JP7113021B2 - ＩｏＴコンピュータシステム並びにそのようなＩｏＴコンピュータシステム及び外部システムを有する装置 - Google Patents

ＩｏＴコンピュータシステム並びにそのようなＩｏＴコンピュータシステム及び外部システムを有する装置 Download PDF

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Description

本発明は、ＩｏＴコンピュータシステム、特にエッジコンピュータシステムと、そのようなＩｏＴコンピュータシステム及び該ＩｏＴコンピュータシステムが接続される外部のシステム又はデバイスを有する装置とに関係がある。
コンピュータシステムは、特に自動化の実現及びタスクの処理において、ますます重要になりつつある。スマート（エンド）デバイス及びコンパクトシステム、例えば、インターネットへ接続されるセンサ又は処理及び制御デバイス（いわゆるインターネット・オブ・シングス、手短に言えばＩｏＴ）の相互接続及び数の増大とともに、個々のシステムによって伝送され、取り扱われ、処理され、システム間又はクライアントシステムとホストシステムとの間で交換される必要があるデータの量も増大している。これは、計算能力、すなわち“インテリジェンス”、の高まりを必要とする。
そのようなものとして、データセンタ又はクラウドサービス（クラウドサーバ）に加えて、エッジコンピューティングは、ＩｏＴデバイスをリンク及び接続するための、又はそれらによって生成されたデータを処理するための有望なアプローチである。遠隔のデータセンタ又はクラウドサービスの計算能力又は“インテリジェンス”が、“現場で”直接データを収集、処理、評価等するために、ＩｏＴデバイスの直ぐ近くに（“エッジに”）、すなわち、それらの使用場所又はその近くに持ってこられる。これは、大量のデータが現場で直接処理され得ることを意味する。データセンタ又はクラウドサービスは、その場合に、減じられることが見込まれるデータの部分又は相応して前もって処理された情報の記憶及び更なる処理のためにのみ必要である。ここでの利点は、例えば、対応するプロバイダがデータセンタ又はクラウドサービスのインフラストラクチャの使用により負うことになるデータ記憶コスト又はパフォーマンスコストの削減とともに、対応するデータの伝送のための必要とされる帯域幅の低減である。
そのようなエッジコンピューティングを実現するために、いわゆるＩｏＴコンピュータシステム又はエッジコンピュータシステムが必要とされる。これは、（特にこの目的のために）セットアップ及びディメンションされているコンピュータシステムである。重要な要件は、例えば、連続運転（いわゆる２４／７運転）又は、厳しい環境条件を伴った、露出された、場合により極端な動作場所（例えば、極めて寒い、湿った、暑い又はほこりっぽい動作場所）でさえ信頼できる動作である。それでもなお、エッジコンピュータシステムは、理想的には、コンパクト設計を有し、ほんの少しの構成又は設置スペースしか必要とすべきでない。エッジコンピューティングの魅力的な応用分野は、例えば、膨大な量の（いくつか例を挙げると）センサデータ、システムデータ、プラントデータ、プロセスデータ、制御データ及び通信データが生成される工業プラントでの適用である（いわゆるインダストリー４．０）。多種多様な応用がここでは考えられる。
エッジコンピュータシステムで広範なデータ及び情報を処理することにおける課題は、エッジコンピュータシステムでは様々なタイプの情報及びデータが集まる可能性があるが、これらは全く異なったユーザグループについて定義、許可、及び意図されていることである。データ安全性及び機密性がここで非常に重要な役割を果たす。例えば、エッジコンピュータシステムが特定の動作場所で使用される場合に、１）テレメトリデータ、特にマシンデータ、制御変数、測定値又はパラメータなどの、コンピュータシステム自体のデータが生成されるが、２）センサデータ、制御データ、プラントデータ、パーソナルデータ又は通信データなどの、その動作場所でのエッジコンピュータシステムの使用に関連したデータも生成される。
タイプ１）のデータは、例えば、エッジコンピュータシステム又はエッジコンピュータシステム解法の製造業者又はＩＴサービスプロバイダにとって、重要である。これは、信頼性又はメンテナンスを改善するよう、あるいは、実際の不具合をより良く補償するよう、例えば、エッジコンピュータシステムのいわゆる予知保全（predictive maintenance）のために使用可能である。
タイプ２）のデータは、例えば、エッジコンピュータシステム又はエッジコンピュータシステム解法を使用するプラントのオペレータにとって、重要である。このデータは、運転中に生成されるか、又はそのために使用される。従って、タイプ１）又はタイプ２）の対応するデータは、各々の権限のある当事者にとって機密性が高い可能性があり、権限のないユーザグループによるアクセスに対して保護されるべきであるか、又は保護されなければならない。法的規制又はデータ保護要件もここで適用されることがある。
データセンタ又はクラウドサービスを使用する従来の解決法は、単に、動作場所での全データの収集と、単一のエンドポイント（例えば、データセンタ又はクラウドにある。）へのこのデータの転送と、データの更なる分割及び再分配（例えば、いわゆるクラウド・ツー・クラウド（could-to-could）接続による。）とを提供する。しかし、これらの解決法は、しばしば、慎重を期する又は信頼に足るデータへの不正アクセスに対する不十分な保護しか提供しない。データセンタ又はクラウドサービスはまた、全データがそれらのエンドポイントに集まるので、サイバー攻撃の格好の標的でもある。その上、これらの解決法は、データセンタ又はクラウドサービスとの接続において上記の欠点がある。
