KR101323393B1 - 산업용 프로토콜을 위한 확장형 어드레스 공간 성능 - Google Patents

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스콧 에이. 투코빅스
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로크웰 오토메이션 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

단일 및 통합 어드레스 공간에 따라 제어 대상들과 통신하기 위한 시스템 및 방법들이 제공된다. 일 태양에서, 산업용 통신 시스템이 제공된다. 이 시스템은 로컬 또는 원격 네트워크들과 통신하기 위해 사용될 수 있는 글로벌 어드레스 프로토콜을 포함한다. 산업용 프로토콜은, 네트워크 컴포넌트가 글로벌 어드레스 프로토콜에 의해 공급되는 어드레스에 따라 산업용 프로토콜을 통해 하나 이상의 제어 컴포넌트와 통신하는 글로벌 어드레스 프로토콜과 인터페이스하도록 적응된다.
네트워크, 통합 어드레스, 산업용 통신, 글로벌 어드레스, 프로토콜

Description

산업용 프로토콜을 위한 확장형 어드레스 공간 성능{EXTENDED ADDRESS SPACE CAPABILITY FOR AN INDUSTRIAL PROTOCOL}
도 1은 산업용 제어 시스템 네트워크 통신을 나타내는 개략적인 블록도이다.
도 2는 예시적인 네트워크 및 어드레싱 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 이더넷(Ethernet) IPv6 프로토콜에 따른 통신을 나타내는 도면이다.
도 4는 이더넷 IPv6 프로토콜 및 도메인 이름 서비스 어드레싱 방식에 따른 통신을 예시하는 도면이다.
도 5는 대안적인 네트워크 통신 시스템을 예시하는 도면이다.
도 6은 단일 어드레스 공간(singular address space)에 대한 통신 프로세스를 예시하는 흐름도이다.
도 7은 산업용 제어 시스템과의 통신을 위한 예시적인 이더넷 IPv6 데이터 패킷을 나타내는 도면이다.
도 8은 예시적인 이더넷 IPv6 어드레싱 모드들을 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 제어 대상들
120 : 제어기들 및 통신 모듈들
130 : 단일 어드레스 공간
140 : 산업용 네트워크
본 발명은 일반적으로 산업용 제어 시스템에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 산업용 프로토콜 내에 통합 어드레싱 공간(unified address space)을 제공하여 단일 어드레싱 모드로 네트워크들에 걸친 통신을 가능케 하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
산업용 제어기들은 산업용 프로세스들, 제조 설비, 및 데이터 수집 또는 네트워크화된 시스템들과 같은 다른 공장 자동화를 제어하는데 사용되는 특수 목적 컴퓨터들이다. 산업용 제어 시스템의 핵심은, PLC(Programmable Logic Controller) 또는 PC 기반 제어기와 같은 로직 프로세서이다. 예를 들어, PLC들은 사용자 설계 논리 프로그램들 또는 사용자 프로그램들을 통해 제조 프로세스들을 작동시키도록 시스템 설계자들에 의해 프로그램된다. 사용자 프로그램들은 메모리에 저장되고 예를 들어 명령 점핑(instruction jumping), 루핑(looping), 및 인터럽트 루틴들도 일반적이지만, 일반적으로 순차 방식으로 PLC에 의해 실행된다. PLC 동작들 및 프로그램들에 동적인 것을 제공하는 다수의 메모리 요소 또는 변수들이 사용자 프로그램과 연관된다. PLC들에서의 차이들은 그들이 처리할 수 있는 입력/출력(I/O)의 개수, 메모리량, 명령들의 수 및 유형, 및 PLC CPU의 속도에 통상적으로 의존적이다.
최근, 산업용 제어 시스템들을 다수의 상이한 유형의 네트워크에 걸쳐 통합하려고 하는 필요성이 점차 증가되고 있다. 현재 산업 환경에서 일반적인 하나의 인기있는 네트워크는 이더넷이다. 이 네트워크는, 브리지들, 라우터들 또는 다른 유형의 모듈들과 같은 컴포넌트들이 공장 내의 하위 제어 네트워크들에 대한 접속성 및 통신을 제공하는 중간 또는 상위 레벨의 비지니스 네트워크에 종종 적용된다. 이더넷 IPv4 프로토콜 내의 한정된 개수의 인터넷 프로토콜(IP) 어드레스들로 인해, 대부분의 산업용 이더넷 인터페이스들은 단일 IP 어드레스만 제공하고 소정의 다른 수단을 사용하여 산업용 시스템 내의 인터페이스들을 어드레스한다. 이는 일반적으로 단일 디바이스, 인터페이스 또는 대상을 선택하기 위해 클라이언트 시스템이 다수의 어드레싱 모드를 지원할 필요가 있어, 전체 시스템에 복잡성과 비용을 추가시킨다.
다음은 본원에 설명된 소정의 태양들의 기본적인 이해를 제공하기 위해 간단한 요약을 제공한다. 이러한 요약은 전반적인 개요가 아니며, 본원에 설명된 다양한 태양들의 범위의 윤곽을 나타내거나 핵심/중요한 요소들을 식별하려는 의도도 아니다. 그의 유일한 목적은 나중에 제공되는 보다 상세한 설명에 대한 서문으로서 소정의 개념들을 간략한 형태로 제공하기 위한 것이다.
플랫한(flat) 단일 어드레스 공간이 산업용 제어 프로토콜에 통합되어 산업 자동화 환경에서의 통신을 용이하게 한다. 이러한 어드레스 공간의 일례에서, IPv6 또는 다른 단일 어드레스 공간이 산업용 제어 어드레싱을 위해 구성된다. 이는, 예를 들어 개별적인 대상, 인터페이스 및 디바이스들의 고유 IPv6 어드레스로의 매핑을 가능케 한다. 단일 어드레싱 모드의 이러한 기술을 사용하면, 큰 IPv6 어드레싱 공간(또는 다른 글로벌 어드레싱 공간)이 사용되어 산업용 시스템 내의 각 대상을 어드레싱할 수 있다. 따라서, 일례에서, 이더넷 인터페이스 카드는 그 범위 내의 각 대상에 대해 반응하고 라우팅 정보를 포함하여 IPv6 어드레스만을 사용하여 일반적으로 메시지를 대상에 도달할 수 있게 한다.
