CN111886846A - 用于受事件控制地调用过程数据的方法 - Google Patents

Abstract

按照本发明的方法规定了在应用发布‑订阅服务、例如MQTT的情况下并且在消息令牌的参与下对过程数据的受事件控制的调用。对于按照本发明的调用来说，通过唯一的询问消息就可以调用以应答消息形式的大量分布式提供的过程数据。按照本发明的方法能够有利地实现动态的数据查询，其中每当得出在所提供的或所存储的过程数据中有变化时，就应询问消息来发送新的应答消息。发送询问消息的数据调用组件既不需要关于数据提供组件的询问方式的细节又不需要了解或直接参阅当前可支配的数据提供组件。这样，该方法能够实现在分散的IoT环境下对对象数据的动态的、受事件控制的调用，在该分散的IoT环境下，异构的系统组件以不同的方式来产生、存储和处理数据。

Description

用于受事件控制地调用过程数据的方法

技术领域

本发明涉及一种用于受事件控制地调用过程数据、尤其是用于在使用被设立用于发布/订阅服务的消息代理（Nachrichtenmakler）的情况下调用过程数据的方法。

背景技术

总的来说，本公开涉及对在过程设施和过程控制系统中的过程数据的调用，例如用于对由过程设施和过程控制系统所生成的实时数据的实时性能监控和分析。对过程数据的这样的调用例如用在工业自动化技术领域，用在生产机器或机床中，用在诊断或服务辅助系统中以及用在对复杂组件、设备和系统、尤其是工业或医疗设施的操作与维护中。

目前的工业上的工作环境的特点在于在不同的分布式系统组件中、尤其是在所谓的云系统或边缘计算系统中的分散的数据存储。通常，产生数据的系统组件——例如现场设备将它们的过程数据传输给数据提供组件，这些数据提供组件被设置用于存储以及稍后调用数据。属于这些数据提供组件的是分散的数据库，业内也将这些分散的数据库称为云数据库或边缘数据库。

同时，使用数据调用组件，例如用于分析过程数据，这些数据调用组件从各个特定的数据提供组件调用过程数据并且对这些过程数据进行分析。

在用于分散地存储过程数据的数据提供组件以及用于分散地访问过程数据的数据调用组件之间的这样的分配由于它们的优点——关于失灵安全性、可伸缩性等等方面——已经在现代工业上的工作环境下得到广泛流行。不过，这种目前实际应用的分布式过程数据存储也显露出大量缺点。

随着各个系统组件的研发速度提高，这些系统组件的计划和集成不再能够基于各个系统组件的当前的、已知的实现方案来完成，尤其是各个系统组件的功能范围的增加也使得这些系统组件的集成和协作变得困难。恰恰在系统组件之间具有动态对等场景的也被称作“工业4.0”的场景下，已知的机制达到其极限。

目前使用的用于调用过程数据的方法的一个越来越大的问题在于：数据调用组件方面，常常需要多次调用多个分开的——并且未经协调的——数据提供组件。用于从不同的数据提供组件调用分开保存的过程数据的单个查询目前并不可行。作为替代，必须提出分开的查询并且将对各个查询的多次应答聚集在一起。

还不利的是目前的如下限制：数据查询的主动性必须来自数据调用组件并且不能比如由特定事件——比如在过程数据中存在特定值或者在特定过程数据中存在改变——来触发。

最后，目前用于调用过程数据的方法受如下事实所限制：在数据调用组件中，必须实现每个被查询的数据提供组件的相应的查询接口——查询应用程序编程接口（QueryApplication Programming Interface）或Query API，以便能够从分别不同的数据提供组件调用过程数据。鉴于数据提供组件的各种变体——例如关系型、面向对象型、对象关系型数据库或者还有利用专用查询接口对过程数据的组件内部存储形式的变体，跨不同的数据提供组件的统一的数据查询困难甚至不可能。

