CN112335206A

CN112335206A - 云网关设备和用于操作云网关设备的方法

Info

Publication number: CN112335206A
Application number: CN201980041023.8A
Authority: CN
Inventors: A·韦尔马
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2018-06-20
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2021-02-05
Anticipated expiration: 2039-06-19
Also published as: US11469925B2; US20210135904A1; EP3791541B1; WO2019243454A1; EP3585008A1; EP3791541A1; CN112335206B

Abstract

提出了一种云网关设备（20）及其操作方法，其中云网关设备（20）常规地通信地连接到一个或多个IIoT设备（12），以至少从其收集数据，并且连接到云（18），以将收集的数据发送到云（18），其中云网关设备（20）包括透明性模块（50），其被提供用于将透明性特征实现到云网关设备（20）中，并且其中操作所述云网关设备（20）包括从IIoT设备（12）和/或云网关设备（20）获取工业数据以及计算与所述工业数据相关的信息（透明性信息）。

Description

云网关设备和用于操作云网关设备的方法

技术领域

本发明与用于工业物联网（IIoT）的云平台领域有关，并且总体上涉及用作工业工厂中的IIoT设备与云平台之间的接口的云网关设备。本发明还涉及一种用于操作这样的云网关设备的方法。

背景技术

工业自动化系统、机器、现场设备、传感器等——在下文中统称为自动化设备——直接或经由云网关设备连接到云平台。连接到云平台的自动化设备在下文中被称为IIoT设备。

云网关设备本身是已知的。云网关设备通常安装在制造单元中。它从IIoT设备收集数据，可选地对数据进行预处理、分析和/或加密，并将数据进一步转发到云中的云平台。因此，云网关设备用作IIoT设备与云平台之间的接口。它还可以促进云与IIoT设备之间的闭环控制。

云网关设备——有时在下文中简称为云网关或网关——并非没有听说被它的一个或多个用户视为他们的网络中的“黑盒”（第三方的黑盒）。例如公司、工厂操作员、工程师等之类的用户要求对云网关设备所执行的操作透明，并且对云网关设备所传送的数据透明。为此，用户希望对云网关的操作透明，并且希望针对云网关具有审计能力，其中所述审计能力应当示出：云网关正在收集哪些数据并将其发送到云，云网关正在与哪些IIoT设备通信，等等。云中的网关管理app基本上已经提供了该透明性。然而，用户有时希望扫描所有传出的业务量，使用他们自己的数据匿名器，并且对传出的数据实施他们的IT和数据处理策略。

因此，存在对于一种具有提供所需透明性级别的增加功能的云网关设备的普遍需要。

以下现有技术文献涉及云网关设备的技术背景：

D1 US 2016/147506 A1（BRITT JOE [US]等人)2016年5月26日（2016-05-26）

文献D1涉及一种网络系统，其中IOT设备通过由IOT集线器形成的网关连接到因特网。IOT集线器包含一个带有用于由硬件逻辑执行的程序代码的存储器。还描述了诸如环境传感器的IOT设备可以向IOT时钟集线器提供当前的温度、压力和湿度。然而，尽管执行程序，但是集线器并不计算，而仅接收数据。

因此，本发明的目的是提供一种具有增强功能的网关设备，使得云对于用户而言不表现为黑盒。

该目的通过根据权利要求1的云网关设备来解决。此外，该目的还通过根据权利要求6的计算机程序产品来解决。此外，该目的还通过根据权利要求7的计算机程序产品来解决。该目的还通过根据权利要求8的云计算环境来解决，该云计算环境使用根据独立权利要求1的云网关设备。在从属权利要求中列出了本发明的另外的有利实施例和改进。在下文中，在参照附图详细描述本发明的实施例之前，本发明的一些特定方面被强调，这有助于对本发明的理解。

发明内容

因此，本发明的一个方面牵涉到在云网关设备其自身中实现的透明性特征。这样的“机载”透明性特征允许对离开用户的工厂、IT网络的相关用户的数据或者——更一般地说——经由云网关设备的用户的组织的完全的可见性和控制。

