DE102019211395B4 - Effizienter Heartbeat-Mechanismus für Cloud-Anwendungen - Google Patents

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Abstract

Verfahren, zur Überprüfung der Betriebsbereitschaft einer Kommunikationsverbindung zwischen einem Gateway und einem zentralen Cloud-Dienst, wobei von einer Kommunikationskomponente des Gateways in definierbaren Zeitabständen periodisch oder auf Anfrage eine Überprüfungsnachricht (Heartbeat) an den zentralen Cloud-Dienst gesendet wird, wobei die Überprüfungsnachricht Nutzinformation (payload) von weiteren Komponenten des Gateways umfassen kann. Gateway, umfassend eine Kommunikationskomponente, welche eingerichtet ist für eine Datenkommunikation mit einem zentralen Cloud-Dienst, wobei zur Überprüfung der Betriebsbereitschaft der Kommunikationsverbindung zwischen dem Gateway und dem zentralen Cloud-Dienst eine Überprüfungsnachricht (Heartbeat) von der Kommunikationskomponente an den zentralen Cloud-Dienst sendbar ist, wobei die Überprüfungsnachricht Nutzinformation (payload) von weiteren Komponenten des Gateways umfassen kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Betriebsbereitschaft einer Kommunikationsverbindung zwischen einem Gateway und einem zentralen Cloud-Dienst. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Gateway, eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens.
  • In der Informationstechnologie (IT) erfolgt der Datenaustausch zwischen Netzwerken, insbesondere bei Netzwerken unterschiedlichen Typs, üblicherweise über entsprechend eingerichtete Gateways. Gateways werden auch verwendet, um Netzwerke (z.B. Netzwerke bei entsprechenden Kunden) mit einer Cloud-Infrastruktur zu verbinden. Dadurch können z.B. Netzwerkknoten auf Dienste (Services) von Cloud-Applikationen zugreifen.
  • Um zu verifizieren, ob ein Gateway noch eine funktionierende Verbindung zur Cloud hat, wird periodisch über die Verbindung eine Nachricht gesendet, um die Betriebsbereitschaft der Kommunikationsverbindung zu überprüfen (Heartbeat-Funktion).
  • Der Artikel „A Primer On Internet and TCPIP Tools“, RFC 1739, G. KESSLER ET AL, December 199 offenbart einen Ping-Mechanismus zur Überprüfung der Erreichbarkeit eines Netzwerkknotens in einem IP-Netzwerk, basierend auf der Auswertung der Signallaufzeit.
  • Die deutsche Patentanmeldung DE10339279A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung eines Media Gateways, über das eine Mehrzahl von Teilnehmern und/oder Verbindungsleitungen an wenigstens zwei Media Gateway Controller herangeführt wird, wobei vom Media Gateway eine Registrierung bei den wenigstens beiden Media Gateway Controllern zugleich vorgenommen wird, wodurch wenigstens zwei paketbasierte Signalisierungsverbindungen aufgebaut werden, aber lediglich eine davon nach Maßgabe eines Auswahlkriteriums für die gleiche Mehrzahl der Teilnehmer und Verbindungsleitungen vermittlungstechnisch aktiviert wird.
  • Die europäische Patentanmeldung EP1394985A1 offenbart ein Verfahren Testverfahren für einen zwischen einer ersten Einrichtung (Host) und einer zweiten Einrichtung bestehenden Nachrichtenpfad, wobei die erste Einrichtung (Host) und die zweite Einrichtung über ein Kommunikationsnetz verbunden sind und wobei die Kommunikation zwischen der ersten und der zweiten Einrichtung mittels Nachrichten einer ersten Protokollschicht erfolgt, deren unmodifizierte Übertragung im Kommunikationsnetz mittels einer der ersten Protokollschicht untergeordneten zweiten Protokollschicht erfolgt, wobei von der ersten Einrichtung (Host) zur zweiten Einrichtung mit kurzen zeitlichen Abständen Testnachrichten der ersten Protokollschicht gesendet werden, wobei für solche Testnachrichten sowohl als Absendeadresse als auch als Empfangsadresse die Adresse der ersten Einrichtung (Host) gemäß der ersten Protokollschicht gewählt wird.
