EP3956991A1 - Component, device and system for unidirectional data transmission - Google Patents

Abstract

The invention relates to a component (1) and a device (10) for unidirectional data transmission, as well as a system (100) for the monitoring and diagnosis of a control network (200) for operating rail vehicles (201) and/or signals boxes (202). The component (1) comprises a transmitter unit (2) for wirelessly transmitting a data signal (S) with a frequency lower than 300 GHz and a receiver unit (3) for wirelessly receiving the data signal (S), wherein the transmitter unit (2) and the receiver unit (3) are each integrated into the component (1) and are arranged at a distance (d) of less than 10 mm from one another.

Description

Beschreibung description

Bauelement, Vorrichtung und System zur unidirektionalen Component, device and system for unidirectional

Datenübertragung Data transfer

Bei hohen Anforderungen an den Schutz bzw. die Sicherheit eines Netzwerkes kann eine Datendiode zum Einsatz kommen, die einen Datentransport nur in eine Richtung zulässt. Bei der Übertragung von Daten aus einem ersten Netzwerk mit erhöhter Sicherheitsstufe in ein zweites Netzwerk mit vergleichsweise geringerer Sicherheitsstufe ist die Datendiode beispielhaft so eingerichtet, den Datentransport ausschließlich in If there are high demands on the protection or security of a network, a data diode can be used that only allows data to be transported in one direction. When data is transmitted from a first network with an increased security level to a second network with a comparatively lower security level, the data diode is set up, for example, in such a way that the data is transported exclusively in

Richtung des zweiten Netzwerkes zuzulassen und den Zugang zum ersten Netzwerk zu blockieren, insbesondere physikalisch. Hierzu ist es bekannt, eine optische Schnittstelle wie LEDs oder Laserdioden zur Übertragung der Daten auf eine elektro optische Empfangseinheit einzusetzen (sog. Optokoppler) . To allow direction of the second network and to block access to the first network, in particular physically. For this purpose, it is known to use an optical interface such as LEDs or laser diodes to transmit the data to an electro-optical receiving unit (so-called optocoupler).

Optische Übertragungsverfahren, die auf Optokopplern beruhen, sind in der Übertragungsrate stark beschränkt. Laserbasierte Verfahren sind überdies kostenintensiv. Optical transmission methods based on optocouplers are severely limited in terms of the transmission rate. Laser-based processes are also expensive.

Es ist jeweils eine Aufgabe der Erfindung, ein Bauelement, eine Vorrichtung und ein System zur unidirektionalen It is in each case an object of the invention to provide a component, a device and a system for unidirectional

Datenübertragung anzugeben, das bzw. die eine hohe Specify data transfer that has a high

Datenübertragungsrate ermöglicht und zugleich kostengünstig umzusetzen ist. Data transfer rate enables and at the same time is inexpensive to implement.

Diese Aufgaben werden gelöst durch den Gegenstand der These tasks are solved by the subject matter of

unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein independent claims. Advantageous configurations are characterized in the subclaims. According to a first aspect, the invention relates to a

Bauelement zur unidirektionalen Datenübertragung. Component for unidirectional data transmission.

Das Bauelement umfasst eine Sendeeinheit. Die Sendeeinheit ist zur drahtlosen Übertragung eines Datensignals mit einer Frequenz kleiner 300 GHz eingerichtet. In anderen Worten ist die Sendeeinheit zur Übertragung des Datensignals ohne The component comprises a transmission unit. The transmission unit is set up for the wireless transmission of a data signal with a frequency of less than 300 GHz. In other words, the transmission unit for transmitting the data signal is without

Verbindung mit einer Empfangseinheit wie mittels eines elektrischen Leiters oder eines Lichtwellenleiters Connection to a receiving unit such as by means of an electrical conductor or an optical fiber

ausgebildet. Das Datensignal weist dabei eine Frequenz außerhalb des infraroten bzw. optischen Frequenzbereichs auf. Beispielsweise ist die Sendeeinheit zur Übertragung des educated. The data signal has a frequency outside the infrared or optical frequency range. For example, the transmission unit for transmitting the

Datensignals im Frequenzbereich zwischen 0,3 GHz und 300 GHz ausgebildet. In vorteilhafter Weise kann so eine hohe Data signal in the frequency range between 0.3 GHz and 300 GHz. In an advantageous manner, such a high

Übertragungsrate zur Übertragung des Datensignals erreicht werden. Bei der Sendeeinheit handelt es sich beispielsweise um eine Leiterbahn auf einer Leiterplatte. Optional ist der Sendeeinheit darüber hinaus ein Schaltkreis umfassend einen Verstärker und/oder einen Filter zugeordnet. Transmission rate for the transmission of the data signal can be achieved. The transmission unit is, for example, a conductor track on a circuit board. Optionally, the transmission unit is also assigned a circuit comprising an amplifier and / or a filter.

Ferner umfasst das Bauelement eine Empfangseinheit. Die The component also includes a receiving unit. The

Empfangseinheit ist zum drahtlosen Empfang des Datensignals eingerichtet. Insbesondere ist die Empfangseinheit optimiert hinsichtlich des Empfangs eines durch die Sendeeinheit übertragenen Datensignals. Beispielhaft ist die Receiving unit is set up for wireless reception of the data signal. In particular, the receiving unit is optimized with regard to receiving a data signal transmitted by the transmitting unit. The is exemplary

Empfangseinheit in diesem Zusammenhang baugleich zu der The receiver unit is identical in construction to the

Sendeeinheit ausgebildet. Mit Vorteil kann durch den Sending unit formed. The

drahtlosen Empfang des Datensignals beigetragen werden, einen Nebenkanalangriff über ein jeweiliges System zur Wireless reception of the data signal contributed to a secondary channel attack via a respective system

