CN100449506C - 在快速网络环境中缓存慢速网络的过程数据 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于具有快速网络和慢速网络的控制系统的缓存方法和系统，所述快速网络和慢速网络各具有涉及过程控制的装置。高速缓存设置在与快速网络和慢速网络均互连的网关接口装置中。高速缓存仅响应连接在快速网络中的客户的请求进行填充，但不依赖快速网络而进行刷新。为减少慢速网络上的通信量，用请求参数所属的参数集合填充高速缓存。这避免了慢速网络上由于将来请求所请求参数或该集合的其它成员而造成的往返。如果某个参数的相关终止计时器在收到针对该参数的另一请求前终止，则从高速缓存删除该参数。高速缓存刷新可根据慢速网络的负载和慢速网络装置的响应性而变化。

Description

在快速网络环境中缓存慢速网络的过程数据

发明领域

本发明涉及用于与连接在快速网络环境中的慢速网络内的装置进行通信的系统和方法。更具体地说，本发明涉及利用高速缓存促进此类通信的系统和方法。

发明背景

过程经常由包括快速(例如，10MB或更快)本地网和慢速(例如，31KB)非本地网的控制系统控制。在此类系统中，需要在快速本地网的装置与慢速非本地网的装置之间进行通信。例如，过程的一部分可能要求根据快速本地网中的温度传感器监视的温度启动慢速非本地网中的智能阀。快速本地网中的控制处理器通过收集温度数据，根据控制程序处理数据并且传送用于慢速非本地网的阀门的控制信号而控制过程的这一部分。

一般情况下，非本地装置的数据由快速本地网中的两个或更多客户(例如，主机或控制处理器)访问。由于慢速非本地网速度慢，这些客户可能要等待其访问被服务。这会导致长时间的延迟，阻碍快速网络中的处理，并影响过程的控制。

因此，需要一种简单灵活的通信系统，以减小控制过程的快速网络和慢速网络之间速度差异造成的延迟。

发明概述

本发明的方法可访问与快速网络互连的慢速网络数据。数据包括监视或控制过程的多个装置的参数。具体地说，所述方法在设置于快速网络与慢速网络之间的网关接口装置中提供高速缓存。根据快速网络客户的请求用慢速网络装置的参数填充高速缓存。每个装置的填充参数的刷新彼此独立。

刷新率最好是根据每个装置的响应性、慢网络的负载和给定装置在高速缓存中的参数数量可变的。因此，对较慢速装置的查询次数经常少于较快速的装置。例如，如果对较慢速装置的前一刷新尚未结束，则会略过对其的刷新。刷新率根据慢速网络的负载自抑制，自抑制不依赖快速网络上的负载。

在时间终止而未从客户收到另一请求前，填充或缓存的参数最好保留在高速缓存中。如果在时间终止前收到参数的另一请求，则重置时间。

如果所请求的参数是参数集合中的成员，则会将整个集合置于高速缓存中。这避免了由于将来请求该参数或集合的其它成员而访问慢速网络所造成的往返延迟。可从下列项构成的组中选择集合：视图、记录和数组。集合选择也可基于最大到最小的优先级，例如视图、记录和数组。

高速缓存管理器最好设置在网络接口装置中，以管理高速缓存的填充和刷新。

本发明的系统包括设置在快速网络与慢速网络之间的网关接口。网关接口装置包括高速缓存和高速缓存管理器，高速缓存管理器用于根据连接在快速网络中的客户的请求而用连接在慢速网络中的装置的参数填充和刷新高速缓存。本发明方法的各种优选项和实施例由高速缓存管理器提供。

附图简述

通过结合附图参考如下说明可理解本发明的其它和更多目的、优点和特征，图中类似的标号表示类似的结构元素，并且：

图1是可使用本发明的控制接口系统和方法的控制系统的方框图；

图2是图1所示控制系统的网关接口装置的方框图；以及

图3显示了图2所示网关接口装置的高速缓存管理器的结构。

优选实施例说明

参照图1，控制系统20包括计算机22、网关接口装置24、本地控制系统26、非本地控制系统28和网络30。计算机22经网络30与本地控制系统26和网关接口装置24互连。网关接口装置24也直接与非本地控制系统28互连。网络30通常以高速如10MB或更高速度运行，而非本地控制系统28以低得多的速度如31KB运行，。

