CN105897460A - 配置工业自动化系统的通信设备的方法和通信设备 - Google Patents

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Abstract

为了配置工业自动化系统的通信设备，由至少一个借助于路由器公告消息通过至少一个在子网内部分配的路由器传输的前缀和设备专用的接口标识符自主地生成分配给通信设备的通信网络地址。该通信设备在至少一个名称服务系统的服务器处根据名称解析协议询问，其通信设备名称分配有哪些通信网络地址。在名称服务系统的服务器处检验询问的通信网络地址与前缀的一致性。通信设备仅仅为自身分配在名称服务系统的服务器处询问出的、具有与通过路由器传输的前缀的一致性的通讯网络地址。

Description

配置工业自动化系统的通信设备的方法和通信设备
技术领域
本发明涉及一种用于配置工业自动化系统的通信设备的方法和用于执行该方法的通信设备。
背景技术
工业自动化系统通常包括多个经由工业通信网络彼此联网的自动化设备，并且在制造或者工艺自动化的范畴中用于控制或者调节设施、机器或者设备。由于在借助于工业自动化系统自动化的技术系统中时间关键的框架条件，在用于自动化设备之间的通信的工业通信网络中，绝大多数情况下使用如PROFINET，PROFIBUS或者实时以太网的实时通信协议。
在工业自动化系统或者自动化设备的计算单元之间的通信连接的中断，能够导致不希望或者不必要地重复传输服务请求。这造成工业自动化系统的通信连接的附加的负荷，其会导致另外的系统干扰或者系统错误。在工业自动化系统中，通常由具有较多的、但是较短的报文的信息交流引起特别的问题，由此会加剧上述问题。
由于用于通常完全不同的应用，当要求用于传输具有实时请求的短数据帧的网络资源与用于传输具有大的有效数据内容的数据帧的网络资源竞争时，在基于以太网的通信网络中例如能够产生问题。这会导致具有实时请求的数据帧的延迟传输或者甚至导致一些这样的数据帧的丧失。
在WO 2007/144363 A1中描述了一种用于自动化设施联网的方法，该设施包括具有子网的至少一个单元。子网经由路由器连接至自动化设施的另外的子网。为了自动化设施的联网，提供了组播组，其在两个子网上延伸。借助于组播组探测组件的通信网络接口的通信网络地址。在此，组播组的组件事先经由通信网络地址加入，并且通信网络接口事先连接至子网。经由通信网络地址将名称指派给组件的通信网络接口。在另外的步骤中实现对组件的通信网络接口的另外的通信网络地址的测定，其具有名称的数字表示的至少一部分。
申请号为14166376.5的在先欧洲专利申请涉及一种用于在工业通信系统内部提供名称服务的方法，其中IPv6前缀通过路由器借助于具有路由器公告的消息(路由通告)传播到相应的下级的子网中。路由器公告包括相应的路由器的拓扑或者分级的名称组成部分，其中拓扑或者分级的名称组成部分分配给相应的路由器的空间或者分级的布置。具有来自上级子网的名称信息的路由器公告通过分配给下级子网的路由器接收并且以分配给相应的路由器的拓扑或者分级的名称组成部分进行补充，并且在相应的下级子网的内部传播。由拓扑或者分级的名称组成部分以及由在其相应的子网内部唯一的名称组成部分，通信终端设备、即通信设备在没有路由功能的情况下自主地产生其设备名称。由此实现了串行机器的简单运行，因为基于上面所述的自动化的完善措施，仅仅选出在机器层面的唯一名称。
在申请号为14177262.4的在先欧洲专利申请中，描述了一种用于在通信网络名称服务中注册来自工业制动化系统的设备名称的方法。借助规则基础设备专用地确定，对于工业自动化系统的哪些通信设备来说，其相应的设备名称在通信网络名称服务中的注册是可靠的或者必要的。借助于设备侧的分散的名称服务代理器，将通信设备的通信网络地址报告给工业自动化系统的中央名称服务代理器。在待注册的名称地址对应关系中，中央名称服务代理器将包括名称地址对应关系的注册请求传输到通信网络名称服务处。在工业自动化系统的内部，仅仅中央名称服务代理器能够将注册请求为了处理而传输到通信网络名称服务处。
申请号为14184781.4的在先欧洲专利申请公知一种在工业自动化系统内部用于提供关于通信设备名称的信息的方法。在指派或者改变通信设备的设备名称时，具有更新请求的数据报文特别地传播到选出的通信设备处，该更新请求用于将其通信网络地址与所改变或者所指派的设备名称对应。根据更新请求，选出的通信设备在其相应的数据库中分别产生或者改变分配给通信设备的数据组，该通信设备具有改变的或者指派的设备名称。该数据组在此包括通信网络地址与设备名称的对应关系。
