用于运行工业自动化系统的包括多个通信设备的通信网络的方法和控制单元技术方案

为了运行工业自动化系统的包括多个通信设备的通信网络，多个控制单元分别控制多个相关联的控制设备的功能。对于每个控制单元在能预设的资源使用持续时间期间使相关联的通信设备的能预设的系统资源份额可用。控制单元同步地在出现预设的同步事件时检测通信设备的状态参量，并且将状态参量相互调准。此外，控制单元对于至少一个过去的资源使用持续时间测定：取决于对于路径测定可用的测定时间，对于要测定的通信路径得到何种品质标准变化，并且根据品质标准变化测定用于同步事件的第一校正值。在将状态参量相互调准时，控制单元根据不一致的状态参量测定用于同步事件的第二校正值。

Method and control unit of communication network including multiple communication devices for running industrial automation system

In order to run the communication network of industrial automation system including multiple communication devices, multiple control units control the functions of multiple related control devices respectively. For each control unit, the preset share of system resources of the associated communication devices is made available during the preset duration of resource utilization. The control unit detects the state parameters of communication devices synchronously when preset synchronization events occur, and adjusts the state parameters to each other. In addition, the control unit determines at least one past resource usage duration: depending on the available measurement time for the path determination, what quality standard changes are obtained for the communication path to be determined, and determines the first correction value for synchronization events according to the quality standard changes. \u5728\u5c06\u72b6\u6001\u53c2\u91cf\u76f8\u4e92\u8c03\u51c6\u65f6\uff0c\u63a7\u5236\u5355\u5143\u6839\u636e\u4e0d\u4e00\u81f4\u7684\u72b6\u6001\u53c2\u91cf\u6d4b\u5b9a\u7528\u4e8e\u540c\u6b65\u4e8b\u4ef6\u7684\u7b2c\u4e8c\u6821\u6b63\u503c\u3002

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于运行工业自动化系统的包括多个通信设备的通信网络的方法和控制单元
技术介绍
工业自动化系统用于监视、控制和调节技术过程，尤其是在加工自动化、过程自动化和建筑自动化领域中的技术过程，并且实现控制装置、传感器、机器和工业设施的运行，该运行应尽可能自主地且与人类干预无关地进行。由于信息技术对于自动化系统的意义持续增加，用于可靠地提供分布在自动化系统之上的功能的方法对于提供监视、控制和调节功能愈发重要，其中自动化系统包括大量联网的控制或计算单元。在工业自动化系统的计算单元或自动化设备之间的通信连接的中断能够导致不期望或不必要地重复传输服务要求。这引起工业自动化系统的通信连接的附加负担，附加负担能够导致另外的系统干扰或错误。此外，未传输的或未完整传输的消息例如能够阻碍工业自动化系统过渡或保留在安全的运行状态下。这最后能够导致整个生产设施的失效和高成本的生产停滞。在工业自动化系统中，由具有相对大量的、但是相对短的消息的报告通信定期地导致特别的难题，由此加强了上述问题。软件定义网络的目的是通过如下方式实现通信网络功能的虚拟化：通信设备、如路由器或交换机在功能上划分成与控制平面和数据平面相关联的部件。数据平面包括用于指向端口地转发数据包或数据帧的功能或部件。相反，控制平面包括用于控制转发或控制数据平面的部件的管理功能。借助OpenFlow例如限定用于软件执行的控制平面的标准。