CN109313571A - 用于在工业系统中提供代理服务的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于在工业系统中提供代理服务的方法，并且工业系统特别是包括具有网络控制器节点的软件定义的网络的软件定义的系统。所述方法包括在这种工业系统中提供包括至少一个代理服务节点的代理服务引擎。并且其中网络控制器节点基于规则集将传入的服务请求引导到代理服务节点。代理服务节点将处理服务请求，基于此将递送所请求的服务。

Description

用于在工业系统中提供代理服务的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求以下临时专利申请的优先权和权益：(1)2016年6月10日提交的标题为“Software-Defined Automation”、申请号为62/348,770的美国临时申请，(2)2016年6月24日提交的标题为“Software-Defined Automation Architecture”、申请号为62/354,683的美国临时申请，(3)2016年6月26日提交的标题为“Software-Defined AutomationArchitecture”、申请号为62/354,799的美国临时申请，和(4)2016年10月11日提交的标题为“Software Defined Automation System and Architecture”、申请号为62/406,932的美国临时申请。上面提到的专利申请的全部内容明确地通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及用于在工业系统中提供代理服务的方法。本发明还涉及代理服务提供商系统。
背景技术
自动化是使用自动控制装置和各种技术来使过程和安装的监控、操作和控制自动化，而无需显著的人为干预以实现优于手动控制的表现。用于监视和控制过程及安装的已知的自动化系统通常包括各种自动化设备，诸如控制设备或控制器(例如，可编程逻辑控制器(PLC)、可编程自动化控制器(PAC))、输入输出设备(I/O设备)、现场设备(例如，传感器和致动器)、个人计算机(PC)、人机界面(HMI)。已知的自动化系统利用通信技术(例如，以太网)进行通信。自动化架构定义了自动化设备之间的布置和关系，以满足某些约束和要求。
工业控制系统包括没有或有限处理能力的设备，或者具有基本服务或无服务的设备。例如，一些设备可能仅支持本机协议(Modbus TCP、EtherNet/IP)。其它设备可能无法提供高端网页。用支持高端和/或高级协议/web服务的智能设备替换这些设备可能非常昂贵，并且不一定是最佳的。
发明内容
在一个方面，公开了一种用于在工业系统中提供代理服务的方法。该方法包括在具有带网络控制器节点的软件定义的网络的工业系统中提供具有至少一个代理服务节点的代理服务引擎。该方法还包括网络控制器节点基于规则集将传入的服务请求引导到至少一个代理服务节点。并且至少一个代理服务节点处理服务请求并递送所请求的服务。
在另一方面，公开了一种代理服务提供商系统。代理服务引擎具有至少一个与软件定义的网络(SDN)的网络控制器节点通信地耦合的代理服务节点。网络控制器节点被布置为用于基于规则集将传入的服务请求引导到至少一个代理服务节点。至少一个代理服务节点被布置为用于处理服务请求并递送所请求的服务。
附图说明
仅作为示例，将参考附图描述本公开的实施例，其中：
图1是图示SDA系统的简化架构的图。
图2是图示根据一些实施例的SDA系统的子系统的框图。
图3是图示可以在其中实现用于提供代理服务的方法的系统的示例的框图。
图4是图示用于在图3的系统中提供代理服务的方法的示例的流程图。
图5是更详细地图示图4的示例的流程图。
图6是图示根据图5的示例的、用于分解服务请求的示例的流程图。
图7是图示根据一些实施例的、用于升级遗留设备的系统的示例的框图。
图8是图示根据一些实施例的、用于增强物理或虚拟设备的基本功能的系统的示例的框图。
图9是图示根据一些实施例的、用于增强具有不兼容协议的遗留设备的系统的示例的框图。
图10是图示根据一些实施例的、用于增强由遗留设备支持的服务的系统的示例的框图。
图11是图示可以在其中实现用于配置用于提供代理服务的SDN交换机的方法的系统的示例的框图。
具体实施方式
需要使基本的低能力设备能够参与使能/提供高级任务和服务。这可以通过引入代理服务来实现。然而，工业环境是以IP为中心的系统，这意味着通信协议依赖于在具体IP地址上寻址。因此，不能依赖实现诸如DNS和WINS之类的名称解析服务的现有技术代理解决方案。由于工业通信协议不允许将分组或服务请求转移到除明确指定为目标地址的地址之外的另一个地址。
