СПОСОБ ДЛЯ ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ СЛУЖБЫ ИМЕН ВНУТРИ ПРОМЫШЛЕННОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ И УСТРОЙСТВО СВЯЗИ
METHOD FOR PROVIDING NAMING SERVICE INSIDE INDUSTRIAL AUTOMATION SYSTEM AND COMMUNICATION DEVICE

Промышленная система автоматизации обычно включает в себя множество устройств автоматизации, связанных друг с другом посредством промышленной сети связи, и служит в рамках автоматизации процессов изготовления и технологических процессов для управления или регулирования установками, машинами или приборами. Ввиду критичных по времени краевых условий в технических системах, автоматизированных посредством промышленной системы автоматизации, в промышленных сетях связи для связи между устройствами автоматизации преимущественно применяются протоколы связи в реальном времени, такие как PROFINET, PROFIBUS или Ethernet реального времени.
Прерывания соединений связи между вычислительными блоками промышленной системы автоматизации или устройствами автоматизации могут привести к нежелательным или ненужным повторениям передачи запроса службы. Это обуславливает дополнительную нагрузку соединений связи промышленной системы автоматизации, что может привести к дополнительным системным помехам или неисправностям. Особая проблематика в промышленной системе автоматизации регулярно следует из трафика сообщений с относительно многими, но относительно короткими сообщениями, из-за чего вышеописанные проблемы усиливаются.
На основе использования для самых разных приложений, в основанных на Ethernet сетях связи могут, например, возникнуть проблемы, когда сетевые ресурсы для передачи коротких кадров данных с требованиями реального времени запрашиваются на конкурентной основе для передачи кадров данных с большим содержанием полезных данных. Это может привести к задержкам передачи кадров данных с требованиями реального времени или даже к потере отдельных таких кадров данных.
Из WO 2007/144364 А1 известен способ для связывания в сеть автоматизированной установки, которая включает в себя по меньшей мере одну ячейку с подсетью. Подсеть через маршрутизатор связана с другой подсетью автоматизированной установки. Для связывания в сеть автоматизированной установки предоставляется группа многоадресной передачи, которая распространяется на обе подсети. Посредством группы многоадресной передачи (мультикаст-группы) определяется адрес сети связи интерфейса сети связи структурной группы. При этом структурная группа перед этим посредством адреса сети связи вступает в многоадресную группу, и интерфейс сети связи перед этим подключается к подсети. Посредством адреса сети связи интерфейсу сети связи структурной группы присваивается имя. На следующем этапе осуществляется определение дополнительного адреса сети связи интерфейса сети связи структурной группы, который имеет по меньшей мере одну часть численного представления имени.
В US 8 194 661 В2 описан способ для автоматического конфигурирования устройства связи внутри сегментированной сети связи, в котором посредством блока контроля проверяется, включает ли в себя принятый IPv6-пакет данных оповещение маршрутизатора или запрос маршрутизатора. В случае запроса маршрутизатора, МАС-адрес отправителя пакета данных посредством блока контроля удаляется из IPv6-пакета данных. Кроме того, посредством блока контроля внешний МАС-адрес добавляется в IPv6-пакет данных, чтобы его в виде сообщения многоадресной передачи перенаправлять в маршрутизаторе. При оповещении маршрутизатора, блок контроля удаляет МАС-адрес маршрутизатора из IPv6-пакета данных и вставляет вместо него внутренний МАС-адрес в IPv6-пакет данных, чтобы перенаправлять его как сообщение одноадресной передачи на конфигурируемое устройство связи.
Из более ранней европейской патентной заявки №14166194.2 известен способ для конфигурирования устройства связи внутри промышленной системы автоматизации, при котором блок конфигурации устройства связи передает дейтаграмму с запросом конфигурации на сервер конфигурации. Сервер конфигурации назначает устройству связи на запрос конфигурации по меньшей мере одну первую топологическую составную часть имени устройства, с которой ассоциировано пространственное или иерархическое расположение сервера конфигурации. Посредством каждого перенаправляющего блока распределения добавляется дополнительная топологическая составная часть имени устройства, с которой ассоциировано пространственное или иерархическое расположение соответствующего перенаправляющего блока распределения. Блок конфигурации устройства связи генерирует из топологических составных частей имени устройства и составной части имени, однозначной внутри его частичной сети, его имя устройства.