  • Nachrichtenprotokolle wie MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) benötigen eine permanent bestehende Verbindung, was aber zu einem kontinuierlichen Datenverkehr und zu hohem Traffic führt.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen effizienten Mechanismus zur Überprüfung der Betriebsbereitschaft (Heartbeat) zwischen einem Netzwerkgateway und einer Cloud-Infrastruktur bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Gateway, umfassend eine Kommunikationskomponente, welche eingerichtet ist für eine Datenkommunikation mit einem zentralen Cloud-Dienst, wobei zur Überprüfung der Betriebsbereitschaft der Kommunikationsverbindung zwischen dem Gateway und dem zentralen Cloud-Dienst eine Überprüfungsnachricht (Heartbeat) von der Kommunikationskomponente an den zentralen Cloud-Dienst sendbar ist, wobei die Überprüfungsnachricht Nutzinformation (payload) von weiteren Komponenten des Gateways umfassen kann, wobei es sich bei der Nutzinformation um ein Ereignis und/oder eine Wertänderung und/oder eine Zustandsänderung im Gateway handelt, und wobei die Nutzinformation durch eine entsprechende Anwendungsschnittstelle (API) für Cloud basierte Anwendungen bereitgestellt wird. Wenn Nutzinformation (payload) von weiteren Komponenten des Gateways vorhanden ist bzw. bereitsteht, wird diese Nutzinformation zusammen mit der Überprüfungsnachricht übertragen. Mit Vorteil weist die Überprüfungsnachricht ein entsprechendes Datenformat oder ein Datenprotokoll auf, um die Nutzinformation zu übertragen. Beim Gateway handelt es sich mit Vorteil um ein Edge-Gerät (Edge-Gerätecomputer, Edge Device, Edge Gateway). Im Prinzip kann es sich beim Gateway aber auch um einen entsprechend eingerichteten und konfigurierten „General Purpose“-Computer (Allzweckcomputer) mit Prozessor, Speicher, Ein-/Ausgabemittel, Kommunikationsmittel handeln. Das erfindungsgemässe Gateway ermöglicht einen adaptiven und nach Kommunikationsbedarf skalierbaren Heartbeat-Mechanismus für Cloud-Anwendungen. Durch den Heartbeat-Mechanismus kann nicht nur die Betriebsbereitschaft einer Kommunikationsverbindung festgestellt werden, sondern bei Bedarf können durch den Heartbeat-Mechanismus auch Nutzdaten transportiert werden. Dies reduziert u.a. den Traffic auf der Kommunikationsverbindung. Mit Vorteil ist das Gateway ein Knoten, bzw. ein Gerät eines Netzwerks, z.B. eines Netzwerkes von Geräten (z.B. IoT-Geräten) zur Gebäudeautomatisierung. Mit Vorteil stellt das Gateway eine Kommunikationsverbindung (entsprechende Hardware und Software) des Netzwerks zum Internet oder zu einer Cloud-Infrastruktur (z.B. zum Abrufen oder Aktivieren von Cloud-Diensten) bereit.
  • Eine erste vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Datenkommunikation zum zentralen Cloud-Dienst durch die Kommunikationskomponente des Gateways hergestellt wird. Dadurch, dass die Datenverbindung zur Cloud aus dem Gateway (bzw. vom Gateway) initialisiert wird, wird die Sicherheit der Datenverbindung erhöht.
  • Mit Vorteil handelt es sich bei der Kommunikationsverbindung um eine ausgehende Verbindung mit bidirektionaler Logik. Die Kommunikationsverbindung wird vom Gateway aus physikalisch eingerichtet. Die Kommunikationsverbindung ist physikalisch unidirektional, aber logisch bidirektional.
  • Überprüfungsnachrichten und die dazu gehörigen Nutzdaten können jeweils in der Cloud, aber auch im Gateway gepuffert, komprimiert, oder verschlüsselt werden.
  • Bei der Nutzinformation kann es sich um unterschiedliche Datentypen und Werte handeln.
  • Dienste und Anwendungen in der Cloud können durch die Anwendungsschnittstelle (API) bzw. Programmierschnittstelle auf die Nutzinformationen zugreifen und diese für die Bereitstellung ihrer Dienste und Anwendungen verwenden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Kommunikationskomponente eingerichtet ist, als Antwort auf eine gesendete Überprüfungsnachricht eine Bestätigung vom zentralen Cloud-Dienst zu empfangen. Durch die Bestätigung erkennt das Gateway, dass die Kommunikationsverbindung betriebsbereit ist. Optional umfasst die Bestätigung Nutzinformation (payload) von Cloud-Diensten oder Cloud-Anwendungen für das Gateway bzw. für Komponenten des Gateways.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Kommunikationskomponente eingerichtet ist, die Überprüfungsnachricht (Heartbeat) periodisch in definierbaren Zeitabständen an den zentralen Cloud-Dienst zu senden. Das Intervall der Überprüfung der Betriebsbereitschaft der Kommunikationsverbindung kann somit verändert werden. Mit Vorteil ist das Intervall der Überprüfung der Betriebsbereitschaft der Kommunikationsverbindung flexibel an vorhandene Rahmenbedingungen oder Anforderungen anpassbar. Die Zeitabstände der Überprüfungsnachricht (Heartbeat) können vom Gateway bzw. von Applikationen auf dem Gateway festgelegt bzw. verändert werden. Die Zeitabstände der Überprüfungsnachricht (Heartbeat) können aber auch von Cloud-Diensten festgelegt bzw. verändert werden, mit Vorteil in Abhängigkeit von vorliegenden Anforderungen (z.B. hinsichtlich einer erforderlichen Zuverlässigkeit der Kommunikationsverbindung).
