CN112543232B - 一种工业设备的远程控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种工业设备的远程控制方法及系统，通过在IP配置装置上建立第一映射表和在远端网关组建立第二映射表，使得云端服务器通过虚拟地址和虚拟端口号即可建立与工业设备的通讯，工业设备与远端网关组不再为一对一连接，无需新增网关设备即可接入更多的工业设备，且配置简单、安全，降低了网络布设的成本，提高了工作效率，且保证了网络的安全性和稳定性。

Description

一种工业设备的远程控制方法及系统
技术领域
本发明涉及工业控制领域，尤其是一种工业设备的远程控制方法及系统。
背景技术
随着云计算的日益强大，越来越多的工业设备需要接入专业网络进行大数据分析，工业设备需要定时或者实时传输数据给云端大数据控制中心，同时，云端控制也可以直接发起命令给工业设备，使得远程开发调试成为一种趋势，以快速响应客户的需求，但传统的远程调试模式，一般以桌面共享软件为主，对于只运行在局域网下面的工业设备大多素手无策。
此外，传统模式下，数据中心一般以局域网为中心，当需要建立互联网大数据中心，需要独立的收集所有数据至数据服务器，由数据服务器传送给互联网数据中心，如果需要快速采集数据并进行大数据分析，目前只能采用物联网卡模式。
对于物联网卡模式，只能实现一对一的接入方式，随着生产的需要，物联网入网设备势必越来越多，即使控制入网设备的数量，也无法满足今后的需求；且当产品更新换代后，导致旧的产品无法入网，造成资源的浪费和成本的增加；而针对旧设备开发的专用网关，可以经终端用户(设备使用者)配置后，将设备接入物联网，但现有的物联网网关在进行设备连接时需要进行复杂的配置，不仅增加了维护难度，且配置易出错，更增加了维护和人力成本。
在实际应用中，很多工业设备一般被放置在地下室，无法保证物联网无线信号强度，使得通讯困难甚至无法通讯，会导致因通讯不及时而造成设备报警信息无法传递给报警系统，维保人员无法及时获知，影响了设备的正常使用。
发明内容
为解决以上问题，本发明提出了一种工业设备的远程控制方法及系统。
本发明的主要内容包括：
一种工业设备的远程控制方法，包括：云端服务器通过IP配置装置、远端网关组与远端的工业设备进行通信；所述云端服务器发送的报文包括源地址和目的地址，所述目的地址包括目标工业设备关联的远端网关组的虚拟地址和目标工业设备的虚拟端口号；所述IP配置装置根据预先配置的第一映射表将上述报文按照目的地址转发至目标远端网关组；所述远端网关组接收IP配置装置转发来的报文，根据原先配置的第二映射表将报文按照目的地址转发至目标工业设备；
其中，所述第一映射表为远端网关组的虚拟地址与其实际IP地址之间的映射表项；所述第二映射表为工业设备的实际地址与虚拟端口号之间的映射表项。
优选的，所述云端服务器内存储有工业设备虚拟列表，所述工业设备虚拟列表用于记录与其通讯的工业设备的地址，该地址包括远端网关组的虚拟地址和工业设备的虚拟端口号。
优选的，所述工业设备虚拟列表内的远端网关组的虚拟地址为所述IP配置装置的第一映射表内的虚拟地址；其工业设备的虚拟端口号为所述远端网关组的第二映射表内的虚拟端口号。
优选的，所述工业设备与所述远端网关组在同一局域网；所述工业设备为与所述远端网关组物理连接的末端工业设备或者与所述远端网关组通讯的内网网关。
优选的，所述第一映射表由服务提供商配置，所述第二映射表由工业设备拥有者在远端网关组配置。
优选的，所述远端网关组包括第一远端网关组以及备用远端网关组。
优选的，还包括：远端的工业设备上报报文至远端网关组，远端网关组将该报文源地址根据第二映射表转换为远端网关组的实际IP地址和虚拟端口号，将经转换后的报文转发至IP配置装置，所述IP配置装置根据第一映射表将其接收到的报文的源地址转换为虚拟地址和虚拟端口号，并将转换后的报文转发至云端服务器，所述云端服务器通过与其发送报文的目的地址比对，以确定是否收到回复。