本地控制系统26包括监视和/或控制过程25的一个或多个本地装置32(只例示了一个装置)。本地控制系统26还包括经输入/输出(I/O)总线33与本地装置32互连的控制处理器38。控制处理器38还经网络30与计算机22和网关接口装置24互连。控制处理器38包括控制程序39。

非本地控制系统28包括一个或多个监视和/或控制由本地控制系统26监视和控制的同一过程的非本地装置34与36(例示了二个装置)。非本地装置34与36经非本地总线35互连。

计算机22可以是单台计算机或经网络30互连的多台计算机。网络30可以是任何合适的有线或无线通信网络，并可包括因特网、企业网、公共电话系统等。网络30最好是开放标准网络，如以太网。

本地装置32和非本地装置34与36可以是监视或控制过程25的任何合适装置，如温度传感器、流率传感器、阀门、泵、电气开关等。

控制处理器38可以是具有处理器、存储器、用于经I/O总线33与本地装置32通信的I/O单元以及用于经网络30通信的通信单元(未显示)的任一控制处理器。例如，如果网络30是因特网，则控制处理器38具有用于因特网通信的浏览器功能。同样地，计算机22和网关接口装置24将配备因特网功能以服务文件和/或经因特网进行通信。

网关接口装置24与快速网络30及运行速度较慢的非本地控制系统28(慢速网络)互连。网关接口装置24可响应与网络30互连的客户的请求而访问非本地装置34与36形成的非本地数据。这些客户可包括一台或多台计算机22和/或一个或多个控制处理器38。

参照图2，网关接口装置24包括处理器40、网络接口42、非本地控制系统接口44、存储器46及总线47。总线47五连处理器40、网络接口42、非本地控制系统接口44和存储器46。存储器46包括操作系统48、高速缓存50和高速缓存管理器52。操作系统48控制处理器40以执行高速缓存管理器程序52。

高速缓存管理器程序52在运行时使操作系统48操作处理器40以控制并管理从非本地控制系统28对非本地数据的访问(如图1所示)。高速缓存管理器程序52响应连接在快速网络30中的客户访问非本地数据的请求。一旦存取得到特定的非本地数据，便将其放置在高速缓存50中，其中，可响应将来的请求快速访问它，从而避免将来请求该数据要经过慢速网络造成的往返延迟。由于数据已经在高速缓存50中，因此，无需访问非本地装置34或36，从而大大减少了慢速网络总线35上的通信量。

高速缓存管理器程序52通过根据快速网络30的客户的请求而用非本地装置34与36的参数填充高速缓存50，从而管理高速缓存50。例如，如果操作员站请求尚不在高速缓存50中的来自非本地装置34的参数，则在那时将该参数添加到高速缓存50中。只要任一操作员站或任一控制处理器请求该参数，该参数便会保留在高速缓存50中。如果在预定时间内未请求该参数，则将该参数从高速缓存50中删除。也即，高速缓存50中的每个参数有一个终止定时器。如果该终止定时器在收到另一请求之前终止，则从高速缓存中删除该参数。

由于只缓存客户请求的参数，因此，慢速网络总线35上的通信量被减到最少。慢速非本地控制系统28一般可具有数百个参数。在这大量的参数中，只要求几个参数始终为工厂操作员可见。只缓存几个参数而非缓存几百个参数，使得非本地总线35上的通信量减少，因此取得更好的网络利用率。

参照图3，高速缓存管理器程序52基于装置管理参数。也就是说，非本地装置34与36的参数彼此分开管理。这在图3中通过标记为装置1到装置N的非本地装置的各分立框表示。例如，装置1和装置2分别对应于非本地装置34与36。装置3到装置N对应于连接在非本地控制系统28中的其它非本地装置(未显示)。