在申请号为14200562.8的在先欧洲专利申请中，描述了一种用于测定在工业自动化系统的通信网络内部的通信设备地址的方法。工业自动化系统的所选出的通信设备分别分配有一个存储单元，在该存储单元中分别临时地存储名称服务信息的至少一部分，名称服务信息通过通信网络名称服务提供。在工业自动化系统的应用或者功能分散到至少第一和第二通信设备上时，根据名称服务信息开始建立从第一选出的通信设备至第二通信设备的连接，名称服务信息存储在分配给第一通信设备的存储单元中。在连接建立尝试有故障时，该应用或者功能触发临时存储的名称服务信息的至少部分的更新。
在具有分别包括在子网内部的多个同类机器的串行机器的工业自动化系统中，通信网络地址的静态分派是耗费的和易出现错误的。尤其是，对于串行机器的每个单个机器来说，通常需要自有的通信网络地址。因此，对于自动化设备来说，自主地址配置、如无状态地址自动配置(SLAAC)是尤其有利的。在自主地址配置时，自动化设备能够可靠地经由其逻辑设备名称被寻址，逻辑设备名称例如包括关于技术功能、或者空间或组织对应关系的说明。尤其是在IPv6通信网络中，在使用通过域名系统(DNS)提供的名称服务时，该名称服务具有更新功能(动态更新)和在设备更换之后自主地通过通信设备所产生的通信网络地址，必须通过相应的名称服务注册新的或者更新了的设备名称地址对应关系。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种在工业自动化系统内部配置通信设备的方法，该方法在设备更换之后实现了快速和可靠地建立用于替代通信设备的连接性，并且提出了一种用于实现该方法的合适的装置。
按照根据本发明的、用于对工业自动化系统的通信设备进行配置的方法，通信设备由至少一个前缀和设备专用的接口标识符自主地生成分配给通信设备的通信网络地址，前缀借助于路由器公告消息通过至少一个在其子网内部分配的路由器传输。该通信设备在名称服务系统的至少一个服务器处根据名称解析协议询问，其通信设备名称分配有哪些通信网络地址。借助路由器公告消息传输的前缀可以例如是IPv6前缀，其中，通信设备优选地根据无状态地址自动配置产生分配给其的通信地址。此外，通信设备例如可以包括自动化设备或者其可以集成到自动化设备中。
根据本发明，通信设备检验在名称服务系统的服务器处询问的通信网络地址与通过路由器传输的前缀的一致性。因此，通信设备仅仅为自身分配在名称服务系统的服务器处询问出的、具有与通过路由器传输的前缀的一致性的通讯网络地址。以这种方式，在设备更换之后，新的通信设备能够可靠和快速地以之前用于所更换的通信设备的通信网络地址被寻址，尤其是当该通信网络地址在名称服务系统中还对应于新的通信设备的逻辑通信设备名称时。此外，设备的更换可以通过上述的前缀检验可靠地与设备迁移区分开，在设备迁移时通常不希望继续使用之前使用的通信网络地址。
通信设备例如可以是对于所更换的通信设备的替代通信设备，其中通过替代通信设备在名称服务系统的服务器处询问出的通信网络地址是之前分配给所更换的通信设备的。在设备更换的框架中，通信设备能够有利地在名称服务系统的处理器处进行询问，其通信设备名称分配有哪些通信网络地址。
按照根据本发明的方法的一个优选的设计方案，对于在名称服务系统的服务器处询问出的通信网络地址，通信设备测定在其通信设备名称和相应的通信网络地址之间的对应关系的在名称服务系统中确定的有效期(例如生存时间-TTL)。在测定的有效期结束之后，通信系统自主地取消其与相应的通信网络地址的对应关系。优选的是，在多个测定的有效期结束之后，通信设备才自主地取消其与相应的通信网络地址的对应关系。
名称服务系统的服务器能够例如是域名系统服务器，域名系统服务器根据DNS协议向DNS客户端提供名称服务。按照本发明的另一个有利的设计方案，通信设备在初级和/或次级DNS服务器出询问，其通信设备名称分配有哪些通信网络地址。因为次级DNS服务器与初级DNS服务器相比多次地更晚注册名称地址对应关系并且因此更晚地取消，所以在次级DNS服务器处的询问可以有利地还实现了对已经在初级DNS服务器上删除的名称地址对应关系进行测定。因此，在次级DNS服务器处的询问实现了对分配给所更换的通信设备的通信网络地址的时间上进一步回溯的测定，该通信网络地址可能存在于另外的通信设备的DNS缓存中并且因此被使用。
按照本发明的另一个有利的设计方案，通信设备包括DNS监视器和/或DNS客户端，并且其中，通信设备借助于DNS监视器和/或DNS客户端询问，其通信设备名称分配有哪些通信网络地址。优选的是，通信设备包括用于动态DNS的客户端，通信设备借助于该客户端请求在名称服务系统中存储其通信设备名称与自主地产生的通信网络地址的对应关系。有利的是，在成功地请求存储通信设备名称与相应的通信网络地址的对应关系的情况下，在名称服务系统中存放包括对应关系的数据组。例如，通信网络地址可以是IPv6地址，并且数据组是AAAA源记录(RR)，其在其确定的有效期结束之后从名称服务系统中删除。
