CN111164953A - 在工业自动化系统中提供名称服务的方法和交换机 - Google Patents

在工业自动化系统中提供名称服务的方法和交换机 Download PDF

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Abstract

为了在工业自动化系统内提供名称服务，该工业自动化系统包括多个分别具有多个自动化设备(202)和小区交换机(201)的小区(200)，由小区交换机(201)接收到的路由器公告消息(110)被转发给相应的小区交换机(201)的分发单元(212)，并且通过分发单元(212)添加关于配属于相应小区(200)的名称服务服务器(214)的内容。小区交换机(201)将由其分发单元(212)添加的路由器公告消息(220)传播给其相应小区(200)中的自动化设备(202)。自动化设备(202)的名称解析请求通过相应的名称服务功能单元被传输给配属于相应小区(200)的名称服务服务器(214)。

Description

在工业自动化系统中提供名称服务的方法和交换机
背景技术
工业自动化系统用于监视、控制和调节工艺过程，尤其是在制造、过程和楼宇自动化领域中，并使控制装置、传感器、机器和工业设施的运行尽可能独立且不依赖于人工干预。由于信息技术对包括众多联网的控制或计算机单元的自动化系统的重要性不断提高，可靠地提供分布在自动化系统上的、用于提供监视、控制和调节功能的方法变得越来越重要。工业自动化系统中的一个特殊问题通常是由于包括相对大量但相对较短的消息的信息交换造成的，由此加剧了上述问题。
EP 2 940 926 B1描述了一种用于在工业自动化系统中配置通信设备的方法，其中，通信设备的配置单元将包括配置请求的数据报发送给配置服务器。配置服务器根据配置请求将至少一个第一拓扑设备名称成分配属于通信设备，该第一拓扑设备名称成分配属给配置服务器的空间或分层结构。通过每个进行转发的分发单元添加另外的拓扑设备名称成分，该拓扑设备名称成分被配属于相应的进行转发的分发单元的空间或分层结构。通信设备的配置单元从拓扑设备名称成分和其子网内明确的名称成分中生成其设备名称。
从EP 2 940 972 B1中已知一种用于在工业通信系统内提供名称服务的方法，其中，IPv6前缀由路由器借助于具有路由器通告的消息在各个下级子网中传播。在此，路由器通告包括相应路由器的拓扑或层级名称成分，该名称或名称被配属于相应路由器的空间或层次结构。相对地，具有来自上层子网的名称信息的路由器通告由配属于下层子网的路由器接收，并被添加配属于相应路由器的拓扑或层级名称成分，并且在相应下层子网中传播。通信终端由拓扑或层级名称成分以及在其相应子网中明确的名称成分自动地生成其设备名称。
EP 2 955 904 B1涉及一种用于为具有多个子网的分段网络的网络用户分配通信网络地址的方法。子网分别通过子网路由器连接到将它们连接起来的集合网络上。子网路由器通过交换分布在集合网络上的路由器消息来分散地求得公共的地址范围，并且在该地址范围内确定了网络用户的通信网络地址。
从EP 3 062 490 AI中已知，为了在包括具有一组通信设备的至少一个子网和子网控制设备的工业自动化系统中进行数据传输，配属于子网控制设备的名称或配置服务组件为这组通信设备获取IPv4地址和配属的设备名称。对于该组通信设备，从通信设备的配属于子网的IPv6前缀和IPv4地址中分别计算出IPv6地址。从通信设备的IPv4地址和计算出的IPv6地址中求出地址转换规则，这些规则被配属于子网控制设备的地址转换小区用在IPv4地址和IPv6地址之间以进行地址转换。计算出的IPv6地址和分配的设备名称存储在上级的名称服务服务器中。
EP 3 076 636 B1描述了，工业自动化系统的名称服务服务器为了提供名称服务发送包括路由器通告的消息，其包括关于名称服务服务器的IPv6地址的信息。通信终端设备由借助于路由器通告在其子网中传播的IPv6前缀自动生成其IPv6地址。另外，通信终端由拓扑或层级名称成分以及在其相应子网内的明确的名称成分自动地生成其设备名称。通信设备各自包括用于动态DNS(域名系统)的名称服务客户端，借助于该名称服务客户端基于名称服务服务器的IPv6地址来请求在名称服务服务器中存储IPv6地址和相应通信设备的所配属的设备名称。
为了在工业自动化系统内提供名称服务，根据EP 3 091 714AI，工业自动化系统的通信设备分别借助于名称服务组件来检验：是否为相应的通信设备配属有包括拓扑或层级名称成分(其基本上完整地说明了各个通信设备的空间或层次相关性)的设备名称。在检验结果为肯定的情况下，通信设备分别将其所配属的设备名称视为完整的设备名称。在检验结果为否定的情况下，通信设备相应地由借助具有路由器通告的信息来传播的拓扑或层级名称成分以及在其相应的子网内明确的名称成分，自动地生成它们的完整的设备名称。