为了克服上述缺点，本公开描述了一种可以在工业环境中操作的代理服务提供商系统，诸如软件定义的自动化(SDA)系统，该系统包括具有网络控制器的软件定义的网络(SDN)。SDA提供了参考架构，用于设计和维护高度可用、可扩展且灵活的自动化系统。SDA使控制系统和相关联的软件能够在雾平台或私有云内运行。在传统的制造设施、炼油厂、潜艇、车辆、隧道、行李处理系统、能源管理系统、楼宇管理系统、洪水控制系统、电网控制系统等中可以找到各种不同复杂程度的控制系统。通过将整个控制系统或其至少一部分移动到雾平台或私有云以及向控制系统元件提供软件接口，SDA允许在自动化工程的整个生命周期中进行的工程任务(诸如设计、编程、配置、安装、运行、维护、升级和关闭)能够以更简单、更高效和更具成本效益的方式进行。SDN使网络的控制逻辑与底层网络硬件或设备(例如，交换机、路由器)和网络控制的逻辑集中分离，从而使得包括交换机和路由器的网络元件或设备以及承担类似角色的任何节点能够以更简单的方式被配置和重新配置，而无需访问每个物理设备。例如，每个网络设备可以由逻辑上集中的SDN控制器使用协议集来访问。
在代理服务提供商系统的各种实施例中，网络控制器可以被配置为取决于与IP地址不同的标准来重新引导通信流，其中所述标准诸如协议的类型、服务请求类型、源类型、协议的子功能、可选命令的类型、附加的SNMP MIB、备用(alternate)或扩充网页、数据内容。以这种方式，可以建立/配置代理设备，以代表被实际寻址的目标设备来处理通信。这种代理设备将被称为代理服务节点。或者，更一般地，被称为代理服务引擎，其可以包括一个或多个可以跨SDA系统分布的代理服务节点。
本公开还描述了一种用于在包括具有网络控制器的软件定义的网络(SDN)的工业系统中提供代理服务的方法。
SDA系统可以在设计和调试阶段进行配置和测试。SDA系统也可以在操作时被重新配置。在这些阶段中的任何一个当中，自动化门户使操作员或其他用户能够与自动化系统交互。
经由自动化门户，用户可以选择建立需要由系统递送的服务。例如，为了控制泵站，考虑降雨会是方便的，这可能需要扩大泵送活动。因此，提供降雨预测图以及一个或多个泵的泵送速率或其它过程数据的服务将是有用的。
这些服务可以由用户通过配置代理服务节点以收集或聚合数据并使这些作为一个服务请求可用来设计。自动化门户将创建规则集或规则方案，以处理新创建的服务请求。然后，SDN网络控制器将更新其规则集，并考虑更新后的规则集来布置和引导流量。此外，这个规则集可以随时间动态更新、改变或替换。
代理服务引擎将处理引导向其的流量，例如通过处理请求或数据、或通过对请求做出响应等，代理服务引擎可以从分布式设备收集数据、聚合信息并将其作为单个服务响应呈现。这使基本设备免于支持高端协议，从而减少其固件和硬件占用空间，并因此降低成本，同时维持所需的功能。遗留设备似乎拥有总是最新的Web服务中的最新技术。这也可以对基本设备的本机协议的性能和确定性产生显著的积极影响，因为该设备可以针对其控制系统功能进行特别(very)优化。此外，通过将复杂的高端服务置于中心位置而不是分布在客户网络中的众多产品中，可以实现维护和升级效率。
代理范例与将每个最新功能嵌入到设备中以使其尽可能智能相反。这种智能设备方法的问题之一是它对成本和性能有负面影响，因为设备不仅需要能够支持其主要功能，而且还需要支持大量其它服务。最后，客户实际上只关心系统中提供的服务。所公开的代理服务技术不是制造更智能的设备，而是制造更高效的专用设备并使用该系统解决方案来提供远远超出智能设备所能提供的能力。一旦服务被分发和虚拟化，它们就可以使用大数据概念来提供工业控制系统中之前从未见过的功能。
图1是图示根据一些实施例的SDA系统的简化架构的图。该架构描绘了链接到系统软件140的雾服务器105以及经由通信骨干110通信地耦合到雾服务器105和系统软件的智能连接设备115A、115B。该架构还描绘了至少一些智能连接设备115B和雾服务器105可以通信地耦合到云150。
雾服务器105由控制资源和计算资源的集合组成，这些资源和计算资源被互连以创建用于托管企业的自动化系统的、逻辑上集中的但可能物理地分布的系统。这里使用的“雾服务器”或“雾平台”是已经被本地化为一个或多个计算和/或控制节点的云管理系统(或本地化子系统或本地化系统)。换句话说，雾服务器105是以一个或多个计算和/或控制节点的形式被带到本地地面或设施(因此术语“雾”)的云技术，以管理整个自动化系统或其一部分。雾服务器105通过提供其上可以运行和/或管理自动化系统的虚拟化基础架构来实现虚拟化。虚拟化基础架构包括执行虚拟机、容器以及裸机(或裸机映像)等主机的计算节点。主机本身可以执行包括物理组件或功能单元和自动化门户或系统软件140的应用程序和/或软件实现的访客。如本文所使用的，虚拟化是创建某物的虚拟版本。例如，虚拟组件或虚拟化组件(例如，虚拟PLC、虚拟交换机、网络功能虚拟化(NFV))表示运行在计算节点上的主机上所执行的功能。它本身并没有物理存在。雾服务器105不需要集中在集中控制室中；靠近传感器和致动器(例如IO设备，嵌入式设备)的控制器、设备和/或服务器135也可以在雾服务器105的管理下被考虑。在一些实施例中，雾服务器105还可以聚合、存储和/或分析数据，和/或将数据或分析报告给云150。云150可以是企业云(即，私有云)、公共云或混合云。系统软件140为终端用户提供单一入口点以定义(例如，设计、提供、配置等)自动化系统。定义自动化系统的一种方法是通过管理用户希望执行的应用程序/应用程序功能的分布。