개별적인 어드레스들 각각은, 각 대상이 사용자 할당 이름에 의해 어드레싱될 수 있도록 하기 위해 DNS(Domain Name Server)를 사용하여 사용자 할당 이름으로 매핑될 수 있다. 이러한 이름들은 예를 들어 사용자의 문제 또는 물리적 도메인에 대응하는 계층구조 내로 배열될 수 있다. 일 태양에서, DNS 서버 또는 다른 디렉토리 서비스는 계층적 이름들을 IPv6 어드레스(또는 다른 글로벌 어드레싱 방식)으로 매핑할 수 있고 산업용 이더넷 인터페이스는 IPv6 어드레스를 산업용 자동화 시스템 내의 개별적인 대상으로 매핑한다. 각 대상은 다수의 어드레스를 가지며, 하나는 그의 물리적 위치를 나타내고, 또 다른 것은 사용자의 문제에 대한 논리적 기술로 그 기능을 나타낸다.
앞선 목적 및 관련된 목적의 달성을 위해, 소정의 예시적인 태양들이 다음의 설명 및 첨부된 도면들와 함께 본원에 설명된다. 이러한 태양들은 구현될 수 있는 다양한 방식들을 나타내며, 그의 전부가 본원에 포함되도록 의도된다. 다른 이점 및 신규한 특징들은 도면들과 함께 고려될 경우 다음의 상세한 설명으로부터 자명 하게 될 수 있다.
단일 및 통합 어드레스 공간에 따라 제어 대상들과 통신하기 위한 시스템 및 방법들이 제공된다. 이러한 방식으로, 다수의 어드레스 공간을 지원하는 다수의 네트워크 디바이스를 통해 통신하는 구성 및 설계 복잡성을 완화시키는 단일 프로토콜에 따라 제어 대상들이 어드레스될 수 있다. 일 태양에서, 산업용 통신 시스템이 제공된다. 이 시스템은 로컬 또는 원격 네트워크들과 통신하기 위해 사용될 수 있는 글로벌 어드레스 프로토콜을 포함한다. 글로벌 어드레스 프로토콜에 의해 공급되는 어드레스에 따라 산업용 프로토콜을 통해 네트워크 컴포넌트가 하나 이상의 제어 컴포넌트와 통신하는 글로벌 어드레스 프로토콜과 인터페이스하도록 산업용 프로토콜이 구성된다. 일 예에서, 글로벌 어드레스 프로토콜은 IPv6 프로토콜을 포함한다.
본원에서 사용되는, "컴포넌트(component)", "프로토콜", "인터페이스" 등과 같은 용어들은 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어 또는 산업용 제어를 위한 자동화 시스템에 적용되는 실행 소프트웨어와 같은 컴퓨터 관련 실체를 지칭하도록 의도된다 점에 주의하라. 예를 들어, 컴포넌트는 프로세서 상에서 작동하는 프로세스, 프로세서, 객체, 실행가능한 것, 실행 쓰레드, 프로그램 및 컴퓨터일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예로서, 서버 상에서 작동하는 애플리케이션 및 서버 모두가 컴포넌트들일 수 있다. 하나 이상의 컴포넌트가 프로세스 및/또는 실행 쓰레드 내에 상주할 수 있고 컴포넌트는 하나의 컴퓨터에 국지적으로 존재하거나 및/또는 2개 이상의 컴퓨터들, 산업용 제어기들 및/또는 그들과 통신하 는 모듈들 간에 분산될 수 있다.
먼저, 도 1을 참조하면, 시스템(100)은 산업용 제어 통신 및 네트워크 프로토콜들을 예시한다. 시스템(100)은 산업용 프로토콜을 통해 하나 이상의 제어기들 및/또는 통신 모듈들(120)과 통신하는 다수의 제어 대상(110)(또는 컴포넌트들)을 포함한다. 제어 대상들(110)은 플랫한 단일 어드레스 협정 또는 130으로 예시된 공간에 따라 네트워크 어드레스가 할당된다. 하나 이상의 네트워크들이 사용되어 단일 어드레스 공간(130)과 인터페이스하고 공간(130)에 의해 공급되는 어드레스에 따라 제어 대상들과 상호작용한다. 네트워크 인터페이스들(120)은 제어기, 통신 모듈, 및/또는 개별적인 실체 상에 상주할 수 있다. 검색 컴포넌트(150)를 사용하여 논리적 명명 협정 대 명시적 어드레스들을 사용하는 제어 대상들(110), 제어기들(120) 또는 네트워크들(140)을 찾을 수 있다. 명시적 어드레싱 및/또는 논리적 어드레싱의 조합을 사용하여 제어기들(120) 및 각각의 제어 대상들(110)과 통신할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
일반적으로, 단일 어드레스 공간(130)이 산업용 제어 프로토콜과 통합되어 시스템(100) 내의 통신을 용이하게 할 수 있다. 이러한 어드레스 공간의 일례에서, IPv6(예를 들어, 이더넷)은 산업용 제어 어드레싱을 위해 구성될 수 있다. 이는, 개별적인 제어 대상들(110), 네트워크들(140) 및 디바이스들(120)의 고유 IPv6 어드레스로의 매핑을 가능케 한다. 이러한 단일 어드레싱 모드를 사용하면, 크고, 플랫한 IPv6 어드레싱 공간이 사용되어 산업용 시스템(100) 내의 각 제어 대상(110)을 어드레스할 수 있다. 120에서의 인터페이스 카드는 그 범위 내의 각 제 어 대상(110)에 반응하고 라우팅 정보를 포함하여, 공간(130)에 의해 공급되는 글로벌 어드레스만을 일반적으로 사용하여 메시지가 그 대상에 도달할 수 있게 한다. 어드레스가 이동될 수 있게 하고 하위 레벨의 제어 대상으로 분해(resolve)되게 하는 실질적으로 임의의 상위 레벨의 글로벌 네트워크 프로토콜이 본원에 제공된 범위 내에 있는 것으로 생각될 수 있음을 이해할 것이다.