在许多应用情况中，公司或办公室通信网络(IT网络)与工业自动化系统的通信网络分开管理。这里的问题是，当自动化小区通过配属于公司或办公室通信网络的路由器连接并进行相应管理时，同时希望为自动化小区提供自身的DNS服务器(Domain NameSystem)。在IPv6(Internet协议版本6)的背景下，这使得自动配置自动化小区的DNS服务器更加困难。尤其地，自动化小区应更多地作为统一的安全层广播域来运行，并且具有关于DNS服务器的信息的IPv6路由器通告应被分配给该广播域中的所有通信或自动化设备。但是，这在基本上要求用于上层路由器的自动化小区的DNS服务器的地址和名称空间是已知的。原理上，可以通过路由器管理与自动化小区管理之间的人工调整，或者通过为每个自动化小区各使用一个额外的、大多情况下不必要的路由器来解决由此产生的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种用于在工业自动化系统中高效地提供简单且少出错地进行配置的名称服务的方法，以及一种适合于执行该方法的装置。
根据本发明，所述目的通过一种具有权利要求1中所述特征的方法和一种具有权利要求15中给出的特征的交换机得以实现。本发明的有利改进方案在从属权利要求中给出。
按照这种根据本发明的、用于在工业自动化系统中提供名称服务的方法，工业自动化系统包括分别包括多个自动化设备和小区交换机的多个小区，小区交换机将在其小区内的自动化设备至少间接地相互连接。在这里，小区交换机可以分别直接地或者经由其他的交换机将其小区内的自动化设备相互连接。小区交换机与配属的路由器相连，其将IPv6前缀通过路由器公告消息、尤其是符合IETF RFC 4861的路由器通告在下层的子网中进行传播。优选地，小区交换机分别是与配属的路由器分离的通信设备。所述小区交换机或自动化设备基于由包括在路由器公告消息中的IPv6前缀自动地确定它们各自的IPv6地址。
根据本发明，所配属的路由器的由小区交换机接收的路由器公告消息被转发给相应的小区交换机的分发单元、尤其是路由器通告中继装置，并且通过分发单元添加关于配属于相应小区的名称服务服务器的内容。优选地，小区转换器分别包括配属于它们的小区的名称服务服务器。在这种情况下，小区转换器有利地分别包括用于处理IPv6通信协议栈的功能单元，在该功能单元上耦联有相应的名称服务服务器。
根据本发明，小区转换器将由其分发单元添加的路由器公告消息传播给其相应小区中的自动化设备，其中，小区优选地分别作为统一的安全层广播域运行。尤其地，关于配属于相应小区的名称服务服务器的内容在此可以通过递归DNS服务器选项按照IETF RFC8106进行传播。由自动化设备将包括在接收到的路由器公告消息中的、关于配属于相应小区的名称服务服务器的内容转发给相应的自动化设备的名称服务功能单元，并且被名称服务功能单元用于对其的配置。名称服务功能单元例如可以是DNS客户端。自动化设备的名称解析请求借助于相应的名称服务功能单元按照其配置被传输给所配属的名称服务服务器。因为小区交换机可以被实施为与配属的IPv6路由器分离的设备，所以当自动化网络和上级的IPv6路由器或者公司或办公室通信网络的运行落在不同的职责范围内时，利用根据本发明的方法便实现了高度简化的管理。此外，所述小区交换机还可以通过现有的标准IPv6方法自动地与上层的IPv6路由器保持一致地进行配置。
按照根据本发明的方法的一种有利的实施方式，由小区交换机接收的、配属的路由器的路由器公告消息包括关于相应小区上级的名称服务服务器的内容。在此，关于上级的名称服务服务器的内容分别被用于配置配属于相应小区的名称服务服务器。相应地，根据相应指定的域名前缀，自动化设备的名称解析请求或者通过相应小区的名称服务服务器进行处理、或者由其转发给上级的名称服务服务器以用于进行名称解析。借此可以使包括未被配属个相应小区的域名前缀的名称解析请求被指派给上级的名称服务服务器。
配属的路由器的、由小区交换机接收到的路由器公告消息优选地包括配属于该路由器的域名前缀，并且通过分发单元分别添加关于配属于当前小区的名称的内容。在这种情况下，小区交换机通过路由器公告消息为其相应小区的自动化设备传播由其分发单元添加的域名前缀。有利地，域名后缀借助于DNS搜索列表选项按照IETF RFC 8106传播。
根据本发明的另一有利的设计方案，自动化设备将包括在接收到的路由器公告消息中的域名后缀分别转发给其名称服务功能单元。域名后缀被名称服务功能单元分别用于其名称服务配置。从相应的域名后缀和相应自动化设备的主机名称中，名称服务功能单元相应地生成完全合格的、用于相应自动化设备的域名。优选地，自动化设备分别通过其名称服务功能单元请求将其通信网络地址以及完全合格的域名存储到配属于其小区的名称服务服务器中。此外，由小区交换机的分发单元添加的域名后缀以有利的方式被分别用于配置配属于相应小区的名称服务服务器。