本発明の目的は、最初に説明された種類のＩｏＴコンピュータシステムであって、ＩｏＴ応用のための最適なデータ処理を可能にすると同時に、コンピュータシステムの種々のユーザグループの慎重を期する又は信頼に足るデータのデータ安全性が改善されたＩｏＴコンピュータシステムについて記載することである。
この目的は、請求項１に記載されるＩｏＴコンピュータシステムによって解決される。更なる実施及び構成は、関連する従属項で開示されている。
ＩｏＴコンピュータシステムはまた、エッジコンピュータシステムとしても記載され得る。ＩｏＴコンピュータシステムは第１仮想動作環境及び第２仮想動作環境を備える。それらの仮想動作環境は互いから論理的に分離される。この文脈中の「論理的な分離」は、１つの動作環境が他の動作環境に話しかけることができず、ましてやそれへの（仮想）接続／ネットワーク接続を確立できないこと意味する。仮想動作環境は、例えば、仮想マシンとしてセットアップされ得る。仮想動作環境は、それらが完全な／独立したコンピュータシステム（仮想コンピュータシステム）のように振る舞うように、実装され得る。
そのようなＩｏＴコンピュータシステムによれば、１つの動作環境は、このようにして他の動作環境へのアクセスを有さない。これは、１つの動作環境で生成又は処理されたデータが他の動作環境で生成又は処理されたデータから論理的に分離されることを意味する。動作環境の仮想化及び論理的な分離（“サンドボックス化”）は、個々の動作環境のデータの分離をもたらす。動作環境の仮想化は、それでもなお、各々の使用目的に対するＩｏＴコンピュータシステムの柔軟なセットアップ及び適応を可能にする。よって、論理的に分離された仮想化された動作環境をセットアップすることは、データ安全性を依然として保証しながら、接続されたＩｏＴデバイスからのデータを処理するよう、従来のデータセンタ又はクラウドサービスの利点がエッジコンピュータの利点と組み合わされることを可能にする。
このようにして、様々なタイプのデータ及び情報が、高性能ながら安全な方法でＩｏＴコンピュータシステムによるＩｏＴ展開シナリオにおいて収集、処理及び伝送され、何より、不正アクセスから保護され得る。例えば、１つの仮想動作環境は、第１ユーザグループ、例えば、ＩｏＴコンピュータシステムの製造業者又はＩＴサービスプロバイダを対象としたデータを含んでよく、一方、他の仮想動作環境は、第１ユーザグループとは異なるユーザグループ、例えば、ＩｏＴコンピュータシステムを使用する施設のオペレータを対象としたデータを含んでよい。
ＩｏＴコンピュータシステムの様々な構成において、仮想動作環境は、少なくとも１つの仮想ネットワーク接続、特に仮想ネットワークブリッジを介して、通信ネットワークに夫々論理的に割り当てられる。仮想ネットワーク接続は、有利なことに、２つの仮想動作環境のうちの一方に割り当てられている通信ネットワークから、他方の仮想動作環境に割り当てられている通信ネットワークへの接続が起こらないように、構成される。このようにして、仮想動作環境の論理的な分離は容易に実現され得る。仮想動作環境の論理的な分離は、仮想ネットワーク接続の適切な構成によってセットアップされる。有利なことに、２つの仮想動作環境のうちの一方に割り当てられている通信ネットワークから、他方の仮想動作環境に割り当てられている通信ネットワークへの接続を確立することは、不可能である。よって、一方の通信ネットワーク（すなわち、一方の仮想動作環境）へのアクセスを有しているユーザグループは、他方の通信ネットワーク（すなわち、他方の仮想動作環境）へ接続することができない。
仮想動作環境は、仮想ネットワーク接続、特に仮想ネットワークブリッジを、その仮想動作環境のネットワーク接続（ソケット）及び対応する通信ネットワークのネットワーク接続（ソケット）により構成することによって、対応する通信ネットワークに容易に割り当てられ得る。このようにして、仮想動作環境から通信ネットワークへの及びその逆のデータ接続が可能である。対応する構成は、例えば、ソフトウェアによって、成し遂げられ得る。例えば、通信ネットワークの（仮想）ＩＰアドレス又はＩＰアドレス空間が仮想動作環境に割り当てられ得、これによって、ネットワーク切り換えが仮想ネットワークブリッジにおいてプログラムされる。要するに、仮想動作環境は、関連する通信ネットワークに“組み込まれる”。仮想動作環境が“組み込まれ”ない他の通信ネットワークは、この仮想動作環境から（よって、更には、他の仮想動作環境からも）論理的に分離される。
ＩｏＴコンピュータシステムの様々な構成において、仮想動作環境の少なくとも１つは、少なくとも１つの仮想ネットワーク接続によって少なくとも１つの物理ネットワークインターフェイスへ接続される。物理ネットワークインターフェイスは、例えば、ＬＡＮインターフェイス又はＵＳＢインターフェイスである。このようにして、仮想動作環境は、ＩｏＴコンピュータシステムの物理ネットワークコンポーネントへ接続可能である。例えば、物理ネットワークインターフェイスは、物理ＩｏＴコンピュータシステムのＩ／Ｏインターフェイスとしてセットアップされる。この場合に、関連する通信ネットワークはまた、仮想コンポーネント（特に、仮想動作環境及び仮想ネットワーク接続）に加えて物理ネットワークコンポーネントを含む。物理ネットワークインターフェイスは、有利なことに、ＩｏＴコンピュータシステムが使用されるＩｏＴ環境において１つ以上の外部デバイスへ接続するために使用される。