有利的是，在自主地分配通信设备地址之前，通信设备至少在其子网内部执行唯一性检验，并且为自身仅分配唯一的通信设备地址。在此，通信设备优选地根据邻居发现协议(DAD)或者ICMPv6(Internet ControlMessage Protocol for Internet Protocol Version 6因特网控制信息协议6)执行唯一性检验。
用于工业自动化系统的根据本发明的通信设备适用于执行根据前述实施方案所述的方法，并且该通信设备包括至少一个发射和接收单元以及至少一个控制单元，用于协调对通信媒介的访问。此外，设置有用于由至少一个借助于路由器公告消息传输的前缀和设备专用的接口标识符自主地生成分配给通信设备的通信网络地址的配置单元。此外，通信设备具有监测单元，用于在名称服务系统的至少一个服务器处根据名称解析协议询问，通信设备的通信设备名称分配有哪些通信网络地址。
根据本发明，通信设备设计和配置用于，通信设备在名称服务系统的服务器处询问出的通信网络地址与传输的前缀的一致性。此外，通信设备设计和配置用于，其仅仅为自身分配在名称服务系统的服务器处询问出的、具有与通过路由器传输的前缀的一致性的通讯网络地址。
附图说明
接下来根据实施例参考附图进一步说明本发明。图中示出：
图1是在自动化设备的运行中的包括两个子网的工业自动化系统，其具有自动化设备、初级DNS服务器和次级DNS服务器，
图2是在更换自动化设备时的根据图1的自动化系统，
图3是在为自动化设备清除地址时的根据图1的自动化系统，
图4是在自动化设备迁移到另外的子网中时的根据图1的自动化系统。
具体实施方式
图1示出的工业自动化系统根据本实施例包括至少一个示例性的自动化设备100，域名系统(DNS)的初级服务器301和次级服务器302。自动化设备100和DNS服务器301，302经由工业通信网络200彼此连接，其包括第一子网201和第二子网202。
自动化设备100例如能够是存储器可编程的控制装置或者现场设备，并且在本实施例中包括通信设备。通信设备具有：通过PHY功能单元实现的发射和接收单元101；通过MAC功能单元实现的控制单元102，其用于协调对通信媒介的访问；以及传输和通知功能单元103，用于处理TCP/IP协议栈。传输和通知功能单元103经由通信网络适配器-驱动器访问发射和接收单元101以及用于对通信媒介访问进行协调的控制单元102。以这种方式，对于至少一个在自动化设备100上运行的控制程序，传输和通知功能单元103提供连接指向的TCP/IP传输服务。
此外，自动化设备100的通信设备包括配置单元106，用于自主地生成分配给通信设备的通信网络地址。该通信网络地址在本实施例中根据无状态地址自动配置(SLAAC)由至少一个借助于路由器公告消息或者路由通告(Router Advertisement)传输的IPv6前缀和设备专用的接口标识符产生。接口标识符例如可以由MAC地址推导出。此外，配置单元106在自主地分配通信设备地址之前，根据邻居发现协议在相应的子网201，202内执行唯一性检验，从而为通信设备分配唯一的通信网络地址。
此外，通信设备具有包括DNS客户端的监控单元104，通信设备借助于监控单元根据DNS协议询问DNS服务器301，302，其通信设备名称分配有哪些通信网络地址。基于这种类型的询问，监控单元104检验，在初级DNS服务器301或者次级DNS服务器302处询问到的通信网络地址与借助于路由通告传输的IPv6前缀的一致性。由该检验出发，通信设备仅仅为自身分配在DNS服务器301，302处询问到的、具有与借助于通告路由传输的IPv6前缀的一致性的通信网络地址。为此，监控单元104将相应的检验结果传输到配置单元106，其然后在地址自动配置的框架下转用对于要采用的通信网络地址的对应关系。
此外，自动化设备100的通信设备包括DDNS客户端105(动态DNS)，通信设备借助于该客户端请求在名称服务系统中存储其通信设备名称与自主地产生的通信网络地址的对应关系。在成功地请求存储通信设备名称与相应的通信网络地址的对应关系的情况下，在名称服务系统中为IPv6地址存放包括对应关系的AAAA源记录，其在其确定的有效期结束之后从名称服务系统中删除。
根据图1，自动化设备100在首次运行时连接至第一子网201，并且获得相应的子网对应关系。在首次运行时，在DNS服务器301，302中为自动化设备100或者完全不存储通信网络地址或者仅仅存储一个刚刚注册的通信网络地址N。在初级DNS服务器301和次级DNS服务器302之间的复制通常持续几分钟，从而能够相应稍迟地在次级DNS服务器302处询问自动化设备100的通信网络地址N。