智能连接设备115A、115B(也是智能连接产品)通过执行应用/应用功能来监视和/或控制靠近装备/原材料/环境的设备、传感器和/或致动器。在各种实施例中，智能连接设备具有以下特征：(1)物理和电气组件，(2)固件或“智能”嵌入部件，以及(3)连接性和互操作性。在一些实施例中，智能连接设备还可以具有可以远程运行或者板载(on board)运行的网络安全组件。
一些智能连接设备115A可以本地运行应用或应用功能(“应用”)(例如，速度驱动器的速度/转矩调节环路)，因为它们具有这样的处理能力。这意味着不需要在其他地方(例如，在连接的PC、服务器或其他计算设备上)执行那些应用以获取数据来执行其功能。这具有更快的响应时间(即，更短的延迟)和节省网络带宽的优点。板载或本地执行应用的另一个优点是它可以提高数据的一致性和架构的稳健性，这是因为即使网络出现故障，设备仍可以继续生成信息(例如，警报)或记录数据。
在一些实施例中，智能连接设备115B可以全部或部分地在一个或多个服务器(例如，服务器135、雾服务器105)中执行。例如，智能连接设备115B可以响应远程信号(例如，远程方法调用，应用程序编程接口或API调用)，就好像应用在本地运行一样，而实际上应用是远程运行的，例如在雾服务器105中。在一些实施例中，智能连接设备可以捕获关于其自身状态和其环境状态(例如，它正在监控的设备)的实时数据并将这些数据发送到雾服务器105和/或远程云150。在一些实施例中，智能连接装置115A，115B可以将所捕获的实时数据转换成信息(例如，警报)，存储它们并对它们执行操作分析。然后，智能连接设备115A，115B可以组合上面描述的监控和控制功能来优化自己的行为和状态。
通信骨干110促进雾服务器105、系统软件140和智能连接设备115A，115B之间的交互。通信骨干(或物联网(IoT)/工业物联网(IIoT)骨干)包含一组网络架构和网络块(brick)，其能够实现智能连接设备115A、115B、雾服务器105以及作为SDA架构的一部分的任何其他组件之间的物理及逻辑连接。例如，工厂中的各种装备可以使用基于诸如以太网，TCP/IP、网络和/或软件技术的各种标准的技术彼此连接并与企业系统(例如，MES或ERP)连接。统一的全球工业以太网骨干形式的通信骨干可以提供：从工厂(OT)到企业应用程序(IT)的轻松访问数据，灵活的方式来定义不同类型的、满足客户需求的网络架构(例如，星型、菊花链、环形)，坚固的架构以满足可用性、安全性和恶劣环境支持等要求，以及在正确的时间通过一条电缆向正确的人员提供正确的信息。
通信骨干110包括提供交换机、路由器和/或电缆系统的完整的工业以太网基础设施以满足所有拓扑的需要。通信骨干110还根据基于各种标准(例如，Modbus/TCP-IP、以太网IP、OPC UA、DHCP、FTP、SOAP、REST等)的标准来支持一组连接协议。通信骨干110还可以支持一组网络功能，这些网络功能提供诸如使用标准网页的诊断、监视和配置以及定义模式的设备集成参考架构的功能，将设备组集成到应用级别和网络级别的控制器以进行配置，调整和诊断。在一些实施例中，网络安全元件可以内置到该架构中。通信骨干110还遵循一组架构规则，该架构规则以性能(服务质量或QoS)，稳健性(用于冗余的RSTP和PRP HSR)和安全级别(IEC61508)来构建架构。在一些实施例中，通信骨干110还支持集成一组网关以连接到网络的传统(即，非以太网)装备。
通信骨干110可以使用多种协议来提供多种服务以满足多种需求。表1列出了一些通信需求和适用协议的示例。
现有系统中的网络被非常细分以允许有保证的或可靠的通信。SDA架构中的通信骨干110可以通过软件定义网络(SDN)和时间敏感网络(TSN)技术克服现有系统的问题。SDN技术可以给这些网络带来简单性和灵活性，允许在网络策略驱动的不同层处以及通过这些层进行通信。TSN技术为标准以太网增加了一系列功能，以在区域或整个架构中提供实时能力和有时间保证的交换。此外，网络安全解决方案也可以集成并适应SDA架构。
SDA系统包括各种子系统，这些子系统一起工作以提供用于创建、管理和操作自动化系统的完全集成的解决方案。图2是示出根据一些实施例的SDA系统的子系统的框图。在一些实施例中，SDA系统200包括具有雾控制器或冗余雾控制器210，一个或多个计算节点215和存储器225的雾服务器子系统205(“雾服务器”)。SDA系统200还包括软件组件子系统230。在其他实施例中，SDA系统可以进一步包括具有安全控制器或冗余安全控制器255、物理和/或虚拟化安全组件260以及安全策略储存库265的网络安全(“CS”)子系统250。在其他实施例中，SDA系统还可以包括具有网络控制器或冗余网络控制器290、物理网络280、物理网络组件282、虚拟网络220、虚拟网络组件222和网络策略储存库285的网络子系统270。