Stromversorgung der einzelnen Datenübertragungseinheiten zuverlässig zu verhindern. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass eine entsprechende Stromversorgung der Senderseite von der Empfängerseite durch die drahtlose Übertragung des Datensignals potentialfrei entkoppelt bzw. galvanisch getrennt ist. Bei der Empfangseinheit handelt es sich beispielsweise ebenfalls um eine Leiterbahn auf der Leiterplatte. Optional ist der Empfangseinheit darüber hinaus ein Schaltkreis umfassend einen Verstärker und/oder einen Filter zugeordnet. Eine drahtlose Übertragung des To prevent power supply of the individual data transmission units reliably. This is due in particular to the fact that a corresponding power supply is provided on the transmitter side from the receiver side by the wireless Transmission of the data signal is isolated or galvanically isolated. The receiving unit is, for example, also a conductor track on the circuit board. Optionally, the receiving unit is also assigned a circuit comprising an amplifier and / or a filter. A wireless transmission of the

Datensignals erfolgt beispielsweise durch Übersprechen zwischen der Sende- und Empfangseinheit. Data signal occurs, for example, through crosstalk between the transmitting and receiving unit.

Die Sendeeinheit und die Empfangseinheit sind jeweils in das Bauelement integriert. Das heißt, die Sendeeinheit und die Empfangseinheit bilden eine Baueinheit. Insbesondere sind die Sendeeinheit und die Empfangseinheit in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die Integration der Sendeeinheit und der Empfangseinheit in dasselbe Bauelement ermöglicht eine gute Abschirmung des Datensignals bezüglich einer Umgebung des Bauelements sowie eine kompakte Bauform. Bei dem Gehäuse handelt es sich beispielsweise um eine gemeinsame The transmitting unit and the receiving unit are each integrated into the component. That is, the transmitting unit and the receiving unit form a structural unit. In particular, the transmitting unit and the receiving unit are arranged in a common housing. The integration of the transmitting unit and the receiving unit in the same component enables good shielding of the data signal with respect to the surroundings of the component and a compact design. The housing is, for example, a common one

Leiterplatte. Insbesondere sind die Sende- und Circuit board. In particular, the send and

Empfangseinheit in diesem Fall von Schichten der Leiterplatte vollständig umgeben. In this case, the receiving unit is completely surrounded by layers of the printed circuit board.

Darüber hinaus sind die Sendeeinheit und die Empfangseinheit in einem Abstand von weniger als 10 mm voneinander In addition, the transmitting unit and the receiving unit are at a distance of less than 10 mm from one another

angeordnet. Insbesondere beträgt der Abstand weniger als 1 mm, bevorzugt weniger als 100 gm, beispielhaft weniger als 10 gm. Mit Vorteil kann so eine Senderausgangsleistung zur arranged. In particular, the distance is less than 1 mm, preferably less than 100 gm, for example less than 10 gm. A transmitter output power can thus advantageously be used

Übertragung des Datensignals gering gehalten werden. Zugleich wird eine kompakte Bauform des Bauelements ermöglicht. Transmission of the data signal can be kept low. At the same time, a compact design of the component is made possible.

In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt sind die In an embodiment according to the first aspect, the

Sendeeinheit und die Empfangseinheit jeweils als induktive Übertragungseinheiten ausgebildet. Hierbei handelt es sich beispielhaft jeweils um eine Spule. The transmitting unit and the receiving unit are each inductive Transmission units formed. This is, for example, one coil in each case.

In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt sind die Sendeeinheit und die Empfangseinheit jeweils als Antennen ausgebildet. In einer Ausführungsvariante sind die In an embodiment according to the first aspect, the transmitting unit and the receiving unit are each designed as antennas. In one embodiment, the

Sendeeinheit und die Empfangseinheit jeweils als Lambda/4- Antennen ausgebildet. In diesem Zusammenhang sind die The transmitting unit and the receiving unit are each designed as lambda / 4 antennas. In this context, the

Sendeeinheit und die Empfangseinheit insbesondere parallel zueinander ausgerichtet angeordnet. In einer weiteren Sending unit and the receiving unit are arranged in particular aligned parallel to one another. In another

Ausführungsvariante sind die Sendeeinheit und die The transmission unit and the

Empfangseinheit jeweils als Patch-Antennen ausgebildet. Receiving unit designed as patch antennas.

In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt beträgt eine Funkfrequenz zur Übertragung des Datensignals größer als 1 GHz. In anderen Worten ist die Sendeeinheit zur drahtlosen Übertragung des Datensignals mit einer Frequenz zwischen 1 GHz und 300 GHz eingerichtet. In vorteilhafter Weise kann so eine Baugröße der Sendeeinheit und der Empfangseinheit, beispielsweise eine Antennenlänge, gering gehalten werden. In an embodiment according to the first aspect, a radio frequency for transmitting the data signal is greater than 1 GHz. In other words, the transmission unit is set up for wireless transmission of the data signal at a frequency between 1 GHz and 300 GHz. Advantageously, the size of the transmitting unit and the receiving unit, for example an antenna length, can thus be kept small.