Из более ранней европейской патентной заявки №ЕР 14166376.5 известен способ для предоставления службы имен внутри промышленной системы связи, при котором IPv6-префиксы посредством маршрутизатора с помощью сообщений с оповещением маршрутизатора распространяются в соответствующих подчиненных частичных сетях. При этом оповещения маршрутизатора включают в себя топологическую или иерархическую составную часть имени соответствующего маршрутизатора, которая ассоциирована с пространственным или иерархическим расположением соответствующего маршрутизатора. Оповещения маршрутизатора с информациями имен из вышестоящих частичных сетей воспринимаются маршрутизаторами, ассоциированными с подчиненными частичными сетями, дополняются ассоциированной с соответствующим маршрутизатором топологической или иерархической составной частью имени и распространяются в соответствующей подчиненной частичной сети. Из топологических или иерархических составных частей имен и составной части имени, однозначной внутри соответствующей частичной сети, устройства связи самостоятельно генерируют свои имена устройств.
Из более ранней европейской патентной заявки №EP 15162021.8 известно, что сервер службы имен промышленной системы автоматизации для предоставления службы имен пересылает сообщения с оповещениями маршрутизатора, которые содержат информации о IPv6-адресе сервера службы имен. Оконечные устройства связи самостоятельно генерируют из распространенных посредством оповещений маршрутизатора внутри их собственной частичной сети IPv6-префиксов свои Pv6-адреса. Кроме того, оконечные устройства связи самостоятельно генерируют из топологических или иерархических составных частей имен и составной части имени, однозначной внутри соответствующей частичной сети, свои имена устройств. Устройства связи содержат, соответственно, клиента службы имен для динамической системы доменных имен (DNS), посредством которого на основе IPv6-адреса сервера службы имен запрашивается сохранение IPv6-адреса и ассоциированного имени устройства соответствующего устройства связи на сервере службы имен.
В основе предложенного изобретения лежит задача создать способ для предоставления службы имен внутри промышленной системы связи, который обеспечивает возможность как простой интеграции существующих имен устройств, так и децентрализованного автоматического конфигурирования устройств, а также соответствующее устройство связи.
Эта задача в соответствии с изобретением решается способом с признаками, приведенными в пункте 1 формулы изобретения, и устройством связи с признаками, приведенными в пункте 11 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления предложенного изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В соответствии с соответствующим изобретению способом для предоставления службы имен внутри промышленной системы автоматизации, устройства связи промышленной системы автоматизации посредством компонента службы имен проверяют, ассоциировано ли с соответствующим устройством связи имя устройства с топологической или иерархической составной частью имени, которая по существу полностью обозначает пространственное или иерархическое расположение соответствующего устройства связи. При положительном результате проверки устройства связи обращаются, соответственно, с их ассоциированным именем устройства как с полным именем устройства. Напротив, при отрицательном результате проверки устройства связи самостоятельно генерируют, соответственно, из распространенных посредством сообщений с оповещениями маршрутизатора топологических или иерархических составных частей имени, а также составной части имени, однозначной внутри их соответствующей частичной сети, их полные имена устройств. Имена устройств могут быть, например, PROFINET-именами устройств.
В соответствии с изобретением устройства связи запрашивают посредством клиента службы имен для динамической DNS сохранения их адресов сети связи, а также их ассоциированных полных имен устройств на сервере службы имен. Альтернативно или дополнительно к этому устройства связи распространяют посредством компонента службы имен для Multicast DNS данные об их адресах сети связи, а также ассоциированных с ними полных именах устройств внутри их соответствующей частичной сети соответственно протоколу Multicast DNS. Таким способом соответствующий изобретению способ обеспечивает возможность того, что также доменные имена для устройств автоматизации могут автоматически децентрализовано формироваться и централизованно регистрироваться. В частности, операторы промышленных систем автоматизации освобождаются от того, чтобы инвестировать затраты в администрирование имен и адресов или специализированные инструменты проектирования. Кроме того, изменения топологии в промышленных системах автоматизации с помощью соответствующего изобретению способа могут легко контролироваться и не требуют никаких сопряженных с ошибками ручных согласований имен и адресов.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, устройства связи, которые имеют функцию маршрутизатора и встроены в устройство автоматизации, при положительном результате проверки, распространяют включенную в их имя устройства полную топологическую или иерархическую составную часть имени в качестве информации имени в пределах соответствующей подчиненной частичной сети посредством оповещений маршрутизатора. Предпочтительно, устройства связи, которые соответственно имеют функцию маршрутизатора и встроены в устройство автоматизации, при отрицательном результате проверки принимают оповещения маршрутизатора с информациями имен из вышестоящих частичных сетей, дополняют их топологической или иерархической составной частью имени, которая ассоциирована с их соответствующим пространственным или иерархическим расположением, и распространяют дополненные информации имен внутри их соответствующей подчиненной частичной сети посредством оповещений маршрутизатора.