根据本发明的、用于工业自动化系统的小区的交换机包括多个通信接口，其用于与包括在小区内的自动化设备和路由器进行连接。此外，交换机还包括配属于相应通信接口的多个发送和接收单元。额外地，交换机还具有耦联元件，发送及接收单元通过该耦联元件能够可切换地相互连接。耦联元件例如可以是一个带有配属的控制器的背板交换机。此外，交换机还包括用于路由器公告消息的分发单元。
根据本发明，交换机设计和设置用于，基于包括在接收到的路由器公告消息内的IPv6前缀来确定其IPv6地址，并且将接收到的路由器公告信息转发给分发单元。分发单元设计和设置用于为接收到的路由器公告消息添加关于配属于小区的名称服务服务器的内容。在这里，交换机设计和设置用于将由分发单元添加的路由器公告消息传播给该小区内的自动化设备，并且将该小区所包括的自动化设备的名称解析请求传输给配属于该小区的名称服务服务器。
附图说明
本发明在下文中以一个实施例为例借助附图详尽地阐述。
附图示出了包括多个小区的、具有工程系统、控制系统和上级的DNS服务器的自动化系统。
具体实施方式
在图1中所示的工业自动化系统包括用于规划自动化设备的工程系统102、用于其监控的控制系统103、上级的DNS服务器104和多个这种分别具有多个自动化设备202的小区200。额外地，所述小区200还分别包括小区交换机201，在其上连接有小区200的自动化设备202。原理上，这些小区200各自可以包括额外的、用于连接自动化设备的交换机，这些自动化设备经由这些额外的交换机与相应的小区交换机201连接。小区200在所示实施例中分别作为统一的安全层广播域运行。
工程系统102、控制系统103和上级的DNS服务器104经由具有IPv6功能的路由器101与多个子网100相连，尤其是与一个工业通信网络相连，小区200分别通过它的小区交换机201连接在这个通信网络上。在这里，所述小区交换机201分别是单独的通信设备，并且以有利的方式与路由器101分开管理。所述路由器将由它管理的IPv6前缀通过路由器公告消息110传播到下层的子网100中。
自动化设备202例如可以是可编程逻辑控制器、输入/输出单元(I/O模块)或者操作和观察站。可编程逻辑控制器通常分别包括通信模块、中央单元以及至少一个输入/输出单元。输入/输出单元原则上也可以设计为分布式的外围模块，这些外围模块布置在远离可编程逻辑控制器的地方。
通过通信模块可以将可编程逻辑控制器例如与相应的小区交换机201或者与现场总线相连。输入/输出单元用于在可编程逻辑控制器和由可编程逻辑控制器控制的机器或装置203之间交换控制变量和测量变量。中央单元尤其是设计成从检测的测量变量中确定合适的控制变量。可编程逻辑控制器的以上组件优选地经由背板总线系统相互连接。
操作和观察站302用于可视化过程数据或测量和控制变量，其通过可编程逻辑控制器、输入/输出单元或传感器传播或获取。尤其地，使用操作和观察站来显示调节回路的值和改变调节参数。操作和观察站包括至少一个图像用户界面、输入设备、处理器单元和通信模块。
小区交换机201分别包括多个用于与包括在相应的小区200内的自动化设备202以及路由器101进行连接的通信接口。通信接口被分别配属有通过PHY和MAC功能单元实现的发送及接收单元210。此外，小区交换机201还分别包括用于传播IPv6通信协议栈的功能单元213，其通过驱动器访问发送及接收单元210。此外，小区交换机201分别具有耦联元件211，通过该连接单元能够将发送及接收单元210可切换地相互连接。耦联元件211在所示实施例中通过带有配属的控制器的背板交换机实现。
小区交换机201设计和设置用于，尤其是通过配置、借助由接收到的路由器公告消息110获取的IPv6前缀来确定其IPv6地址，并且将接收到的路由器公告消息转发给分发单元212，该分发单元与耦联元件211相连。在本实施例中，路由器公告消息是符合IETF RFC4861的路由器通告，而小区交换机201的分发单元212是路由器通告中继装置。
路由器101的由小区交换机201接收到的路由器公告消息110在被转发给分发单元212以后通过分发单元212被添加关于配属于相应小区200的名称服务服务器的内容。在所示实施例中，配属于小区200的名称服务服务器214分别被集成到小区交换机201中。在此，名称服务服务器214分别连接到用于传播IPv6通信协议栈的功能单元212上。以这种方式可以简单地通过用于传播IPv6通信协议栈的功能单元212提供关于名称服务服务器214的内容、也就是相应的小区交换机201的IPv6地址。
小区交换机201将由其分发单元212添加的路由器公告消息220传播给其相应小区200中的自动化设备202，优选地通过递归DNS服务器选项按照IETF RFC 8106来进行。通过自动化设备202将包括在接收到的、经添加的路由器公告消息220中的、关于配属于相应小区200的名称服务服务器214的内容转发给名称服务功能单元。名称服务功能单元尤其是相应的自动化设备202的DNS客户端，其将关于配属于相应小区200的名称服务服务器214的内容用于自身的配置。自动化设备202的名称解析请求相应地通过各个名称服务功能单元根据其配置被传输给配属的名称服务服务器214。此外，在所示实施例中，自动化设备202也借助包括在经添加的路由器公告消息220中的IPv6前缀自动地确定其相应的IPv6地址。