雾服务器205提供可在其上运行和/或管理自动化系统的虚拟化环境。雾服务器205包括计算节点215，其提供逻辑处理能力并且可以以高水平的弹性来托管应用程序、数据库等等。计算节点的非限制性示例包括：服务器、个人计算机、包括智能连接设备等的自动化设备。
雾服务器控制器210利用雾服务器管理软件来执行其功能。雾服务器管理软件可以基于诸如OpenStack的云管理软件。诸如OpenStack的标准/现成形式的云管理软件通常用于信息技术(IT)领域，用于数据中心管理。然而，自动化系统管理涉及不同的挑战。例如，一些自动化系统可以运行时间关键和/或安全关键的应用，这些应用需要关于延迟、可靠性和/或其他因素的确定性保证。考虑一种自动化奶酪切片系统，其中通过奶酪块切割的刀片和奶酪块运动之间的高速同步运动对于产生均匀厚度的奶酪切片是关键的。如果有任何加工或网络延迟，可能会导致不同厚度的奶酪片，进而导致浪费和生产力损失。
雾服务器控制器210管理虚拟化环境的所有方面以及计算节点215的完整生命周期。例如，雾服务器205可以对计算机节点上的主机(例如虚拟机、容器或裸机)进行开关机，以及创建和销毁虚拟化组件245和虚拟网络220。如本文所使用的，虚拟化组件/元件/实例245是其所代表的物理设备或该物理设备的一部分的逻辑等同物，被实现为软件实体以在雾服务器205内部运行。虚拟化组件245还可以包括诸如主机(例如，配置有应用的虚拟机是虚拟化组件/元件/实例)上的应用和/或应用功能的软件组件。
雾服务器控制器210可以通过控制器的冗余和计算节点故障的管理来提供高可用性(HA)。控制器还可以管理各个计算节点的启动、关闭和修补。在一些实施例中，雾服务器平台可以提供对虚拟化组件的高可用性的支持。在一些实施例中，雾服务器205可以包括存储节点或数据存储装置225。存储装置225可以存储虚拟映像、卷(即，实例化映像的硬盘驱动器)、应用和过程数据等。
软件组件子系统230可以包括由雾服务器205的虚拟化生态系统托管的虚拟化组件245。软件组件子系统230还可以包括在虚拟化环境内运行的软件235的虚拟化实例(例如，用于编程、配置和/或管理(例如，Unity、SoMachine、SCADA)，其用于对自动化设备进行编程、配置、管理或以其他方式与其进行交互。在一些实施例中，软件组件子系统230还包括系统软件240(也称为自动化门户)，它提供单一接口来管理自动化设备和/或整个自动化系统的拓扑、库存、配置、编程、控制和/或诊断。
通过系统软件240，用户可以在所有生命周期阶段访问各种应用以进行系统定义和系统管理。例如，系统软件240可用于在工程阶段期间对设备进行配置和参数化，并在维护阶段期间对设备进行调整、编程和/或诊断。系统软件240的一些益处包括对终端用户的简单性和便利性以及成本降低，因为自动化系统中的任何设备的所有方面都可以从单个门户进行管理。除了为整个系统提供单一入口点之外，系统软件240还呈现一致的用户界面和用户体验，这有助于减少不一致性并提高效率和生产率。
网络安全(CS)子系统250包括相关联的CS控制器或冗余CS控制器255以及虚拟化和/或物理安全组件260。安全子系统250通过安全策略和安全组件提供整体网络安全解决方案，诸如入侵检测/保护系统、虚拟化的下一代防火墙、认证授权和识别系统等。CS控制器255向虚拟化和/或物理组件传播安全策略，以确保必要的安全保护就位。在一些实施例中，CS子系统还可以向其他组件和子系统提供安全策略和认证服务。在一些实施例中，CS系统250的安全策略可以被存储在安全策略储存库265中。
网络子系统270包括用于整个SDA系统解决方案的以太网网络基础设施。在一些实施例中，网络子系统270是具有作为网络控制器290的SDN控制器或冗余SDN控制器的SDN网络子系统。SDN网络通过SDN控制器将网络的控制逻辑与底层网络硬件(例如，路由器、交换机)相分离，并且提供网络控制的逻辑集中。这意味着SDN控制器可以在整个网络基础设施(即，物理网络280和物理网络组件282以及虚拟网络220和虚拟网络组件222)中传播网络策略以控制连接性、带宽和延迟、服务水平协议(SLA)(例如，re：确定性响应时间/转移时间)，业务流量控制等，并且网络硬件可以实施这些策略。在一些实施例中，网络子系统270的网络策略可以被存储在网络策略储存库285中。