Устройства связи, которые соответственно имеют функцию маршрутизатора и не имеют функции автоматизации, согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, принимают оповещения маршрутизатора с информациями имен из вышестоящих частичных сетей и распространяют их внутри их соответствующей подчиненной частичной сети посредством оповещений маршрутизатора. Кроме того, устройство связи, которое ассоциировано с начальной точкой иерархии имен или корневым сетевым узлом, обращается со своим ассоциированным именем устройства предпочтительно как полным именем устройства. Таким способом начальный контекст имени может простым и надежным способом вводиться в иерархическую сетевую топологию.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения адреса сети связи устройств связи являются IPv6-адресами. При этом устройства связи предпочтительно самостоятельно генерируют свои IPv6-адреса из IPv6-префиксов, распространяемых посредством оповещений маршрутизатора внутри соответствующей частичной сети. Сообщения с оповещениями маршрутизатора предпочтительно передаются в соответствии с протоколом Internet Control Message Protocol Version 6 (протоколом межсетевых управляющих сообщений версии 6). Таким способом может гарантироваться надежное автоматическое конфигурирование имен и адресов.
Дополнительно, устройства связи могут соответственно посредством своего клиента службы имен для динамической DNS также запрашивать сохранение ассоциированных псевдонимов (альтернативных имен) на сервере службы имен. Альтернативно или дополнительно к этому, устройства связи соответственно посредством их компонента службы имен для Multicast DNS распространяют дополнительные данные о своих ассоциированных псевдонимах внутри их соответствующей частичной сети в соответствии с протоколом Multicast DNS.
Соответствующее изобретению устройство связи выполнено с возможностью осуществления способа, соответствующего вышеизложенному описанию, и включает в себя компонент службы имен для проверки, ассоциировано ли с соответствующим устройством связи имя устройства с топологической или иерархической составной частью имени, которая по существу полностью обозначает пространственное или иерархическое расположение соответствующего устройства связи. При этом устройство связи выполнено так, чтобы при положительном результате проверки обращаться со своим ассоциированным именем устройства как с полным именем устройства, а при отрицательном результате проверки самостоятельно генерировать свое полное имя устройства из топологических или иерархических составных частей имен, а также составной части имени, однозначной внутри его соответствующей частичной сети.
Кроме того, соответствующее изобретению устройство связи содержит клиента службы имен для динамической DNS для запрашивания сохранения адреса сети связи устройства связи, а также полного имени устройства на сервере службы имен и/или компонент службы имен для Multicast DNS для распространения данных об адресе сети связи, а также полном имени устройства внутри частичной сети в соответствии с протоколом Multicast DNS.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления соответствующего изобретению устройства связи, оно может содержать функцию маршрутизатора. Кроме того, устройство связи согласно другому варианту осуществления может быть встроено в устройство автоматизации или ассоциировано с начальной точкой иерархии устройств.
Настоящее изобретение далее поясняется более подробно на примере выполнения со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:
Фиг. 1 – схематичное представление промышленной системы автоматизации с DNS-сервером, несколькими частичными сетями и конфигурируемыми устройствами автоматизации,
Фиг. 2 - схематичное представление обмена данными между DNS-сервером, IPv6-маршрутизаторами и конфигурируемым устройством автоматизации,
Фиг. 3 - схематичное представление модуля службы имен устройства автоматизации без функций маршрутизации,
Фиг. 4 - схематичное представление модуля службы имен устройства автоматизации с функциями маршрутизации.
Схематично показанная на фиг. 1 промышленная система автоматизации содержит DNS-сервер 101 без функции маршрутизации, маршрутизатор 102, который ассоциирован с базовым доменом, несколько частичных сетей 201-204 с соответствующими маршрутизаторами 103 или имеющими функции маршрутизации устройствами 104 автоматизации и множество модульных устройств 105 автоматизации без функций маршрутизации. Устройства 105 автоматизации представляют собой, например, программируемые логические контроллеры сложной машины 106 и содержат, соответственно, модуль 130 службы имен и модуль 140 автоматизации с встроенным блоком связи. Сложная машина 106 может также включать в себя устройства 104 автоматизации с встроенным модулем 110 маршрутизации и функциональным блоком 120 для распространения оповещений маршрутизатора (демон оповещения маршрутизатора) в пределах внутренней для машины частичной сети 203, 204.