일반적으로, 각 대상(110)이 사용자 할당 이름에 의해 어드레스될 수 있도록 개별적인 어드레스들(130) 각각은 검색 컴포넌트(150)(예를 들어, DNS 서버)를 사용하여 사용자 할당 이름으로 매핑될 수 있다. 이러한 이름들은 예를 들어 사용자의 문제 또는 물리적 도메인에 대응하는 계층구조로 구성될 수 있다. 일 태양에서, DNS 서버 또는 검색 컴포넌트(150)는 계층적 이름들을 어드레스(130)로 매핑할 수 있고 산업용 인터페이스(120)는 어드레스를 산업 자동화 시스템(100) 내의 개별적인 대상(110)으로 매핑할 수 있다. 각 제어 대상(110)이 다수의 어드레스를 가질 수 있으며, 하나는 그의 물리적 위치를 나타내고 또 다른 것은 사용자의 공장 또는 환경의 논리적 기술로 그 기능을 나타낸다는 것에 주의하라.
진행하기 이전에, 시스템(100)은, 네트워크들(140)에 걸쳐 상호작용할 수 있는 서버들, 클라이언트들, 통신 모듈들, 모바일 컴퓨터들, 무선 컴포넌트들 등과 같은 다양한 컴퓨터 또는 네트워크 컴포넌트들을 포함할 수 있다는 것에 주의하라. 유사하게, 본원에 사용되는 PLC 또는 제어기라는 용어는 다수의 컴포넌트, 시스템들 및/또는 네트워크들에 걸쳐 공유될 수 있는 기능을 포함할 수 있다. 예를 들어, 120에서의 하나 이상의 PLC들은 네트워크들(140)에 걸쳐 다양한 네트워크 디바 이스들과 통신하고 협력할 수 있다. 이는 실질적으로 임의의 유형의 제어, 통신 모듈, 컴퓨터, I/O 디바이스, 제어, 자동화 및/또는 공용 네트워크들을 포함하는 네트워크를 통해 통신하는 HMI(Human Machine Interface)를 포함할 수 있다. PLC 또는 제어기/통신 모듈(120)은 또한 아날로그, 디지털, 프로그램된/지능형 I/O 모듈들, 다른 프로그램가능한 제어기들, 통신 모듈들, 소프트웨어 컴포넌트들 등을 포함하는 입력/출력 모듈들과 같은 다양한 다른 디바이스들 또는 제어 대상들(110)과 통신하고 이들을 제어할 수 있다.
시스템(100) 내의 네트워크들은 인터넷, 인트라넷과 같은 공용 네트워크들, 및 DeviceNet 및 ControlNet를 포함하는 CIP(Common Industrial Protocol) 네트워크들과 같은 자동화 네트워크를 포함할 수 있다. 다른 네트워크들은 이더넷, DH/DH+, 원격 I/O, Fieldbus, Modbus, Profibus, 무선 네트워크들, 직렬 프로토콜들 등을 포함한다. 이외에도, 네트워크 디바이스들은 다양한 가능성(하드웨어 및/또는 소프트웨어 컴포넌트들)을 포함할 수 있다. 이러한 것들은 VLAN(virtual local area network) 성능을 갖는 스위치들, LAN들, WAN들, 프록시들, 게이트웨이들, 라우터들, 방화벽들, VPN(virtual private network) 디바이스들, 서버들, 클라이언트들, 컴퓨터들, 구성 도구들, 감시 도구들 및/또는 다른 디바이스들을 포함한다.
도 2를 참조하면, 예시적인 네트워크 구성(200)이 도시된다. 구성(200)의 상부는 제어 네트워크들에 걸쳐 기업의 하위 레벨들에서 디바이스들을 어드레스하는데 사용될 수 있는 글로벌 어드레스 공간(210)에 의해 표현된다. 이러한 어드레 스들(210)로부터, 하나 이상의 네트워크 인터페이스들이 220에서 제공될 수 있다. 이러한 인터페이스들(220)은 인터페이스들에 동작가능하게 연결되는 하나 이상의 제어 계층들(230)에 어드레스들(210)을 적용할 수 있다. 네트워크 인터페이스(220) 및 제어 계층(230)은 다수의 구성을 지원하는 다차원(multiple dimensions)을 포함할 수 있다는 것에 주의하라. 예를 들어, 네트워크 인터페이스들은, 각각의 개별적인 계층이 상이한 유형의 산업용 네트워크인 도면 상의 수직 방향의 다중 계층을 포함할 수 있다. 유사하게, 임의의 주어진 네트워크 인터페이스 계층(220)에서, 다수의 네트워크 인터페이스 컴포넌트 또는 디바이스들은 그 계층에 존재하여 각각의 제어 계층(230)에 인터페이스할 수 있다. 수직 및 수평 차원들을 갖는 네트워크 인터페이스와 함께, 제어 계층이 유사하게 다차원(multiple dimensions)을 가질 수 있으며, 여기서, 다수의 제어 컴포넌트가 임의의 주어진 제어 계층(230)에 존재할 수 있거나 및/또는 글로벌 어드레스 공간(210)과의 통신을 위해 다수의 제어 계층이 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이, IPv6 프로토콜 또는 다른 단일 어드레싱 모드가 글로벌 어드레스 공간(210)에 대한 프로토콜로서 사용될 수 있다. 제어 계층들(230)에서의 하위 레벨 디바이스들은 글로벌 어드레스 공간으로부터 이러한 디바이스 어드레스들을 할당함으로써 찾아내어지고 통신될 수 있다. 특정한 한 예에서, 제어 메시지는, 그 메시지가 유럽에서 발원하는 IPv6 프로토콜을 사용하여 생성될 수 있다. 이 메시지는 미국의 제어 계층(230) 상에서 작동하는 제어기로 지정 및 어드레스될 수 있다. 이 제어기는, 글로벌 어드레스 공간(210)으로부터 절대 어드레스가 할당 되면, CIP 네트워크 또는 디바이스 네트워크 상에서 동작할 수 있다. 따라서 유럽에서 발원하는 원격 메시지는, 디바이스가 글로벌 어드레스 공간(210)에서 작동하는 것처럼 공장 네트워크 상의 디바이스에 제어 메시지를 송신한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 다수의 통신 및 메시지들이 로컬 및/또는 원격 네트워킹 소스들로부터 제공될 수 있다. 이 예를 계속하면, DNS와 같은 검색 컴포넌트(도시 안됨)를 사용하여 글로벌 어드레스 공간으로부터 결정될 제어 계층 디바이스들 또는 컴포넌트들(230)에 대한 논리적 명명 협정들을 제공할 수 있다.