发明内容

与此相对应地，本发明的任务在于提供一种方法，该方法能够实现受事件控制地调用在多个数据提供组件中的过程数据，而与这些数据提供组件的查询接口无关。

该任务通过具有专利权利要求1的特征的方法来解决。

按照本发明的方法规定了受事件控制地调用过程数据，这些过程数据被设立用于在消息代理的参与下利用发布/订阅服务（业内也公知为Publish/Subscribe Service）交换消息。这种消息代理将与话题或相关主题一起发布的消息——例如询问或者应答消息——转发给至少一个订阅该相关主题的组件。该方法包括如下方法步骤：

a) 在数据调用组件中，产生所包含的询问消息或“Query”，该询问消息或“Query”除了询问语法还包含相关主题。询问消息被传输给消息代理并且由该消息代理发布。

b) 在数据调用组件侧，设立对如下应答消息或“Retrieve”消息的订阅，这些应答消息或“Retrieve”消息包含询问消息的相同的相关主题。该订阅要么明确被设立，要么可以基于之前发送的询问消息已通过发布/订阅服务自动地被设立。

c) 至少一个数据提供组件接收与相关主题一起发布的询问消息。在可选地检查该询问消息是否能被数据提供组件解析——也就是说是否能被数据提供组件处理和应答之后，根据包含询问消息的相关主题的消息来设立发布/订阅服务。而如果询问消息不能被数据提供组件解析，则可选地数据提供组件没有进一步行动。

d) 现在，根据提供组件方面接收到并且能解析的询问消息，对如下询问进行处理，该询问包括在数据提供组件方面提供由询问消息所请求的数据。紧接着，产生包含所提供的数据的应答消息或“Retrieve”消息。给应答消息配备已针对询问消息使用的相同的相关主题。紧接着，将应答消息传输给消息代理以及由消息代理来发布询问消息。

本发明解决了所提出的任务：在利用发布/订阅服务（该发布/订阅服务在可限定的变化的情况下触发数据提供）的优点的情况下受事件控制地构建对过程数据的调用，而数据调用组件不必启动该数据提供。数据调用组件在停止询问消息之后已经准备好接收任意多个应答消息。这些应答消息可以由数据提供组件在任意时间点发送或者也可以不被发送。数据提供组件可以随意被添加、被替代或者被除去，而对过程数据的按照本发明的调用不会在结构上发生变化。因此，按照本发明的方法能够有利地实现受事件控制的动态的数据查询，其中每当得出在所提供的或所存储的过程数据中有变化时，就发送新的应答消息。这样，在系统技术上实现了分布式的、常设的询问信道。

本发明解决了所提出的任务：在利用发布/订阅服务的优点的情况下完成对在多个数据提供组件中的过程数据的调用，该调用确保了从由数据调用组件的之前必需的单独查询转向由数据调用组件的有利的订阅。对于按照本发明的调用来说，通过唯一的询问消息就可以调用大量分布式保持的过程数据。

本发明解决了所提出的任务：能够通过如下方式来实现对在多个数据提供组件中的过程数据的调用，而与这些数据提供组件的查询接口无关：通过询问消息来实现数据调用，在该询问消息中构建纯数据层面上的询问。数据调用组件既不需要关于数据提供组件的询问方式的细节又不需要了解或直接参阅当前可支配的数据提供组件。跨不同的数据提供组件对过程数据的统一调用通过询问消息和应答消息的统一格式通过如下方式来确保，其方式是数据提供组件将统一的询问转化成内部数据库询问语言和数据库模式。

本发明的其它的设计方案是从属专利权利要求的主题。

附图说明

在下文，本发明的其它实施例和优点依据附图进一步予以阐述。在此，唯一的附图示出了用于呈现在按照本发明地工作的组件之间伴随按照本发明的方法的对消息的交换的示意图。

具体实施方式

该附图示出了集成层INT，在该集成层中，多个功能组件MB、DQ、DR以无线和/或有线方式进行通信。在仅用于描述的（在其它情况下对于本发明来说不重要的）与用实线框示出的后台层BCK的分界中能看到用虚线框示出的集成层INT，该后台层特别是由用于分散的数据存储和数据处理、比如就云计算而言的分散的数据存储和数据处理的过程数据存储器DB组成。

在集成层INT之内，数据调用组件DQ与消息代理MB至少有时通信连接。此外，至少一个——在该附图中三个——数据提供组件DR至少有时与消息代理MB通信连接。

消息代理MB用作在数据调用组件DQ与数据提供组件DR之间被交换的消息的中继方，其中也包括（附图未示出的）功能组件，这些功能组件形成混合形式，即例如不仅充当数据提供组件DR而且充当数据调用组件DQ。