In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt entspricht eine Übertragungsstrecke zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit im Wesentlichen dem Abstand zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit. In anderen Worten umfasst die Übertragungsstrecke keine Reflektion des In one embodiment according to the first aspect, a transmission link between the transmitting unit and the receiving unit essentially corresponds to the distance between the transmitting unit and the receiving unit. In other words, the transmission link does not include any reflection of the

Datensignals, vielmehr erfolgt die Übertragung des Data signal, rather the transmission of the

Datensignals von der Sendeeinheit auf direktem Weg zu der Empfangseinheit. Mit Vorteil kann so eine Data signal from the sending unit on a direct route to the receiving unit. Such a

Senderausgangsleistung zur Übertragung des Datensignals gering gehalten werden. In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist eine Transmitter output power for transmitting the data signal can be kept low. In an embodiment according to the first aspect is a

Senderausgangsleistung zur Übertragung des Datensignals derart beschränkt, dass ein Störabstand des Datensignals in einem Abstand zu der Sendeeinheit, der dem doppelten Abstand zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit entspricht, 2 dB oder weniger beträgt. In anderen Worten ist die Transmitter output power for transmitting the data signal is limited in such a way that a signal-to-noise ratio of the data signal at a distance from the transmitting unit which corresponds to twice the distance between the transmitting unit and the receiving unit is 2 dB or less. In other words it is

Senderausgangsleistung derart limitiert, dass das Datensignal in dem doppelten Abstand zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit bereits ohne Abschirmung kaum mehr empfangbar ist . Transmitter output power limited in such a way that the data signal can hardly be received at twice the distance between the transmitting unit and the receiving unit even without shielding.

In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt beträgt eine Senderausgangsleistung zur Übertragung des Datensignals 500 pW oder weniger. In one configuration according to the first aspect, a transmitter output power for transmitting the data signal is 500 pW or less.

In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst das Bauelement einen Träger mit mehreren übereinander In one configuration according to the first aspect, the component comprises a carrier with a plurality of one above the other

angeordneten Schichten. Bei dem Träger handelt es sich insbesondere um eine Leiterplatte (engl, printed Circuit board, PCB) . Die Sendeeinheit und die Empfangseinheit sind auf jeweils unterschiedlichen Schichten des Trägers arranged layers. The carrier is in particular a printed circuit board (PCB). The transmitting unit and the receiving unit are each on different layers of the carrier

angeordnet. Insbesondere sind die Sende- und Emfangseinheit als Leiterbahnen ausgebildet, beispielsweise Antennen- oder Spulenförmig . arranged. In particular, the transmitting and receiving units are designed as conductor tracks, for example in the shape of an antenna or coil.

In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt sind die In an embodiment according to the first aspect, the

Sendeeinheit und die Empfangseinheit jeweils von wenigstens einer Schicht des Trägers zur Abschirmung des Datensignals bedeckt. Der Träger dient beispielhaft als Gehäuse des The transmitting unit and the receiving unit are each covered by at least one layer of the carrier for shielding the data signal. The carrier serves as an example of the housing

Bauelements. Insbesondere ist das Datensignal derart Component. In particular, the data signal is such

abgeschirmt, dass ein Verhältnis der Senderausgangsleistung zur Strahlungsleistung des Datensignals in einem Abstand zu der Sendeeinheit, der dem doppelten Abstand zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit entspricht, -100 dB oder weniger beträgt. In anderen Worten ist die Abschirmung so gewählt, dass das Datensignal durch die Empfangseinheit im Wesentlichen störungsfrei empfangbar ist, im weiteren Umfeld des Bauelements jedoch nicht. shielded that a ratio of the transmitter output power to the radiated power of the data signal at a distance from the transmitter unit that is twice the distance between the Sending unit and receiving unit is -100 dB or less. In other words, the shielding is selected such that the data signal can be received by the receiving unit essentially without interference, but not in the wider area surrounding the component.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine In a second aspect, the invention relates to a

Vorrichtung zur unidirektionalen Datenübertragung. Die Device for unidirectional data transmission. The

Vorrichtung umfasst ein Bauelement gemäß dem ersten Aspekt. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung einen Dateneingang zum Anschluss an ein Ursprungsnetzwerk. Bei dem Dateneingang handelt es sich beispielhaft um eine Ethernet-Schnittstelle. Die Vorrichtung umfasst des Weiteren einen Datenausgang zum Anschluss an ein Zielnetzwerk. Bei dem Datenausgang handelt es sich beispielhaft ebenfalls um eine Ethernet- Schnittstelle. Die Vorrichtung kann auch als Datendiode bezeichnet werden. Die Vorrichtung ist beispielhaft für den Einsatz als Unterbaugruppe in einem Netzwerk-Switch The device comprises a component according to the first aspect. In addition, the device comprises a data input for connection to an original network. The data input is, for example, an Ethernet interface. The device also comprises a data output for connection to a target network. The data output is also an Ethernet interface, for example. The device can also be referred to as a data diode. The device is exemplary for use as a subassembly in a network switch

vorgesehen . intended .

Der Dateneingang ist mit der Sendeeinheit gekoppelt. Der Datenausgang ist mit der Empfangseinheit gekoppelt. Der The data input is coupled to the transmitter unit. The data output is coupled to the receiving unit. The

Dateneingang ist von dem Datenausgang galvanisch getrennt. The data input is galvanically separated from the data output.

In einer Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt umfasst die Vorrichtung eine Eingangsrecheneinheit. Die In an embodiment according to the second aspect, the device comprises an input computing unit. The

Eingangsrecheneinheit ist zwischen dem Dateneingang und der Sendeeinheit angeordnet. Die Eingangsrecheneinheit ist zur Aufnahme und Verarbeitung eines Datensignals aus dem The input computing unit is arranged between the data input and the transmission unit. The input processing unit is for receiving and processing a data signal from the

Ursprungsnetzwerk eingerichtet. Bei der Eingangsrecheneinheit handelt es sich beispielhaft um einen Mikrocontroller, der auf dem Ursprungsnetzwerk bereitgestellte Daten an die Originating network established. The input computing unit is, for example, a microcontroller that transmits the data provided on the original network to the