도 3으로 돌아가면, 예시적인 시스템(300)은 이더넷 IPv6 프로토콜에 따른 통신들을 예시한다. 시스템(300)은 이더넷 인터페이스(320)가 네트워크와 통신하는 310에서의 산업용 이더넷 네트워크를 보여준다. 상술한 바와 같이, 네트워크(320)와 통신하는 다수의 이러한 인터페이스가 존재할 수 있다. 이 예에서, 2개의 IPv6 어드레스들이 각각 324 및 330에 할당된다. 320에서의 계층 아래에, 실질적으로 임의의 유형의 네트워크일 수 있는 또 다른 산업용 네트워크(340)가 상주한다. 이 예에서, 2개의 제어 대상(350, 360)은, 각각 IPv6 어드레스를 이용하여 할당될 수도 있다. 따라서, 이러한 제어 대상들(350, 360)은 이더넷 도메인(310) 내의 어드레스 공간으로부터 할당되는 어드레스에 따라 그들의 로컬 산업용 네트워크들(340)(예를 들어, CIP 프로토콜, ModBus, ProfiNet) 상에서 어드레스될 수 있다. 이러한 방식으로, 이더넷 인터페이스(320)는 340에서의 로컬 산업용 어드레싱 방식으로 어드레스들을 변환하지 않고 단일 어드레싱 방식에 대해 설계될 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 다수의 제어 대상이 네트워크 계층(340)에 존재할 수 있다. 또한, 소정의 계층들이 다른 계층들 아래에 내포되어 있는(nested), IPv6 어드레싱을 지원하는 한 계층(340)보다 많은 계층이 제공될 수 있다.
IPv6 어드레스들이 예를 들어 CIP 프로토콜 내의 특정 대상들에 할당될 수 있다는 것에 주의하라. IPv6 어드레스들은 CIP 프로토콜을 넘어선 특정 제어 기능들에 할당될 수 있고 제어 시스템 내의 임의의 유형의 실체 또는 구성, 예를 들어 태그들(명명된 데이터), 루틴들, 공장 또는 기업 모델과 연관되는 실체들 등에 할당될 수 있다. 디바이스들 내의 대상들에 IPv6 어드레스들을 할당하는 경우, 사용될 수 있는 상이한 모델들이 존재한다. 이러한 것들은 디바이스가 단일 애플리케이션 어드레싱 공간을 이용하여, CIP(또는 다른) 프로토콜 스택의 단일 인스턴스를 가지는 것을 포함할 수 있다. 다수의 IPv6 어드레스는 산업용 프로토콜 스택 위의 레벨에서 관리될 수 있고, 프로토콜 스택은 그 상세에 대해 알 필요는 없다. 어느 IPv6 어드레스가 어느 실체에 대응하는지를 검색할 수 있는 전체 디렉토리 메카니즘도 존재할 수 있다. IP 어드레스가 얻어진 경우, 일반적인 프로토콜 메카니즘들을 사용하여 실체에 액세스할 수 있다.
또 다른 예에서, 각 IP 어드레스는 (예를 들어, CIP 시점에서) "디바이스 내의 디바이스"로 지칭될 수 있다. 또한, 각 IP 어드레스는 단일 물리적 디바이스 내의 개별적인 CIP 디바이스 모델 및 CIP 어드레싱 공간으로 지칭될 수 있다. CIP(또는 다른 프로토콜) 어드레싱 모델이 수정되어 IP 어드레스들 및 DNS 이름들의 사용을 고유하게 지원하여 원할 경우 특정 대상들을 나타낼 수 있다. 또 다른 어드레싱 예에서, 다른 산업용 네트워크들에 대한 340에서, "다른" 네트워크(340) 에 접속된 디바이스들이 IPv6 스택을 갖는 고유 IPv6 디바이스들일 수 있다. 이는 예를 들어 이더넷 네트워크와 "다른" 네트워크(340) 간의 라우터를 갖는 것을 포함할 수 있다. 또 다른 접근법은 "다른" 네트워크(340)가 IPv6 디바이스들에 대한 IPv6 네트워크인 것처럼 보이게 하는 것이다. 이는 IPv6와 다른 디바이스들 간의 변환 기능 또는 게이트웨이를 갖는 것을 포함할 수 있다. 따라서, IPv6 라우터 디바이스들이 이더넷과 "다른" 네트워크 사이에서 사용될 수 있거나 및/또는 IPv6 네트워크를 비-IPv6 산업용 네트워크와 무결절성으로 접속할 수 있는 게이트웨이 디바이스가 사용될 수 있다(IPv6로 보이게 함).