将硬件抽象为虚拟服务能够实现放弃手动地配置硬件，这特别是通过实现网络通信的可编程的中央控制的方式来实现。从US2013/268686A1中已知用于发送连接结构的要求的方法，其中OpenFlow交换机将具有参数要求的消息发送给配置服务器，以便由OpenFlow控制器获得连接参数。根据具有参数化要求的消息，OpenFlow交换机从配置服务器接收IP地址和OpenFlow连接参数组，其中OpenFlow连接参数组至少包括第一OpenFlow控制器的连接参数。OpenFlow交换机根据IP地址和第一OpenFlow控制器的OpenFlow连接参数组将具有连接结构要求的消息发送给第一OpenFlow控制器。以该方式，能够实现在OpenFlow交换机与OpenFlow控制器之间的自动的连接结构。在WO2014/108178A1中描述一种用于借助于中央控制单元将引导结束交换机与通信网络连接的方法，其中通信网络包括多个交换机，这些交换机被中央控制单元控制。为了控制交换机，中央控制单元将具有用于交换机的控制信息的数据包经由与具有有效数据的数据包相同的通信路径传输。交换机分别包括传输管道，在传输管道中存储用于数据包的转发规则，并且其经由本地的交换机端口访问。用于具有控制信息的数据包的通信路径通过如下方式设计：通过中央控制单元将预设的转发规则存储在交换机的传输管道中。交换机中的至少一个具有所选择的端口，经由该端口将引导结束交换机与通信网络连接。为了将转发规则通过中央控制单元存储在引导结束交换机中，使用临时的通信路径，该通信路径包括在所选择的端口与中央控制单元之间的通信路径以及在所选择的端口与引导结束交换机的本地端口之间的通信路径。该临时的通信路径实现对引导结束交换机的传输管道进行访问。WO2015/096761A1描述用于软件定义网络(SDN)的数据通信导向的动态的区形成，其中网络部件从多个SDN控制器中的一个SDN控制器接收控制信息。网络部件测定可用的通信规划区，并为每个所测定的通信规划区选择一个本地的区控制器。根据控制信息和一个区形成格式选择主-区控制器，其中主-区控制器和本地的区控制器从SDN控制器中选出。此外，网络部件将对本地的区控制器、区成员和主-区控制器的说明传输给SND控制器中的至少一些。为了为软件定义网络实现可定标的且失效安全的控制平面，将SND控制器功能分散到多个控制器实例上。在此，各个控制器实例必须分别具有对当前的系统状态信息的访问，以满足控制器功能，例如路径测定、数据包检查和过滤、或使用通信网络规则或准则属于所述控制器功能。特别地，在各个控制器实例中用于控制任务的系统状态信息必须充分地彼此一致，并且与之相应地在控制器实例之间同步。另一方面，该一致性要求在控制器实例数量增长的情况下，应当导致最后不再可操纵的或不恰当的高同步耗费。
技术实现思路
本专利技术所基于的目的是：提出一种用于运行工业自动化系统的通信网络的有效且可靠的方法，该通信网络包括多个通信设备，其中多个控制单元分别控制多个相关联的控制设备的功能，本专利技术还提出一种相应的控制单元。根据本专利技术，所述目的通过具有权利要求1中提出的特征的方法和通过具有权利要求14中提出的特征的控制单元来实现。本专利技术的有利的改进形式在从属权利要求中说明。按照根据本专利技术的用于运行工业自动化系统的通信网络的有效的且可靠的方法，其中通信网络包括多个通信设备，多个控制单元分别控制多个相关联的控制设备的功能。在此，对于每个控制单元在能预设的资源使用持续时间期间使相关联的通信设备的能预设的系统资源份额能用。尤其在资源使用持续时间期间，依照品质标准在考虑相应的可用系统资源的情况下，控制单元分别测定所选择的通信设备之间经由相关联的通信设备的通信网络路径，并且控制单元根据所测定的通信网络路径来控制相关联的通信设备的路由或交换功能。优选地，通信设备与软件定义网络相关联，软件定义网络包括称作为控制平面的通信控制层面和称作为数据平面的数据传输层面。在此，将控制单元与控制平面相关联，而将通信设备与数据平面相关联。特别地，控制设备能够包括路由器或交换机，其中通过控制单元例如可预设流表，由流表推导出用于与相应的控制单元相关联的通信设备的路由表和或转发表。根据本专利技术，在出现能预设的同步事件时，控制单元同步地检测通信设备的状态参量并且相互调准。在此，同步事件包括能预设的同步区间，并且资源使用持续时间被彼此相随的同步事件限界。同步事件有利地以资源个性化和/或资源类型个性化的方式限定，其中端口带宽、队列缓冲区、DHCP地址范围、VLAN标识符、路由表-和/或转发表条目是资源类型的实例。根据本专利技术，控制单元对于至少一个过去的资源使用持续时间测定：取决于能用于路径测定的测定，对于要测定的通信路径来说发生何种品质标准变化，并且依据品质标准变化来测定用于同步事件的第一校正值。通过控制单元将路径成本规定为用于测定通信网络路径的品质标准。根据本专利技术，在将状态参量相互调准时，控制单元测定不一致的状态参量，并且取决于不一致的状态参量测定用于同步事件的第二校正值。依据第一和第二校正值对于控制单元规定所改变的同步事件。按照根据本专利技术的方法的一个优选的设计方案，通过系统资源的分区和关联使通信设备的系统资源的份额对于控制单元可用。在此，系统资源能够在通信网络起动时以均匀分布分区的方式与控制单元相关联。