Sendeeinheit überträgt. Beispielhaft empfängt die Eingangsrecheneinheit ein Datensignal gemäß eines ersten Übertragungsprotokolls des Ursprungsnetzwerks und gibt das Datensignal gemäß eines zweiten Übertragungsprotokolls an die Sendeeinheit aus. Das erste Übertragungsprotokoll ist zum Beispiel ein Ethernet-Protokoll. Die Eingangsrecheneinheit kann in einer Ausführungsvariante in der Sendeeinheit Sending unit transmits. The Input computing unit sends a data signal in accordance with a first transmission protocol of the source network and outputs the data signal in accordance with a second transmission protocol to the transmission unit. The first transmission protocol is, for example, an Ethernet protocol. In one embodiment, the input computing unit can be in the transmitting unit

integriert sein. In anderen Ausführungsvarianten ist die Eingangsrecheneinheit extern bezüglich des Bauelements angeordnet. In weiteren Ausführungsvarianten kann die be integrated. In other embodiment variants, the input computing unit is arranged externally with respect to the component. In other variants, the

Eingangsrecheneinheit zwei oder mehrer Bauteile umfassen, wobei ein erstes Bauteil das Datensignal gemäß des ersten Übertragungsprotokolls entgegennimmt und signaltechnisch mit einem oder mehreren weiteren Bauteilen gekoppelt ist, welche (s) eine Übersetzung des Datensignals gemäß des zweiten Übertragungsprotokolls vornimmt bzw. vornehmen. Input computing unit comprise two or more components, a first component receiving the data signal in accordance with the first transmission protocol and being coupled with one or more further components in terms of signal technology, which translates the data signal in accordance with the second transmission protocol.

Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung eine In addition, the device comprises a

Ausgangsrecheneinheit. Die Ausgangsrecheneinheit ist zwischen der Empfangseinheit und dem Datenausgang angeordnet. Die Ausgangsrecheneinheit ist zur Verarbeitung und Ausgabe des Datensignals an das Zielnetzwerk eingerichtet. Bei der Output computing unit. The output computing unit is arranged between the receiving unit and the data output. The output computing unit is set up to process and output the data signal to the destination network. In the

Ausgangsrecheneinheit handelt es sich beispielhaft ebenfalls um einen Mikrocontroller, der an der Empfangseinheit The output computing unit is, for example, also a microcontroller that is connected to the receiving unit

empfangene Daten an das Zielnetzwerk überträgt. Beispielhaft liegt an der Ausgangsrecheneinheit ein Datensignal gemäß des zweiten Übertragungsprotokolls an, das die transmits received data to the destination network. For example, a data signal in accordance with the second transmission protocol is present at the output computing unit, which the

Ausgangsrecheneinheit gemäß eines dritten Output computing unit according to a third

Übertragungsprotokolls des Zielnetzwerks ausgangsseitig bereitstellt . Das dritte Übertragungsprotokoll ist zum The transmission protocol of the target network on the output side. The third transmission protocol is for

Beispiel ein Ethernet-Protokoll, beispielhaft gleich dem ersten Übertragungsprotokoll. Die Ausgangsrecheneinheit kann in einer Ausführungsvariante in der Empfangseinheit Example an Ethernet protocol, for example the same as the first transmission protocol. In one embodiment, the output computing unit can be in the receiving unit

integriert sein. In anderen Ausführungsvarianten ist die Ausgangsrecheneinheit extern bezüglich des Bauelements angeordnet. In weiteren Ausführungsvarianten kann die be integrated. In other design variants, the Output computing unit arranged externally with respect to the component. In other variants, the

Eingangsrecheneinheit zwei oder mehrer Bauteile umfassen, wobei ein erstes Bauteil das Datensignal gemäß des zweiten Übertragungsprotokolls entgegennimmt und signaltechnisch mit einem oder mehreren weiteren Bauteilen gekoppelt ist, Input computing unit comprise two or more components, a first component receiving the data signal in accordance with the second transmission protocol and being coupled with one or more other components in terms of signal technology,

welche (s) eine Übersetzung des Datensignals gemäß des dritten Übertragungsprotokolls vornimmt bzw. vornehmen. which translates the data signal in accordance with the third transmission protocol.

In einer Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt sind die Eingangsrecheneinheit und die Ausgangsrecheneinheit zur In an embodiment according to the second aspect, the input computing unit and the output computing unit are for

Übertragung des Datensignals nach einem oder mehrerer der folgenden Übertragungsverfahren eingerichtet: WLAN, Transmission of the data signal set up according to one or more of the following transmission methods: WLAN,

Bluetooth, ZigBee, Software Defined Radio. In anderen Worten handelt es sich bei dem zweiten Übertragungsprotokoll um ein Protokoll eines der vorgenannten Verfahren. Bluetooth, ZigBee, Software Defined Radio. In other words, the second transmission protocol is a protocol of one of the aforementioned methods.

In einer Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt werden parallel gleiche oder unterschiedliche Übertragungsverfahren und/oder Funkfrequenzen zur Übertragung des Datensignals eingesetzt. In diesem Zusammenhang sind der Vorrichtung beispielhaft mehrere Sendeeinheiten und Empfangseinheiten zugeordnet . In an embodiment according to the second aspect, the same or different transmission methods and / or radio frequencies are used in parallel to transmit the data signal. In this context, the device is assigned, for example, several transmitting units and receiving units.

Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein System zur Überwachung und Diagnose eines Kontrollnetzwerks zum Betreiben von Schienenfahrzeugen und/oder von Stellwerken.According to a third aspect, the invention relates to a system for monitoring and diagnosing a control network for operating rail vehicles and / or signal boxes.