在消息代理MB或者可选地也在数据调用组件DQ和数据提供组件DR中，设立受事件控制的发布/订阅服务或Publish/Subscribe Service，按照受事件控制的发布/订阅服务或Publish/Subscribe Service，将消息从发布组件（发布方（Publisher））分发给一个或多个订阅组件（订阅方（Subscriber））。依据相关主题或话题来发布或订阅消息。订阅客户端在说明相关主题的情况下通知对哪些消息感兴趣或对哪个相关主题进行订阅。在最简单的运行方式下，消息代理在从发布组件获得主题时仅必须检查对于相应的主题来说是否存在订阅方。如果是，则将数据转发给一个或多个订阅方，否则将数据丢弃。

发布/订阅服务优选地通过MQTT协议（Message Queuing Telemetry Transport（消息队列遥测传输））或者该MQTT协议的变体来提供。MQTT是一种用于设备之间的消息交换的受事件控制的发布-订阅协议。协议MQTT与数据无关（datenagnostisch），即不是有关特定数据格式来规定。不仅可以传输单个测量参量的原始数据而且可以传输复杂的数据结构。

借助于MQTT的数据传送确保了高可靠性，该借助于MQTT的数据传送尤其是在传感器网络中、在机器到机器通信（M2M以及在“物联网”中）投入使用。在“物联网”或者也称作IoT（Internet of Things）中，所参与的进行通信的设备通常始终在线并且彼此间持续进行通信。

按照本发明的替选的设计方案，发布/订阅服务通过DDS协议（数据分发服务（DataDistribution Service））或者通过WAMP（Web应用程序消息传递协议（Web ApplicationMessaging Protocol））或通过这些协议的变体或扩展来提供。

在当前的设计方案中，各个组件DQ、DR与中央消息代理MB在应用MQTT协议的情况下连接，其中消息代理MB用作在数据调用组件DQ与数据提供组件DR之间的信息中继方。组件DQ、DR可以经由特殊消息信道发布或订阅特定信息。各个消息信道通过相关主题或话题来标明，其中这些消息信道可以根据多个结构化的主题录入项树状地来组织。

在下文，按照本发明的方法利用依据附图对在组件DQ、DR与中央消息代理MB之间的消息交换的呈现来予以阐述。

在数据调用组件DQ中，生成用于调用过程数据的请求，应所述请求来产生询问消息101或“Query”。被寄送给消息代理MB的询问消息101在应用发布/订阅服务的情况下被发布。在附图中，该发布通过由消息代理MB转发给至少一个（或者如附图示出的那样优选地所有）数据提供组件DR的询问消息101来呈现。

询问消息101的指定询问的所预期的数据的询问语法以与数据库无关的方式来表述，例如以如下形式来表述：

。

所示出的询问消息101通过示例性的相关主题“Message Token（消息令牌）”来明确地标识。该字符串“Message Token（消息令牌）”被用于将稍后的应答消息分配给该询问消息101。

上文的示例性的询问语法调用关于切削工具或“CuttingTool”类型对象的前77个对象数据记录，所述对象是实心钻，具有少于42分钟（这里无量纲地指定）的剩余使用寿命或“remainingToolLife”并且通过搜索命令的自变量（Argument）——“associatedMachine”——被分配给CNC机器“Heller 01”。结果应该利用如下命令

根据切削工具的剩余使用寿命和名称升序排序地被返回。

在接下来的步骤中，在发布/订阅服务中设立对如下应答消息的订阅，所述应答消息包含询问消息101的相同的相关主题——这里是“Message Token（消息令牌）”。要么通过数据调用组件DQ要么通过消息代理MB来设立该订阅。

在实施例中，订阅被设立用于接收MQTT类型“RETRIEVE”的应答消息，所述应答消息包含相关主题“Message Token（消息令牌）”。该订阅要么明确地、也就是说通过对发布/订阅服务的特定请求来被设立，但是该订阅也可以通过发布/订阅服务基于之前发送的询问消息101隐含地或自动地来被设立。

所有数据提供组件DR经由消息代理MB来寄送地获得这些询问消息101。为了确保将询问消息寄送给数据提供组件DR，事先在消息代理MB方面或在数据提供组件DR方面例如设立通用型订阅、也就是说应具有任意的相关主题的询问消息的订阅。