様々な構成において、いくつかの異なる物理ネットワークインターフェイスが設けられてよく、第１仮想動作環境は１つ以上の第１物理ネットワークインターフェイスへ接続され、第２仮想動作環境は１つ以上の第２物理ネットワークインターフェイスへ接続される。
様々な構成において、基本オペレーティングシステムがＩｏＴコンピュータシステム上でセットアップされる。これは、例えば、動作環境の仮想化及び制御のためのＫＶＭインフラストラクチャ（いわゆる“カーネルに基づく仮想マシン”（Kernel-based Virtual Machine））によるＬｉｎｕｘ（登録商標）システムであることができる。仮想ネットワーク接続のコンフィグレーションは、基本オペレーティングシステムによって予め定義される。基本オペレーティングシステムは、仮想ネットワーク接続のための制御コンポーネントとして働き、従って、仮想動作環境の論理的な分離の構成のための決定的なコンポーネントである。
ＩｏＴコンピュータシステムの様々な構成において、仮想ネットワーク接続のコンフィグレーションは、基本オペレーティングシステムによって固定で予め決定される。ＩｏＴコンピュータシステムは、有利なことに、各々の仮想動作環境による又は各々の通信ネットワークからの仮想ネットワーク接続のコンフィグレーションの変化が起こらないようにセットアップされる。仮想ネットワーク接続のコンフィグレーションは、従って、有利なことに、仮想動作環境又は通信ネットワークからの定義されたインフラストラクチャ（によって変更され得ない。コンフィグレーションの指定は、基本オペレーティングシステムによってのみ可能である。仮想ネットワーク接続のコンフィグレーションは、例えば、ＩｏＴコンピュータシステムをセットアップ又はインストールするときに、指定され得る。例えば、仮想ネットワーク接続のコンフィグレーションは、製造業者によって指定され得る。
有利なことに、仮想ネットワーク接続を設定するためのコンフィグレーションデータは、ＩｏＴコンピュータシステムの保護されたエリアに格納される。このエリアは、仮想動作環境による又は関連する通信ネットワークからの変化するアクセスに対して保護される。そのような保護は、例えば、保護されたエリアのライトプロテクトによって、達成され得る。（ライト）プロテクトは、例えば、優位なユーザ（スーパーユーザ）によって、仮想動作環境又は通信ネットワークに関してアクセス／権限を有するユーザ又はプログラム又はアプリケーションによってセットアップ後に（ライト）プロテクトが無効にされ得ないように、セットアップされ得る。保護されたエリアはまた、暗号化、署名、キーによる認証（クレデンシャル）、などのような他のセキュリティ対策によっても保護され得る。保護されたエリアは、ＩｏＴコンピュータシステム内で特に（物理的に及び／又は論理的に）保護されたメモリ（エリア）に設定されることが考えられる。このようにして、仮想動作環境の論理的な分離は、固定で予め決定され、回避不可能である。
ＩｏＴコンピュータシステムの様々な構成において、基本オペレーティングシステムは、通信ネットワークの１つから、特に各々の仮想動作環境から、基本オペレーティングシステムへの接続確立が、いずれの場合にも起こらないように、セットアップされる。これは、記載されるメカニズムを利用しようとする試みにおけるＩｏＴコンピュータシステムの操作に対する更なるセキュリティ対策を表す。更に、これは、１つの仮想動作環境内の如何なる操作又は干渉も他の仮想動作環境へと続くことを防ぐ。
ＩｏＴコンピュータシステムの様々な構成において、仮想動作環境は、夫々が１つ以上のファイアウォールを有している。それらは、各々の仮想動作環境から、論理的に割り当てられている通信ネットワークへの、又はその逆の接続確立を制御するよう、セットアップされる。ファイアウォールは、例えば、フィルタ規則、特に、ポート及び／又はＩＰアドレスフィルタ規則を指定することができる。これは、接続確立を然るべく制御する。それらのフィルタは、仮想動作環境によって指定され得る。このようにして、仮想動作環境へのアクセス又はその反応は選択的に制御され得る。よって、仮想動作環境は、望まれていない又は悪意のあるアクセスに対して保護される。任意に、仮想動作環境のファイアウォールは、基本オペレーティングシステムを介して制御可能である。
ＩｏＴコンピュータシステムの様々な構成において、１つ以上の仮想（ソフトウェア）アプリケーションが、所定の機能を提供するよう各仮想動作環境内でセットアップされる。アプリケーションは、例えば、外部デバイスの１つ以上のタスク又は機能に機能特異的に適応され得る。例えば、データの捕捉、操作、処理、割り当て、比較、抽出、変換、エクスポート、インポート、などのような機能は、アプリケーションによって提供され得る。この目的のために、個々の仮想動作環境は、いわゆるＣＥＰ（complex event processing）（復号イベント処理）などの複雑な処理の又は人工知能（ＡＩ）の特別なタスク／アプリケーションを有することができる。
ＩｏＴコンピュータシステムの様々な構成において、少なくとも第３仮想動作環境が、第１仮想動作環境及び第２仮想動作環境に加えてセットアップされる。第３仮想動作環境は、２つの仮想動作環境のうちの一方に論理的にリンクされる。例えば、第３仮想動作環境は、第２仮想動作環境へ論理的にリンクされ、一方、それは、第１仮想動作環境からは論理的に分離される。第３仮想動作環境は、有利なことに、第２仮想動作環境によって提供される機能を拡張又は補完することができる。例えば、データ処理のための様々な処理レベル又は段階が第２仮想動作環境及び第３仮想動作環境によって提供されることが可能である。このとき、第２仮想動作環境と第３仮想動作環境との間ではデータが交換される。しかし、このデータは、第１仮想動作環境内のデータから論理的に分離されたままである。