高速缓存管理器程序52通过将刷新高速缓存50所需的通信事务数量减到最少，从而优化了慢速网络总线35上的通信量。这是通过访问包含所请求的参数值的最大对象(参数集)来实现的。非本地控制系统28具有可作为一项访问的几个参数集合结构。这些集合结构包括：

1.视图-通常不相关的参数的集合，包括为数据访问优化而集中起来的记录和数组；

2.记录-相同标题下的一组参数，其中每个参数有自己的名称；以及

3.数组-通过索引区分的名称相同的多个参数值。

高速缓存管理器程序52使用以下步骤来确定从非本地装置34或36读取的内容，以便满足客户对给定参数的请求：

1.如果所请求的参数值可作为视图的一部分访问，则将整个视图读入高速缓存50中。对作为同一视图的部分的其它参数的后续请求从高速缓存50得到满足，而无需访问非本地装置34或36。

2.如果所请求的参数值是记录的一部分，则将整个记录存入高速缓存50中，对记录的其它成员的后续请求从高速缓存50得到满足，而无需访问非本地装置34或36。

3.如果所请求的参数值是数组的一部分，则将整个数组存入高速缓存50中。对数组其它元素的后续请求从高速缓存50得到满足，而无需访问非本地装置34或36。

高速缓存管理器程序52通过选择最大的集合来优化集合。对于以上所列集合，优先顺序为视图、记录和数组。

高速缓存管理器程序52对填充高速缓存50的参数进行刷新，参数的刷新彼此独立且不依赖快速网络30的客户的请求。在高速缓存刷新周期开始时，高速缓存管理器程序52分别针对在高速缓存50中高速缓存或填充了参数值的每个非本地装置开始刷新周期。在每个刷新周期中，高速缓存管理器程序52会使该装置的刷新参数值读入高速缓存50中。在下一刷新周期开始时，对前一刷新周期完成了的每个装置开始新的刷新周期。未完成的刷新周期会继续直至完成。在刷新给定装置的所有缓存参数值后，开始该装置的另一刷新周期。

高速缓存50的刷新率是可变的。它基于慢速网络总线35的负载、给定非本地装置34或36的响应性及高速缓存50中给定非本地装置34或36的参数数量变化。例如，高速缓存50可包含装置1的10个参数和装置2的2个参数。对于此示例，装置2的刷新率将比装置1的刷新率快。又如，如果装置1和装置2在高速缓存50中具有相同数量的参数，但装置1比装置2快，则装置1的刷新率将快于装置2的刷新率。

总的高速缓存刷新率也可基于慢速网络总线35的负载变化。慢速网络总线35负载更多时，高速缓存刷新率会下降。高速缓存刷新率随慢速网络负载降低而提高。此操作是自抑性的。例如，高网络负载可能是由于非本地装置34或36之一响应慢或具有大量缓存参数。因此，导致高负载的非本地装置的刷新率会下降或自抑制。

至此已具体参照本发明的优选形式对本发明进行了描述；显然，在未脱离所附权利要求书限定的本发明的精神和范围的前提下，可对其进行各种变更和修改。

Claims (40)

1.一种用于访问与快速网络互连的慢速网络数据的方法，其中所述数据包括监视或控制过程的多个装置的参数，所述方法包括：

(a)在所述快速网络与所述慢速网络之间设置的网关接口装置中提供高速缓存；

(b)根据所述快速网络的客户的请求，用所述参数填充所述高速缓存；以及

(c)彼此独立地刷新每个所述装置的填充参数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(c)具有可变的刷新率。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述可变刷新率基于每个所述装置的响应性。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：对所述装置中较慢装置的查询次数少于较快的装置。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：如果所述装置之一的前一刷新尚未结束，则会略过对其的刷新。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述可变刷新率是自抑性的。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述刷新率基于所述慢速网络的负载自抑制。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述自抑性不依赖所述快速网络上的负载。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于：如果所述装置之一的前一刷新尚未结束，则会略过对其的刷新。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在时间终止而未从所述客户收到另一请求前，填充的参数保留在所述高速缓存中。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：在收到所述另一请求后重置所述时间。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述参数中的第一个参数是所述参数的集合的成员，其中：步骤(b)响应对所述第一参数的请求而使用所述参数的集合填充所述高速缓存。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：从下列项构成的组中选择所述参数的所述集合：视图、记录和数组。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于：从所述高速缓存满足了对所述集合的所述参数的后续请求，而无需访问所述慢速网络。