在数据提供组件DR接收到询问消息101之后，该数据提供组件检查利用询问消息101来传送的询问是否能被“解析”——也就是说是否能被数据提供组件DR来处理和应答。这样的检查包含在过程数据存储器DB中搜索与该询问匹配的结果，该过程数据存储器视实施方案而定设计为计算机系统中的非易失性或易失性存储器、系统内部数据库或者可从系统外部访问的数据库。例如，首先检查该询问的对象类型，在上述示例中是“切削工具”。

如果（管理一个或多个过程数据存储器DB的）数据提供组件DR不提供关于该对象类型的数据，则不生成应答消息。否则，数据提供组件DR在使用特定的数据库模式的情况下将询问消息101的以通用型——尤其是与数据库无关的——询问语法提出的询问转化成相应的特定于数据库的数据库询问201、203、205并且实施该数据库询问。例如，第一特定于数据库的数据库询问201构建成用于询问关系型数据库的SQL（结构化查询语言（StructuredQuery Language））。

对询问语法的解读和处理在每个单独的数据提供组件DR上在与一个或多个被分配给该数据提供组件的过程数据存储器DB协作的情况下不同步而且无关地进行。

按照本发明所使用的数据提供组件DR并不限于用于云计算或边缘计算的后台系统或者持久系统。该方法能扩展到数据提供组件DR或过程数据存储器DB的任意变体。这样，例如可以从过程设备查询特定的运行时数据或者还有内存中（In-Memory）数据。此外，传感器测量可以特定地分布式地被操控并且这些传感器测量的测量数据可以返回。

换言之，对过程数据的按照本发明的调用不仅能够实现存储数据的组件、尤其是数据库系统的常规的“Retrieval”，而且通常能够实现从如下数据提供组件DR的调用，这些数据提供组件例如也可以实时地动态地生成这些数据提供组件的过程数据。与数据提供组件DR的类型无关，可以有利地使用相同的调用方法。

因此，按照本发明的方法能够实现对任意的数据提供组件DR在与任意被分配的过程数据存储器DB相互配合的情况下的透明使用。例如，（关于调用方法方面以及关于所交换的消息方面）以与从复杂的云数据库的数据调用相同的方式来实现从作为数据提供组件DR的传感器的数据调用。

相应的由过程数据存储器DB返回给其数据提供组件DR的搜索结果202、204、206由相对应的数据提供组件DR来处理并且在具有MQTT类型“RETRIEVE”的应答消息301、302、303中通过发布/订阅服务来被发布，该应答消息基于相关主题“消息令牌（Message Token）”经由消息代理MB被传送给数据调用组件DQ。在应答消息301、302、303的内容中传送关于所询问的对象类型的对象数据。在这种情况下，如在下文中所示，对象数据由存储在数据库内部的数据组成，这些数据被转换成统一的对象标记。应答消息301例如具有如下语法：

上文的示例性的应答消息301与询问消息101相对应地传送关于切削工具或“CuttingTool”类型的对象的多个对象数据记录（出于清楚原因，上文仅仅示出了两个对象数据记录），所述对象是实心钻，具有少于42分钟（这里是10分钟）的剩余使用寿命或“remainingToolLife”并且通过搜索命令的自变量（Argument）——“associatedMachine”——被分配给CNC机器“Heller 01”。结果根据询问消息101的请求按切削工具的剩余使用寿命和名称升序排序地被返回。一般来说，询问消息101的询问语法形成用于在应答消息301中提供过程数据的结构。

所示出的应答消息301像所属的询问消息101那样使用相关主题“消息令牌（Message Token）”来将应答消息301分配给询问消息101。

在下文，将按照本发明的方法的一些优点相对于到目前为止所使用的用于静态地调用分开保存的数据的基于客户端-服务器的方法进行对比。

在现有技术中公知的用于静态地调用分开保存的数据的基于客户端-服务器的方法需要在调用数据的客户端方面对多个单独的提供数据的服务器进行特定的询问，而对过程数据的按照本发明的调用分散地、分布式地并且纯数据层面上地进行。在数据调用组件DQ方面，不需要知道在系统中当前可支配的数据提供组件DR。这些数据提供组件可以随意被添加到系统中或者从系统中被除去。来自不同的后台系统BCK的分开的并且未经协调的对象数据可以动态地被聚集在一起，而不必具有关于后台系统BCK的内部知识。