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Kommunikationskomponente eingerichtet ist, die Überprüfungsnachricht (Heartbeat) auf Anforderung des zentralen Cloud-Dienstes zu senden. Somit kann die Überprüfungsnachricht (Heartbeat) „on demand“ (nach Aufforderung) gesendet werden. Dies kann z.B. bei Notfällen sinnvoll sein. Mit Vorteil erfolgt die Implementierung durch Container-Technologie. Unter Container-Technologie versteht man eine Softwareumgebung, in der der gesamte Code mit allen Abhängigkeiten gebündelt ist und einfach auf verschiedenen CPU-Plattformen betrieben werden kann. Diese Softwareumgebung beinhaltet alle Teile für den Betrieb einer Applikation: Betriebssystem, Code, Runtime, System Tools, Bibliotheken und Einstellungen. Diese Softwareumgebung isoliert die SW-Applikation komplett von der Umgebung und gewährleitest so hohe Sicherheit betreffend Isolierung dieses Prozesses. Ein alternativer Begriff für Container-Technologie ist die Bezeichnung „Sandbox“. Ein Vorteil der Container-Technologie ist beim Update auf eine neuere Version:
  • Ein Container kann unabhängig und gesamthaft aktualisiert werden, ohne dabei andere Container, die auf der gleichen CPU in Betrieb sind, zu stören. Mit Vorteil erfolgt eine Implementierung in einem Container-Netzwerk, umfassend Container sowohl im Gerät (z.B. Edge-Device), als auch in der Cloud.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt in einem Computer mit Speicher, Prozessor und Kommunikationsmittel, eingerichtet ein erfindungsgemässes Gateway zu realisieren. Beim Computer kann es sich um einen entsprechend eingerichteten und konfigurierten Allzweckcomputer (General Purpose Computer) handeln, z.B. um einen Desktop-Computer, Laptop, Edge-Gerät (Edge Device, Edge-Gerätecomputer, z.B. eine Set-Top-Box) handeln. Prinzipiell kann jeder handelsübliche Computer konfiguriert werden, um als erfindungsgemässes Gateway zu agieren.
  • Durch das erfindungsgemässe Gateway erfolgt insbesondere eine Anbindung eines Gebäudeautomationsnetzwerkes an das Internet. Im Gebäudeautomationsnetzwerk sind eine Vielzahl von elektronischen Vorrichtungen zur Überwachung und Steuerung der Bedingungen in einem Gebäude vorgesehen, insbesondere für Sicherheit, Brand- und Hochwasserschutz, Beleuchtung, Heizung, Lüftung und Klimatisierung (HVAC).
  • Mit Vorteil umfasst das erfindungsgemässe Gateway eine lokale Netzwerkschnittstelle, die konfiguriert ist, um das Gateway mit dem Gebäudeautomatisierungsnetzwerk zum Kommunizieren mit der Vielzahl von elektronischen Vorrichtungen zu verbinden, eine Weitverkehrsnetzwerkschnittstelle, die konfiguriert ist, um das Gateway mit dem Internet zu verbinden, eine Host-Netzwerkeinheit, die konfiguriert ist, um ein Host-Netzwerk bereitzustellen, auf dem mindestens ein lokaler Dienst, der der Überwachung und Steuerung mindestens einer der Bedingungen im Gebäude entspricht, läuft, eine Containernetzwerkeinheit, die konfiguriert ist, um ein Containernetzwerk für mindestens einen Remote-Service (remote/entfernter Dienst) bereitzustellen, insbesondere einen Cloud-Computing-Dienst, der von einer Endpunktvorrichtung oder einer Cloud im Internet für mindestens eine der elektronischen Vorrichtungen bereitgestellt wird, eine Loopback-Netzwerkeinheit, die konfiguriert ist, um ein Loopback-Netzwerk bereitzustellen, das das Host-Netzwerk und das Containernetzwerk miteinander verbindet, und eine Auswahleinheit, die konfiguriert ist, um einen Verbindungsmodus des Gateways auszuwählen, indem entweder mindestens eine der elektronischen Vorrichtungen über die lokale Netzwerkschnittstelle mit dem Internet verbunden wird oder die mindestens eine der elektronischen Vorrichtungen über die Wide Area Network-Schnittstelle mit dem Internet verbunden wird.
  • Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren, zur Überprüfung der Betriebsbereitschaft einer Kommunikationsverbindung zwischen einem Gateway und einem zentralen Cloud-Dienst, wobei von einer Kommunikationskomponente des Gateways in definierbaren Zeitabständen periodisch oder auf Anfrage eine Überprüfungsnachricht (Heartbeat) an den zentralen Cloud-Dienst gesendet wird, wobei die Überprüfungsnachricht Nutzinformation (payload) von weiteren Komponenten des Gateways umfassen kann, wobei der zentrale Cloud-Dienst nach Empfang der Überprüfungsnachricht eine Bestätigungsnachricht an das Gateway sendet, wobei die Bestätigungsnachricht Nutzinformation von weiteren Cloud-Diensten umfassen kann. Für das Verfahren ist keine stehende Kommunikationsverbindung zwischen dem Gateway und dem zentralen Cloud-Dienst bzw. der Cloud-Infrastruktur, die den zentralen Cloud-Dienst bereitstellt bzw. hosted (implementiert) nötig. Die Kommunikationsverbindung kann somit z.B. auch durch ein 3G oder 4G Netz realisiert werden. 5G ist nicht unbedingt erforderlich. Das Verfahren ist insbesondere für eine mobile Datennutzung einsetzbar bzw. optimiert, damit möglichst wenig Traffic auf der Kommunikationsverbindung anfällt.
    Das Nachrichtenprotokoll Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) verlangt dagegen eine permanente Verbindung.
  • Nutzinformationen können z.B. Kommandos, weitere Abfragen für Stati (Anlagenzustände) oder Konfigurationsdaten sein. Ein einfacher „schlanker‟ Heartbeat kann weiter „angereicherte“ Nutzinformation (payload) umfassen). Der Heartbeat-Mechanismus kann somit flexibel, adaptiv, und skalierbar an jeweils zu übertragende Nutzinformationen erweitert bzw. angepasst werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Bestätigungsnachricht in der Kommunikationskomponente des Gateways gespeichert wird und für weitere Komponenten des Gateways bzw. für Applikationen auf dem Gateway bereitgestellt wird. Dies kann z.B. über eine geeignete Anwender- (API) bzw. Programmierschnittstelle erfolgen.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Zeitabstände vom zentralen Cloud-Dienst definierbar und änderbar sind. Mit Vorteil ist das Intervall der Überprüfung der Betriebsbereitschaft der Kommunikationsverbindung flexibel an vorhandene Rahmenbedingungen oder Anforderungen anpassbar. Die Zeitabstände der Überprüfungsnachricht (Heartbeat) können vom zentralen Cloud-Dienst festgelegt bzw. verändert werden, mit Vorteil in Abhängigkeit von vorliegenden Anforderungen (z.B. hinsichtlich einer erforderlichen Zuverlässigkeit der Kommunikationsverbindung).
  • Die Zeitabstände der Überprüfungsnachricht (Heartbeat) können aber auch vom Gateway bzw. von Applikationen auf dem Gateway festgelegt bzw. verändert werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Überprüfungsnachricht (Heartbeat) auf Anforderung des zentralen Cloud-Dienstes gesendet wird. Somit kann die Überprüfungsnachricht (Heartbeat) „on demand“ (nach Aufforderung) gesendet werden. Dies kann z.B. bei Notfällen sinnvoll sein.
  • Mit Vorteil handelt es sich bei der Kommunikationsverbindung um eine ausgehende Verbindung mit bidirektionaler Logik. Die Kommunikationsverbindung wird vom Gateway aus physikalisch eingerichtet. Die Kommunikationsverbindung ist physikalisch unidirektional, aber logisch bidirektional.
  • Überprüfungsnachrichten und die dazu gehörigen Nutzdaten können jeweils in der Cloud, aber auch im Gateway gepuffert, komprimiert, oder verschlüsselt werden.
  • Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden am Beispiel der nachfolgenden Figur erläutert. Dabei zeigt:
    • 1 ein beispielhaftes Gateway, eingerichtet zur Überprüfung der Betriebsbereitschaft der Kommunikationsverbindung zwischen dem Gateway und einem zentralen Cloud-Dienst, und
    • 2 ein beispielhaftes Flussdiagramm für ein Verfahren zur Überprüfung der Betriebsbereitschaft einer Kommunikationsverbindung zwischen einem Gateway und einem zentralen Cloud-Dienst.