도 4를 참조하면, 예시적인 시스템(400)이 IPv6 프로토콜과 도메인 이름 서비스 어드레싱 방식에 따른 통신을 나타낸다. 시스템(400)은 도 3에 대해 상술한 예시적인 시스템(300)과 유사하다. 이 경우, 어드레스들이 DNS 서버 또는 아래에서 보다 상세하게 설명되는 룩업(look-up)을 수행하는 다른 유형의 검색 컴포넌트를 통해 논리적 이름들로부터 분해(resolve)될 수 있는 논리적 어드레스들이 통신을 위해 사용될 수 있다. 이 예에서, IPv6 네트워크(410)는 2개의 논리적 DNS 어드레스를 갖는 인터페이스 모듈(420)에 공급한다. 예를 들어, 물리적 새시(chassis)로 분해되는 공급 수송장치가 어드레스된다. 440에서, 상이한 새시 이름으로 분해되는 시스템 로더(loader)가 어드레스된다. 인터페이스(420)로부터, 450에서 제어 대상 히터와 통신하고 460에서 제어 대상 교반 디바이스(stirring device)가 어드레스된다. 이해될 수 있는 바와 같이, 다수의 이러한 새시 및 디바이스들이 그렇게 어드레스될 수 있다. 또 다른 태양에서, 동적 또는 자동 구성 IP 어드레스들을 얻고, 컴포넌트의 이름을 새롭게 얻어진 IP 어드레스와 연관시켜 DNS 시스템이 자동적으로 업데이트되게 하도록 컴포넌트들이 제공될 수 있다. 이러한 성능은, 특정 IP 어드레스들을 수동으로 구성하고 이름들과 연관시키지 않고도 컴포넌트들이 이름으로 참조될 수 있게 하고, 상이한 위치들에 복제될 수 있게 한다.
도 5를 참조하면, 시스템(500)은 대안적인 네트워킹 태양들을 나타낸다. 이 태양에서, 다른 통신 프로토콜들이 상술한 글로벌 어드레싱 방식들과 함께 사용될 수 있다. 다수의 제어기 서비스(510 내지 530)는, 상술한 산업용 프로토콜들과 함께 사용될 수 있는 XML 기반 프로토콜(550)을 통해 글로벌 어드레스 네트워크 클라우드(cloud)(540)와 상호작용한다. 프로토콜(550)은 인터넷과 같은 공용 통신 시스템 상에서의 사용을 위해 정의된 개방형 표준일 수 있다. 일 태양에서, SOAP(Simple Object Access Protocol)(550)이 XML 웹 서비스들에 대한 통신 프로토콜로서 사용될 수 있다. SOAP는 서비스들 간의 메시지들에 대한 XML 포맷을 정의하는 개방형 규격이다. 이 규격은, 프로그램 데이터를 XML 데이터로서 표현하는 방법, 및 SOAP를 사용하여 RPC(Remote Procedure Call)를 수행하는 방법에 대한 설명을 포함할 수 있다. 호출가능한 기능, 및 그 기능으로 전달되는 파라미터들을 포함하는 SOAP 메시지가 제어 시스템과 같은 클라이언트로부터 송신되고 서버가 실행된 기능의 결과들을 갖는 메시지를 반환하는 RPC(Remote Procedure Call) 스타일의 애플리케이션들을 구현하기 위해 이러한 선택적 부분들의 규격이 사용된다. COM 또는 CORBA 애플리케이션들에 친숙한 프로그래머들이 RPC 스타일을 이해하기 때문에, SOAP의 대부분의 현재 구현들은 RPC 애플리케이션들을 지원한다. 또한, SOAP는 문서 스타일 애플리케이션들을 지원함으로써 SOAP 메시지가 XML 문서의 래퍼(wrapper)로서 제공된다. 문서 스타일 SOAP 애플리케이션들은 매우 유연성이 있어, 제어 시스템 XML 웹 서비스가 이러한 유연함을 이용하여 RPC로 구현되기 어려울 수 있는 제어기 서비스들을 구축할 수 있다.
제어기 서비스들(510 내지 530)은 또한 제어기 서비스들과의 상호작용들을 제공하기 위해 560 내지 568로 도시된 WSDL(Web Service Description Language)와 같은 개방형 인터페이스 표준을 사용할 수 있다. 일반적으로, WSDL 파일 또는 인터페이스는 일련의 SOAP 메시지 및 메시지들이 교환되는 방법을 기술하는 XML 문서이다. 즉, WSDL(560-564)은 IDL(Interface Description Language)가 CORBA 또는 COM인 SOAP이다. WSDL이 XML 포맷이기 때문에, 판독가능하고 편집가능하나, 대부분의 경우 소프트웨어에 의해 생성되고 소비된다. WSDL은 요청 메시지가 포함하는 것 및 응답 메시지가 모호하지 않는 표기로 포맷되는 방법을 지정한다. 예로서, I/O 서비스는 입력들이 서비스로부터 요청되는 방법, 및 출력들이 응답의 형태로 서비스에 송신될 수 있는 방법을 지정할 수 있다. 또 다른 태양에서, 입력들은 입력 서비스로부터 요청될 수 있으며, 여기서 응답은 입력들이 수신되었다는 확인이다. 출력들은 요청의 형태로 출력 서비스로 송신될 수 있으며, 여기서 서비스로부터의 응답은 출력들이 수신되었다는 것이다. 이해될 수 있는 바와 같이, 제어기 서비스들이 제어 시스템 내의 다양한 네트워크 계층들에서 실행될 수 있으며, 여기서 이러한 계층들은 상술한 글로벌 및 단일 어드레싱 방식들을 통해 어드레스가능하다.