第３仮想動作環境は、有利なことに、少なくとも１つの仮想ネットワーク接続、特に仮想ネットワークブリッジを介して、２つの仮想動作環境のうちの対応する方へ（例えば、上記を参照して、第２仮想動作環境へ）論理的にリンクされる。仮想ネットワーク接続を介した第３仮想動作環境の接続に関して、第１仮想動作環境及び第２仮想動作環境の仮想ネットワーク接続について説明された上記のことが同じように当てはまる。第３仮想動作環境と、論理的にリンクされた更なる動作環境（例えば、上記を参照して、第２仮想動作環境）との間の仮想ネットワーク接続を通じて、（部分的に）仮想の通信ネットワークがそれら２つの仮想動作環境の間に確立され、それにより、仮想動作環境は互いと、必要ならば、外部とも、例えば、外部デバイスと通信することができる。
ＩｏＴコンピュータシステムの様々な構成において、第１仮想動作環境は、ＩｏＴコンピュータシステムからの又は外部のシステム若しくはデバイスからの（内部）システムデータ、特にマシンデータ、制御変数、測定値又はパラメータを捕捉又は処理又はクエリする製造業者環境としてセットアップされる。第１仮想動作環境を通じて、ＩｏＴコンピュータシステム自体の、又はＩｏＴコンピュータシステムへ接続された外部のシステム若しくはデバイスのテレメトリデータが、捕捉され処理される。第１仮想動作環境は、コンポーネント、特に取得、処理又はクエリコンポーネント、例えば、センサ、アプリケーション、マネージメントコントローラ、カーネル、バス、などを含んでも、あるいは、ＩｏＴコンピュータシステムの物理リソースを利用してもよい。従って、第１仮想動作環境によって、製造業者は、例えば、予知保全のために、ＩｏＴコンピュータシステムから又は外部のシステム若しくはデバイスからデータを容易に収集し評価することができる。第１仮想動作環境は、物理ネットワークインターフェイスを介して外部の物理メンテナンスネットワークへ接続され得る。例えば、これは、ＯＰＣ ＵＡネットワークであることができる（ＯＰＣ ＵＡは、“Open Platform Communications Unified Architecture”の略語である。）。
ＩｏＴコンピュータシステムの様々な構成において、第２仮想動作環境は、外部のシステム若しくはデバイスからの又はそれらに対する（外部）運転データ、特に外部のシステム若しくはデバイスからの又はそれらに対するセンサデータ、制御データ、プラントデータ、人に関連したデータ、特に生体データ、又は通信データを記録又は処理又は制御するオペレータ環境としてセットアップされる。第２仮想動作環境によって、外部のデバイス、プラント又はシステムからの及びそれらへのデータは、ＩｏＴコンピュータシステムが接続されることで現場で処理される。第２仮想動作環境は、コンポーネント、特に取得、処理又はクエリコンポーネント、例えば、センサ、アプリケーション、マネージメントコントローラ、カーネル、バス、などを含んでも、あるいは、ＩｏＴコンピュータシステムの物理リソースを利用してもよい。従って、第２仮想動作環境によって、ＩｏＴコンピュータシステムのオペレータは、それに接続されている自身のプラント又はシステムの外部コンポーネント又はデバイスを制御することができる。この目的のために、第２仮想動作環境は、物理ネットワークインターフェイスを介して１つ以上の外部の物理制御ネットワークへ接続される。これらは、ＬＡＮネットワーク、ＵＳＢネットワーク又は特別な制御バスネットワーク、例えば、ＭＯＤＢＵＳを含むことができる。
ここで記載されるＩｏＴコンピュータシステムは、有利なことに、請求項１５に記載される装置内で使用される。装置は、記載されるタイプのＩｏＴコンピュータシステムと、該ＩｏＴコンピュータシステムが接続される少なくとも１つの外部のシステム又はデバイスとを有する。第１仮想動作環境が外部のシステム又はデバイスへ論理的にリンクされる。第２仮想動作環境は、外部のシステム又はデバイスから論理的に分離され得る。代替的に、第２仮想動作環境が、外部のシステム又はデバイスへ論理的にリンクされてもよい。第１仮想動作環境及び第２仮想動作環境の論理的な分離の操作的な障害が起こり得ないように又は少なくとも大いに阻害されるように、この論理的なリンクを実装することが有利である。このようにして、ここで記載されるＩｏＴコンピュータシステムの機能は保たれる。例えば、保護されるべき又は機密のデータは第１仮想動作環境及び第２仮想動作環境から外部のシステム又はデバイスへ転送されず、制御データのみが転送されることが指定され得る。代替的に、又は追加的に、外部のシステム又はデバイスと第１仮想動作環境及び第２仮想動作環境の夫々との間の各々の接続は、特別に保護され得る。他方の仮想動作環境による一方の仮想動作環境内の機密データへのアクセスを防ぐために、又はそれを非常に困難にし、２つの仮想動作環境の論理的な分離を確かにするために、暗号化、署名、プロトコル変更、ファイアウォール、などのようなセキュリティ対策が考えられ得る。
外部のシステム又はデバイスは、例えば、センサ、制御デバイス（例えば、プログラム可能なロジックコントローラ、ＰＬＣ）、又はプロセッシング、マネージメント若しくはデータサーバ、特にクラウドサーバ、あるいは、そのようなシステム又はデバイスの組み合わせであることができる。