在一些实施例中，网络子系统270可以包括网状无线电网络。在网状无线网络中，每个节点可以连接到至少两个其他节点，数据在一个称为跳跃的过程中从节点传递到节点。由于节点本身充当路由器，因此无线网状网络通常不需要指定的路由器。然而，一些网状无线电网络包括一个或多个网状路由器以及网状节点以代表其他网状路由器和/或网状节点来中继业务。在一些实施例中，网络子系统270可以包括高速射频(RF)网状网络或混合网络上的虚拟电路，其中仅通过节点的无线电收发器促进通信，而无需任何外部设备。因此，在一些实施例中，网络子系统或网络基础设施的网络元件的配置可以包括网状无线电网络中的网状节点和/或网状路由器(例如，支持OpenFlow的网状路由器)的配置。
在一些实施例中，网络子系统270可以是具有作为网络控制器290的时间敏感网络(TSN)控制器和TSN基础设施的TSN子系统。TSN网络子系统确保按照预定义的最大确定性传输时间和高可靠性传输/共享关键任务和时间敏感数据。通常，TSN基础设施包括支持TSN的网络组件。应该注意的是，在一些实施例中，网络子系统270可以包括SDN和TSN网络(并且因此包括SDN和TSN控制器以及SDN和TSN组件)。在各种实施例中，网络控制器290可以是本机雾服务器虚拟网络控制器、传统网络管理系统控制器、SDN控制器、TSN控制器和/或其任何组合。
SDA解决方案中的子系统的作用相互补充以提供完全集成的解决方案。具体而言，雾服务器205可以通过托管子系统的虚拟化元件和/或通过子系统的控制功能与这些子系统中的每一个进行交互。
参考图3，示出了根据一些实施例的示例系统。系统300包括应用工具302、具有网络控制器节点390的软件定义的网络(SDN)304、包括代理服务节点306a-306n的代理服务引擎306、物理设备308a-308m以及虚拟设备312a-312p。
应用工具302允许操作员或其他用户与系统300交互并使得能够控制和配置系统300。应用工具302可以是自动化门户或系统软件240的一部分或可通过自动化门户或系统软件240获得。网络控制器节点390通过软件定义的网络304在各种设备和部件之间协调、配置和提供系统300内的通信。
取决于自动化/被操作的机器或设备的类型，各种物理设备308a-308m可以存在于系统300中。类似地，系统可以采用各种虚拟设备312a-312p在雾服务器305中的计算节点上运行的主机上执行一个或多个自动化功能。代理服务引擎306可以由一个或多个代理服务节点306a-306n组成，其中每个节点都可以由网络控制器节点390寻址。在其他实施例中，代理服务引擎306可以驻留在雾服务器305中。在其它实施例中，它可以驻留在单独的计算机资源、计算节点、PLC或其它控制设备或提供处理能力的任何其它资源中。此外，代理服务引擎可以分布在任何上面提到的元件上。
参考图4，图示了用于提供代理服务的方法的示例。该方法将通过参考图3的系统300的示例来说明。从应用工具302请求402服务。网络控制器节点390将传入的服务请求引导404到至少一个代理服务节点306a-306n。服务请求的这种引导404基于规则集。至少一个代理服务节点306a-306n处理406服务请求并递送408所请求的服务(即，递送对服务请求的响应)。
规则集中存在的规则可以由应用工具预先设置和/或可以在操作期间重新配置。规则集可以包括目的地，即，物理自动化设备(例如，物理设备308a-m)、虚拟自动化设备(例如，虚拟设备312a-p)和代理服务节点(例如，代理服务节点306a-n)的目标地址。规则集还可以包括预定标准与每个目标地址的关联。因此，一个标准或多个标准的组合可以一起与特定目的地地址相关联。预定标准可以包括但不限于：IP地址、分组内容、消息内容、协议类型、服务请求类型、设备类型、源类型或其组合。其它标准可以包括协议的子功能、可选命令的类型、附加的SNMP MIB、替代或扩充网页和/或数据内容。可选命令是例如在协议内可用但不一定由遗留设备支持的命令。
以这种方式，服务请求仍然被寻址到目标设备，但是通信流基于预定标准中的一个或多个被重新引导(例如，由网络控制器390)。这允许代表目标设备处理请求。因而，可以建立代理服务引擎，即，逻辑上集中的高端服务代理的集合，以便为各种服务提供网络范围的能力。
转到图5，更详细地图示了图4的方法。在本文中，引导402服务请求可以包括根据规则集确定504目标地址并将服务请求路由506到确定的目标地址。
图5中所示的方法进一步详细地示出了处理404服务请求可以包括分解或解构508服务请求、聚合510响应服务请求所需的结果以及编译512所请求的服务响应。如图6中所示，分解508服务请求可以包括将服务请求拆分604成要由代理服务节点和/或一个或多个物理自动化设备和/或一个或多个虚拟自动化设备处理的一个或多个子请求或任务。服务请求可以指示可以被单独处理的任务的存在，例如，当这些任务由操作员经由应用工具从SDA系统可用的任务列表中选择以提供组合服务时。此外，或者当不存在这样的指示时，代理服务引擎可以被配置为识别所请求的服务所需的任务。另外，分解508服务请求还可以包括识别602在服务配置集中列出的任务。