  • 1 zeigt ein beispielhaftes Gateway G, eingerichtet zur Überprüfung der Betriebsbereitschaft der Kommunikationsverbindung KV1 zwischen dem Gateway G und einem zentralen Cloud-Dienst A, der in einer Cloud-Infrastruktur CI „gehosted“ bzw. bereitgestellt wird. Das beispielhafte Gateway G, umfasst eine Kommunikationskomponente B, welche eingerichtet ist für eine Datenkommunikation mit einem zentralen Cloud-Dienst A, wobei zur Überprüfung der Betriebsbereitschaft der Kommunikationsverbindung KV1 zwischen dem Gateway G und dem zentralen Cloud-Dienst A eine Überprüfungsnachricht HBN (Heartbeat-Nachricht) von der Kommunikationskomponente B an den zentralen Cloud-Dienst A sendbar ist, und wobei die Überprüfungsnachricht HBN optional Nutzinformation NI1 (Payload) von weiteren Komponenten D, D', D'' des Gateways G umfassen kann.
  • Mit Vorteil handelt es sich bei der Kommunikationsverbindung KV1 um eine vom Gateway G ausgehende Verbindung KV1 mit bidirektionaler Logik. Die Kommunikationsverbindung wird vom Gateway G aus physikalisch eingerichtet. Die Kommunikationsverbindung KV1 ist physikalisch unidirektional, aber logisch bidirektional. Bei der Kommunikationsverbindung KV1 kann es sich z.B. um eine entsprechend geeignete Funkverbindung handeln, z.B. basierend auf 3G-, 4G- oder 5G-Netzen.
  • Die für die Kommunikationsverbindung KV1 verwendeten Komponenten B bzw. A verfügen über entsprechende Puffer oder Stacks (z.B. Kommunikations-Stacks oder FIN Stacks) zur Durchführung des Datenverkehrs auf der Kommunikationsverbindung KV1 bzw. zum Speichern oder Zwischenspeichern der Nutzinformationen NI1, NI2.
  • Die Überprüfungsnachrichten HBN und die dazu gehörigen optionalen Nutzdaten NI1 können jeweils in der Cloud CI, aber auch im Gateway G gepuffert, komprimiert, oder verschlüsselt werden.
  • Mit Vorteil sendet der zentrale Cloud-Dienst A nach Empfang der Überprüfungsnachricht HBN eine Bestätigungsnachricht Ack an das Gateway G, wobei die Bestätigungsnachricht Ack optional Nutzinformation NI2 (payload) von weiteren Cloud-Diensten C, C' umfassen kann. Die weiteren Cloud-Dienste C, C' können durch geeignete Kommunikationsverbindungen KV2 bzw. KV3 auf den zentralen Cloud-Dienst A zugreifen.
  • Die Nutzinformationen NI1, NI2 können z.B. Kommandos, weitere Abfragen für Stati (Anlagenzustände) oder Konfigurationsdaten sein. Ein einfacher „schlanker‟ Heartbeat kann weiter „wachsende“ Nutzinformation (payload) umfassen). Der Heartbeat-Mechanismus kann somit flexibel, adaptiv, und skalierbar an jeweils zu übertragende Nutzinformationen NI1, NI2 erweitert bzw. angepasst werden.
  • Mit Vorteil wird die Bestätigungsnachricht Ack in der Kommunikationskomponente B des Gateways G gespeichert und für weitere Komponenten D, D', D'' des Gateways G bzw. für Applikationen auf dem Gateway G bereitgestellt. Dies kann z.B. über eine geeignete Anwender- (API) bzw. Programmierschnittstelle und geeignete Kommunikationsverbindungen KV4 bzw. KV5 erfolgen.
  • Mit Vorteil sind die Komponenten bzw. Applikationen B, D, D', D'' des Gateways G als Container realisiert und sind mit Vorteil über ein Loopback-Netzwerk verbunden. Die Realisierung als Loopback-Netzwerk verhindert u.a. eine Kompromittierung von Aussen.
  • Durch die Verwendung von Container-Technologie im Gateway G wird eine Isolierung der Applikationen B, D', D'' erreicht wodurch eine Kompromittierung von Aussen (z.B. durch einen Hackerangriff) vermieden wird.
  • In der Darstellung gemäss 1 wird über die Applikation D'' eine exemplarische Kommunikationsverbindung KV6 zu einem beispielhaften Kundennetzwerk KN hergestellt. Bei der Kommunikationsverbindung KV6 handelt es sich mit Vorteil um eine TCP/IP-Verbindung. Das Kundennetzwerk KN handelt es sich z.B. um ein Gebäudeautomationsnetzwerk mit einer Vielzahl von elektronischen Vorrichtungen zur Überwachung und Steuerung der Bedingungen in einem Gebäude, insbesondere für Sicherheit, Brand- und Hochwasserschutz, Beleuchtung, Heizung, Lüftung und Klimatisierung (HVAC).