装置は、有利なことに、ＩｏＴコンピュータシステムが少なくとも１つの更なる外部のシステム又はデバイスへ接続されるように更に開発され得る。これによって、第２仮想動作環境が更なる外部のシステム又はデバイスへ論理的にリンクされる。第１仮想動作環境は、更なる外部のシステム又はデバイスから論理的に分離され得る。代替的に、第１仮想動作環境が、更なる外部のシステム又はデバイスへ論理的にリンクされてもよい。この論理的なリンクは、有利なことに、第１仮想動作環境及び第２仮想動作環境の論理的な分離の操作的な障害が起こり得ないように又は少なくとも大いに阻害されるように、実装されるべきである。このようにして、ここで記載されるＩｏＴコンピュータシステムの機能は保たれる。この目的のために、上記の対策が同じように適用され得る。
更なる外部のシステム又はデバイスも、センサ、制御デバイス（例えば、プログラム可能なロジックコントローラ、ＰＬＣ）、又はプロセッシング、マネージメント若しくはデータサーバ、特にクラウドサーバ、あるいは、そのようなシステム又はデバイスの組み合わせであることができる。
本発明は、図面を用いて実施例に基づき以下で更に詳細に説明される。
ＩｏＴコンピュータシステムを示す。
図は、ＩｏＴコンピュータシステム１を示す。ＩｏＴコンピュータシステム１は、第１仮想動作環境２、第２仮想動作環境３、及び第３仮想動作環境４を有する。仮想動作環境２、３、４は、例えば、ＩｏＴコンピュータシステム１内で仮想マシンとして編成／セットアップされる。仮想動作環境２、３、４は、それらが夫々完全な／独立したコンピュータシステム（仮想コンピュータシステム）のように振る舞うように実装され得る。仮想動作環境２、３、４は夫々、ＩｏＴコンピュータシステム１の動作のためにアプリケーション特有の機能を提供する。ＩｏＴコンピュータシステム１は、様々な外部のデバイス又はシステムへ接続される。例として、ウェブカメラ１３、プログラム可能なロジックコントローラ（ＰＬＣ）１４、マネージメント又はメンテナンスサーバ１５、及びクラウドサーバ又はクラウドサービス１６が示されている。外部デバイス１３、１４、１５及び１６は、ＩｏＴコンピュータシステム１と通信し、それとデータを交換することができる。
第１仮想動作環境２は、ＩｏＴコンピュータシステム１の内部システムデータ、特に、ＩｏＴコンピュータシステム１のマシンデータ、制御変数、測定値又はパラメータを捕捉、処理、又はクエリする製造業者環境としてセットアップされる。第１仮想動作環境２によって、ＩｏＴコンピュータシステム１自体のテレメトリデータが捕捉され処理される。第１仮想動作環境２は、この目的のための仮想コンポーネント、特に、取得、処理又はクエリコンポーネント、例えば、センサ、アプリケーション、マネージメントコントローラ、カーネル、バス、などを有するか、あるいは、ＩｏＴコンピュータシステム１の物理リソースからそれらを使用する。第１仮想動作環境２を使用して、製造業者は、例えば、予知保全のために、ＩｏＴコンピュータシステム１からデータを容易に収集し評価することができる。第１仮想動作環境２は、仮想ネットワーク接続、例えば、仮想ネットワークブリッジ６及び７を介して、更にはそれらに接続されている物理ネットワークインターフェイス１１及び１２を介して、１つ以上の外部の物理メンテナンス又はマネージメントネットワークへ接続される。物理ネットワークインターフェイス１１及び１２は、例えば、ＩｏＴコンピュータシステム１のＬＡＮインターフェイスである。第１仮想動作環境２と仮想ネットワーク接続６、７との間には、ファイアウォール１７がいずれの場合にも介在している。ファイアウォール１７は、第１仮想動作環境２によって制御され、外部の物理メンテナンス及び／又はマネージメントネットワークからの及び／又はそれらへの不正接続に対して第１仮想動作環境２を保護する。
第１仮想動作環境２は、ネットワークインターフェイス１１を介してマネージメント又はメンテナンスサーバ１５へ接続される。この接続は、例えば、ＯＰＣ ＵＡネットワークであることができる。ここで、マネージメント又はメンテナンスサーバ１５は、例えば、ＯＰＣ ＵＡサーバである。第１仮想動作環境２は、ネットワークインターフェイス１２を介してクラウドサーバ又はクラウドサービス１６へ接続される。このようにして、第１仮想動作環境２とデバイス１５及び１６とは、通信ネットワーク（製造業者ネットワーク）を形成する。
第２仮想動作環境３及び第３仮想動作環境４は、他の外部のシステム若しくはデバイス１３及び１４からの又はそれらに対する外部運転データ、特に、外部のシステム若しくはデバイス１３、１４からの又はそれらに対するセンサデータ、制御データ、プラントデータ、パーソナルデータ又は通信データを取得又は処理又は制御する共通オペレータ環境としてセットアップされる。よって、第２仮想動作環境３及び第３仮想動作環境４を通じて、外部デバイス１３、１４からの及びそれらへのデータは処理される。第２仮想動作環境３及び第３仮想動作環境４は、この目的のための仮想コンポーネント、特に、取得、処理又はクエリコンポーネント、例えば、センサ、アプリケーション、マネージメントコントローラ、カーネル、バス、などを含むか、あるいは、ＩｏＴコンピュータシステム１の物理リソースからそれらを使用する。従って、第２仮想動作環境３及び第３仮想動作環境４を使用して、ＩｏＴコンピュータシステム１のオペレータは、それへ接続されている自身のプラント又はシステムの外部デバイス１３、１４を制御することができる。