通过将服务请求拆分604成子请求或任务，可以分发606这些任务以供特定专用物理和虚拟设备或代理服务节点本身进一步处理。其中，分发是指将每个特定任务分配或指派给其相关联的目标：物理/虚拟设备或代理服务节点以进行处理的过程。如果将任务分发给物理或虚拟设备，那么代理服务节点将这些任务路由608到目标设备。
在一些实施例中，服务配置集可以列出用于在一般处理通信流中处理分组或更多、用于聚合诊断数据和/或用于响应服务请求的任务。它还可以包括将IP寻址的分组转发到由该IP地址识别的目标自动化设备，用于编译所请求的服务响应、用于递送编译的服务的结果和/或用于跟踪至少一个自动化设备的身份或本体。服务配置集可以由代理服务引擎306存储和维护，并且经由应用工具302可访问。或者它可以在诸如应用工具302或网络控制器节点390之类的任何其它合适的位置存储和维护。
应用工具302可以具有可用服务的目录，或者能够检索可用服务的列表。操作员可以从可用服务的列表中挑选/选择服务以构建定制服务。类似地，应用工具302还可以访问可用任务或子请求的目录，操作员可以从中构建一个或多个定制服务。然后，包括网络控制器节点390的软件定义的网络304将编排定制服务的配置。
示例1–升级具有过期功能的遗留设备
作为所公开的方法的应用的示例，可以“虚拟地升级”需要固件更新以便例如解决安全风险或任何其它功能的遗留设备。另外，参考图7，代理服务节点706可以被配置为将固件升级或软件补丁引导到虚拟设备712。然后，可以在雾服务器705中或在代理服务引擎706内的单独计算节点上运行的虚拟设备712将代替遗留设备708与固件更新或软件补丁一起被安装。一旦安装，针对遗留设备708的所有通信和/或服务请求就将被引导到虚拟设备712。这将允许虚拟地升级将不能执行更新后的固件的遗留设备708，并且甚至允许虚拟地升级不是被设计为获得升级的遗留设备。功能升级的另一个示例可以扩展到Web服务，诸如在由遗留设备呈现的网站上使用不同的公司徽标。功能升级的进一步的示例可以包括改进由遗留设备提供的服务的外观和感觉，诸如例如呈现给操作员的图形用户界面(GUI)、品牌或其它界面元素。
示例2-增强基本物理或虚拟设备
作为所公开的方法的应用的另一个示例，高端网页可能仿佛是由最基本的物理或虚拟设备提供，而实际上服务请求被SDN控制器拦截并重新引导到虚拟代理服务。被代理的服务将使用实际目标设备的本机协议(Modbus TCP、EtherNet/IP、BacNet等)从设备搜集数据，以便构建所请求的Web服务响应。例如，参考图8，通过配备有诸如光强度计之类的基本能量计808的太阳能电池板对电池充电的电池充电站只能输送光强度的当前值。然后，代理服务节点806将随时间聚合光强度数据，并且连接到云816的虚拟web服务812将递送本地天气预报。然后可以组合这些通信流，不仅仅基于瞬时光强度值预测电池何时将被充满电，而是考虑天气预报来预测充电率以及电池何时将被充满电的增强预测。
因此，来自远程客户端814的用于详细指示全容量的服务请求将由网络控制器节点890引导到代理服务节点806。代理服务节点806将服务请求拆分成子请求或任务，用于从光强度计808检索聚合数据并从Web服务812检索天气预报。然后编译来自这些分布式任务的响应，并将其作为单个服务或响应递送给服务请求者。
作为增强基本物理设备的另一个示例，可以使得能够支持诊断查询。一些遗留设备不支持完整的网络诊断信息。但是，网络中的网络控制器和/或SDN交换机可以通过观察去往和/或来自设备的业务来获得这种信息的大部分。例如，由于网络控制器将参与创建和删除到设备的网络连接(诸如Modbus TCP连接)，因此网络控制器可以代表遗留设备跟踪这些连接的存在。然后，SNMP代理服务或其它此类诊断服务可以代表遗留设备通过从网络控制器收集信息来响应现有Modbus TCP连接的查询。虽然对于用户而言仿佛是设备支持列出当前的Modbus TCP连接，但实际上，物理设备根本不会参与查询。来自诊断客户端的原始查询由网络控制器引导到SNMP代理服务。SNMP代理服务询问网络控制器诊断数据，以获取到遗留设备的当前连接列表。SNMP代理服务然后使用详细的连接信息响应查询。物理设备不需要以任何方式参与诊断查询事务。
示例3–经由IP地址寻址不存在的设备
进一步扩展分布式虚拟化概念，目标设备实际上可以是跨多个虚拟实体散布的服务的分布；实际设备不存在于虚拟化系统(即，雾服务器)和/或云中的任何一个地方而是多个地方。实际上，从外部视图看来，具有一定能力集的设备实际上是个谜。“目标设备”服务是独立服务的抽象集合，它们共同呈现某种特定的期望行为。例如，SysLog服务，其记录事件，诸如登录/注销、操作处理改变、状态改变(诸如高/低速、关闭、错误等)。此外，群集(swarm)技术可以用于引导独立服务的集合的行为以提供独特的功能。例如，可以提供能量管理服务，其允许关闭非关键功能。