Модули 140 автоматизации дополнительно содержат соответственно по меньшей мере один центральный блок и блок ввода/вывода. Блоки ввода/вывода служат для обмена управляющими и измеренными величинами между соответствующим устройством 104, 105 автоматизации и машиной или устройством, управляемыми посредством устройства 104, 105 автоматизации. Центральные блоки модулей 140 автоматизации предусмотрены, в частности, для определения соответствующих управляющих величин из зарегистрированных измеренных величин. Приведенные выше компоненты устройств 104, 105 автоматизации в представленном примере выполнения связаны друг с другом посредством системы шины на задней панели.
В соответствии с фиг 2 DNS-сервер 101 пересылает сообщения 301 с оповещениями маршрутизатора, которые включают в себя информации об IPv6-адресе DNS-сервера 101. Для этого DNS-сервер 101 содержит передающий блок 111 для генерации и передачи сообщений 301 с оповещениями маршрутизатора, которые включают в себя IPv6-адрес DNS-сервера.
Все маршрутизаторы 102, 103 включают в себя в данном примере выполнения, наряду с модулем 110 маршрутизации, демон 120 оповещений маршрутизатора и модуль 130’ службы имен. Посредством демонов 120 оповещений маршрутизатора маршрутизаторы 102, 103 или устройства 104 автоматизации с функциями маршрутизации распространяют IPv6-префиксы в соответствующих подчиненных частичных сетях 201-204. При этом IPv6-префиксы являются составными частями сообщений с оповещениями маршрутизаторов, которые передаются соответственно протоколу Internet Control Message Protocol Version 6 . Оповещения маршрутизатора содержат топологическую или иерархическую составную часть имени соответствующего маршрутизатора, причем с топологической или иерархической составной частью имени ассоциировано пространственное или иерархическое расположение соответствующего маршрутизатора.
В соответствии с фиг. 2 маршрутизатор 102, который ассоциирован с базовым доменом, принимает от DNS-сервера 101 сообщение 301 с оповещением маршрутизатора, которое содержит IPv6-адрес DNS-сервера 301 и заимствует эту информацию для своих собственных оповещений маршрутизатора. При этом маршрутизатор 102 добавляет к своим сообщениям 301 с оповещениями маршрутизатора в данном примере выполнения составную часть имени “site3.company.com” в качестве иерархического контекста имени RA_HIER_CTXT. Посредством каждого подчиненного маршрутизатора 103 или каждого устройства 104 автоматизации с функциями маршрутизации добавляется дополнительная топологическая или иерархическая составная часть имени, которая ассоциирована с пространственным или иерархическим расположением соответствующего маршрутизатора 103 или устройства 104 автоматизации. Соответствующие пространственные или иерархические данные, в данном примере выполнения “cell2” и “rob8” при этом добавляются к уже имеющемуся иерархическому контексту имени RA_HIER_CTXT. Например, “site3.company.com” посредством “cell2” и “rob8” дополняется до “cell2.site3.company.com” или “rob8.cell2.site3.company.com”.
Оповещения маршрутизатора с информациями имен из вышележащих частичных сетей принимаются с помощью соответствующего модуля 130’ службы имен посредством ассоциированных с нижележащими (подчиненными) частичными сетями маршрутизаторов 102 или устройств 103 автоматизации и дополняются на топологическую или иерархическую составную часть имени, ассоциированную с соответствующим маршрутизатором 102 или устройством 103 автоматизации. Посредством соответствующего демона 120 оповещений маршрутизатора, оповещения маршрутизатора с дополненными информациями имен распространяются в пределах соответствующей нижележащей частичной сети.
Устройства 103, 104 автоматизации самостоятельно генерируют соответственно с помощью своего модуля 130, 130’ службы имен из принятых топологических или иерархических составных частей имени и составной части имени, однозначной в пределах их соответствующей частичной сети, свои имена устройств. Для этого устройства 104, 105 автоматизации оценивают иерархический контекст имени RA_HIER_CTXT оповещений маршрутизатора. Кроме того, устройства 104, 105 автоматизации самостоятельно генерируют свои IPv6-адреса из IPv6-префиксов, распространенных с помощью оповещений маршрутизатора внутри их соответствующей частичной сети. Модули 130, 130‘ службы имен устройств 104, 105 автоматизации содержат согласно фиг. 3 или фиг. 4, соответственно, на каждый IP-интерфейс, клиента 136 службы имен для динамической DNS, посредством которого на основе IPv6-адреса сервера службы имен запрашивается сохранение IPv6-адреса и ассоциированного имени устройства для соответствующего устройства связи на сервере службы имен. Для этого устройства 104, 105 автоматизации соответственно самостоятельно передают сообщение 303 с требованием регистрации на DNS-сервер 101, посредством которого инициируется сохранение их ассоциации имя устройства/адрес на сервере 101 службы имен.