  • Mit Vorteil sind die Zeitabstände vom zentralen Cloud-Dienst A definierbar und veränderbar. Mit Vorteil ist das Intervall der Überprüfung der Betriebsbereitschaft der Kommunikationsverbindung KV1 flexibel an vorhandene Rahmenbedingungen oder Anforderungen anpassbar. Die Zeitabstände der Überprüfungsnachricht HBN (Heartbeat) können vom zentralen Cloud-Dienst A festgelegt bzw. verändert werden, mit Vorteil in Abhängigkeit von vorliegenden Anforderungen (z.B. hinsichtlich einer erforderlichen Zuverlässigkeit der Kommunikationsverbindung KV1).
  • Die Zeitabstände der Überprüfungsnachricht HBN (Heartbeat) können aber auch vom Gateway G bzw. von Applikationen D, D', D'' auf dem Gateway G festgelegt bzw. verändert werden.
  • Optional wird die Überprüfungsnachricht HBN (Heartbeat) auf Anforderung des zentralen Cloud-Dienstes A gesendet. Somit kann die Überprüfungsnachricht HBN (Heartbeat) „on demand“ (nach Aufforderung) gesendet werden. Dies kann z.B. bei Notfällen sinnvoll sein. Mit Vorteil ist die Kommunikationskomponente B eingerichtet, die Überprüfungsnachricht HBN (Heartbeat) auf Anforderung des zentralen Cloud-Dienstes A zu senden. Dieser «Heatbeat on demand» ist insbesondere bei Notfallsituationen sinnvoll.
  • Bei der Nutzinformation NI1, NI2 kann es sich um ein Ereignis und/oder eine Wertänderung und/oder eine Zustandsänderung im Gateway G oder in den Cloud-Anwendungen bzw. Cloud-Diensten C, C' handelt.
  • Mit Vorteil werden die Nutzinformationen NI1, NI2 durch eine entsprechende Anwendungsschnittstelle (API) für Cloud basierte Anwendungen bereitgestellt.
  • Mit Vorteil ist die Kommunikationskomponente B des Gateways G eingerichtet, als Antwort auf eine gesendete Überprüfungsnachricht HBN eine Bestätigung Ack vom zentralen Cloud-Dienst A zu empfangen.
  • Mit Vorteil ist die Kommunikationskomponente B eingerichtet, die Überprüfungsnachricht HBN (Heartbeat) periodisch in definierbaren Zeitabständen an den zentralen Cloud-Dienst A zu senden.
  • Beim Gateway G handelt es sich mit Vorteil um ein Edge-Gerät (Edge-Gerätecomputer, Edge Device, Edge Gateway). Im Prinzip kann es sich beim Gateway aber auch um einen entsprechend eingerichteten und konfigurierten „General Purpose“-Computer (Allzweckcomputer) mit Prozessor, Speicher, Ein-/Ausgabe-mittel, Kommunikationsmittel handeln. Das Gateway G kann somit durch einen entsprechend eingerichteten handelsüblichen Computer mit entsprechend eingerichteter Software realisiert werden.
  • 2 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm für ein Verfahren zur Überprüfung der Betriebsbereitschaft einer Kommunikationsverbindung zwischen einem Gateway und einem zentralen Cloud-Dienst,
    • (VS1) wobei von einer Kommunikationskomponente des Gateways in definierbaren Zeitabständen periodisch oder auf Anfrage eine Überprüfungsnachricht (Heartbeat) an den zentralen Cloud-Dienst gesendet wird, und
    • (VS2) wobei die Überprüfungsnachricht Nutzinformation (payload) von weiteren Komponenten des Gateways umfassen kann. Für das Verfahren ist keine stehende Kommunikationsverbindung zwischen dem Gateway und dem zentralen Cloud-Dienst bzw. der Cloud-Infrastruktur, die den zentralen Cloud-Dienst bereitstellt bzw. hosted (implementiert) nötig. Die Kommunikationsverbindung kann somit z.B. auch durch ein 3G- oder 4G-Netz realisiert werden. Ein 5G-Netz ist nicht unbedingt erforderlich zur Durchführung des Verfahrens. Das Verfahren ist insbesondere für eine mobile Datennutzung einsetzbar bzw. optimiert, damit möglichst wenig Traffic auf der Kommunikationsverbindung anfällt.
  • Mit Vorteil sendet der zentrale Cloud-Dienst nach Empfang der Überprüfungsnachricht eine Bestätigungsnachricht an das Gateway, wobei die Bestätigung Nutzinformation (payload) von weiteren Cloud-Diensten umfassen kann. Nutzinformationen können z.B. Kommandos, weitere Abfragen für Stati (Anlagenzustände) oder Konfigurationsdaten sein. Ein einfacher „schlanker‟ Heartbeat kann weiter „wachsende‟ Nutzinformation (payload) umfassen). Der Heartbeat-Mechanismus kann somit flexibel, adaptiv, und skalierbar an jeweils zu übertragende Nutzinformationen erweitert bzw. angepasst werden.