示例4-增强具有不兼容的协议的遗留设备
参考图9，描绘了包括应用工具914、网络控制器节点990、代理服务节点906以及遗留工业设备(例如，PLC)912的示例系统。PLC设备912仅配备有用于ModBus的协议栈，并且不支持IP/以太网。为了增强与PLC设备912的通信，代理服务节点906被配置为包括ModBus寄存器。代理服务节点906现在能够将任何ModBus设备实体翻译成IP/以太网地址，这非常类似于用于以太网/IP的常规DNS服务器。以这种方式，PLC设备912的固有功能被扩展到超出其基本能力。
示例5–电机斜坡(motor ramping)
作为定制服务的示例，仅能够以诸如开/关模式之类的特定方式操作的驱动电机可以通过基于基本功能构建定制服务来提供有扩展模式，诸如例如斜坡。例如，这可以通过设计允许配置开关模式的服务来实现，该开关模式以这样一种方式接通/关断电机驱动，即，使得驱动可以以更受控制的方式加速或减速。因此，虽然遗留设备仅支持其基本操作模式，但使用代理节点服务将允许向电机驱动添加附加操作模式。
参考图10，PLC 1014被布置为用于控制遗留电机驱动1008。可以通过用于以下被支持的功能RUN、STOP和SET SPEED的命令来控制电机驱动1008。因此，PLC 1014可以从电机驱动1008请求(步骤1)这些基本被支持的功能中的任何一个。作为SDN的一部分的网络控制器1090将请求引导(步骤2)到电机驱动1008。此外，PLC可以请求不被电机驱动1008直接支持的增强功能(步骤3)。另外，网络控制器1090将增强服务请求引导(步骤4)到代理服务引擎1006，代理服务引擎1006被配置为提供一个或更多增强驱动简档1006c。增强驱动简档1006c被布置为支持通过使用遗留电机驱动1008支持的服务RUN/STOP/SET SPEED构建的特定驱动简档。增强驱动简档可以是斜坡速度驱动简档，诸如线性增加或减小的速度或者非线性增加或减小的速度(诸如例如逐步或分段连接的曲线)，或者它可以包括任何其它复合驱动简档。代理服务引擎1006促进增强驱动简档1006c与电机驱动1008之间的通信(步骤5)。因此，来自PLC的服务请求经由网络控制器1090被引导到代理服务引擎1006，以使得能够支持增强服务。
仍然参考图10，代理服务引擎1006包括作为附加代理服务的新Web服务器1006a、SysLog 1006b以及代理服务节点1006N。SysLog 1006b代理服务允许记录在代理服务引擎1006和电机驱动1008中发生的事件。电机驱动1008a包括旧的web服务器，在这个示例中其仅仅能够显示电机驱动的当前状态：运行、停止或设定的速度。新的web服务器1006a允许用例如根据增强驱动简档的电机驱动状态来扩充旧的web服务器1008a。例如，驱动简档中的当前实例、驱动简档的进度以及电机驱动的过去和未来速度的轨迹。
示例6-配置用于引导服务请求的SDN设备
参考图11，示出了系统的示例，其中可以实现用于提供代理服务的方法的另一个示例。在这个示例中，更详细地阐述了网络控制器布置服务请求的引导的方式。该系统包括控制或接口设备1114，诸如应用、客户端或PLC，其可以被布置为用于控制和/或与一个或多个设备(未示出)交互，类似于图10的示例。该系统还包括代理服务引擎1106，其具有与图10的示例类似地布置的代理服务节点1106a-N。网络控制器1190在软件定义的网络1104内控制多个SDN设备1191-1155，诸如交换机、路由器、网关。
在这个系统中，服务请求最初被发送到网络控制器1190。网络控制器通过确定目标设备来引导请求并将请求路由到目标设备，例如新的Web服务器1106a。利用针对特定请求确定的目标设备及其路由，网络控制器可以更新规则集并配置和/或编程SDN设备中的一个或多个以应用那个规则。因而，当发送以相同目标设备为目的地的新请求时，该请求不需要被转发到网络控制器，而是可以由SDN设备1119-1155直接转发到目标设备。因此，用于实现代理服务的方法可以包括配置SDN设备以用于路由服务请求的网络控制器。
虽然上面已经参考具体实施例描述了本发明，但是并不意图将本发明限于本文阐述的具体形式。相反，本发明仅受所附权利要求的限制，并且除了上述具体实施例之外的其它实施例同样可能在这些所附权利要求的范围内。
此外，虽然上面已经在组件和/或功能的一些示例性组合中描述了示例性实施例，但是应当认识到的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以通过构件和/或功能的不同组合来提供替代实施例。此外，特别预期的是，或者单独地或者作为实施例的一部分描述的特定特征可以与其它单独描述的特征或其它实施例的部分组合。

Claims (21)

1.一种用于在工业系统中提供代理服务的方法，包括：
在包括具有网络控制器节点的软件定义的网络的工业系统中提供包括至少一个代理服务节点的代理服务引擎；