第２仮想動作環境３は、１つ以上の仮想ネットワーク接続、例えば、仮想ネットワークブリッジ５を介して、第３仮想動作環境４へ論理的に接続される。これは、第２仮想動作環境３及び第３仮想動作環境４が互いと通信し、データを交換することができることを意味する。更に、第２仮想動作環境３は、１つ以上の仮想ネットワーク接続（明示的に図示せず。）を介して、更には、それらへ接続されている物理ネットワークインターフェイス９を介して、デバイス１３へ接続される。第３仮想動作環境４は、１つ以上の仮想ネットワーク接続、例えば、仮想ネットワークブリッジ８を介して、更には、それらに接続されている物理ネットワークインターフェイス１０を介して、デバイス１４へ接続される。第２仮想動作環境３と仮想ネットワーク接続５との間にはファイアウォール１７が接続されており、それは、第２仮想動作環境３によって制御され、仮想ネットワーク接続５からの又はそれへの不正接続に対して第２仮想動作環境３を保護する。第３仮想動作環境４と仮想ネットワーク接続５及び８との間にはいずれの場合にもファイアウォール１７が接続されており、それは、第３仮想動作環境４によって制御され、仮想ネットワーク接続５からの若しくはそれへの又はデバイス１４へ向かう外部ネットワークへの不正接続に対して第３仮想動作環境４を保護する。
物理ネットワークインターフェイス９は、例えば、ＵＳＢインターフェイスであり、一方、物理ネットワークインターフェイス１０は、例えば、ＩｏＴコンピュータシステム１のＬＡＮインターフェイスである。このようにして、第２仮想動作環境３及び第３仮想動作環境４は、互いと、更には（デバイス１３及び１４への及びそれらからの）１つ以上の外部の物理制御又はデータネットワークと物理ネットワークインターフェイスを介してリンクされる。これらは、例えば、デバイス１４とＩｏＴコンピュータシステム１との間の、ＬＡＮネットワーク、ＵＳＢネットワーク又はソーシャル・コントロール・バス・ネットワークを含む。コントロール・バス・ネットワークは、例えば、ＭＯＤＢＵＳネットワークを含む。このようにして、第２仮想動作環境３及び第３仮想動作環境４並びにデバイス１３及び１４は、通信ネットワーク（オペレータネットワーク）を形成する。
個々の仮想動作環境２、３、４、又は仮想動作環境２、３、４若しくは外部デバイス１３、１４、１５、１６の間の仮想ネットワーク接続５、６、７、８の高位レベル制御又は構成は、ＩｏＴコンピュータシステム１の基本オペレーティングシステム（明示的に図示せず。）を介して実行される。基本オペレーティングシステムは、例えば、ＫＶＮシステムが統合されたＬｉｎｕｘ（登録商標）システムであることができる。特に、基本オペレーティングシステムは、仮想ネットワーク接続５、６、７、８の定義されたコンフィグレーションを指定する。このコンフィグレーションは、それが個々の仮想動作環境２、３、４によって、又は外部デバイス１３、１４、１５、１６によって、又は一般に、対応するネットワークから変更され得ないとそのようにして固定で予め決定されている。例えば、仮想ネットワーク接続５、６、７、８のコンフィグレーションは、ＩｏＴコンピュータシステム１をセットアップ又はインストールするときに指定される。例えば、仮想ネットワーク接続５、６、７、８のコンフィグレーションは、製造業者によって指定され得る。
仮想ネットワーク接続５、６、７、８のコンフィグレーションのためのコンフィグレーションデータは、有利なことに、ＩｏＴコンピュータシステム１の保護されたエリアに格納され、これによって、そのエリアは、仮想動作環境２、３、４による又は外部デバイス１３、１４、１５、１６からの及びそれらへの関連する通信ネットワークからの変化するアクセスに対して保護される。そのような保護は、例えば、保護されたエリアをライトプロテクトすることによって達成され得る。（ライト）プロテクトは、例えば、スーパーユーザによって、セットアップ後の（ライト）プロテクトが、個々の仮想動作環境２、３、４に関して又は外部デバイス１３、１４、１５、１６への及びそれらからの通信ネットワークに関してアクセス／権限を有しているユーザ又はプログラム又はアプリケーションによって無効にされ得ないように、セットアップされ得る。保護されたエリアはまた、暗号化、署名、キーによる認証（クレデンシャル）、などのような他のセキュリティ対策によっても保護され得る。保護されたエリアは、ＩｏＴコンピュータシステム１内で特に（物理的に及び／又は論理的に）保護されたメモリ（エリア）に設定されることが考えられる。
仮想ネットワーク接続５、６、７、８のコンフィグレーションは、第１仮想動作環境２と第２仮想動作環境３又は第３仮想動作環境４の一方との間に論理接続がないように予め定義される。これは、第１仮想動作環境２が第２仮想動作環境３及び第３仮想動作環境４から論理的に分離されることを意味する。第１仮想動作環境２と第２仮想動作環境３又は第３仮想動作環境４の一方との間に両方向で接続を確立することは不可能である。これは、第１仮想動作環境２と第２仮想動作環境３又は第３仮想動作環境４の一方との間の接続を可能にする仮想ネットワーク接続５、６、７、８内で論理ネットワーク接続（ソケット）を確立しないことによって、達成される。これは翻って、外部デバイス１３及び１４の１つから第１仮想動作環境２へ接続が確立され得ないこと、あるいは、外部デバイス１５及び１６の１つから第２仮想動作環境３又は第３仮想動作環境４の一方へも接続が確立され得ないことを意味する。