  • Mit Vorteil wird die Bestätigungsnachricht in der Kommunikationskomponente des Gateways gespeichert und für weitere Komponenten des Gateways bereitgestellt.
  • Mit Vorteil sind die Zeitabstände vom zentralen Cloud-Dienst definierbar und änderbar sind.
  • Mit Vorteil wird die Überprüfungsnachricht (Heartbeat) auf Anforderung (d.h. on demand) des zentralen Cloud-Dienstes gesendet.
  • Beim Gateway handelt es sich mit Vorteil um ein Edge-Gerät (Edge-Gerätecomputer, Edge Device, Edge Gateway). Im Prinzip kann es sich beim Gateway aber auch um einen entsprechend eingerichteten und konfigurierten „General Purpose“-Computer (Allzweckcomputer) mit Prozessor, Speicher, Ein-/Ausgabe-mittel, Kommunikationsmittel handeln. Das Gateway und das entsprechende Verfahren kann somit durch einen entsprechend eingerichteten handelsüblichen Computer und einer entsprechend eingerichteter Cloud-Infrastruktur mit entsprechend eingerichteter Software realisiert werden.
  • Ein Gateway, wie es in dieser Patentanmeldung verwendet wird, stellt eine Komponente dar, mit entsprechender Hardware und Software, um zwei Systeme bzw. Netzwerke datentechnisch miteinander zu verbinden. Beim Gateway kann es sich auch um einen Router mit entsprechender Funktionalität handeln.
  • Beispielhaftes Szenario (use case, Anwendungsfall) erfindungsgemässe Verfahren (in Verbindung mit 1):
    1. a. Eine zentrale Komponente auf dem Gerät (B) sendet periodisch eine Nachricht mit Status Informationen zu einem zentralen Cloud-Service (A) und erwartet eine Bestätigung.
    2. b. Weitere Cloud-Services (C, C') schicken ihre Nachrichten die zu den Geräte-Komponenten geschickt werden sollen zu (A) wo diese zwischengespeichert werden. Wenn ausgehende Nachrichten vorhanden sind, werden diese Information in der Bestätigung (Ack) zu (B) von (A) hinzugefügt.
    3. c. Die Geräte-Komponente (B) wird Nachrichten in der Bestätigen Zwischenspeichern über eine Schnittstelle (API, Programmierschnittstelle) für die Geräte-Komponenten (D, D') zu Verfügung stellen. Eine Komponente (D) bzw. (D') kann somit die Nachrichten lokal abholen, ohne zyklisch einen Cloud-Service abfragen zu müssen.
    4. d. Falls im Gerät (Gateway G) ein Ereignis ansteht / Wertänderung / Zustandsänderung wird dieses Ereignis in der Nachricht von (B) verpack und an (A) versendet.
    5. e. Der Inhalt dieser Nachricht wird nun als API für weitere Cloud basierte Anwendungen bereitgestellt, auch können verschiedene Anwendungen notifiziert werden.
    6. f. (A) muss nicht verändert werden, wenn neue Cloud-Services Nachrichten an das Gerät (Gateway G) schicken möchten.
    7. g. Die zentralen Komponenten (A) und (B) agieren nur als Vermittler. Diese Komponenten sind agnostisch gegenüber den Services (C, C') in der Cloud und den Komponenten (D, D') auf dem Gerät (Gateway G). Es können also deshalb dynamisch (adaptiv) weitere Services und Komponenten hinzugefügt werden, ohne dass (A) oder (B) angepasst werden muss.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren, sowie das erfindungsgemässe Gateway bieten u.a. folgende Vorteile:
    • - Geringe Verbindungskosten und optimierter Datenverkehr (in Bezug auf Anzahl der Verbindungen und zu übertragender Datenmenge) vom Gateway zur Cloud.
    • - Keine permanente Verbindung zur Cloud erforderlich, wodurch wenig Datenverkehr anfällt (Traffic wird reduziert) .
    • - Die Kommunikationsverbindung zur Cloud kann auch in einem Mobilnetz der dritten oder vierten Generation erfolgen (3G / 4G). 5 G ist nicht erforderlich.
    • - Reduzierung des Datenverkehrs und der dadurch entstehenden Kosten.
    • - Inhalte der Datenpakete werden adaptiv nach Bedarf ergänzt.
    • - Inhalte der Datenpakete werden auf der Cloud und am Gateway den Clients zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt
      • - so kann jede Applikation die Informationen verarbeiten, die sie benötigt.
    • - Adaptierbarer und skalierbarer Heartbeat-Mechanismus für Cloud-Anwendungen.