优选的，包括云端服务器、IP配置装置、至少一个远端网关组以及若干工业设备，所述云端服务器与IP配置装置为一对一或者多对一连接；所述IP配置装置与远端网关组为一对多或者多对多连接；所述远端网关组与工业设备为一对多或者多对多连接；
所述云端服务器发送的报文的目的地址包括虚拟地址和虚拟端口号，所述IP配置装置内存储有第一映射表，所述远端网关组内存储有第二映射表；其中，所述第一映射表为远端网关组的虚拟地址与其实际IP地址之间的映射表项；所述第二映射表为工业设备的实际地址与虚拟端口号之间的映射表项。
优选的，所述远端网关组为本地网关服务器或者网关设备集群。
优选的，所述IP配置装置为独立设置的服务器或者集成于云端服务器内。
与现有技术相比，本发明提出了一种工业设备的远程控制方法及系统的有益效果在于：
(1)通过IP配置装置建立远端网关组的虚拟地址与其实际IP地址之间映射关系的第一映射表，以及本地的远端网关组建立的第二映射表，能够预先配置足够数量的虚拟地址，基本满足一次配置，永久使用，云端服务器仅需记住该虚拟地址和虚拟端口号即可实现报文的传送，简化了云端服务器侧的配置，提高了工作效率；
(2)对于现有的本地网关，仅需在其上建立为其与相连接的工业设备的实际端口建立对应的虚拟端口号，无需增设和修改现有的网关设备即可实现更多工业设备的接入，降低了网络布设的成本；
(3)本地的远端网关组与工业设备不再是一对一连接，由本地的远端网关组根据自行设置的转发策略完成报文的送达，保证了本地侧的安全性。
附图说明
图1为本发明的功能结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明所保护的技术方案做具体说明。
请参阅图1。本发明提出的一种工业设备的远程控制方法，包括如下步骤：
(1)服务提供商完成云端服务器以及IP配置装置的配置，由服务提供商或者本地客户端完成本地的远端网关组的配置。
具体地，服务提供商在IP配置装置上建立本地的远端网关组的虚拟地址与实际IP地址之间的映射表项——第一映射表；同时，由服务提供商或者客户自行完成对本地的远端网关组的配置，即在本地的远端网关组上建立第二映射表，第二映射表为本地的工业设备与本地的远端网关组连接的实际端口和相应的虚拟端口之间的映射表项；该虚拟端口和第一映射表内的虚拟地址为根据统一的规则进行设定的，服务提供商可以规定该规则，也可以与客户协商确定该规则，云端服务器内保存有该规则，按照该规则封装报文的目的地址；云端服务器也可以保存相应的虚拟端口号，也可以不保存，按照设定的规则直接封装报文，到云端网关再根据相同的规则计算出应该转发的端口号。
(2)当云端服务器需要发送报文给某个工业设备时，首先封装其源地址和目的地址，该目的地址包括目标工业设备关联的远端网关组的虚拟地址以及该目标工业设备的虚拟端口号，将上述报文发送至IP配置装置，所述IP配置装置按照第一映射表，将该报文内的虚拟地址转换为相应的远端网关组的实际IP地址后进行转发，相应的远端网关组接收到该报文后，根据第二映射表将虚拟端口号转换为实际的端口号后，将该报文转发至目标工业设备。
所述远端网关组按照第二映射表将虚拟端口号转换为实际的端口号，可以采用如下两种方法进行：第一种，远端网关组上配置的第二映射表为实际地址和虚拟端口号直接对应的表项，即某个工业设备的虚拟端口号为1，其实际地址为与远端网关组连接的物理端口，远端网关组直接完成转换即可，或者其实际地址为远端网关组同一局域网内的工业设备的IP地址，该远端网关组也直接完成转发即可；第二种，远端网关组上配置第二映射表其实际为虚拟端口号与一转换规则之间的映射，该转换规则能够按照预先约定的规则根据虚拟端口号计算出工业设备的实际地址。
当工业设备需要回复报文或者需要上报报文至云端服务器时，工业设备直接将回复报文发送至与其关联的本地的远端网关组，远端网关组根据报文内的目的地址，直接将报文转发至云端服务器。