所述网络控制器节点基于规则集将传入的服务请求引导到所述至少一个代理服务节点；
所述至少一个代理服务节点处理所述服务请求；以及
递送所请求的服务。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述规则集包括：
用于物理自动化设备、虚拟自动化设备以及代理服务节点的目标地址；以及
预定标准与所述目标地址中的每一个目标地址的关联；以及
其中所述预定标准包括以下当中的至少一个：IP地址、协议类型、服务请求类型、源类型、协议的子功能、可选命令的类型、附加SNMP MIB、替代或扩充网页和/或数据内容。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中引导所述服务请求包括：
根据所述规则集确定目标地址；以及
将所述服务请求路由到所确定的目标地址。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中处理所述服务请求包括：
分解所述服务请求；
聚合服务请求所需的结果；以及
编译所请求的服务。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中分解所述服务请求包括：
将所述服务请求拆分成一个或多个部分任务，以便由以下实体处理：
所述代理服务节点；和/或
一个或多个物理自动化设备；和/或
一个或多个虚拟设备。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中分解所述服务请求包括：
识别服务配置集中列出的部分任务。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述服务配置集包括用于以下的部分任务：
处理通信流；和/或
聚合诊断数据；和/或
响应服务请求；和/或
将IP寻址的通信流转发到由所述IP地址识别的目标自动化设备；和/或
编制所请求的服务；和/或
递送被编译服务的结果；和/或
跟踪所述至少一个自动化设备的身份和/或本体。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：
所述网络控制器配置一个或多个SDN设备以应用规则集。
9.一种代理服务提供商系统，包括：
代理服务引擎，包括至少一个与软件定义的网络(SDN)的网络控制器节点通信地耦合的代理服务节点；
其中所述网络控制器节点被布置为用于基于规则集将传入的服务请求引导到所述至少一个代理服务节点；以及
其中所述至少一个代理服务节点被布置为用于处理所述服务请求并递送所请求的服务。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述网络控制器节点被配置为用于配置一个或多个SDN设备以应用所述规则集。
11.如权利要求9或权利要求10所述的系统，其中所述代理服务引擎驻留在分布式计算节点上运行的虚拟化环境中。
12.如权利要求9或权利要求10所述的系统，其中所述代理服务引擎驻留在工业设备中。
13.如权利要求9或权利要求10所述的系统，其中，在所述应用之前动态地确定所述规则集。
14.一种用于扩充工业设备的功能的方法，包括：
由代理服务引擎的代理服务节点接收来自客户端的服务请求，其中针对目标工业设备的所述服务请求由网络控制器或由所述网络控制器编程的一个或多个网络设备重新引导到所述代理服务节点；
将所述服务请求解构成两个或更多个子请求；
将所述子请求中的至少一个子请求发送到物理或虚拟设备或服务以供处理，以扩充所述目标工业设备的功能；
将对所述子请求的响应聚合到服务请求响应中；以及
向所述客户端提供所述服务请求响应。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述代理服务引擎的所述代理服务节点驻留在由计算节点托管的虚拟化环境中。
16.如权利要求14所述的方法，其中基于所述子请求的识别来解构所述服务请求。
17.如权利要求14所述的方法，其中所述子请求中的至少一个子请求被发送到基于云的web服务。
18.如权利要求14所述的方法，其中所述子请求中的至少一个子请求被发送到所述目标工业设备。
19.如权利要求14所述的方法，其中没有一个所述子请求被发送到所述目标工业设备。
20.如权利要求14所述的方法，其中所述服务请求是基于规则被重新引导的。
21.如权利要求14所述的方法，其中所述规则集包括：
用于物理自动化设备、虚拟自动化设备以及代理服务节点的目标地址；以及
预定标准与所述目标地址中的每一个目标地址的关联；以及
其中所述预定标准包括以下当中的至少一个：IP地址、协议类型、服务请求类型、源类型、协议的子功能、可选命令的类型、附加SNMP MIB、替代或扩充网页和/或数据内容。
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