このようにして、第１仮想動作環境２によって実装される製造業者環境は、第２仮想動作環境３及び第３仮想動作環境４によって共同で実装されるオペレータ環境から論理的に分離される。よって、製造業者環境内のクレデンシャル又は機密データは、オペレータ環境内のデータから論理的に分離及び孤立される。製造業者環境内の権限のあるユーザ、デバイス、システム又はソフトウェアプログラムは、オペレータ環境内のデータへのアクセスを有さず、逆も同様である。そのようなアクセスは、定義された又は意図的に阻止されたネットワーク接続の欠如により防がれる。製造業者環境は、ネットワーク接続６、７、１１、１２を介してデバイス１５、１６と通信することしかできない。オペレータ環境は、ネットワーク接続５、８、９、１０を介してデバイス１３、１４と通信することしかできない。
ＩｏＴコンピュータシステム１及び外部デバイス１３、１４、１５、１６により示されている配置の可能な適用シナリオは、例えば、障壁システムを備えた駐車場システムである。ウェブカメラ１３は、駐車場システムを出入りする自動車のナンバープレートを捕捉する。ウェブカメラ１３の画像データは、ネットワーク接続９を介して物理ＩｏＴコンピュータシステム１内の第２仮想動作環境３へ送られる。第２仮想動作環境３内では、人工知能（ＡＩ）の１つ以上の仮想アプリケーションが、ウェブカメラ１３の画像データを処理するために使用される。これは、例えば、ウェブカメラ１３の画像データから文字及び数字を抽出し、文字及び数字を文字列として供給することを含むことができる。この文字列は、物理ＩｏＴコンピュータシステム１内の第３仮想動作環境４のネットワーク接続５を通される。第３仮想動作環境４内では、複合データ処理（complex data processing）（ＣＥＰ）の１つ以上の仮想アプリケーションが、記憶されている比較パターンと文字列とを比較するために使用される。パーソナルデータ、例えば、車両の所有者データ、又はクロック時間、時間スタンプ、車両の所有者のクレジットカードデータ、などもここで評価され得る。このデータは、例えば、仮想動作環境４内のデータベースに格納され得る。このようにして、登録されたナンバープレートを有する車両が駐車場システムへの許可されたアクセス又は（例えば、有効な支払い取引の後の）駐車場システムからの許可された退場を有するかどうかが判定され得る。
これが仮想動作環境４内で確認される場合に、仮想動作環境４は、対応する制御信号をＰＬＣ１４へネットワーク接続８、１０を介して送る。ＰＬＣ１４は次いで、障壁が開くように障壁システムを制御する。それから、登録された自動車は入場又は退場することができる。
独立して且つ論理的に第２仮想動作環境３及び第３仮想動作環境４（駐車場システムのオペレータ環境）から分離されると、オペレータの駐車場システムで使用される、例えば、障壁システムの又は単にＩｏＴコンピュータシステム１の、製造業者は、製造業者環境２内で、マネージメントサーバ１５を用いて障壁システムの又はＩｏＴコンピュータシステム１のテレメトリデータ（例えば、ＩｏＴコンピュータシステム１のシステムパラメータ）を取得及び評価すること、あるいは、それらを、クラウドサービス又はクラウドサーバ１６を用いて記録及び評価することができる。しかし、少なくともＩｏＴコンピュータシステム１内で、製造業者は仮想動作環境３、４の構成要素への接続を確立することができない。これは、製造業者が、仮想動作環境３、４内のデータ、例えば、ウェブカメラ１３からの画像データ又は、例えば、識別された車両の所有者からの、パーソナルデータ、へのアクセスを有さないことを意味する。反対に、オペレータは、そのようなものとしてＩｏＴコンピュータシステム１の全体、又は製造業者の手にあるデバイス１５、１６及び場合により１４のデータ、例えば、内部デバイスデータ、実施、などへのアクセスを有さない。
外部デバイス、例えば、デバイス１４及び１５は、ＩｏＴコンピュータシステム１の外で外部ネットワークを介してデータを交換可能であることが起こり得る。例えば、ＰＬＣ１４は、障壁システムの制御データ（例えば、開閉動作の回数、エラー状況又はエラーコード、など）をマネージメントサーバ１５に利用可能にすることができる。この制御データは、次いで、マネージメントサーバ１５によってＩｏＴコンピュータシステム１内の仮想動作環境２内に入力され、そこで予知保全及び障壁システムの動作挙動の確認のために評価され得る。論理的に分離された仮想動作環境３、４及び仮想動作環境２の間に望まれていないバイパス又は操作可能性が存在しないようにデバイス１４及び１５の間の外部接続を保護又は実装することが有利である。これは、例えば、仮想動作環境３、４からデバイス１４へ保護されるべきオペレータ情報を発せず制御データのみを発することによって、達成され得る。反対に、これは、例えば、仮想動作環境２からデバイス１５へ保護されるべき如何なる製造業者情報も発せず制御データのみを発することによって、達成され得る。対応する接続は、例えば、各々のファイアウォール１７を介して、操作に対して特に保護され得る。
図示されている実施形態及び説明されている適用シナリオは、単に例である。多くの可能な実施及び応用が存在する。特に、工業プラント環境では、例えば、風力若しくは太陽光発電所では、又は製品の工業生産及び製造では、多数の応用例が存在する。
図示されていない実施では、仮想動作環境３及び４も、それらの動作環境の間のデータ悪用を防ぐために、互いから論理的に分離され得る。
１ ＩｏＴコンピュータシステム
２ 第１仮想動作環境
３ 第２仮想動作環境
４ 第３仮想動作環境
５～８ 仮想ネットワーク接続
９～１２ 物理ネットワーク接続
１３ ウェブカメラ
１４ プログラム可能なロジックコントローラ（ＰＬＣ）
１５ マネージメントサーバ
１６ クラウドサーバ
１７ ファイアウォール

Claims (15)

  1. 露出された動作場所での連続運転のために構成及びディメンションされるエッジコンピュータシステムであって、