在公知的用于静态地调用分开保存的数据的基于客户端-服务器的方法中需要多个单独的数据查询，这些数据查询始终只被直接被寻址到的数据提供组件来处理并且最多以一个应答来结束，而对过程数据的按照本发明的调用仅需要一个单独的查询来从不同的数据提供组件DR调用分开保存的数据。在此，有利地，仅仅数据调用组件DQ负责该数据调用组件要等待应答消息多久（例如通过超时（Timeout））或该数据调用组件预期有多少个应答消息。原则上，数据调用组件DQ在停止询问消息之后准备好接收任意多个应答消息。这些应答消息可以由数据提供组件DR在任何任意时间点发送或者甚至也可以不被发送。借此，可以实现受事件控制的动态的数据查询，其中每当得出在所提供的或所存储的数据中有变化时，就寄送新的应答消息。这样，在系统技术上实现了分布式的、常设的询问信道。对过程数据的按照本发明的调用不是直接被寻址到特定的组件，而是针对所有可支配的已经设立相对应的订阅的组件。

按照公知的用于静态地调用分开保存的数据的基于客户端-服务器的方法，在调用数据的客户端上必须实现相应的提供数据的服务器的特定的查询接口，以便能够从那里调用数据。不同的提供数据的服务器大多使用不同的查询接口（例如基于HTTP的RESTAPIs），这使得跨不同的提供数据的服务器的统一的数据查询困难直至不可能。尤其是，对于每个所希望的数据片段来说，必须事先知道所属的提供数据的服务器。关于数据片段的通用查询不可能。与此相对应地，对过程数据的按照本发明的调用能够实现跨不同的数据提供组件DR的统一的数据查询。作为替代，在数据提供组件DR中而不是在数据调用组件DQ中通过询问和应答消息的统一格式来辅助地转化（转化成内部数据库询问语言和数据库模式）并且处理询问消息，这能够在没有附加花费的情况下实现跨不同的数据提供组件DR的统一的数据查询。对过程数据的按照本发明的调用能够简单地集成到具有不同数据库系统的异构的边缘/云环境中。

Claims (9)

1.一种用于在使用被设立用于发布/订阅服务的消息代理（MB）的情况下受事件控制地调用过程数据的方法，所述方法包括如下步骤：

a) 在数据调用组件（DQ）中，产生包含相关主题的询问消息（101），将所述询问消息（101）传输给所述消息代理（MB）并且通过所述消息代理（MB）来发布所述询问消息（101）；

b) 设立对如下应答消息的订阅，所述应答消息包含所述询问消息的相关主题；

c) 通过数据提供组件（DR）来接收与所述相关主题一起发布的询问消息并且设立对如下消息的发布/订阅服务，所述消息包含所述询问消息的相关主题；

d) 在所述数据提供组件（DR）方面提供通过所述询问消息所请求的过程数据，产生包含所述过程数据和所述询问消息的相关主题的应答消息，将所述应答消息传输给所述消息代理（MB）并且通过所述消息代理（MB）来发布所述询问消息。

2.根据专利权利要求1所述的方法，其特征在于，所述订阅在所述数据调用组件DQ方面和/或在所述消息代理MB方面被设立。

3.根据上述专利权利要求之一所述的方法，其特征在于，包含在所述询问消息中的询问语法以与数据库无关的方式来表述。

4.根据专利权利要求3所述的方法，其特征在于，所述询问消息的询问语法形成用于在所述应答消息中提供所述过程数据的结构。

5.根据上述专利权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述发布/订阅服务在使用消息队列遥测传输协议或MQTT或其变体的情况下来实现。

6.根据上述专利权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，所述发布/订阅服务在使用数据分发服务或DDS或其变体的情况下来实现。

7.根据上述专利权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，所述发布/订阅服务在使用Web应用程序消息传递协议或WAMP或其变体的情况下来实现。

8.根据上述专利权利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述数据提供组件（DR）方面从过程数据存储器（DB）查询所述过程数据。

9.根据专利权利要求8所述的方法，其特征在于，所述过程数据存储器DB被设计为：

- 计算机系统中的非易失性存储器；

- 计算机系统中的易失性存储器；

- 计算机系统内部数据库；

- 计算机系统外部数据库；和/或；

- 可外部访问的数据库。

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