Das System umfasst eine Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt. Das System umfasst ferner eine Überwachungs- und The system comprises an apparatus according to the second aspect. The system also includes a monitoring and

Diagnoseeinheit. Die Überwachungs- und Diagnoseeinheit weist insbesondere Mittel auf, die ein Auslesen von Status- oder Kontrollsignalen aus dem Kontrollnetzwerk erlauben, die repräsentativ sind für einen Betriebszustand eines Schienenfahrzeugs und/oder eines Stellwerks. Diagnostic unit. The monitoring and diagnostic unit has in particular means that allow status or control signals to be read out from the control network are representative of an operating state of a rail vehicle and / or a signal box.

Das Kontrollnetzwerk ist als Ursprungsnetzwerk mit der The control network is the originating network with the

Vorrichtung gekoppelt. Die Überwachungs- und Diagnoseeinheit ist als Zielnetzwerk mit der Vorrichtung gekoppelt. Device coupled. The monitoring and diagnosis unit is coupled to the device as a target network.

Die Vorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise ein The device allows in an advantageous manner

sicheres Auslesen der Status oder Kontrollsignale durch die Überwachungs- und Diagnoseeinheit. safe reading of the status or control signals by the monitoring and diagnosis unit.

Die oben genannten Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung und die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden durch die folgende Beschreibung der The above properties, features and advantages of the invention and the manner in which they are achieved will be apparent from the following description of the

Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den entsprechenden Figuren weitergehend erläutert. Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Embodiments of the invention explained in more detail in conjunction with the corresponding figures. Identical, identical or identically acting elements are in the

Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu Figures are provided with the same reference numerals. The figures and the proportions of the elements shown in the figures are not to be considered to be true to scale

betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein. consider. Rather, individual elements can be shown exaggeratedly large for better illustration and / or for better understanding.

Es zeigen: Show it:

Figuren 1 und 2 ein Ausführungsbeispiel eines Bauelements zur unidirektionalen Datenübertragung, Figures 1 and 2 an embodiment of a component for unidirectional data transmission,

Figur 3 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Figure 3 shows an embodiment of a device for

unidirektionalen Datenübertragung, und Figur 4 ein Ausführungsbeispiel eines Systems zur Überwachung und Diagnose eines Kontrollnetzwerks zum Betreiben von unidirectional data transfer, and FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a system for monitoring and diagnosing a control network for operating

Schienenfahrzeugen und/oder von Stellwerken. Rail vehicles and / or signal boxes.

Anhand der Figuren 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Bauelements 1 zur unidirektionalen Datenübertragung eines Datensignals S dargestellt. In einer gedruckten Leitplatte, die als Träger 4 sowie Gehäuse fungiert, ist auf zwei verschiedenen Leitplattenschichten 4a, 4b (vgl. An exemplary embodiment of a component 1 for the unidirectional data transmission of a data signal S is shown on the basis of FIGS. In a printed circuit board, which acts as a carrier 4 and housing, is on two different circuit board layers 4a, 4b (cf.

Explosionsansicht in Fig. 2) jeweils eine Leiterbahn Exploded view in Fig. 2) each one conductor track

ausgebildet. Die Leiterbahnen sind in dieser educated. The conductor tracks are in this one

Ausführungsvariante jeweils als Funkantenne aufgebaut, wobei eine Funkantenne als Sendeeinheit 2 und die andere als Design variant each constructed as a radio antenna, with one radio antenna as the transmitter unit 2 and the other as

Empfangseinheit 3 eingerichtet ist. Die Funkantennen sind eingerichtet, über eine sehr kurze Entfernung von wenigen Millimetern oder Mikrometern Daten zwischeneinander zu übertragen. Insbesondere wird sich dabei die Eigenschaft von benachbarten Leitern zu eigen gemacht, bei denen ein Receiving unit 3 is set up. The radio antennas are set up to transmit data between one another over a very short distance of a few millimeters or micrometers. In particular, the property of neighboring conductors is adopted in which one

Übersprechen stattfindet (englisch „crosstalk") . Das Crosstalk takes place (English "crosstalk")

Bauelement 1 ermöglicht damit eine Einwegdatenübertragung mithilfe eines drahtlosen Funksystems. Die Sendeeinheit 2 verfügt dabei über eine sehr geringe Sendeleistung. Die Component 1 thus enables one-way data transmission with the aid of a wireless radio system. The transmission unit 2 has a very low transmission power. The

Einwegdatenübertragung erfolgt damit lediglich über eine sehr kurze Distanz. One-way data transmission is only carried out over a very short distance.

Die Funkantennen sind in einem Abstand d zueinander The radio antennas are at a distance d from one another

angeordnet. Beispielhaft ist in einem Abstand d2, der dem doppelten Abstand zwischen Sende- und Empfangseinheit 2, 3 entspricht, eine Strahlungsleistung bereits so gering, dass eine Rekonstruktion des Datensignals S nicht oder nur mit hoher Fehleranfälligkeit möglich ist. In einer arranged. For example, at a distance d2, which corresponds to twice the distance between the transmitting and receiving units 2, 3, a radiation power is already so low that a reconstruction of the data signal S is not possible or only possible with a high susceptibility to errors. In a

Ausführungsvariante handelt es sich bei den Funkantennen jeweils um einen Lambda-Viertel-Strahler . Die beiden Antennen sind dann in einem geeigneten Abstand parallel zueinander ausgerichtet. In anderen Ausführungsvarianten, wie im Falle von Patch-Antennen, kann beispielhaft ein anderes Layout gewählt werden. The radio antennas are each a quarter-wave radiator. The two antennas are then aligned parallel to one another at a suitable distance. In other design variants, such as in the case of patch antennas, a different layout can be selected, for example.