在图2中示出的通过替代自动化设备100’更换自动化设备100时，该替代自动化设备在DNS服务器301，302处询问出通信网络地址N，其在之前被分配给所更换的自动化设备100。通常，替代自动化设备根据本实施例在设备更换的框架下在DNS服务器301，302处进行询问，其相应的通信设备名称分配有哪些通信网络地址，因为通信设备名称或者逻辑的设备名称未被改变地由所更换的自动化设备采用。
类似于之前的设计方案，替代自动化设备100’通过SLAAC自己生成其通信网络地址N*。因为替代自动化设备100’具有与所更换的自动化设备100不同的设备硬件，所以替代自动化设备100’的通信网络地址N*和更换的自动化设备100的通信网络地址N是不相同的。尤其是在多次使用的具有相同类型配置的串行机器的情况中，其是不可避免的，由此可以保留独立的设备识别。
在快速的设备更换时，当替代自动化设备100’运行时，在DNS服务器301，302中常常还存储有所更换的自动化设备100的通信网络地址N。尤其是在次级DNS服务器302中，过时的地址信息还较长时间地保存。基于该原因，其他的自动化或者通信设备也许不能足够快速地识别出设备更换，因为新的地址信息必须首先通过域名系统分发。
因为替代自动化设备100’与所更换的自动化设备100相同地设计和配置，所以分配给所更换的自动化设备100的基本上过时的地址信息也能够用于与替代自动化设备100’的通信。也就是说，所更换的自动化设备100的通信网络地址N通过替代自动化设备100’借助于其监控单元104识别。以这种方式，替代自动化设备100’能够将所更换的自动化设备100的通信网络地址N与其自身产生的通信网络地址N*并行地分配给自己。因此，其他的自动化设备或者通信设备对于一段过渡时间也能够利用分配给所更换的自动化设备100的、基本上过时的地址信息联系替代自动化设备100’。
在图3中示出了对于地址清理的场景，其中，过时的地址信息在预设的有效时段结束之后，首先从DNS服务器301，302中去除，从而使其不再进一步传播给DNS客户端。此外，替代自动化设备100’的通信设备测定在其通信设备名称和所更换的自动化设备100的通信网络地址N之间的对应关系的、在DNS服务器301，302中确定的有效期。在测定的有效期结束之后，替代自动化设备100’的配置单元106自主地取消所更换的自动化设备100的通信网络地址N的对应关系。优选地，在多个所测定的有效期结束之后，通信设备才自主地取消与所涉及的通信网络地址的对应关系。然后在该时间点，在DNS服务器中不再存储具有相应的地址对应关系的数据组。有利地是，在取消所更换的自动化设备100的通信网络地址N的对应关系之前，替代自动化设备100’终结所有的以下通信连接，这些通信连接由另外的自动化或者通信设备在使用过时的地址信息的情况下建立。接下来，与通信连接的终结相关的自动化或者通信设备能够在使用通过DNS服务器301，302提供的当前地址信息的情况下建立与替代自动化设备100’的通信连接。
根据图4，自动化设备100在迁移时连接至第二子网202，并且因此获得改变了的子网或者IPv6前缀对应关系。在这样的迁移时，不希望继续使用之前所分配的地址信息。因为自动化设备100的通信设备检验在DNS服务器301，302处询问出的通信网络地址与借助路由通告传输的当前的IPv6前缀的一致性，所以能够区分迁移与设备更换。因此，通信设备在迁移时或者在不利的检验结果时停止将所询问出的通信地址与偏差的IPv6前缀对应。

Claims (16)

1.一种用于配置工业自动化系统的通信设备的方法，其中，
所述通信设备由至少一个前缀以及设备专用的接口标识符自主地生成分配给所述通信设备的通信网络地址，所述前缀借助于路由器公告消息通过至少一个在所述通讯设备的子网内部所分配的路由器传输，
所述通信设备在名称服务系统的至少一个服务器处根据名称解析协议询问，该通信设备的通信设备名称分配有哪些所述通信网络地址，
所述通信设备检验在所述名称服务系统的所述服务器处询问出的所述通信网络地址与通过路由器传输的所述前缀的一致性，