시스템(500)은 또한 검색 컴포넌트(570)를 포함할 수 있으며, 여기서 제어기 서비스들(510-530)이 게시되고 결정될 수 있다. 일 태양에서, 웹 서비스들을 기술하는 논리적 "전화" 번호부 유형(예를 들어, "업종별 전화번호부(yellow pages)", "인명별 전화번호부(white pages)", "그린 페이지들(green pages)")로서 역할하는 UDDI(Universal Discovery Description and Integration)이 570에서 제공될 수 있다. UDDI 디렉토리 엔트리는 제어기 시스템 및 그가 제공하는 서비스들을 기술하는 XML 파일이다. UDDI 디렉토리 내의 엔트리에 대해 일반적으로 3개 부분들이 존재한다. "인명별 전화번호부"는 서비스를 제공하는 컴포넌트; 이름, 어드레스 등을 기술한다. "업종별 전화번호부"는 북아메리카 산업 분류 시스템 및 표준 산업 분류와 같은 표준 분류들에 기초한 산업 분류들을 포함한다. "그린 페이지들"은 사용자들이 웹 서비스를 사용하기 위해 애플리케이션을 기입하기에 충분할 정도로 상세하게 서비스에 대한 인터페이스를 기술한다. 서비스들이 정의되는 방식은 Type Model 또는 tModel로 불리우는 UDDI 문서를 통해 이루어진다. 많은 경우, tModel은 XML 웹 서비스에 대한 SOAP 인터페이스를 기술하는 WSDL 파일을 포함하나, tModel은 일반적으로 거의 임의의 종류의 서비스를 기술할 정도로 충분히 유연하다. UDDI 디렉토리는 또한 원격 애플리케이션들을 구축하기 위해 서비스들을 검색하는 몇몇 옵션들을 포함한다. 예를 들어, 검색들은 특정 지리적 위치의 서비스의 제공자들, 또는 특정 유형의 실체에 대해 수행될 수 있다. 그 후, UDDI 디렉토리는 정보, 연락처, 링크 및 기술적 데이터를 공급하여 어느 서비스가 제어 프로세스에서 사용될 것인지를 결정할 수 있게 한다. 검색 컴포넌트(570)는 예를 들어 이더넷 IPv6와 같은 글로벌 어드레싱 방식과 함께 사용되어 제어기 서비스(510-530)와 같은 하위 레벨 제어 요소들을 찾을 수 있다.
도 6은 단일 어드레스 공간을 통해 통신하는 프로세스(600)를 나타낸다. 설명을 간단하게 하기 위해, 방법이 일련의 행위(act)들로 나타내어지고 기술되었지만, 방법이 행위들의 순서에 의해 한정되지 않고 소정의 행위들은 상이한 순서로 발생할 수 있거나 및/또는 본원에 도시되고 설명된 다른 행위들과 함께 발생할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 기술분야의 당업자는, 방법이 대안적으로 상태도와 같은 일련의 상관된 상태들 또는 이벤트들로 표현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 더우기, 본원에 설명된 방법을 구현하는데 모든 예시된 행위들이 필요하지 않을 수 있다.
610에서, 하나 이상의 제어기 서비스 유형들 및 프로토콜들이 개방형 표준들에 따라 정의된다. 상술한 바와 같이, 이는 산업용 네트워크들에 걸쳐 통신하는 이더넷 IPv6 프로토콜들을 포함할 수 있다. 다른 프로토콜들이 서비스와 상호작용하기 위한 XML 기반 프로토콜을 포함할 수 있다. 서비스 유형들은 예를 들어 프로세싱 서비스, 로직 서비스, 입력 및/또는 출력 서비스, 및 제어기 정보 서비스로서 정의될 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 다수의 제어 및 통신 대상들이 정의될 수 있다. 614에서, 글로벌 또는 단일 어드레스 공간에 따라 인터페이스들이 정의된다. 예를 들어, 이는 제어 요청들 및 응답들이 제어 대상들에 의해 처리되는 방법 및 어드레스들이 네트워크들에 걸쳐 전송되는 방법을 기술하는 인터페이스들을 포함할 수 있다.
다른 공개적으로 가용한 표준들/프로토콜들/서비스들이 사용될 수 있다는 것에 주의하라. 예를 들어, 조직의 다양한 부분들을 통해 비지니스 또는 제어 프로세스(예를 들어, 배치(batch), 품질, ERP)의 상이한 부분들을 조정하는 기업 서비스가 정의될 수 있다. 일관된 배치 품질을 용이하게 하기 위해, 예를 들어, 배치들을 생성하기 위한 장비 성능 및 절차들을 식별하기 위해 모델들 및 용어들을 정의하는, 표준(S88, S95)에 의해 정의된 바와 같은, 모듈형 배치 자동화에 대한 산업 표준을 따르는 서비스가 정의되고 제공될 수 있다. 이러한 절차 및 성능들은 연관된 서비스에 의해 정의되고 제공될 수 있다. 이러한 표준들은 기업과 제조 제어 간의 정보 흐름을 규정한다. 따라서, 이러한 국제 표준들 상에서 모델링되고 제어 프로세스들을 사용하는 비지니스에 걸쳐 공장 층으로부터 제어 프로세스들을 조정하도록 동작하는 원격 서비스들이 제공될 수 있다.
662로의 진행 시, 각각의 서비스 대상에 의해 소비되고 생산되는 데이터를 기술하는 서비스 데이터가 정의된다. 일반적으로, XML이 사용되어 데이터를 정의할 수 있으나, 산업용 제어 데이터를 포함하는 다른 유형의 데이터도 서비스와 교환될 수 있다. 624에서, 액세스 모드들이 서비스에 대해 정의될 수 있다. 이는, 서비스 또는 대상이 데이터 결과들에 대해 폴링되는지, 프로세싱이 완료된 이후 서비스가 데이터를 브로드캐스트하는지, 및/또는 서비스가 요청 및 응답 모드로 구성되어 서비스에 대한 특정 요청에 응답하여 데이터를 교환하는지 여부를 정의하는 것을 포함할 수 있다.
628에서, 제어기 서비스들 또는 대상들이 찾아진다. 상술한 바와 같이, 이 는 서비스와 각각의 인터페이스들을 결정하기 위해 UDDI 디렉토리를 폴링하는 것을 포함한다. 632에서, 제어기 대상이 글로벌 어드레스 공간에 걸쳐 찾아진 후, 데이터가 서비스와 교환되어 제어 프로세스의 동작들에 영향을 미친다(예를 들어, 원격 프로세싱 서비스를 자동적으로 수행하기 위해 I/O 서비스와 I/O 데이터를 자동적으로 교환하는 것). 636에서, 624에 정의된 액세스 모드들에 따라 결과들이 각각의 서비스 또는 제어 대상으로부터 검색된다. 예를 들어, 프로세싱 서비스는 주기적 간격들로 상태 서비스를 폴링하여 다수의 네트워크 디바이스로부터 수집된 공장 층 상태 정보를 검색한다. 640에서, 하나 이상의 제어 액션들이 636으로부터 검색된 결과들에 기초하여 수행될 수 있다. 예를 들어, I/O 서비스는 프로세싱 서비스로부터 수신된 프로세싱 결과에 기초하여 출력 디바이스를 활성화시킬 수 있다.
도 7은 산업용 제어 시스템들 내의 제어 대상들을 어드레싱하기 위한 예시적인 IPv6 데이터 패킷(700)를 나타낸다. 예시된 바와 같이, 데이터 패킷(700)은 목적지 이더넷 어드레스(710), 소스 이더넷 어드레스(720), 및 IPv6 헤더 및 페이로드부(730)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 이더넷 상의 IPv6 패킷들(700)에 대한 디폴트 MTU(maximum transmission unit) 크기는 1500 옥테트(octet)이다. 이 크기는 보다 작은 MTU를 지정하는 MTU 옵션을 포함하는 라우터 광고(Router Advertisement) 또는 각 노드의 수동 구성에 의해 감소될 수 있다. 이더넷 인터페이스 상에 수신된 라우터 광고가 1500보다 크거나 또는 수동으로 구성된 값보다 큰 MTU를 지정하는 MTU 옵션을 가지면, 그 MTU 옵션은 시스템 관리에 로그(log)되거나 폐기될 수 있다.
일반적으로, IPv6는, IP 버젼 4(IPv4)[RFC-791]에 대한 후계자로서 설계된 새로운 버젼의 인터넷 프로토콜이다. IPv6는 IP 어드레스 크기를 32비트에서 128비트로 증가시켜, 보다 많은 레벨의 어드레싱 계층구조, 훨씬 더 많은 개수의 어드레스가능한 노드, 및 어드레스들의 보다 간단한 자동 구성을 지원한다. 멀티캐스트 라우팅의 확장성(scalability)는, 멀티캐스트 어드레스들에 "범위(scope)" 필드를 추가함으로써 개선된다. "애니캐스트 어드레스(anycast address)"로 불리우는 새로운 유형의 어드레스가 정의되고, 노드들의 그룹 중 임의의 것에 패킷을 송신하는데 사용된다. 소정의 IPv4 헤더 필드들이 누락되었거나 또는 선택적으로 이루어져 패킷 처리의 일반적인 경우의 처리 비용을 감소시키고 IPv6 헤더의 대역폭 비용을 제한한다. IP 헤더 옵션들이 인코딩되는 방식의 변화들로 인해 보다 효율적인 전달, 옵션들의 길이에 대한 보다 덜 엄격한 한계들, 및 미래에 새로운 옵션들을 도입하기 위한 보다 우수한 유연성이 가능하다. 새로운 성능이 추가되어, 디폴트가 아닌 서비스 품질 또는 "실시간" 서비스와 같은 특별한 처리를 송신자가 요청하는 특정 트래픽 "흐름"에 속하는 패킷들의 라벨링을 가능케 한다. 다른 확장들이 제공되어 인증, 데이터 무결성 및 (선택적) 데이터 기밀성을 지원한다.
패킷들(700)에 대한 프레임 포맷은 표준 이더넷 프레임들로 전송되는 IPv6 패킷들을 포함한다. 이더넷 헤더는 목적지 및 소스 이더넷 어드레스들 및 이더넷 유형 코드를 포함하는데, 이는 86DD 16진값을 포함한다. 데이터 필드는 페이로드가 후속하는 IPv6 헤더를 포함하고, 가능하게는 패딩 옥테트(padding octets)를 포함하여 이더넷 링크에 대한 최소 프레임 크기를 만족시킨다. 이더넷 인터페이스에 대한 인터페이스 식별자 [AARCH]는 인터페이스의 내장형 48비트 IEEE 802 어드레스로부터 유도된 EUI-64 식별자[EUI64]에 기초한다. EUI-64는 다음과 같이 형성될 수 있다.
이더넷 어드레스의 EUI(제1의 3 옥테트)는 EUI-64(제1의 3 옥테트)의 company_id가 된다. EUI의 제4 및 제5 옥테트는 고정된 FFFE 16진값으로 설정된다. 이더넷 어드레스의 최종 3 옥테트는 EUI-64의 최종 3 옥테트가 된다. 그 후, EUI64의 제1 옥테트의 다음으로 가장 낮은 자리 비트(next-to-lowest order bit)인, "U/L(Universal/Local)" 비트를 보충함으로써 EUI-64로부터 인터페이스 식별자가 형성된다. 이러한 비트의 보충은, 인터페이스의 내장형 어드레스가 보편적으로 관리되는 어드레스 공간으로부터 존재할 것으로 기대되고 글로벌한 고유값을 가지기 때문에, 일반적으로 0 값을 1로 변화시킬 것이다.
보편적으로 관리되는 IEEE 802 어드레스 또는 EUI-64는 U/L 비트 위치 내의 0에 의해 나타내어지는 반면, 글로벌하게 고유한 IPv6 인터페이스 식별자는 대응하는 위치 내의 1에 의해 나타내어진다. 예를 들어, 그 내장형 어드레스가 16진수로 34-56-78-9A-BC-DE인 이더넷 인터페이스에 대한 인터페이스 식별자는 36-56-78-FF-FE-9A-BC-DE이다. 소프트웨어에 의해 설정되거나 또는 수동으로 설정된 상이한 MAC 어드레스는 인터페이스 식별자를 유도하는데 사용되지 않는다. 그러한 MAC 어드레스가 사용되면, 그의 글로벌 고유 속성이 U/L 비트의 값에 반영되어야 한다. 이더넷 인터페이스의 비상태(stateless) 네트워크 자동 구성[ACONF]에 대해 사용되는 IPv6 어드레스 접두어는 64비트의 길이를 가진다.
도 8은 산업용 제어 시스템들과 통신하기 위한 예시적인 이더넷 IPv6 어드레스 모드들(800)을 나타낸다. 일반적으로, 이더넷 어드레싱은 로컬 링크 어드레스들(810), 유니캐스트(unicast) 어드레싱(820), 및 멀티캐스트 어드레싱(830)을 포함할 수 있다. 링크-로컬 어드레스(Link-Local Address)들(810)에 있어서, 인터페이스 식별자를 접두어 FE80::/64에 부착시킴으로써 이더넷 인터페이스에 대한 IPv6 링크-로컬 어드레스[AARCH]가 형성된다. 유니캐스트 어드레스 매핑(820)에 있어서, 소스/타켓 링크-계층(Source/Target Link-layer) 어드레스 옵션은 링크 계층이 이더넷인 경우 다음의 형태를 가진다. 이러한 것들은 소스-링크 계층 어드레스에 대한 Type 1 및 타겟 링크 계층 어드레스에 대한 Type 2를 지정하는 옵션 필드들을 포함한다. 길이는 8 옥테트 단위로 지정될 수 있다. 이더넷 어드레스는, 정준 비트 자리(canonical bit order)에서, 48 비트 이더넷 IEEE 802 어드레스이다. 이는, 인터페이스가 현재 반응하는 어드레스이고 인터페이스 식별자를 도출하기 위해 사용되는 내장형 어드레스와는 상이할 수 있다.
멀티캐스트 어드레스 매핑(830)에 대하여, DST[1] 내지 DST[16]의 16 옥테트로 구성되는, 멀티캐스트 목적지 어드레스 DST를 갖는 IPv6 패킷이, 제1의 2옥테트가 3333 16진값이고 최종 4 옥테트가 DST의 최종 4 옥테트인 이더넷 멀티캐스트 어드레스로 전송된다. 일반적으로, 보다 오래된 버젼의 이더넷과는 일부 차이가 있을 수 있다. 다음은, 노드의 48비트 MAC 어드레스였고, EUI-64 포맷[EUI64]에 기초하고 길이가 64비트인 인터페이스 식별자로 교체되는, 어드레스 토큰(Address Token)과 같은, 보다 오래된 버젼들 간의 가능한 기능적 차이들이다. 48비트 MAC 어드레스로부터 EUI-64 형태로의 IEEE-정의 매핑이 존재한다. 비상태 자동 구성에 대해 사용되는 접두어는 80비트라기 보다는 64비트 길이이다. 링크-로컬 접두어는 64비트로 짧아졌다.
상술한 것은 다양한 예시적인 태양들을 포함한다. 물론, 이러한 태양들을 설명하기 위해 컴포넌트들 또는 방법들의 모든 인지가능한 조합을 기술하는 것은 불가능하나, 본 기술분야의 당업자는 많은 추가의 조합들 및 변형들이 가능하다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 본원에 기술된 태양들은 첨부된 청구범위의 사상 및 범위 내에 있는 이러한 모든 변경, 수정 및 변형들을 포함하도록 의도된다. 또한, 상세한 설명 또는 청구범위에 "포함한다(include)"라는 용어가 사용되는 한, 그러한 용어는 청구범위에서 전환 단어로 사용되는 경우 "포함하는(comprising)" 용어가 "포함하는"으로 해석되는 것과 유사한 방식으로 포괄적인 것으로 의도된다.
본 발명에 따르면, 단일 및 통합 어드레스 공간에 따라 제어 대상들과 통신하기 위한 시스템 및 방법들이 제공되어, 전체 시스템에 복잡성과 비용을 추가시키는 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있다.

Claims (1)

  1. 산업용 통신 시스템으로서,
    적어도 하나의 프로세서;
    상기 적어도 하나의 프로세서에 통신가능하게 연결되는, 컴퓨터-실행가능한 명령어들을 저장하는 적어도 하나의 메모리; 및
    하나 이상의 제어 대상과 글로벌 어드레스 프로토콜에 의해 할당된 그들의 개별적인 고유 글로벌 어드레스를 통해 통신하도록 구성된 적어도 하나의 네트워크 컴포넌트
    를 포함하고, 상기 적어도 하나의 메모리는
    사용자 할당 이름들을 고유 글로벌 어드레스들에 매핑하도록 구성된 DNS(Domain Name Service) 서버를 포함하고,
    상기 고유 글로벌 어드레스들은 상기 글로벌 어드레스 프로토콜에 의해 하나 이상의 산업용 네트워크 상의 하나 이상의 제어 대상에 할당되고,
    상기 고유 글로벌 어드레스는 송신된 메시지가 상기 고유 글로벌 어드레스가 할당된 제어 대상에 도달하게 하고,
    상기 사용자 할당 이름들은 공장의 물리적 도메인 또는 문제 기술(problem description)에 대응하는 계층구조 내로 배열되고,
    상기 하나 이상의 제어 대상은 복수의 고유 글로벌 어드레스를 할당받고,
    상기 복수의 고유 글로벌 어드레스 중 적어도 하나는 상기 공장의 논리적 기술에서 상기 하나 이상의 제어 대상 중 적어도 하나의 제어 대상의 물리적 위치를 가리키고 상기 복수의 고유 글로벌 어드레스 중 적어도 다른 하나는 상기 공장의 상기 논리적 기술에서 상기 하나 이상의 제어 대상 중 상기 적어도 하나의 제어 대상의 기능을 가리키는, 산업용 통신 시스템.
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