Um die Baugröße bzw. Antennenlänge möglichst klein zu halten, ist eine Funkfrequenz der Funkantennen vorliegend größer als 1 GHz gewählt. Weitere Leiterplattenschichten 4c, 4d dienen der Abschirmung. Ein solcher Aufbau der Funkstrecke in einem PCB mit Abschirmungsflächen ermöglicht eine In order to keep the overall size or antenna length as small as possible, a radio frequency of the radio antenna greater than 1 GHz is selected in the present case. Further circuit board layers 4c, 4d are used for shielding. Such a structure of the radio link in a PCB with shielding surfaces enables

potentialgetrennte, sehr kompakte Aufbauform. isolated, very compact design.

In einem nicht näher dargestellten, alternativen In an alternative, not shown in detail

Ausführungsbeispiel erfolgt die Datenübertragung über eine induktive Übertragungseinheit, die in Form eines PCB-Layouts realisiert ist. In the exemplary embodiment, the data is transmitted via an inductive transmission unit that is implemented in the form of a PCB layout.

Der Sendeeinheit 2 und der Empfangseinheit 3 sind in diesem Ausführungsbeispiel überdies Schaltkreise zugeordnet, die die Aufbereitung des Sendersignals bzw. die Rückwandlung des Empfangssignals durchführen (nicht näher dargestellt) . In this exemplary embodiment, the transmitter unit 2 and the receiver unit 3 are also assigned circuits which process the transmitter signal or convert the received signal back (not shown in detail).

Hierbei handelt es sich insbesondere um eine This is in particular a

Verstärkerschaltung und/oder einen Filter. Amplifier circuit and / or a filter.

Anhand Figur 3 ist eine Vorrichtung 10 zur unidirektionalen Datenübertragung gezeigt, die auch als Datendiode bezeichnet wird . FIG. 3 shows a device 10 for unidirectional data transmission, which is also referred to as a data diode.

Die Vorrichtung 10 weist einen Dateneingang 12 zum Anschluss an ein Ursprungsnetzwerk 20 sowie einen Datenausgang 13 zum Anschluss an ein Zielnetzwerk 30 auf. Beispielhaft handelt es sich hierbei jeweils um Ethernet-Schnittstellen. Insbesondere kann die Vorrichtung 10 über ein Netzwerkkabel auf jeder Seite mit dem entsprechenden Netzwerk 20, 30 verbunden werden . The device 10 has a data input 12 for connection to an originating network 20 and a data output 13 for connection to a destination network 30. In each case, these are Ethernet interfaces. In particular, the device 10 can be connected to any Side to be connected to the corresponding network 20, 30.

Die Vorrichtung 10 umfasst wenigstens eine Eingangs- und eine Ausangsrecheneinheit . In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Mikrocontroller 14 auf einer beispielhaft The device 10 comprises at least one input and one output computing unit. In this exemplary embodiment, a microcontroller 14 is on an exemplary basis

sicherheitskritischen Seite angeordnet, der Daten über die Sendeeinheit 2 an die Empfangseinheit 3 überträgt. Die arranged safety-critical side, which transmits data via the transmitting unit 2 to the receiving unit 3. The

Empfangseinheit 3 ist beispielsweise ebenfalls mit einem Mikrocontroller 15 verbunden. Die Mikrokontroller 14, 15 sind insbesondere zur Übersetzung von Übertragungsprotokollen eingerichtet. Nach Empfang von Daten werden diese mit einem jeweilig gewählten Protokoll an das Zielnetzwerk 30 mit beispielhaft geringerer Sicherheitsstufe ausgegeben. Durch die Netztrennung mithilfe des Bauelements 1 findet eine Receiving unit 3 is also connected to a microcontroller 15, for example. The microcontrollers 14, 15 are set up in particular to translate transmission protocols. After receiving data, they are output to the target network 30 with a respective selected protocol with, for example, a lower security level. Due to the network separation with the aid of the component 1, a

Potentialtrennung bzw. galvanische Entkopplung statt. Electrical isolation or galvanic decoupling takes place.

Bausteine mit Funksendern und solche mit Empfängern sind heute in sehr kompakter Bauform erhältlich, so dass ein sehr kompakter Gesamtaufbau des Bauelements 1 bzw. der Vorrichtung 10 ermöglicht wird. Denkbar sind hier Sendeverfahren gemäß WLAN, Bluetooth, ZigBee, Software Defined Radio Lösungen oder andere proprietäre Verfahren. Die Mikrocontroller 14, 15 sind als Protokollbearbeitungseinheiten in der dargestellten Modules with radio transmitters and those with receivers are available today in a very compact design, so that a very compact overall design of the component 1 or the device 10 is made possible. Transmission methods based on WLAN, Bluetooth, ZigBee, software-defined radio solutions or other proprietary methods are conceivable here. The microcontrollers 14, 15 are shown as protocol processing units in FIG

Ausführungsvariante in das Bauelement 1 integriert. In anderen Ausführungsvarianten können die Mikrocontroller 14,Design variant integrated into the component 1. In other design variants, the microcontroller 14,

15 auch extern bezüglich des Bauelements 1 in Form 15 also externally with respect to the component 1 in the form

eigenständiger Baugruppen realisiert werden. Dadurch lassen sich sehr kompakte Baueinheiten realisieren. independent assemblies can be realized. This allows very compact units to be realized.

Die dargestellte Vorrichtung 10 kann insbesondere als The illustrated device 10 can in particular as

Unterbaugruppe in einem Netzwerk-Switch lokalisiert werden. Beispielhaft sind der Vorrichtung 10 mehrere Bauelemente 1 sowie Datenein- und ausgänge 12, 13 zugeordnet, so dass einzelne Übertragungsstrecken parallel mit gleichen oder unterschiedlichen Übertragungsverfahren und/oder Frequenzen realisiert werden können. Subassembly in a network switch. The device 10 is exemplified by a plurality of components 1 as well as data inputs and outputs 12, 13, so that individual transmission links can be implemented in parallel with the same or different transmission methods and / or frequencies.