Кроме того, модули 130, 130’ службы имен маршрутизаторов 102, 103 и устройств 104, 105 автоматизации согласно фиг. 3 или фиг. 4, имеют автокомпоновщик 131 доменного имени в качестве компонента службы имен. Автокомпоновщик 131 доменного имени служит соответственно для проверки, ассоциировано ли с соответствующим маршрутизатором или устройством автоматизации имя устройства с топологической или иерархической составной частью имени, которая по существу полностью обозначает пространственное или иерархическое расположение соответствующего маршрутизатора или устройства автоматизации. Для этой проверки автокомпоновщик 131 доменного имени в данном примере выполнения обращается к блокам 132-134 памяти, в которых соответственно сохранены PROFINET-имена устройств (PROFINET-имя станции), псевдонимы и иерархический контекст имен.
При положительном результате проверки маршрутизаторы или устройства автоматизации соответственно обращаются с ассоциированными с ними именами устройств как с полными именами устройств. В противном случае, маршрутизаторы или устройства автоматизации при отрицательном результате проверки самостоятельно генерируют из распространенных посредством сообщений с оповещениями маршрутизатора топологических или иерархических составных частей имен, а также составной части имени, однозначной внутри их соответствующей частичной сети, свои полные имена устройств.
Посредством своих клиентов 136 службы имен маршрутизаторы или устройства автоматизации запрашивают сохранение их адресов сети связи, а также их ассоциированных полных имен устройств и псевдонимов на DNS-сервере. Для этого соответствующий автокомпоновщик 131 доменного имени обращается к блоку 135 памяти, в котором сохранен IPv6-адрес для его ассоциированного IP-интерфейса. Дополнительно модули 130, 130’ службы имен включают в себя, на каждый IP-интерфейс, компонент 137 службы имен для Multicast DNS, посредством которого они распространяют данные об адресах сети связи, а также ассоциированные полные имена устройств и псевдонимы внутри своей соответствующей частичной сети в соответствии с протоколом Multicast DNS.
Если маршрутизатор или устройство автоматизации имеет несколько IP-интерфейсов и выполняет между этими IP-интерфейсами IP-маршрутизацию, то соответствующий модуль 130’ службы имен содержит в соответствии с фиг. 4, соответственно, автокомпоновщик 131 доменного имени для вышестоящих сетевых уровней (IP_UP) и автокомпоновщик 131 доменного имени для нижележащих сетевых уровней (IP_DOWN). Таким способом соответствующий модуль 130’ службы имен может принимать от расположенного выше сетевого уровня иерархический контекст имени, расширять его и передавать на нижележащие сетевые уровни.
В соответствии с этим маршрутизаторы или устройства автоматизации, которые имеют соответственно функции маршрутизатора и автоматизации, при положительном результате проверки распространяют включенную в их имя устройства полную топологическую или иерархическую составную часть имени в качестве информации имени внутри их соответствующей частичной сети с помощью оповещений маршрутизатора. Напротив, маршрутизаторы или устройства автоматизации, которые соответственно имеют функции маршрутизатора или автоматизации, при отрицательном результате проверки, принимают оповещения маршрутизатора с информациями имен из вышестоящих частичных сетей, дополняют их топологической или иерархической составной частью имени, которая ассоциирована с их соответствующим пространственным или иерархическим расположением, и распространяют дополненные информации имен внутри их соответствующей нижележащем частичной сети с помощью оповещений маршрутизатора.
Маршрутизаторы, которые не имеют функций автоматизации, принимают оповещения маршрутизатора с информациями имен из маршрутизаторов вышестоящих частичных сетей и распространяют их неизменными внутри их соответствующей подчиненной частичной сети посредством оповещений маршрутизатора. Кроме того, маршрутизаторы, которые ассоциированы с начальной точкой иерархии имен или расположены в ней, обращаются с ассоциированными с ними именами устройств всегда как с полными именами устройств. Это относится в рассматриваемом примере к маршрутизатору 102, который ассоциирован с базовым доменом „site3.company.com“. Модуль службы имен этого маршрутизатора может быть выполнен аналогично представлению на фиг. 3, так как никакой иерархический контекст имен не заимствуется, а задается для нижележащих сетевых уровней.