路由器101的由小区交换机201接收到的路由器公告消息110还包括配属于路由器101的域名后缀。相应地，路由器公告消息110通过分发单元212被相应地添加关于配属于相应小区200的名称的内容，该名称例如是从包括相应小区交换机201的配置数据的存储器小区216中读取出的。小区交换机201然后通过路由器公告消息220为它们各自的小区200的自动化设备202传播由它们的分发单元212添加的域名后缀。在这里，域名后缀优选地通过DNS搜索列表选项按照IETF RFC 8106进行传播。由小区交换机201的分发单元212添加的域名后缀也被分别提供在配属于相应小区200的名称服务服务器214的DNS配置单元215上，并且被用于其配置。
在所示实施例中，路由器101的由小区交换机201接收到的路由器公告信息110也包括关于上级DNS服务器104的内容，该内容同样也用于配置配属于相应小区200的名称服务服务器214。相应地，根据相应指定的域名后缀，自动化设备202的名称解析请求或者由相应的小区200的名称服务服务器214处理，或者被转发给上级的DNS服务器104以用于进行名称解析。优选地，包括未配属于相应小区200的域名后缀的名称解析请求被相应小区200的名称服务服务器214指派给上级的DNS服务器104。
自动化设备202将包括在接收到的路由器公告信息220内的域名后缀分别转发给其名称服务器功能单元。域名后缀然后通过名称服务功能单元分别用于它们的名称服务配置。在此基础上，名称服务功能单元相应地从相应的自动化设备20的域名后缀和主机名称中生成相应的自动化设备的、完全合格的域名。在所示实施例中，自动化设备202分别通过它们的名称服务功能单元要求将其通信网络地址及其完全合格的域名存储到配属于其小区200的名称服务服务器214中。在相应的名称服务服务器214中，自动化设备202在针对名称服务服务器214配置的DNS区内进行注册。在此，相应地配置的DNS区例如由配属于路由器101的域名后缀以及相应小区200的名称得出。自动化设备202分别优选地通过DNS UPDATE按照IETF RFC 2136注册在上述DNS区之内。

Claims (16)

1.一种用于在工业自动化系统中提供名称服务的方法，其中
-所述工业自动化系统包括多个小区(200)，所述小区分别具有多个自动化设备(202)和小区交换机(201)，所述小区交换机将该小区交换机的小区内的自动化设备至少间接地相互连接，
-所述小区交换机(201)与配属的路由器(101)连接，所述路由器借助于路由器公告消息(110)将IPv6前缀传播到下层的子网(110)中，
-所述小区交换机(201)和/或所述自动化设备(202)基于包括在所述路由器公告消息(110、220)内的IPv6前缀来确定所述小区交换机和/或所述自动化设备的相应IPv6地址，
-配属的所述路由器(101)的由所述小区交换机(201)接收到的所述路由器公告消息(110)被转发给相应的所述小区交换机(201)的分发单元(212)，并且由所述分发单元(212)添加关于配属于相应小区(200)的名称服务服务器(214)的内容，
-所述小区交换机(201)将由所述小区交换机的所述分发单元(212)添加的路由器公告消息(220)传播给所述小区交换机的相应小区(200)内的所述自动化设备(202)，
-通过所述自动化设备(202)将包括在接收到的所述路由器公告消息(220)中的、关于配属于相应小区(200)的所述名称服务服务器(214)的内容转发给相应的自动化设备的名称服务功能单元，并且所述内容由所述名称服务功能单元用于对自身的配置，
-所述自动化设备(202)的名称解析请求通过相应的所述名称服务功能单元、按照对所述名称服务功能单元的配置被传输给配属的所述名称服务服务器(214)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，配属的所述路由器(101)的、由所述小区交换机(201)接收的所述路由器公告消息(110)包括配属于该路由器的域名后缀，并且通过所述分发单元(212)相应地添加关于配属于相应小区的名称的内容，并且其中，所述小区交换机(201)将由该小区交换机的分发单元(212)添加的所述域名后缀通过所述路由器公告消息(220)传播给所述小区交换机的相应小区(200)的所述自动化设备(202)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述自动化设备(202)将包括在接收到的所述路由器公告消息(220)中的所述域名后缀分别转发给所述自动化设备的名称服务功能单元，其中，所述域名后缀被所述名称服务功能单元分别用于对所述名称服务功能单元的名称服务配置，并且其中，所述名称服务功能小区从相应的所述域名后缀和相应的所述自动化设备(202)的主机名称中分别为了相应的所述自动化设备生成完全合格的域名。