    第１仮想動作環境及び第２仮想動作環境がセットアップされ、
    前記第１仮想動作環境及び前記第２仮想動作環境は、夫々が独立した仮想コンピュータシステムのように振る舞うよう実装され、かつ、一方の仮想動作環境が他方の仮想動作環境へのアクセスを有さないように互いから論理的に分離され、
    前記第１仮想動作環境及び前記第２仮想動作環境の夫々は、当該エッジコンピュータシステムへ接続された外部のシステム又はデバイスと論理的に関連付けられ、前記第１仮想動作環境及び前記第２仮想動作環境の夫々において、関連する外部のシステム又はデバイスの１つ以上のタスク又は機能に機能特異的に適応された少なくとも１つの仮想アプリケーションがセットアップされ、
    前記第１仮想動作環境は、当該エッジコンピュータシステムのテレメトリデータを取得又は処理又はクエリし、該テレメトリデータを、前記第１仮想動作環境に関連した外部のシステム又はデバイスへ送る製造業者環境としてセットアップされ、
    前記第２仮想動作環境は、前記第２仮想動作環境に関連した外部のシステム若しくはデバイスからの又はそれについての運転データを記録又は処理又は制御するオペレータ環境としてセットアップされる、
    エッジコンピュータシステム。
  2. 前記第１仮想動作環境及び前記第２仮想動作環境は、少なくとも１つの仮想ネットワーク接続を介して通信ネットワークへ夫々論理的に割り当てられ、
    前記仮想ネットワーク接続は、前記第１仮想動作環境及び前記第２仮想動作環境のうちの一方の仮想動作環境に関連する前記通信ネットワークから、他方の仮想動作環境に関連する前記通信ネットワークへの接続が起こらないように構成される、
    請求項１に記載のエッジコンピュータシステム。
  3. 前記第１仮想動作環境及び前記第２仮想動作環境のうちの少なくとも１つは、前記少なくとも１つの仮想ネットワーク接続によって少なくとも１つの物理ネットワークインターフェイスへ接続され、該少なくとも１つの物理ネットワークインターフェイスを介して、関連する外部のシステム又はデバイスへ接続される、
    請求項２に記載のエッジコンピュータシステム。
  4. 前記物理ネットワークインターフェイスは、ＬＡＮインターフェイス又はＵＳＢインターフェイスである、
    請求項３に記載のエッジコンピュータシステム。
  5. 基本オペレーティングシステムがセットアップされ、
    前記仮想ネットワーク接続のコンフィグレーションは、前記基本オペレーティングシステムによって予め決定される、
    請求項２乃至４のうちいずれか一項に記載のエッジコンピュータシステム。
  6. 前記仮想ネットワーク接続の前記コンフィグレーションは、前記基本オペレーティングシステムによって固定で予め決定され、
    当該エッジコンピュータシステムは、前記第１仮想動作環境及び前記第２仮想動作環境の夫々による又は各々の通信ネットワークを通じた前記仮想ネットワーク接続の前記コンフィグレーションの変化が起こらないようにセットアップされる、
    請求項５に記載のエッジコンピュータシステム。
  7. 前記仮想ネットワーク接続の前記コンフィグレーションのためのコンフィグレーションデータは、当該エッジコンピュータシステムの保護されたエリアに格納される、
    請求項６に記載のエッジコンピュータシステム。
  8. 前記基本オペレーティングシステムは、前記通信ネットワークのうちの１つから前記基本オペレーティングシステムへの接続確立が、いずれの場合にも起こらないようにセットアップされる、
    請求項５乃至７のうちいずれか一項に記載のエッジコンピュータシステム。
  9. 前記第１仮想動作環境及び前記第２仮想動作環境は夫々、各々の仮想動作環境から前記論理的に割り当てられた通信ネットワークへの又はその逆の接続確立を制御するようセットアップされた１つのファイアウォールを有する、
    請求項２乃至８のうちいずれか一項に記載のエッジコンピュータシステム。
  10. 前記第１仮想動作環境及び前記第２仮想動作環境は、仮想マシンとしてセットアップされる、
    請求項１乃至９のうちいずれか一項に記載のエッジコンピュータシステム。
  11. 少なくとも１つの第３仮想動作環境が、前記第１仮想動作環境及び前記第２仮想動作環境のうちの一方へ論理的にリンクされてセットアップされる、
    請求項１乃至１０のうちいずれか一項に記載のエッジコンピュータシステム。
  12. 前記第３仮想動作環境は、少なくとも１つの仮想ネットワーク接続を介して、前記第１仮想動作環境及び前記第２仮想動作環境のうちの対応する一方へ論理的にリンクされる、
    請求項１１に記載のエッジコンピュータシステム。
  13. 請求項１乃至１２のうちいずれか一項に記載のエッジコンピュータシステムと、
    前記エッジコンピュータシステムが接続される外部のシステム又はデバイスと
    を有し、
    前記第１仮想動作環境が前記外部のシステム又はデバイスと論理的に関連付けられる、
    装置。
  14. 前記外部のシステム又はデバイスは、センサ、制御デバイス又はプロセッシング若しくはデータサーバである、
    請求項１３に記載の装置。
  15. 前記エッジコンピュータシステムは、更なる外部のシステム又はデバイスへ接続され、
    前記第２仮想動作環境が前記更なる外部のシステム又はデバイスと論理的に関連付けられる、
    請求項１３又は１４に記載の装置。
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