CN113382073A - 一种在云边端工业控制系统中边缘节点的监督系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在云边端工业控制系统中边缘节点的监督方法，属于工业物联网领域。系统包括区块链、边缘节点、网关、现场设备。边缘节点分为主边缘节点和副边缘节点。区块链具有智能合约和分布式账本。现场设备经过网关接入系统。方法包括：S1：主边缘节点监控现场设备。S2：网关记录现场设备的状态和主边缘节点的指令并打包成日志，将日志的特征上传到分布式账本。S3：副边缘节点从分布式账本中获取日志的特征。S4：副边缘节点根据特征从网关获取日志并对日志进行验证。S5：副边缘节点将验证结果上传到分布式账本。S6：智能合约根据验证结果对边缘节点进行调整。本发明在云边端工业控制系统中对边缘节点进行了有效的监督。

Description

一种在云边端工业控制系统中边缘节点的监督系统及方法
技术领域
本发明属于工业物联网领域，涉及一种在云边端工业控制系统中边缘节点的监督系统及方法。
背景技术
在云边端工业控制系统中，云平台负责全局性、非实时性的数据处理与分析。边缘计算将计算和存储能力扩展到边缘，减少网络的时间延迟，提高了数据安全性。边缘节点负责局部性、实时的数据处理与分析。
区块链是一个不可篡改、不可抵赖的分布式账本技术。区块链的去中心化架构可以避免出现单点故障。智能合约是区块链上的可执行程序。智能合约可实现复杂的业务逻辑且能够被自动调用和执行。区块链的分布式账本和智能合约使区块链能够成为云层的基础架构。
在云边端工业控制系统中，边缘节点承担了重要的计算和存储任务，但对于边缘节点本身的安全性研究较少。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种在云边端工业控制系统中边缘节点的监督系统及方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一方面，本发明提供一种在云边端工业控制系统中边缘节点的监督系统，包括：
区块链：包括智能合约和分布式账本，所述智能合约用于管理边缘节点和网关，所述分布式账本用于记录日志信息；
边缘节点：包括主边缘节点和副边缘节点，所述主边缘节点用于监控现场设备，所述副边缘节点用于对主边缘节点的指令进行验证，并将验证结果上传至分布式账本；
网关：用于连接现场设备，所述网关对外提供用于控制所连接现场设备的接口，还用于记录现场设备的状态和边缘节点的指令，上传至分布式账本；
现场设备：用于提供环境和设备的状态信息或执行指令。
进一步，所述现场设备为部署在工业现场的传感器、执行器或控制器。
进一步，所述主边缘节点只有一个，所述副边缘节点有一个或多个。
另一方面，本发明提供一种在云边端工业控制系统中边缘节点的监督方法，包括以下步骤：
S1：主边缘节点通过网关监督和控制现场设备；
S2：网关记录现场设备的状态和主边缘节点的指令并打包成日志，并将日志的特征上传到分布式账本；
S3：副边缘节点从分布式账本获取日志的特征；
S4：副边缘节点根据特征从网关获取日志并对日志进行验证；
S5：副边缘节点将验证结果上传到分布式账本；
S6：智能合约根据验证结果对边缘节点进行调整。
进一步，若将步骤S2中的日志本身作为特征上传到分布式账本，则副边缘节点不从网关获取日志而是从分布式账本直接获取日志并进行验证。
进一步，在步骤S6中，以占多数的验证结果作为最终验证结果。
进一步，在步骤S6中，如果最终验证结果为不符合预期，智能合约移除或暂停主边缘节点，新的主边缘节点接管旧主边缘节点的工作。
进一步，如果一个副边缘节点提供的验证结果和最终验证结果不一致，则将该副边缘节点重置或降低信用评级或移除。
本发明的有益效果在于：本发明为云边端工业控制系统提供了一种边缘节点监督方法。由于采用“先执行再验证”方法，该方法不会影响边缘节点对现场设备控制的实时性。副边缘对主边缘节点的指令进行验证，异常的主边缘节点会被及时发现并修复。监督过程由智能合约管理并记录到分布式账本中，保证了系统的可靠性。所提出的边缘节点监督方法保障系统的实时性、增强了系统的可靠性。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明所述的在云边端的工业控制系统中边缘节点的监督方法的示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1，为本发明实施例提供的在云边端的工业控制系统中边缘节点的监督方法示意图。