15.如权利要求13所述的方法，其特征在于：基于以下优先级顺序选择所述集合：视图、记录和数组。

16.如权利要求1所述的方法，其特征在于：高速缓存管理器设置在所述网关接口装置中以管理步骤(b)和(c)。

17.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述参数中的第一个参数是所述参数的集合的成员，其中步骤(b)响应对所述第一参数的请求而用所述参数的集合填充所述高速缓存。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于：从下列项构成的组中选择所述集合：视图、记录和数组。

19.如权利要求17所述的方法，其特征在于：对所述集合成员的后续请求从所述高速缓存得到满足，而无需访问所述慢速网络。

20.如权利要求18所述的方法，其特征在于：基于以下优先级顺序选择所述集合：视图、记录和数组。

21.一种用于访问与快速网络互连的慢速网络的数据的系统，其中所述数据包括多个装置的参数，所述系统包括：

设置在所述快速网络与所述慢速网络之间的网关接口装置，所述网关接口装置包括高速缓存；以及

用于根据所述快速网络的客户的请求，用所述参数填充所述高速缓存的装置；以及

用于彼此独立地刷新每个所述装置的所述填充参数的装置。

22.如权利要求21所述的系统，其特征在于：用于刷新的所述装置具有可变刷新率。

23.如权利要求22所述的系统，其特征在于：所述可变刷新率基于每个所述多个装置的响应性。

24.如权利要求23所述的系统，其特征在于：对所述多个装置中的较慢装置的查询次数少于较快装置。

25.如权利要求23所述的系统，其特征在于：如果所述多个装置之一的前一刷新尚未结束，则会略过对其的刷新。

26.如权利要求22所述的系统，其特征在于：所述可变刷新率是自抑性的。

27.如权利要求26所述的系统，其特征在于：所述刷新率基于所述慢速网络的负载自抑制。

28.如权利要求26所述的系统，其特征在于：所述自抑性不依赖所述快速网络上的负载。

29.如权利要求26所述的系统，其特征在于：如果所述多个装置之一的前一刷新尚未结束，则会略过对其的刷新。

30.如权利要求21所述的系统，其特征在于：在时间终止而未从所述客户收到另一请求前，填充的参数保留在所述高速缓存中。

31.如权利要求30所述的系统，其特征在于：在收到所述另一请求后重置所述时间。

32.如权利要求21所述的系统，其特征在于：所述参数中的第一个参数是所述参数的集合的成员，并且其中所述填充装置响应对所述第一参数的请求而用所述参数的集合填充所述高速缓存。

33.如权利要求32所述的系统，其特征在于：所述参数的所述集合从下列项构成的组中选择：视图、记录和数组。

34.如权利要求32所述的系统，其特征在于：对所述集合成员的后续请求从所述高速缓存得到满足，而无需访问所述慢速网络。

35.如权利要求33所述的系统，其特征在于：基于以下优先级顺序选择所述集合：视图、记录和数组。

36.如权利要求21所述的系统，其特征在于：所述网关接口装置还包括高速缓存管理器，用于管理所述填充装置和所述刷新装置。

37.如权利要求22所述的系统，其特征在于：所述参数中的第一个参数是所述参数的集合的成员，并且其中所述填充装置响应对所述第一参数的请求而用所述参数的集合填充所述高速缓存。

38.如权利要求37所述的系统，其特征在于：所述集合是从下列项构成的所述组中选择的：视图、记录和数组。

39.如权利要求37所述的系统，其特征在于：对所述集合成员的后续请求从所述高速缓存得到满足，而无需访问所述慢速网络。

40.如权利要求38所述的系统，其特征在于：基于以下优先级顺序选择所述集合：视图、记录和数组。

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