更具体地，一个方面提供了一种云网关设备，其一方面被适配用于通信地连接到一个或多个IIoT设备以至少从其收集数据，并且其另一方面还被适配用于通信地连接到云平台以将收集的数据发送到云平台中。所述透明性特征借助于透明性模块在云网关设备其自身中实现。所述透明性模块以软件实现，并且因此被存储在云网关设备的内部存储器中，以通过包括在云网关设备中的处理装置（例如微处理器装置）来执行。透明性模块被适配用于计算与从IIoT设备和/或云网关设备获取的工业数据相关的信息（透明性信息），其中所述工业数据例如是从IIoT设备到云网关设备的入站业务数据、从云网关设备到IIoT设备的出站业务数据和/或驻留在IIoT设备上的配置数据。所述透明性信息的计算是由透明性模块提供的关键透明性特征，并且因此是由云网关设备提供的透明性特征。透明性信息可以被显示以供用户仔细检查，和/或可以被传送到另一个设备以在那里被检查。

本发明的另一方面牵涉到一种用于操作云网关设备的方法，该方法提供在云网关设备其自身中实现的透明性特征。

关于所述方法，本发明更具体地提供了一种用于操作如这里和下文中限定的云网关设备的方法，其中该方法包括如下步骤：从IIoT设备和/或云网关设备获取如以上限定的工业数据以及计算与所述工业数据相关的信息（透明性信息）。所获取的工业数据和/或由此产生的透明性信息可以被存储和/或可选地显示在云网关设备本地的机载显示单元上，和/或可选地使其可用于被发送到诸如用户驻地（premise）IT系统之类的外部设备或系统，或可用于由这样的外部设备或系统检索。

根据附图和以下优选实施例的详细描述，本发明的另外的方面、特征和优点将变得显而易见。

附图说明

现在将参照本发明优选实施例的附图来处理本发明的上述和其他概念。所示实施例旨在说明而不是限制本发明。附图包含以下各图，其中贯穿说明书和附图，相同的数字指代相同的部分，并且其中：

图1示出了IIoT系统的示意图，该IIoT系统包括现场IIoT设备和云中可用的服务以及用作在所述IIoT设备与所述云服务之间的接口的云网关设备，

图2示出了云网关设备，并且

图3示出了由云网关设备执行的方法步骤的简化流程图。

具体实施方式

图1示出了IIoT系统10的示意图，该IIoT系统10包括经由网络14互连的现场IIoT设备12（在专业术语中经常称为“资产”）和在云平台18中可用的服务16（云服务）以及云网关设备20。所述网关设备20一方面连接到所述网络14，并且另一方面用作在所述IIoT设备12与所述云服务16之间的接口。

如本领域中本身已知的，一些IIoT设备12可以是技术过程（例如工业生产过程）的部分，即IIoT设备12可以是安装在相关过程中的动作者或传感器，并且一些IIoT设备12可以是被提供用于控制和/或监督过程的自动化系统的部分，即IIoT设备12可以是PLC设备、SCADA设备或HMI设备。一般来说，主题IIoT设备12是工业工厂中的IIoT设备12。

如本领域中本身已知的，云中可用的服务16（云服务）包括例如数据存储服务、数据处理服务、数据分析服务等。

图1还——以简化和示意的形式——示出了用户驻地IT系统22，其可选地通信地连接到网络14，并且其被提供用于当访问在云网关设备20中实现的透明性特征时与云网关设备20对接，如下面更详细解释的。

图2——再次以简化和示意的形式——示出了如本文提出的具有更多细节的云网关设备20（“网关”）的示例性实施例。云网关设备20可以是纯软件应用，或者替代地——如所示出的那样——可以是包括软件功能的物理设备，当然，其具有机载显示单元24。用作云网关设备20的物理设备包括内部存储器26和例如微处理器的处理装置28。

云网关设备20的软件栈包括嵌入式操作系统30和所谓的中间件32，其中所述中间件被提供用于诸如集装箱化、虚拟化和/或软件模块管理的功能。

数据采集模块40实现用于从IIoT设备12（图1）或IIoT设备12收集数据以及用于管理IIoT设备12或被连接到云网关设备20的IIoT设备12的设备驱动器。由数据采集模块40收集的数据在下文中被称为工业数据，并且是从IIoT设备12到云网关设备20的入站业务数据、从云网关设备20到IIoT设备12的出站业务数据和驻留在IIoT设备12上的配置数据中的至少一个。