在该情况下，根据相应的资源利用或要求通过控制单元改变分区。此外，同步事件除了同步区间之外还能够包括：在控制单元的成功的和/或失败的资源要求的数量方面阈值超出、和/或在控制单元中状态参量彼此不一致的存在频数方面阈值超出、要求附加的资源份额、释放资源份额、和/或通过控制单元通知的用于同步事件的校正值。有利地，第二校正值根据不一致的状态参量的频数、程度和/或影响来测定。在该情况下，不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于运行工业自动化系统的通信网络的方法，所述通信网络包括多个通信设备，其中‑多个控制单元(101、102)分别控制多个相关联的控制设备(200)的功能，其中对于每个控制单元(101、102)在能预设的资源使用持续时间期间使相关联的通信设备(200)的能预设的系统资源份额能用，‑在所述资源使用持续时间期间，依照品质标准在考虑相应的能用系统资源的情况下，所述控制单元(101、102)分别测定所选择的通信设备(200)之间经由相关联的通信设备(200)的通信网络路径，并且所述控制单元根据所测定的所述通信网络路径来控制相关联的所述通信设备(200)的路由或交换功能，‑在出现能预设的同步事件时，所述控制单元(101、102)同步地检测所述通信设备(200)的状态参量并且相互调准(201)，其中所述同步事件包括能预设的同步区间，并且所述资源使用持续时间被彼此相随的同步事件限界，‑所述控制单元(101、102)对于至少一个过去的资源使用持续时间测定(204)：取决于能用于路径测定的测定时间，对于要测定的通信路径来说发生何种品质标准变化，并且依据所述品质标准变化来测定用于所述同步事件的第一校正值，‑在将所述状态参量相互调准时，所述控制单元测定不一致的状态参量，并且取决于不一致的状态参量测定用于所述同步事件的第二校正值(203)，‑依照所述第一校正值和所述第二校正值为所述控制单元规定所改变的同步事件(205)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于运行工业自动化系统的通信网络的方法，所述通信网络包括多个通信设备，其中-多个控制单元(101、102)分别控制多个相关联的控制设备(200)的功能，其中对于每个控制单元(101、102)在能预设的资源使用持续时间期间使相关联的通信设备(200)的能预设的系统资源份额能用，-在所述资源使用持续时间期间，依照品质标准在考虑相应的能用系统资源的情况下，所述控制单元(101、102)分别测定所选择的通信设备(200)之间经由相关联的通信设备(200)的通信网络路径，并且所述控制单元根据所测定的所述通信网络路径来控制相关联的所述通信设备(200)的路由或交换功能，-在出现能预设的同步事件时，所述控制单元(101、102)同步地检测所述通信设备(200)的状态参量并且相互调准(201)，其中所述同步事件包括能预设的同步区间，并且所述资源使用持续时间被彼此相随的同步事件限界，-所述控制单元(101、102)对于至少一个过去的资源使用持续时间测定(204)：取决于能用于路径测定的测定时间，对于要测定的通信路径来说发生何种品质标准变化，并且依据所述品质标准变化来测定用于所述同步事件的第一校正值，-在将所述状态参量相互调准时，所述控制单元测定不一致的状态参量，并且取决于不一致的状态参量测定用于所述同步事件的第二校正值(203)，-依照所述第一校正值和所述第二校正值为所述控制单元规定所改变的同步事件(205)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述通信设备与软件定义网络相关联，所述软件定义网络包括称作为控制平面的通信控制层面(1)和称作为数据平面的数据传输层面(2)，其中所述控制单元(101、102)与所述控制平面相关联，并且其中所述通信设备(200)与所述数据平面相关联。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述通信设备包括路由器和/或交换机，并且其中，通过所述控制单元能够预设流表，由所述流表推导出用于与相应的所述控制单元相关联的所述通信设备的路由表和/或转发表。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，通过所述系统资源的分区和关联，使所述通信设备的系统资源份额对于所述控制单元来说是能用的。5.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述通信网络起动时，所述系统资源以均匀分布分区的方式与所述控制单元相关联，并且其中，根据相应的资源利用和/或资源要求，通过所述控制单元改变所述分区。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述同步事件除了同步区间之外还包括：在所述控制单元的成功和/或失败...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃尔明·萨基克，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE