JP7387058B2 - データ伝送のためのネットワーク - Google Patents

Description

本発明は、とりわけオートメーション技術におけるデータ伝送のためのネットワークに関する。

従来技術から、ＯＰＣ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ（ＯＰＣ－ＵＡ）の名称で、プラットフォーム非依存のアーキテクチャとしてのデータ交換のための標準が公知であり（ＯＰＣ：Ｏｐｅｎ Ｐｌａｔｆｏｒｍ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、この標準は、オートメーション技術の分野においても、オートメーション技術における全ての端末機器（センサおよびアクチュエータ）間のデータ交換を可能にするために使用されている。したがって、ＯＰＣ－ＵＡは、もはや（例えば、クラウドへのエッジゲートウェイを介して）上位のシステムにデータを伝送するために使用されるのみならず、これまでは相応のイーサネットベースのプロトコル（例えば、Ｐｒｏｆｉｎｅｔ、Ｍｏｄｂｕｓ ＴＣＰ、ＥｔｈｅｒＣＡＴ等）を介して相互に通信することが多かった制御装置と端末機器（センサおよびアクチュエータ）との間のデータの交換のためにも使用される。

しかしながら、オートメーション技術においてＯＰＣ－ＵＡを使用する場合には、２つの重大な課題が生じる。一方では、今日の端末機器（センサおよびアクチュエータ）は、適切なインタフェースを有していない。他方では、公知の端末機器（センサおよびアクチュエータ）は、依然として、相応のＯＰＣ－ＵＡサーバを動作させるための計算能力を常に十分に有しているとは限らない。すなわち、ＯＰＣ－ＵＡを介して公知の端末機器に直接的に呼びかけることはできない。

この問題を解決するために、ＯＰＣ－ＵＡを介して従来の端末機器（センサおよびアクチュエータ）への外部からのアクセスを可能にする適切なゲートウェイを使用することができる。ゲートウェイは、このためにＯＰＣ－ＵＡサーバを含み、このＯＰＣ－ＵＡサーバが、それから個々の端末機器（センサおよびアクチュエータ）と通信する。その場合、ゲートウェイと個々の端末機器との間の通信を、端末機器によってサポートされる従来の他の標準（例えば、Ｐｒｏｆｉｎｅｔ、Ｍｏｄｂｕｓ ＴＣＰ、ＥｔｈｅｒＣＡＴ等）に従って実施することができる。

したがって、図１は、複数の端末機器１～４を有するこのような従来のネットワークを示し、これらは、オートメーション技術のセンサまたはアクチュエータであってよい。図面は、ゲートウェイ５をさらに示し、このゲートウェイ５は、それぞれ１つのデータ接続部Ｌｉｎｋ１～Ｌｉｎｋ４を介して個々の端末機器１～４と通信し、これらのデータ接続部Ｌｉｎｋ１～Ｌｉｎｋ４は、ＯＰＣ－ＵＡに従って動作するのではなく、他の従来の標準（例えば、Ｐｒｏｆｉｎｅｔ、Ｍｏｄｂｕｓ ＴＣＰ、ＥｔｈｅｒＣＡＴ等）に従って動作する。ゲートウェイ５は、外部のデータ伝送ネットワーク６に接続されており、データ伝送ネットワーク６からＯＰＣ－ＵＡを介して個々の端末機器１～４にも呼びかけることができる。このために、ゲートウェイ５にＯＰＣ－ＵＡサーバ７が組み込まれている。

しかしながら、この技術的解決手段における欠点は、個々の端末機器への完全に透過的なアクセスが不可能であるという事実である。なぜなら、個々の端末機器のデータには、ゲートウェイ５のＩＰアドレス（ＩＰ：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）のもとで到達されるからである。

この技術的問題を解決するために、図２に示されているような、わずかに変更されたネットワークが公知である（米国特許出願公開第２０１８／０３０９８３１号明細書を参照のこと）。同様に公知であるこのネットワークは、図１に示されている上記のネットワークと大部分で一致しているので、繰り返しを避けるために上記の説明が参照され、それぞれ対応する個々の部分に対して同一の参照符号を使用する。この公知のネットワークの特徴は、ゲートウェイ５において、端末機器１～４の各々に対してそれぞれ１つのＯＰＣ－ＵＡサーバ８～１１が設けられていることにある。これによって有利には、端末機器１～４の各々にＯＰＣ－ＵＡサーバ８～１１のうちのそれぞれ１つが対応付けられているので、外部のネットワーク６から個々の端末機器１～４への完全に透過的なアクセスが可能となる。

図２に示されているこの公知の技術的解決手段の欠点は、ゲートウェイ５における個々のＯＰＣ－ＵＡサーバ８～１１の実装に手間がかかることである。

したがって、本発明の基礎となる課題は、データ伝送のための相応に改善されたネットワークを提供することである。

上記の課題は、独立請求項に記載の本発明によるネットワークによって解決される。

本発明によるネットワークは、データ伝送のために使用され、このネットワークは、とりわけオートメーション技術において使用するために適している。しかしながら、本発明は、ネットワークの使用分野に関して、オートメーション技術に限定されているわけではない。

上記の従来技術と一致して、本発明によるネットワークも、複数の端末機器を含み、これらは、例えばセンサまたはアクチュエータであってよい。しかしながら、本発明は、個々の端末機器の種類に関して、例えばオートメーション技術において使用されうるようなセンサおよびアクチュエータに限定されているわけではない。

さらに、本発明によるネットワークは、上記の従来技術と一致して、複数の端末機器を有するネットワークを外部のデータ伝送ネットワークに外部接続することを可能にする１つの共通のゲートウェイを含む。すなわち、従来技術について既に上述したように、ゲートウェイによって、外部のデータ伝送ネットワークから個々の端末機器への外部からのアクセスが可能となる。

さらに、本発明によるネットワークも、従来技術と一致して、ゲートウェイと端末機器との間の通信を可能にするために、ゲートウェイと個々の端末機器との間のデータ接続部を有する。

さらに、本発明によるネットワークも、複数のＯＰＣ－ＵＡサーバを有し、個々の端末機器に、複数のＯＰＣ－ＵＡサーバのうちのそれぞれ１つが対応付けられている。すなわち、個々の端末機器は、個々のＯＰＣ－ＵＡサーバと通信するので、外部のデータ伝送ネットワークからＯＰＣ－ＵＡに従って個々の端末機器に呼びかけることができ、より詳細に言えば、個々の端末機器への完全に透過的なアクセスによって呼びかけることができる。

この場合、ゲートウェイにおいて全ての端末機器にそれぞれ１つのＯＰＣ－ＵＡサーバが対応付けられているようなネットワークに対する保護だけを、本発明が請求しているわけではないということに言及しておく。むしろ、ＯＰＣ－ＵＡを介して呼びかけられないさらなる端末機器、したがって、ゲートウェイにおいて固有のＯＰＣ－ＵＡサーバが対応付けられてもいないさらなる端末機器も、ゲートウェイに接続されている可能性もある。さらに、本発明の枠内では、それ自体ＯＰＣ－ＵＡ対応であって、かつ固有のＯＰＣ－ＵＡサーバを含んでいる端末機器が、ゲートウェイに接続されている可能性もある。したがって、このＯＰＣ－ＵＡ対応の端末機器のためには、ゲートウェイにＯＰＣ－ＵＡサーバを設けなくてもよい。

ここで、本発明によるネットワークは、個々の端末機器に、複数のＯＰＣ－ＵＡサーバのうちの１つを形成するために適したそれぞれ１つのソフトウェアコンポーネントが保存されているという点で、従来技術に比べて優れている。その場合、動作時に、ゲートウェイは、個々のＯＰＣ－ＵＡサーバを形成するためのソフトウェアコンポーネントを端末機器からロードして、それぞれ１つのＯＰＣ―ＵＡサーバを形成するためにこのソフトウェアコンポーネントをゲートウェイにおいて実行する。本発明によるこの技術的解決手段により、ゲートウェイにおけるＯＰＣ－ＵＡサーバの実装が格段に簡単になる。

本発明の好ましい実施例では、端末機器（アクチュエータまたはセンサ）の各々に、ソフトウェアコンポーネントのそれぞれ１つのランタイム要素またはインスタンスが対応付けられており、ソフトウェアコンポーネントは、アプリケーションと称されてもよい。

すなわち、ゲートウェイは、一方ではそれぞれの端末機器からのソフトウェアコンポーネントのロードを可能にし、他方ではＯＰＣ－ＵＡソフトウェアを形成するためにゲートウェイにおけるロードされたソフトウェアコンポーネントの実行を可能にする適切なハードウェアを含む。

これに対して、個々の端末機器は、一方ではそれぞれの端末機器におけるソフトウェアコンポーネントの保存を可能にし、他方ではゲートウェイへのソフトウェアコンポーネントの伝送を可能にするための適切なハードウェアを含む。

本発明の好ましい実施例では、ゲートウェイは、個々の端末機器と通信するために、個々の端末機器のためのそれぞれ１つのポートを有する。その場合、ゲートウェイは、個々のＯＰＣ－ＵＡサーバを形成するためのソフトウェアコンポーネントを、ポートに関連してポートの各々に対して個別にロードし、これにより、ゲートウェイのポートの各々に、ＯＰＣ－ＵＡサーバを形成するソフトウェアコンポーネントのうちのそれぞれ１つが対応付けられている。

さらに、好ましい実施例における個々の端末機器が、それぞれＴＣＰ－ＩＰ対応であることに言及しておく（ＴＣＰ－ＩＰ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ／Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）。しかしながら、本発明は、個々の端末機器によってサポートされる伝送標準に関して、ＴＣＰ－ＩＰ対応の端末機器に限定されているわけではない。むしろ、本発明の枠内における個々の端末機器は、基本的に他の伝送標準をサポートしていてもよい。

例えば、個々の端末機器は、対応付けられたＯＰＣ－ＵＡサーバと通信するために、それぞれ以下のデータインタフェース、すなわち
・イーサネット、
・ＥＮ６１１３１に準拠したＩ／Ｏリンク、
・ハイウェイアドレス可能遠隔トランスデューサ（ＨＡＲＴ）
のうちの１つを有することができる。

本発明の解決手段において有利であるのは、とりわけ、外部のデータ伝送ネットワークから個々の端末機器への直接的かつ完全に透過的なアクセスと、個々の端末機器の個々のアドレス指定とを可能にするために、個々のＯＰＣ－ＵＡサーバがそれぞれ１つの固有のＩＰアドレスを有することが可能となることである。すなわち、個々の端末機器は、外部の伝送ネットワークの視点からはＯＰＣ－ＵＡ端末として現れる。

本発明の１つの変形形態では、個々の端末機器は、それぞれＩ／Ｏステーションにおけるモジュールとして構成されている。すなわち、本発明のこの変形形態では、個々の端末機器は、構造的に分離されているのではなく、Ｉ／Ｏステーションに組み込まれている。

さらに、ゲートウェイと個々の端末機器との間のデータ接続部が、それぞれ１つのローカルバスを有することができるということに言及しておく。このことは、とりわけ上述したように個々の端末機器がＩ／Ｏステーションのモジュールである場合に有利である。

本発明の他の有利な発展形態は、従属請求項に記載されているか、または本発明の好ましい実施例の説明と一緒に図面に基づいて以下により詳細に説明される。

ＯＰＣ－ＵＡサーバが組み込まれたゲートウェイを有する、ＯＰＣ－ＵＡに従ってデータ通信するための従来のネットワークの概略図である。 図１による従来のネットワークの変更形態を示す図であり、ここでは、ゲートウェイにおいて、複数の端末機器の各々に対してそれぞれ１つのＯＰＣ－ＵＡサーバが設けられている。 本発明によるネットワークを示す図であり、ここでは、ＯＰＣ－ＵＡサーバを形成するためのソフトウェアコンポーネントが個々の端末機器からゲートウェイにロードされる。 図３の変更形態を示す図であり、ここでは、個々の端末機器は、それぞれＩ／Ｏステーションのモジュールである。

図３は、本発明によるネットワークの概略図を示し、このネットワークは、図２に示されている上記の従来のネットワークと大部分で一致しているので、繰り返しを避けるために図２についての上記の説明が参照され、それぞれ対応する個々の部分に対して同一の参照符号を使用する。

本発明によるこの実施例の特徴は、個々の端末機器１～４において、それぞれ１つのソフトウェアコンポーネント１２がプログラムメモリ１３に保存されており、これらのソフトウェアコンポーネント１２が、対応するＯＰＣ－ＵＡサーバ８を形成するためにゲートウェイ５によってロードされるということにある。

図面では簡略化のために、ＯＰＣ－ＵＡサーバ８を形成するためのソフトウェアコンポーネント１２のみが示されている。しかしながら、他のＯＰＣ－ＵＡサーバ９～１１も同様に、端末機器２～４から相応のソフトウェアコンポーネントをロードすることによって形成される。

図４は、本発明によるネットワークの１つの変更形態を示し、このネットワークは、図３に示されている上記の本発明によるネットワークと部分的に一致しているので、繰り返しを避けるために再び上記の説明が参照され、それぞれ対応する個々の部分に対して同一の参照符号を使用する。

この実施例の特徴は、端末機器１’～４’がＩ／Ｏステーション１４におけるモジュールとして構成されていることにある。すなわち、この場合には、端末機器１’～４’は、構造的に分離されているのではなく、Ｉ／Ｏステーション１４に組み込まれている。

さらに、この場合には、一方のＯＰＣ－ＵＡサーバ８～１１と、他方の端末機器１’～４’との間の通信が、従来のように構成されていてよいローカルバス１５を介して実施されるということに言及しておく。

この実施例の場合にも、対応する端末機器１’から対応するソフトウェアコンポーネント１２がロードされることによってＯＰＣ－ＵＡサーバ８～１１が形成される。

本発明は、上記の好ましい実施例に制限されているわけではない。むしろ、本発明の思想を同様に利用し、したがって保護範囲内に包含される、多数の変形形態および変更形態が可能である。とりわけ、本発明は、従属請求項の対象および特徴に対する保護も、それぞれ引用している請求項にかかわらず、とりわけ独立請求項の特徴を有していなくても請求する。すなわち、本発明は、相互に独立して保護を受ける複数の異なる発明態様も包含する。

１～４ 端末機器
１’～４’ 端末機器
５ ゲートウェイ
６ 外部のデータ伝送ネットワーク
７ ＯＰＣ－ＵＡサーバ
８～１１ ＯＰＣ－ＵＡサーバ
１２ ＯＰＣ－ＵＡサーバを形成するためのソフトウェアコンポーネント
１３ ソフトウェアコンポーネントのためのプログラムメモリ
１４ Ｉ／Ｏステーション
１５ ローカルバス
Ｌｉｎｋ１～Ｌｉｎｋ４ ゲートウェイと端末機器との間のデータ接続部

Claims (9)

1. データ伝送のためのネットワークであって、前記ネットワークは、
   ａ）複数の端末機器（１～４；１’～４’）と、
   ｂ）前記複数の端末機器（１～４；１’～４’）を有する前記ネットワークを、外部のデータ伝送ネットワーク（６）に外部接続するための１つの共通のゲートウェイ（５）と、
   ｃ）前記ゲートウェイ（５）と個々の前記端末機器（１～４；１’～４’）との間のデータ接続部（Ｌｉｎｋ１～Ｌｉｎｋ４）と、
   ｄ）複数のＯＰＣ－ＵＡサーバ（８～１１）とを有し、個々の前記端末機器（１～４；１’～４’）に、前記複数のＯＰＣ－ＵＡサーバ（８～１１）のうちのそれぞれ１つが対応付けられており、個々の前記ＯＰＣ－ＵＡサーバ（８～１１）は、対応する前記端末機器（１～４；１’～４’）と通信し、これにより、前記外部のデータ伝送ネットワーク（６）からＯＰＣ－ＵＡに従って個々の前記端末機器（１～４，１’～４’）に呼びかけることができる、ネットワークにおいて、
   ｅ）個々の前記端末機器（１～４；１’～４’）に、前記複数のＯＰＣ－ＵＡサーバ（８～１１）のうちの１つを形成するために適したそれぞれ１つのソフトウェアコンポーネント（１２）が保存されており、
   ｆ）前記ゲートウェイ（５）は、個々の前記ＯＰＣ－ＵＡサーバ（８～１１）を形成するための前記ソフトウェアコンポーネント（１２）を前記端末機器（１～４；１’～４’）からロードして、前記ゲートウェイ（５）において実行することを特徴とする、ネットワーク。
2. ａ）前記ゲートウェイ（５）は、個々の前記端末機器（１～４；１’～４’）と通信するために、個々の前記端末機器（１～４，１’～４’）のためのそれぞれ１つのポートを有し、
   ｂ）前記ゲートウェイ（５）は、前記ＯＰＣ－ＵＡサーバ（８～１１）を形成するための前記ソフトウェアコンポーネント（１２）を、前記ポートに関連して前記ポートの各々に対して個別にロードして実行し、これにより、前記ポートの各々に、前記ソフトウェアコンポーネント（１２）のうちのそれぞれ１つが対応付けられていることを特徴とする、請求項１記載のネットワーク。
3. 個々の前記端末機器（１～４，１’～４’）は、それぞれＴＣＰ／ＩＰ対応であることを特徴とする、請求項１または２記載のネットワーク。
4. 個々の前記ＯＰＣ－ＵＡサーバ（８～１１）は、前記外部のデータ伝送ネットワーク（６）から個々の前記端末機器（１～４，１’～４’）へのアクセスと、個々の前記端末機器（１～４，１’～４’）の個別のアドレス指定とを可能にするために、それぞれ１つの固有のＩＰアドレスを有することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のネットワーク。
5. 個々の前記端末機器（１～４，１’～４’）は、対応付けられた前記ＯＰＣ－ＵＡサーバ（８～１１）と通信するために、それぞれ以下のデータインタフェース、すなわち
   ａ）イーサネット、
   ｂ）ＥＮ６１１３１に準拠したＩ／Ｏリンク、
   ｃ）ハイウェイアドレス可能遠隔トランスデューサ（ＨＡＲＴ）のうちの１つを有することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のネットワーク。
6. 前記端末機器（１～４，１’～４’）は、それぞれ少なくとも１つのセンサおよび／または少なくとも１つのアクチュエータを含むことを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載のネットワーク。
7. 前記端末機器（１’～４’）は、それぞれＩ／Ｏステーション（１４）におけるモジュールであることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載のネットワーク。
8. 前記ゲートウェイ（５）と個々の前記端末機器（１’～４’）との間の前記データ接続部は、ローカルバス（１５）を有することを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載のネットワーク。
9. 前記ネットワークは、オートメーション技術におけるネットワークであることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載のネットワーク。