(3)在另外一种情况下，当工业设备需要上报或者回复报文时，工业设备将报文发送至与其关联的本地的远端网关组，远端网关组根据第二映射表对该报文的源地址进行转换，转换为远端网关组的实际IP地址和虚拟端口号，随后将转换后的报文转发至IP配置装置，所述IP配置装置根据第一映射表将其收到的源地址转换为虚拟地址和虚拟端口号后，转发至云端服务器；对于回复报文，云端服务器根据报文内的虚拟地址和虚拟端口号确定是否为原报文的回复；对于工业设备上报的报文，云端服务器根据该报文的源地址，将其作为目的地址进行响应。
其中，该工业设备与远端网关组出于同一局域网，但可以不在同一网段，即该工业设备可以为直接与远端网关组在同一网段的工业设备，也可以为与该远端网关组连接的内网的网关；由客户按照自身的安全需求自行进行组网，云端服务器无需了解该组网方式，也无需了解工业设备与远端网关组的连接方式；如图1所示，远端网关组与工业设备或内网网关之间的连线为虚线，仅表示局域网内的工业设备以及内网中没有接入外网的工业设备可以通过远端网关组与云端服务器通讯，而非表示物理布设上远端网关组与工业设备为从属关系，在物理布线上，远端网关组与工业设备为同等的“并列”关系，从而使得网络通讯更稳定，成本更低。
对于新接入的工业设备，远端网关组为其配置虚拟端口号，并将该虚拟端口号或者虚拟端口号的转换规则经IP配置装置发送给云端服务器，云端服务器即可得知已有新设备接入，可向该工业设备发送报文了；对于IP配置装置转发来的云端服务器发送来的报文，本地的远端网关组若发现该虚拟端口号没有对应的工业设备，或者当某个工业设备被废弃，且尚未有新的工业设备对应到该虚拟设备时，远端网关组会告诉云端服务器，该虚拟端口号的工业设备暂未接入或者已废弃，云端服务器则会暂停对工业设备发送报文。
为降低设备脱网频率，以及改变传统的一对一高度依赖的紧耦合模式为松耦合模式，所述远端网关组包括第一远端网关组以及备用远端网关组，且第一远端网关组和备用远端网关组放置的位置可以不同；其中，所述第一远端网关组为使用中的远端网关组，当第一远端网关组出现异常，通过所述IP配置装置将备用远端网关组切换为使用中的远端网关组，即所述IP配置装置不仅能够建立第一映射表以实现云端服务器与远端网关组的通讯，还能够控制远端网关组的切换，使得在网络不稳定的情况下升级为智能管控网络，保证了网络的稳定性。更进一步地，所述第一远端网关组可以为网关服务器，也可以为网关设备集群。
本发明还提出了一种基于上述控制方法的系统，该系统包括云端服务器、IP配置装置、至少一个远端网关组以及若干工业设备，所述云端服务器与IP配置装置为一对一或者多对一连接；所述IP配置装置与远端网关组为一对多或者多对多连接；所述远端网关组与工业设备为一对多或者多对多连接；
所述云端服务器发送的报文的目的地址包括虚拟地址和虚拟端口号，所述IP配置装置内存储有第一映射表，所述远端网关组内存储有第二映射表；其中，所述第一映射表为远端网关组的虚拟地址与其实际IP地址之间的映射表项；所述第二映射表为工业设备的实际地址与虚拟端口号之间的映射表项。
具体地，所述云端服务器与本地的远端网关组之间通过VPN通讯，远端网关组与多个工业设备之间由客户自行组网，保证了客户侧的透明性和安全性；网关设备与工业设备非一对一组网，能够通过端口配置多个工业设备，无需再投入新的本地的远端网关组即可接入更多的工业设备。
优选的，所述远端网关组为本地网关服务器或者网关设备集群，本地网关服务器能顾智能分配信息给各工业设备，可扩展性高，能够植入程序智能控制，未来可升级空间大；而网关设备集群通过多个小型网关的相互备份使用，避免单个网关的损坏而导致部分设备拖网，使得整体网络更稳定，更可靠。
所述第一映射表内的虚拟地址可以为标准的IPV4，可以自行定义区分网段，通过端口映射到本地的远端网关组，再由本地网关映射到工业设备，通过该方式，使得不能进入互联网的工业设备获取到对应的虚拟IPV4网络地址，且工业设备对虚拟IPV4网络地址为一对一或者一对多的关系。
