Sicherheitsgerichtete Anwendungen: Busunabhängige Sicherheit mit openSafety

Um die Interoperabilität von openSafety mit unterschiedlichen Ethernet-basierten Kommunikationssystemen zu demonstrieren, hat die EPSG auf der Hannover Messe 2010 vier sicherheitsgerichtete Netzwerke präsentiert, bei denen openSafety jeweils mit Modbus-TCP, Ethernet/IP, Sercos III und mit Powerlink zum Einsatz kam. Stefan Schönegger, Leiter Business und Development, kündigte während einer Pressekonferenz anlässlich der Hannover Messe an, dass die EPSG auch Anwender anderer Kommunikationssysteme, die openSafety nutzen wollen, unterstützen werde. Als Grundlage für einen branchenweiten einheitlichen Safety-Standard sei das sichere Übertragungsprotokoll nicht nur durch seine Busunabhängigkeit, sondern auch durch die Offenheit in rechtlicher Hinsicht geeignet: openSafety bietet durch seine Open-Source-Lizensierung Herstellern und Betreibern Investitionssicherheit. Einheitlicher Standard In der Automatisierungsbranche gibt es seit Jahren die Forderung nach einem einheitlichen Standard für Safety-Systeme, weil sich ein starker Wettbewerb zwischen verschiedenen Safety-Protokollen nachteilig für die Hersteller sicherheitsgerichteter Technologie auswirken würde: Die Entwicklungen für den Safety-Bereich sind kostenintensiv und die Zertifizierungsanforderungen aufwendig. Angesichts eines derzeit noch recht überschaubaren Absatzmarkts verliefe ein zweiter \’Feldbuskrieg\‘ zu Lasten aller Marktteilnehmer. So wären beispielsweise Sensorhersteller mit einem immensen Aufwand und Risiko konfrontiert, wenn sie ihre Produkte unter Einhaltung der Sicherheitsnormen kompatibel zu mehreren verschiedenen Safety-Protokollen entwickeln müssten. Das Black-Channel-Prinzip Aufgrund der Busunabhängigkeit von openSafety können Anwender diese Technologie für alle Feldbusse, Industrial-Ethernet-Lösungen oder branchenspezifischen Kommunikationslösungen verwenden. Das wird durch das Black-Channel-Prinzip von openSafety ermöglicht. Das bedeutet, dass es für die Funktionalität des Sicherheitsprotokolls keine Rolle spielt, durch welches Transportprotokoll seine Safety-Frames transportiert werden, da alle sicherheitsgerichteten Mechanismen ausschließlich auf der Anwendungsebene integriert sind und ihre Funktionalität von der unterlagerten Transportschicht unabhängig ist. openSafety im OSI-Modell Im standardisierten Open-Systems-Interconnection-Daten­kommu­nikations-Modell (OSI) werden die Aufgaben, die informationsverarbeitende Systeme zur Übermittlung von Daten bewältigen müssen, in einem hierarchisch gegliederten Ebenensystem mit sieben Schichten dargestellt. Die grundlegenden, untersten Schichten sind die Bit-Übertragungsschicht und die Sicherungsschicht, die gemeinsam auch als physikalische Schichten bezeichnet werden. Die dritte und vierte Schicht werden auch als Übertragungsschichten bezeichnet. Sie regeln sowohl die zeitliche und logische Übertragung der Daten als auch ihre Zuordnung zu den Anwendungen. Gemeinsam umfassen diese vier Schichten alle transport­orientierten Dienste und bilden sozusagen nur das Verkehrsmittel für die Anwendungsdaten, die im OSI-Modell den darüber liegenden Ebenen zugeordnet werden, der Sitzungsschicht und der Darstellungsschicht. Die Anwendungsschicht ist die oberste Schicht im OSI-Modell. Ihre Aufgabe ist nicht fest definiert: Sie stellt den eigentlichen Anwendungen, die von diesem Modell nicht mehr erfasst werden, unterschiedliche Dienste zur Verfügung. Bild 2 veranschaulicht in einer Anlehnung an das OSI-Modell, dass openSafety nur die oberen, anwendungsorientierten Schichten des Protokollstacks spezifiziert. Die hier angesiedelten Safety-Mechanismen sorgen für die sicherheitsgerichtete Kodierung bzw. Dekodierung der Nutzdaten der jeweiligen sicherheitskritischen Applikation. Der blaue Bereich fasst vereinfachend die transportorientierten Schichten 2 – 6 zusammen. Proprietäre Transportnetzwerke Welches Transportprotokoll gewählt wird, ist zweitrangig. Deshalb bietet sich openSafety nicht nur für die verbreiteten Feldbusse und Industrial-Ethernet-Systeme als Sicherheitslösung an, sondern auch für individuell angepasste, nicht zertifizierte Bussysteme, die in vielen Unternehmen nur für den \’Hausgebrauch\‘ im Einsatz sind. Auch einkanalige, unsichere Transportnetzwerke können ohne Einschränkung der Sicherheitsfunktionalität als Kommunikationsbasis verwendet werden, da openSafety alle übermittelten Dateninhalte auf Vollständigkeit überprüft, die Übertragungsdauer kontinuierlich überwacht und somit jeden Übertragungsfehler sofort registriert. EPSG unterstützt Anwender Anwender, die eine openSafety-basierte Sicherheitslösung mit ihrem bestehenden Datenkommunikationssystem realisieren wollen, müssen lediglich für die Integration des frei im Internet verfügbaren Sicherheitsprotokolls auf der Anwendungsebene ihres Bussystems sorgen. Wer dabei Hilfe benötigt, kann sich an die EPSG wenden. Die Grundlage für die Realisierung einer sicheren Datenübertragung wird mit dem bereits TÜV-zertifizierten openSafety damit quasi frei Haus geliefert. Die EPSG unterstützt die Verwendung von openSafety mit beliebigen Transportprotokollen und bietet z.B. bei der Zertifizierung und bei Conformance-Tests ihre Hilfe an. Das Protokoll steht als Open-Source-Software mit BSD-Lizenz zum kostenfreien Download zur Verfügung. (Kasten) openSafety openSafety ist ein offenes, sicherheitsgerichtetes Übertragungsprotokoll, das mit Kommunikationszyklen im Mikrosekundenbereich schnelle Reaktionszeiten sowie eine hohe Sicherheit ermöglicht und vom TÜV Rheinland für Systeme mit SIL3 zugelassen wurde. Die kurzen Zykluszeiten führen zu einer verzögerungsarmen Erkennung von Ausfällen. Das busunabhängige Sicherheitsprotokoll überträgt sicherheitsgerichtete Daten und Steuerungsdaten in einem einheitlichen Format und überprüft dabei die die Dateninhalte unablässig auf ihre Vollständigkeit, korrekte Reihenfolge und Übertragungsverzögerungen. openSafety nutzt für Nutzdaten und für Servicedaten, z.B. zur Konfiguration oder zeitlichen Synchronisation, ein Frame mit einheitlichem Format. Die Länge des Frames ändert sich variabel mit der Menge der Daten, die es zu transportieren hat. Die Safety-Knoten im Netzwerk erkennen automatisch den Inhalt, eine Konfiguration von Frametyp und -länge erübrigt sich. (Kasten Ende)