4.根据权利要求3中所述的方法，其中，所述自动化设备(202)分别通过所述自动化设备的所述名称服务功能单元请求将所述自动化设备的通信网络地址以及所述自动化设备的完全合格的域名存储到配属于所述自动化设备的所述小区(200)的所述名称服务服务器(214)中。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，由所述小区交换机(201)的分发单元(212)添加的所述域名后缀分别被用于配置配属于各个小区(200)的名称服务服务器(214)。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中，所述域名后缀通过DNS搜索列表选项按照IETF RFC 8106进行传播。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，关于配属于相应小区(200)的名称服务服务器(214)的内容通过递归DNS服务器选项按照IETF RFC 8106进行传播。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述小区交换机(201)分别是与配属的所述路由器(101)分离的通信设备。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述小区交换机(201)分别将所述自动化设备(202)在所述自动化设备的小区(200)内直接地相互连接或者通过其他的交换机相互连接。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述小区交换机(201)分别包括配属于所述小区交换机的小区(200)的名称服务服务器(214)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述小区交换机(201)分别包括用于处理IPv6通信协议栈的功能单元(213)，在所述功能单元上耦联有相应的所述名称服务服务器(214)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，配属的所述路由器(101)的由所述小区交换机(201)接收到的路由器公告消息(110)包括关于相应小区(200)的上级的名称服务服务器(104)的内容，其中，关于上级的名称服务服务器(104)的内容分别被用于配置配属于相应小区(200)的名称服务服务器(214)，并且其中，根据相应指定的域名后缀，所述自动化设备(202)的名称解析请求或者由相应小区(200)的名称服务服务器(214)处理、或者由相应小区的名称服务服务器转发给上级的名称服务服务器(104)以用于名称解析。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，所述小区(200)分别作为统一的安全层广播域来运行。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，所述路由器公告消息是符合IETFRFC 4861的路由器通告，并且其中，所述小区交换机(201)的分发单元(212)是路由器通告中继装置。
15.一种用于工业自动化系统的小区的交换机，具有：
-多个通信接口，用于与包括在小区(200)中的自动化设备(202)连接并且与路由器(101)连接；
-配属于相应通信接口的多个发送及接收单元(210)；
-耦联元件(211)，所述发送及接收单元(210)能够通过所述耦联元件可切换地相互耦联；
-用于路由器公告消息(110、220)的分发单元(212)；
-其中，所述交换机(201)设计和设置用于，基于包括在接收到的路由器公告消息(110)中的IPv6前缀来确定所述交换机的IPv6地址，并且将接收到的所述路由器公告消息转发给分发单元(212)，
-其中，所述分发单元(212)设计和设置用于，为接收到的所述路由器公告消息(110)添加关于配属于小区(200)的名称服务服务器(214)的内容，
-其中，所述交换机(201)设计和设置用于，将由所述分发单元(212)添加的路由器公告消息(220)传播给该小区(200)内的自动化设备(202)，并且将包括在所述小区内的自动化设备的名称解析请求传输给配属于所述小区的名称服务服务器(214)。
16.根据权利要求15所述的交换机，其中，所述耦联元件(211)是具有配属的控制器的背板交换机。
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