  • Verfahren, zur Überprüfung der Betriebsbereitschaft einer Kommunikationsverbindung zwischen einem Gateway und einem zentralen Cloud-Dienst, wobei von einer Kommunikationskomponente des Gateways in definierbaren Zeitabständen periodisch oder auf Anfrage eine Überprüfungsnachricht (Heartbeat) an den zentralen Cloud-Dienst gesendet wird, wobei die Überprüfungsnachricht Nutzinformation (payload) von weiteren Komponenten des Gateways umfassen kann. Gateway, umfassend eine Kommunikationskomponente, welche eingerichtet ist für eine Datenkommunikation mit einem zentralen Cloud-Dienst, wobei zur Überprüfung der Betriebsbereitschaft der Kommunikationsverbindung zwischen dem Gateway und dem zentralen Cloud-Dienst eine Überprüfungsnachricht (Heartbeat) von der Kommunikationskomponente an den zentralen Cloud-Dienst sendbar ist, wobei die Überprüfungsnachricht Nutzinformation (payload) von weiteren Komponenten des Gateways umfassen kann.
  • Bezugszeichenliste
    • G
    Gateway
    CI
    Cloud-Infrastruktur
    A, C, C'
    Dienste
    B, D, D', D''
    Applikation
    VS1, VS2
    Verfahrensschritt
    KV1 - KV6
    Kommunikationsverbindung
    HBN
    Heartbeat-Nachricht
    NI1, NI2
    Nutzinformation
    Ack
    Bestätigungsnachricht
    KN
    Kundennetzwerk

Claims (10)

  1. Gateway (G), umfassend eine Kommunikationskomponente (B), welche eingerichtet ist für eine Datenkommunikation (KV1) mit einem zentralen Cloud-Dienst (A), wobei zur Überprüfung der Betriebsbereitschaft der Kommunikationsverbindung (KV1) zwischen dem Gateway (G) und dem zentralen Cloud-Dienst (A) eine Überprüfungsnachricht (HBN) von der Kommunikationskomponente (B) an den zentralen Cloud-Dienst (A) sendbar ist, wobei die Überprüfungsnachricht (HBN) Nutzinformation (NI) von weiteren Komponenten (D, D') des Gateways (G) umfassen kann, wobei es sich bei der Nutzinformation (NI1) um ein Ereignis und/oder eine Wertänderung und/oder eine Zustandsänderung im Gateway (G) handelt, und wobei die Nutzinformation durch eine entsprechende Anwendungsschnittstelle (API) für Cloud basierte Anwendungen bereitgestellt wird.
  2. Gateway (G) nach Anspruch 1, wobei die Datenkommunikation zum zentralen Cloud-Dienst (A) durch die Kommunikationskomponente (B) hergestellt wird.
  3. Gateway (G) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationskomponente (B) eingerichtet ist, als Antwort auf eine gesendete Überprüfungsnachricht (HBN) eine Bestätigung (Ack) vom zentralen Cloud-Dienst (A) zu empfangen.
  4. Gateway (G) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationskomponente (B) eingerichtet ist, die Überprüfungsnachricht (HBN) periodisch in definierbaren Zeitabständen an den zentralen Cloud-Dienst (A) zu senden.
  5. Gateway (G) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationskomponente (B) eingerichtet ist, die Überprüfungsnachricht (HBN) auf Anforderung des zentralen Cloud-Dienstes (A) zu senden.
  6. Computer mit Speicher, Prozessor und Kommunikationsmittel, eingerichtet ein Gateway (G) nach einem der vorstehenden Ansprüche zu realisieren.
  7. Verfahren, zur Überprüfung der Betriebsbereitschaft einer Kommunikationsverbindung (KV1) zwischen einem Gateway (G) und einem zentralen Cloud-Dienst (A), wobei von einer Kommunikationskomponente (B) des Gateways (G) in definierbaren Zeitabständen periodisch oder auf Anfrage eine Überprüfungsnachricht (HBN) an den zentralen Cloud-Dienst (A) gesendet wird, wobei die Überprüfungsnachricht (HBN) Nutzinformation (NI1) von weiteren Komponenten (D, D') des Gateways (G) umfassen kann, wobei der zentrale Cloud-Dienst (A) nach Empfang der Überprüfungsnachricht (HBN) eine Bestätigungsnachricht (Ack) an das Gateway (G) sendet, wobei die Bestätigungsnachricht (Ack) Nutzinformation (NI2) von weiteren Cloud-Diensten (C, C') umfassen kann.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Bestätigungsnachricht (Ack) in der Kommunikationskomponente (B) des Gateways (G) gespeichert wird und für weitere Komponenten (D, D') des Gateways (G) bereitgestellt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Zeitabstände vom zentralen Cloud-Dienst (A) definierbar und änderbar sind.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Überprüfungsnachricht (HBN) auf Anforderung des zentralen Cloud-Dienstes (A) gesendet wird.
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