优选的，所述IP配置装置为独立设置的服务器或者集成于云端服务器内。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容及附图所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种工业设备的远程控制方法，其特征在于，包括：云端服务器通过IP配置装置、远端网关组与远端的工业设备进行通信；所述云端服务器发送的报文包括源地址和目的地址，所述目的地址包括目标工业设备关联的远端网关组的虚拟地址和目标工业设备的虚拟端口号；所述IP配置装置根据预先配置的第一映射表将上述报文按照目的地址转发至目标远端网关组；所述远端网关组接收IP配置装置转发来的报文，根据原先配置的第二映射表将报文按照目的地址转发至目标工业设备；
其中，所述第一映射表为远端网关组的虚拟地址与其实际IP地址之间的映射表项；所述第二映射表为工业设备的实际地址与虚拟端口号之间的映射表项。
2.根据权利要求1所述的一种工业设备的远程控制方法，其特征在于，所述云端服务器内存储有工业设备虚拟列表，所述工业设备虚拟列表用于记录与其通讯的工业设备的地址，该地址包括远端网关组的虚拟地址和工业设备的虚拟端口号。
3.根据权利要求2所述的一种工业设备的远程控制方法，其特征在于，所述工业设备虚拟列表内的远端网关组的虚拟地址为所述IP配置装置的第一映射表内的虚拟地址；其工业设备的虚拟端口号为所述远端网关组的第二映射表内的虚拟端口号。
4.根据权利要求1所述的一种工业设备的远程控制方法，其特征在于，所述工业设备与所述远端网关组在同一局域网；所述工业设备为与所述远端网关组物理连接的末端工业设备或者与所述远端网关组通讯的内网网关。
5.根据权利要求4所述的一种工业设备的远程控制方法，其特征在于，所述第一映射表由服务提供商配置，所述第二映射表由工业设备拥有者在远端网关组配置。
6.根据权利要求1所述的一种工业设备的远程控制方法，其特征在于，所述远端网关组包括第一远端网关组以及备用远端网关组；所述第一远端网关组为使用中的远端网关组，当第一远端网关组出现异常，通过所述IP配置装置将备用远端网关组切换为使用中的远端网关组。
7.根据权利要求1至6任一所述的一种工业设备的远程控制方法，其特征在于，还包括：远端的工业设备上报报文至远端网关组，远端网关组将该报文源地址根据第二映射表转换为远端网关组的实际IP地址和虚拟端口号，将经转换后的报文转发至IP配置装置，所述IP配置装置根据第一映射表将其接收到的报文的源地址转换为虚拟地址和虚拟端口号，并将转换后的报文转发至云端服务器，所述云端服务器通过与其发送报文的目的地址比对，以确定是否收到回复。
8.采用如权利要求1至7任一所述的一种工业设备的远程控制方法的系统，其特征在于，包括云端服务器、IP配置装置、至少一个远端网关组以及若干工业设备，所述云端服务器与IP配置装置为一对一或者多对一连接；所述IP配置装置与远端网关组为一对多或者多对多连接；所述远端网关组与工业设备为一对多或者多对多连接；
所述云端服务器发送的报文的目的地址包括虚拟地址和虚拟端口号，所述IP配置装置内存储有第一映射表，所述远端网关组内存储有第二映射表；其中，所述第一映射表为远端网关组的虚拟地址与其实际IP地址之间的映射表项；所述第二映射表为工业设备的实际地址与虚拟端口号之间的映射表项。
9.根据权利要求8所述的一种工业设备的远程控制系统，其特征在于，所述远端网关组为本地网关服务器或者网关设备集群。
10.根据权利要求8所述的一种工业设备的远程控制系统，其特征在于，所述IP配置装置为独立设置的服务器或者集成于云端服务器内。
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