可选的机载分析模块42被提供用于预处理由数据采集模块40收集的工业数据，并且用于运行机载分析算法和应用。

可选的设备管理模块44被提供用于部署和管理云网关设备20的配置（数据采集设置、固件升级等）。

可选的连接性模块46被提供用于管理到云18（图1）和连接到云网关设备20的IIOT设备12（图1）的网络接口。

前述模块、即数据采集模块40、分析模块42、管理模块44和连接性模块46以及它们的相关功能本身是已知的，并且因此这里不再更详细地描述。

在图2中所示的示例性实施例中，这里提出的审计和透明性特征以透明性模块50的形式实现，并且所述透明性模块50是云网关设备20的软件栈的部分。透明性模块50因此存储在云网关设备20的内部存储器26中，并且在云网关设备20的操作期间由云网关设备20的处理装置28执行。

透明性模块50被适配用于计算与所述工业数据相关的信息（透明性信息），该信息（透明性信息）是在限定的接口（例如REST接口、MODBUS接口）的帮助下并且在需求的基础上从IIoT设备12和/或云网关设备20获取的。为此，透明性模块50被适配用于通过在内部与云网关设备20所包括的其他模块40-46中的至少一个对接、基于以下各项中的至少一个来计算透明性信息：

1. 数据业务，即入站数据业务（从IIoT设备12到网关20）和/或出站数据业务（从网关20到云18）；

2. 与数据采集相关的配置数据，例如以下各项中的一个或多个：

-收集的时间序列变量连同其对应的采样频率；

-从IIoT设备12被收集的数据缓冲区（例如，来自PLC的诊断缓冲区）；

-连接到网关20的IIoT设备12的数量连同它们的IP地址；

-由网关20进行的写操作，其目的地是连接到网关20的IIoT设备12中的至少一个；

-匿名化状态，即与网关20是否正在对数据执行匿名化相关的数据；

-对数据执行的机载分析的细节。

所述透明性信息优选地显示在显示设备上，例如云网关设备20的机载显示单元24上。附加地和/或替代地，通过将信息经由云网关设备20的接口52传送至例如外部系统，使得该信息在外部可用，所述接口52例如是API或REST API或者多个API或REST API。

为此，源自接口52并向外部指向云网关设备20的箭头意味着对以下内容进行符号化：使这样的信息对于例如外部系统可用，所述外部系统诸如是用户驻地IT系统22（图1、图2）。

源自接口52并指向机载显示单元24的箭头意味着对以下内容进行符号化：通过所述机载显示单元24显示信息。

下面是由透明性模块50实现的用于支持例如云网关设备20的用户的IT策略的特征的非穷举性列表：

1.透明性模块50允许在云网关设备20上本地开始和停止工业数据采集。透明性模块50在接收到相应的数据采集开始或数据采集停止命令（例如，PUT iot网关/审计/停止所有数据传送，PUT iot网关/审计/重新开始所有数据传送）时自动发起相关动作；

2.透明性模块50允许获得由云网关设备20收集的所有数据和/或由云网关设备20传送到云平台18的所有数据的并行流。透明性模块50在接收到相应的数据采集命令（例如，GETiot网关/审计/入站数据流、GET iot网关/审计/出站数据流）时自动发起相关动作；

3.透明性模块50允许检查云网关设备20使用的所有控制信号和/或允许检查云网关设备20在IIoT设备12上的所有写操作，后者可选地在它们被云网关设备20执行之前。同样，透明性模块50在接收到相应的数据采集命令（例如，GET iot网关/审计/所有控制操作、GETiot网关/审计/所有写操作）时自动发起相关动作；

4.透明性模块50允许用户插入定制的匿名化模块，使得由云网关设备20收集和/或处理的数据可以按照用户的要求和IT策略被匿名化。相关模块安装在云网关设备20上，并且在接收到相应的部署命令（例如。PUT iot网关/审计/部署定制的匿名器）时被集成到云网关20的软件栈。

可以使以上特征中的一个或多个作为云网关设备20上的API在透明性模块50的接口52内可用。透明性模块50包括为解释和执行前述命令中的一个或多个而提供的处理功能，所述命令从例如用户驻地IT系统22可接收。在一个采集命令或多个采集命令中标识并且通过透明性模块50使其可用的数据借助于机载显示单元24显示和/或被传送到原始请求者，例如驻地IT系统22或那里的专用设备，以在那里被适当地显示和/或处理。