所述通信设备仅仅为自身分配在所述名称服务系统的所述服务器处询问出的、具有与通过所述路由器传输的所述前缀的一致性的通讯网络地址。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，对于在所述名称服务系统的所述服务器处询问出的所述通信网络地址，所述通信设备测定在该通讯设备的所述通信设备名称和相应的所述通信网络地址之间的对应关系的在所述名称服务系统中确定的有效期，并且其中，在测定的所述有效期结束之后，所述通信设备自主地取消该通信设备的与相应的所述通信网络地址的对应关系。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在结束多个测定的所述有效期之后，所述通信设备才自主地取消该通讯设备与相应的所述通信网络地址的对应关系。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述名称服务系统的所述服务器是域名系统服务器，所述域名系统服务器根据DNS协议向DNS客户端提供名称服务。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述通信设备在初级和/或次级DNS服务器处询问，该通信设备的通信设备名称分配有哪些所述通信网络地址。
6.根据权利要求4或5中任一项所述的方法，其中，所述通信设备包括DNS监视器和/或DNS客户端，并且其中，所述通信设备借助于所述DNS监视器和/或DNS客户端询问，该通信设备的通信设备名称分配有哪些所述通信网络地址。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中，所述通信设备包括用于动态DNS的客户端，借助于该客户端，所述通信设备请求在所述名称服务系统中存储该通信设备的通信设备名称与自主地产生的通信网络地址的对应关系。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在成功地请求存储所述通信设备名称与相应的所述通信网络地址的对应关系的情况下，在所述名称服务系统中存放包括该对应关系的数据组。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述通信网络地址是IPv6地址，并且其中，所述数据组是AAAA源记录，所述AAAA源记录在该AAAA源记录的确定的所述有效期结束之后从所述名称服务系统中删除。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，借助于路由器公告消息传输的所述前缀是IPv6前缀，并且其中，所述通信设备根据无状态地址自动配置来产生分配给该通信设备的通信网络地址。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述通信设备在自主地分配所述通信设备地址之前至少在所述通信设备的所述子网的内部执行唯一性检验，并且其中，所述通信设备仅仅为自身分配唯一的通信设备地址。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述通信设备根据邻居发现协议执行所述唯一性检验。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，所述通信设备是对于所更换的通信设备的替代通信设备，并且其中，通过所述替代通信设备在所述名称服务系统的服务器处询问出的所述通信网络地址是之前分配给所述所更换的通信设备的通信网络地址。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中，所述通信设备在设备更换的范畴中在所述名称服务系统的所述服务器处进行询问，该通信设备的通信设备名称分配有哪些通信网络地址。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其中，所述通信设备包括自动化设备，或者所述通信设备集成在自动化设备中。
16.一种用于工业自动化系统的通信设备，该通信设备用于执行根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中，所述通信设备具有
至少一个发射和接收单元，
至少一个控制单元，用于协调对通信媒介的访问，
配置单元，用于由至少一个前缀和设备专用的接口标识符中自主地生成分配给所述通信设备的通信网络地址，所述前缀借助于路由器公告消息传输，
监测单元，用于在名称服务系统的至少一个服务器处根据名称解析协议询问，所述通信设备的通信设备名称分配有哪些通信网络地址，
其中，所述通信设备设计和配置用于，使得所述通信设备检验在所述名称服务系统的所述服务器处询问出的所述通信网络地址与传输的所述前缀的一致性，
其中，所述通信设备设计和配置用于，即所述通信设备仅仅为自身分配在所述名称服务系统的所述服务器处询问出的、具有与通过所述路由器传输的所述前缀的一致性的通讯网络地址。
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