al paquete de datos de
identificación.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 4 a 8, caracterizado porque, al inicio de
una transmisión de datos entre los dos participantes en la
comunicación, se transmiten datos de parámetros.
10. Procedimiento según la reivindicación 9,
caracterizado porque el participante en la comunicación que
actúa como iniciador de la transmisión de datos transmite al otro
participante en la comunicación los datos de parámetros con al
menos un paquete de datos de parámetros que sigue al paquete de
datos de identificación y al paquete de datos de sesión.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque como tramo de
transmisión de datos se utiliza un bus de campo basado en
Ethernet.
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque durante el
cálculo del carácter de comprobación se considera un número de
secuencia que identifica la secuencia de telegrama correspondiente
de la transmisión de datos entre los dos participantes en la
comunicación.
13. Procedimiento según la reivindicación 12,
caracterizado porque los dos participantes en la comunicación
generan el número de secuencia que identifica una secuencia de
telegrama de forma independiente entre sí según un esquema
predeterminado.
14. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque los paquetes de
datos transmitidos entre los dos participantes en la comunicación
incluyen en cada caso un identificador de conexión.
15. Sistema de automatización con dos
participantes (1) en la comunicación conectados a través de un tramo
(2) de transmisión de datos que presentan en cada caso una unidad
(11) de conexión para transmitir paquetes de datos en el tramo de
transmisión de datos entre los dos participantes en la comunicación,
presentando la unidad (11) de conexión medios para formar paquetes
de datos con un carácter de comprobación calculado a partir de los
otros datos en el paquete de datos, caracterizado porque el
valor inicial para el cálculo del carácter de comprobación para un
paquete de datos que ha de enviarse al otro participante en la
comunicación es el carácter de comprobación del último paquete de
datos recibido por el otro participante en la comunicación.
16. Sistema de automatización según la
reivindicación 15, caracterizado porque la unidad (11) de
conexión de los participantes (1) en la comunicación presenta
medios para identificar como correcto un paquete de datos recibido
por uno de los participantes en la comunicación calculando el
carácter de comprobación del paquete de datos recibido y
comparándolo con el carácter de comprobación contenido en el paquete
de datos recibido, tomándose como valor inicial para el cálculo el
carácter de comprobación del último paquete de datos enviado.
17. Sistema de automatización según la
reivindicación 15 ó 16, caracterizado porque la unidad (11)
de conexión de los participantes (1) en la comunicación presenta
medios para dotar al paquete de datos con un dato de clasificación
que identifica los datos transmitidos con el paquete de datos.
18. Sistema de automatización según una de las
reivindicaciones 15 a 17, caracterizado porque uno de los
participantes en la comunicación actúa como iniciador de la
transmisión de datos y su unidad (11) de conexión presenta medios
para generar un paquete de datos de identificación que contiene un
identificador como primer paquete de datos que debe transmitirse en
una transmisión de datos entre los dos participantes en la
comunicación.
19. Sistema de automatización según la
reivindicación 18, caracterizado porque la unidad (11) de
conexión del participante en la comunicación que actúa como
iniciador de la transmisión de datos utiliza un valor fijo o un
identificador del otro participante en la comunicación como valor
inicial del carácter de comprobación para el paquete de datos de
identificación.
20. Sistema de automatización según la
reivindicación 18 ó 19, caracterizado porque el paquete de
datos de identificación enviado por el participante en la
comunicación que actúa como iniciador de la transmisión de datos
contiene como identificador un dato para la identificación del otro
participante en la comunicación.
21. Sistema de automatización según una de las
reivindicaciones 18 a 20, caracterizado porque la unidad (11)
de conexión del participante en la comunicación que actúa como
iniciador de la transmisión de datos presenta medios para generar,
tras el paquete de datos de identificación, un paquete de datos de
sesión que contiene un identificador de sesión aleatorio o un
identificador de sesión que varía en función de un algoritmo
predeterminado.
22. Sistema de automatización según la
reivindicación 21, caracterizado porque la unidad (11) de
conexión del participante en la comunicación que actúa como
iniciador de la transmisión de datos presenta medios para generar,
tras el paquete de datos de identificación y el paquete de datos de
sesión, al menos un paquete de datos de parámetros que contiene
datos de parámetros para el otro participante en la
comunicación.
23. Sistema de automatización según una de las
reivindicaciones 15 a 22, caracterizado porque el tramo de
transmisión de datos es un bus de campo basado en Ethernet.
24. Sistema de automatización según una de las
reivindicaciones 15 a 23, caracterizado porque la unidad (11)
de conexión de los participantes (1) en la comunicación presenta
medios que, durante el cálculo del carácter de comprobación, tienen
en cuenta un número de secuencia que identifica la secuencia de
telegrama correspondiente de la transmisión de datos entre los dos
participantes en la comunicación.
25. Sistema de automatización según la
reivindicación 24, caracterizado porque la unidad (11) de
conexión de los participantes (1) en la comunicación presenta
medios para generar un número de secuencia que identifica una
secuencia de telegrama según un esquema predeterminado.
26. Sistema de automatización según una de las
reivindicaciones 15 a 25, caracterizado porque la unidad (11)
de conexión de los participantes (1) en la comunicación presenta
medios para dotar al paquete de datos con un identificador de
conexión.
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