在云边端的工业控制系统中边缘节点的监督系统包括1)区块链：区块链具有智能合约和分布式账本。智能合约能够管理边缘节点和网关。
2)边缘节点：边缘节点分为主边缘节点和副边缘节点。主边缘节点负责监控现场设备。副边缘节点负责对主边缘节点的指令和现场设备的状态进行验证。
3)网关：网关连接现场设备。网关对外提供用于控制所连接现场设备的接口。网关具有记录现场设备状态和边缘节点指令的功能。
4)现场设备：现场设备包括电机、可编程逻辑控制器、传感器等设备。
本在云边端的工业控制系统中边缘节点的监督方法，具体包括以下步骤：
S1：主边缘节点通过智能网关监督和控制现场设备。
S2：网关记录现场设备的状态和主边缘节点的指令并打包成日志，并将日志的特征上传到分布式账本。
S3：副边缘节点从分布式账本获取日志的特征。
S4：副边缘节点根据特征从网关获取日志并对日志进行验证。
S5：副边缘节点将验证结果上传到分布式账本。
S6：智能合约根据验证结果对边缘节点进行调整。
可选地，在单个任务中，主边缘节点只有一个而副边缘节点的数量大于或等于一个。
可选地，在步骤S6中，以占多数的验证结果作为最终验证结果。
在本实施例中，当某一种验证结果的数量大于副边缘节点的数量，则认为该验证结果为最终验证结果。
可选地，在步骤S6中，如果最终验证结果为不通过，智能合约移除或暂停主边缘节点，新的主边缘节点接管旧边缘节点的工作。
可选地，如果一个副边缘节点提供的验证结果和最终验证结果不一致，该边缘节点也会被重置或降低信用评级。
可选地，如果在步骤S2中日志的本身作为特征被上传到分布式账本，副边缘节点不从网关获取日志而是从分布式账本直接获取日志并进行验证。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种在云边端工业控制系统中边缘节点的监督系统，其特征在于：包括：
区块链：包括智能合约和分布式账本，所述智能合约用于管理边缘节点和网关，所述分布式账本用于记录日志信息；
边缘节点：包括主边缘节点和副边缘节点，所述主边缘节点用于监控现场设备，所述副边缘节点用于对主边缘节点的指令进行验证，并将验证结果上传至分布式账本；
网关：用于连接现场设备，所述网关对外提供用于控制所连接现场设备的接口，还用于记录现场设备的状态和边缘节点的指令，上传至分布式账本；
现场设备：用于提供环境和设备的状态信息或执行指令。
2.根据权利要求1所述的在云边端工业控制系统中边缘节点的监督系统，其特征在于：所述现场设备为部署在工业现场的传感器、执行器或控制器。
3.根据权利要求1所述的在云边端工业控制系统中边缘节点的监督系统，其特征在于：所述主边缘节点只有一个，所述副边缘节点有一个或多个。
4.一种在云边端工业控制系统中边缘节点的监督方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：主边缘节点通过网关监督和控制现场设备；
S2：网关记录现场设备的状态和主边缘节点的指令并打包成日志，并将日志的特征上传到分布式账本；
S3：副边缘节点从分布式账本获取日志的特征；
S4：副边缘节点根据特征从网关获取日志并对日志进行验证；
S5：副边缘节点将验证结果上传到分布式账本；
S6：智能合约根据验证结果对边缘节点进行调整。
5.根据权利要求4所述的在云边端工业控制系统中边缘节点的监督方法，其特征在于：若将步骤S2中的日志本身作为特征上传到分布式账本，则副边缘节点不从网关获取日志而是从分布式账本直接获取日志并进行验证。
6.根据权利要求4所述的在云边端工业控制系统中边缘节点的监督方法，其特征在于：在步骤S6中，以占多数的验证结果作为最终验证结果。
7.根据权利要求4所述的在云边端工业控制系统中边缘节点的监督方法，其特征在于：在步骤S6中，如果最终验证结果为不符合预期，智能合约移除或暂停主边缘节点，新的主边缘节点接管旧主边缘节点的工作。
8.根据权利要求4所述的在云边端工业控制系统中边缘节点的监督方法，其特征在于：如果一个副边缘节点提供的验证结果和最终验证结果不一致，则将该副边缘节点重置或降低信用评级或移除。
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