图3是简化的流程图，其示出了当根据本发明操作时由云网关设备20执行的步骤。第一步骤S1表示从IIoT设备12和/或云网关设备20获取工业数据的步骤。第二步骤S2表示计算与工业数据相关的信息的步骤。第三步骤S3表示在云网关设备20的机载显示单元24上显示与工业数据相关的计算信息的步骤。

本发明为供应商和系统集成商提供了以下优点：由云网关设备20处理和/或由云网关设备20发送到云18的数据对于云网关的用户变得完全可访问，而不必利用云18中可用的第三方应用。用户现在具有能力来更好地检查敏感数据是否被正确处理和/或是否可以在认为合适时应用附加步骤以进行处理、例如加密数据。

除了上述本发明各方面的实施例之外，本领域的技术人员将能够实现各种其他布置和步骤，其如果在本文档中没有明确描述，则仍然体现本发明的原理，并且落入所附权利要求的范围内。

简要地概括以上内容，本公开提出了一种云网关设备20及其操作方法，其中云网关设备20常规地通信地连接到一个或多个IIoT设备12，以至少从其收集数据，并且连接到云18，以将收集的数据发送到云18中，其中云网关设备20包括透明性模块50，该透明性模块50被提供用于将透明性特征实现到云网关设备20中，并且其中操作所述云网关设备20包括从IIoT设备12和/或云网关设备20获取工业数据以及计算与所述工业数据相关的信息（透明性信息）。

Claims

1.一种云网关设备（20）

a）被适配用于通信地连接到一个或多个IIoT设备（12）以至少从其获取工业数据，并且

b）被适配用于通信地连接到云平台（18）以将收集的工业数据发送到云平台（18），其中云网关设备（20）包括：

c1）处理装置（28），

c2）耦合到处理装置（28）的存储器（26），

c3）透明性模块（50）和

c4）机载显示单元（24），

c5）其中所述透明性模块（50）以机器可读指令的形式存储在所述存储器（26）中，并且可由所述处理装置（28）执行，

c6）其中所述透明性模块（50）被适配用于计算与从IIoT设备（12）和/或云网关设备（20）获取的工业数据相关的信息，

c7）其中与获取的工业数据相关的计算信息包括以下各项中的至少一个：

-从IIoT设备（12）到云网关设备（20）的入站业务数据，

-从云网关设备（20）到IIoT设备（12）的出站业务数据和/或

-驻留在IIoT设备（12）上的配置数据，并且

c8）其中所述机载显示单元（24）被适配用于显示与所获取的工业数据相关的计算信息。

2.根据权利要求1所述的云网关设备（20），包括接口（52），所述接口（52）被提供用于将与所述工业数据相关的所述计算信息传送到外部设备或系统（22）。

3.一种用于操作前述权利要求1和2中任一项所述的云网关设备（20）的方法，所述方法包括以下步骤：

从IIoT设备（12）和/或云网关设备（20）获取所述工业数据；

计算与工业数据相关的信息；和

在机载显示单元（24）上显示与工业数据相关的计算信息。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤

激活驻留在所述存储器（26）中的数据采集模块（40）用于由所述处理装置（28）执行，

其中所述数据采集模块（40）被适配用于从IIoT设备（12）和/或云网关设备（20）获取所述工业数据。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤

借助于云网关设备（20）所包括的接口（52），将与所述工业数据相关的所述计算信息传送到外部设备或系统（22）。

6.一种可直接加载到权利要求1至3中任一项所述的云网关设备（20）的内部存储器中的计算机程序产品，包括软件代码部分，用于

当所述产品在云网关设备（20）上运行时，执行权利要求5至8中任一项所述的步骤。

7.一种存储在计算机可用介质上的计算机程序产品，包括用于使得权利要求1和2中任一项所述的云网关设备（20）执行根据权利要求3至5中任一项所述的方法的计算机可读程序装置。

8.一种云计算环境，包括：

云平台（18），用于提供一个或多个云服务（16）；

根据权利要求1至3中任一项所述的云网关设备（20）；和

工业工厂中的一个或多个IIoT设备（12），其中所述云网关设备（20）通信地连接到所述云平台（18），并且

其中所述一个或多个IIoT设备（12）通信地连接到所述云网关设备（20）。