Anhand der Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines Systems 100 abgebildet, in dem die Vorrichtung 10 eingesetzt wird.FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a system 100 in which the device 10 is used.

Das System 100 umfasst ein Kontrollnetzwerk 200, das mit einem oder mehreren Schienenfahrzeugen 201 und/oder einem oder mehreren Stellwerken 202 gekoppelt ist. Alternativ oder zusätzlich ist das Kontrollnetzwerk 200 beispielhaft mit Leit- und/oder Sicherungstechnik einer Schienen- bzw. The system 100 comprises a control network 200 that is coupled to one or more rail vehicles 201 and / or one or more interlockings 202. Alternatively or additionally, the control network 200 is, for example, with control and / or safety technology of a rail or

Straßeninfrastruktur gekoppelt. Bei dem Kontrollnetzwerk 200 handelt es sich insbesondere um ein sicherheitsrelevantes, geschlossenes Netzwerk. Eine Überwachungs- und Road infrastructure coupled. The control network 200 is, in particular, a security-relevant, closed network. A monitoring and

Diagnoseeinheit 101 ist über den durch die Vorrichtung 10 gebildeten unidirektionalen Datenkanal mit dem Diagnostic unit 101 is via the unidirectional data channel formed by device 10 with the

Kontrollnetzwerk 200 verbunden, so dass ein sicheres Auslesen von Status- oder Steuersignalen einzelner Komponenten des Kontrollnetzwerks 200 ermöglicht wird. Die Überwachungs- und Diagnoseeinheit 101 umfasst z.B. ein portables, lokales Speichermedium oder einen Server. Über einen von der Control network 200 connected, so that a reliable reading of status or control signals of individual components of the control network 200 is made possible. The monitoring and diagnosis unit 101 comprises e.g. a portable, local storage medium or a server. About one of the

Vorrichtung 10 getrennten Kanal ist z.B. eine Steuerung des Kontrollnetzwerks 200 möglich (gestrichelt dargestellt) . Device 10 separate channel is e.g. control of the control network 200 is possible (shown in dashed lines).

Obwohl die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen Although the invention based on exemplary embodiments

detailliert dargestellt und beschrieben wurde, ist die has been shown and described in detail, is the

Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele und die darin erläuterten konkreten Merkmalskombinationen Invention does not affect the disclosed exemplary embodiments and the specific combinations of features explained therein

beschränkt. Weitere Variationen der Erfindung können von einem Fachmann erhalten werden, ohne den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung zu verlassen. Bezugszeichenliste limited. Further variations of the invention can be obtained by one skilled in the art without departing from the scope of the claimed invention. List of reference symbols

1 Bauelement 1 component

2 Sendeeinheit 2 transmitter unit

3 Empfangseinheit 3 receiving unit

4 Träger 4 carriers

4a-4d Trägerschicht 4a-4d carrier layer

10 Vorrichtung 10 device

12 Dateneingang 12 Data input

13 Datenausgang 13 Data output

14 Eingangsrecheneinheit 14 Input computing unit

15 Ausgangsrecheneinheit 15 Output computing unit

20 Ursprungsnetzwerk 20 source network

30 Zielnetzwerk 30 target network

100 System 100 system

101 Überwachungs- und Diagnoseeinheit 101 Monitoring and diagnosis unit

200 Kontrollnetzwerk 200 control network

201 Schienenfahrzeug 201 rail vehicle

202 Stellwerk 202 signal box

5 Datensignal 5 data signal

d Abstand d distance

d2 doppelter Abstand d2 double the distance

Claims

Patentansprüche Claims

1. Bauelement (1) zur unidirektionalen Datenübertragung, umfassend 1. Component (1) for unidirectional data transmission, comprising

- eine Sendeeinheit (2), die zur drahtlosen Übertragung eines Datensignals (S) mit einer Frequenz kleiner 300 GHz - A transmitting unit (2) for the wireless transmission of a data signal (S) with a frequency of less than 300 GHz

eingerichtet ist, sowie is set up as well

- eine Empfangseinheit (3), die zum drahtlosen Empfang des Datensignals (S) eingerichtet ist, wobei - A receiving unit (3) which is set up for wireless reception of the data signal (S), wherein

- die Sendeeinheit (2) und die Empfangseinheit (3) jeweils in das Bauelement (1) integriert sind, - the transmitting unit (2) and the receiving unit (3) are each integrated in the component (1),

- die Sendeeinheit (2) und die Empfangseinheit (3) in einem Abstand (d) von weniger als 10 mm voneinander angeordnet sind . - The transmitting unit (2) and the receiving unit (3) are arranged at a distance (d) of less than 10 mm from one another.

2. Bauelement (1) nach Anspruch 1, wobei 2. Component (1) according to claim 1, wherein

- die Sendeeinheit (2) und die Empfangseinheit (3) jeweils als induktive Übertragungseinheiten ausgebildet sind. - The transmitting unit (2) and the receiving unit (3) are each designed as inductive transmission units.

3. Bauelement (1) nach Anspruch 1, wobei 3. Component (1) according to claim 1, wherein

- die Sendeeinheit (2) und die Empfangseinheit (3) jeweils als Antennen ausgebildet sind. - The transmitting unit (2) and the receiving unit (3) are each designed as antennas.

4. Bauelement (1) nach Anspruch 3, wobei 4. Component (1) according to claim 3, wherein

- eine Funkfrequenz zur Übertragung des Datensignals (S) größer als 1 GHz beträgt. - A radio frequency for the transmission of the data signal (S) is greater than 1 GHz.

5. Bauelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei 5. Component (1) according to one of the preceding claims, wherein

- eine Senderausgangsleistung zur Übertragung des - a transmitter output power for transmitting the

Datensignals (S) derart beschränkt ist, dass ein Störabstand des Datensignals (S) in einem Abstand (d2) zu der Data signal (S) is limited such that a signal-to-noise ratio of the data signal (S) at a distance (d2) to the

Sendeeinheit (2), der dem doppelten Abstand (d) zwischen der Sendeeinheit (2) und der Empfangseinheit (3) entspricht, 0 dB oder weniger beträgt. Sending unit (2), which is twice the distance (d) between the Sending unit (2) and the receiving unit (3) corresponds to 0 dB or less.

6. Bauelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei 6. Component (1) according to one of the preceding claims, wherein

- eine Senderausgangsleistung zur Übertragung des - a transmitter output power for transmitting the

Datensignals (S) 10 pW oder weniger beträgt. Data signal (S) is 10 pW or less.

7. Bauelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend 7. Component (1) according to one of the preceding claims, comprising

- einen Träger (4) mit mehreren übereinander angeordneten Schichten (4a, 4b, 4c, 4d) , wobei - A carrier (4) with a plurality of layers (4a, 4b, 4c, 4d) arranged one above the other, wherein

- die Sendeeinheit (2) und die Empfangseinheit (3) auf jeweils unterschiedlichen Schichten (4a, 4b) des Trägers (4) angeordnet sind. - The transmitting unit (2) and the receiving unit (3) are arranged on different layers (4a, 4b) of the carrier (4).

8. Bauelement (1) nach Anspruch 7, wobei 8. The component (1) according to claim 7, wherein

- die Sendeeinheit (2) und die Empfangseinheit (3) jeweils von wenigstens einer Schicht (4c, 4d) des Trägers (4) zur Abschirmung des Datensignals (S) bedeckt ist. - The transmitting unit (2) and the receiving unit (3) are each covered by at least one layer (4c, 4d) of the carrier (4) for shielding the data signal (S).

9. Vorrichtung (10) zur unidirektionalen Datenübertragung, umfassend 9. Device (10) for unidirectional data transmission, comprising

- ein Bauelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche sowie - A component (1) according to one of the preceding claims and

- einen Dateneingang (12) zum Anschluss an ein - A data input (12) for connection to a

Ursprungsnetzwerk (20) und Source network (20) and

- einen Datenausgang (13) zum Anschluss an ein Zielnetzwerk ( 30 ) , wobei - A data output (13) for connection to a target network (30), wherein

- der Dateneingang (11) mit der Sendeeinheit (2) gekoppelt ist, - the data input (11) is coupled to the transmitter unit (2),

- der Datenausgang (13) mit der Empfangseinheit (3) gekoppelt ist, und - der Dateneingang (12) von dem Datenausgang (13) galvanisch getrennt ist. - The data output (13) is coupled to the receiving unit (3), and - the data input (12) is galvanically isolated from the data output (13).

10. Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, umfassend 10. The device (10) according to claim 9, comprising

- eine Eingangsrecheneinheit (14), die zwischen dem - An input computing unit (14) between the

Dateneingang (12) und der Sendeeinheit (3) angeordnet und zur Aufnahme und Verarbeitung eines Datensignals (S) aus dem Ursprungsnetzwerk (20) eingerichtet ist, und Data input (12) and the transmission unit (3) are arranged and set up to receive and process a data signal (S) from the source network (20), and

- eine Ausgangsrecheneinheit (15), die zwischen der - An output computing unit (15) between the

Empfangseinheit (13) und dem Datenausgang (3) angeordnet und zur Verarbeitung und Ausgabe des Datensignals (S) an das Zielnetzwerk (30) eingerichtet ist. Receiving unit (13) and the data output (3) and is set up for processing and outputting the data signal (S) to the destination network (30).

11. Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, wobei 11. The device (10) according to claim 10, wherein

- die Eingangsrecheneinheit (14) und/oder die - The input computing unit (14) and / or the

Ausgangsrecheneinheit (15) in das Bauelement (1) integriert ist bzw. sind. Output computing unit (15) is or are integrated into the component (1).

12. Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche 9 bis 11, wobei die Eingangsrecheneinheit (14) und die 12. Device (10) according to one of the preceding claims 9 to 11, wherein the input computing unit (14) and the

Ausgangsrecheneinheit (15) zur Übertragung des DatensignalsOutput computing unit (15) for transmitting the data signal

(S) nach einem oder mehrerer der folgenden (S) according to one or more of the following

Übertragungsverfahren eingerichtet sind: WLAN, Bluetooth, ZigBee, Software Defined Radio. Transmission methods are set up: WLAN, Bluetooth, ZigBee, Software Defined Radio.

13. System (100) zur Überwachung und Diagnose eines 13. System (100) for monitoring and diagnosing a

Kontrollnetzwerks (200) zum Betreiben von Schienenfahrzeugen (201) und/oder von Stellwerken (202), umfassend Control network (200) for operating rail vehicles (201) and / or signal boxes (202), comprising

- eine Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche 9 bis 12, und - A device (10) according to one of the preceding claims 9 to 12, and

- eine Überwachungs- und Diagnoseeinheit (101), wobei - A monitoring and diagnosis unit (101), wherein

- das Kontrollnetzwerk (200) als Ursprungsnetzwerk (20) mit dem Dateneingang (12) der Vorrichtung (10) gekoppelt ist und - die Überwachungs- und Diagnoseeinheit (101) als - The control network (200) is coupled as the source network (20) to the data input (12) of the device (10) and - The monitoring and diagnosis unit (101) as

Zielnetzwerk (30) mit dem Datenausgang (13) der Vorrichtung (10) gekoppelt ist. Target network (30) is coupled to the data output (13) of the device (10).