WO2017149050A1 - Noeud intelligent pour réseau distribué selon un maillage - Google Patents

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WO2017149050A1
WO2017149050A1 PCT/EP2017/054836 EP2017054836W WO2017149050A1 WO 2017149050 A1 WO2017149050 A1 WO 2017149050A1 EP 2017054836 W EP2017054836 W EP 2017054836W WO 2017149050 A1 WO2017149050 A1 WO 2017149050A1
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mesh
nodes
data
intelligent
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PCT/EP2017/054836
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Lionel BOUZON
Lionel DEBROUX
Charles EYNARD
Vincent DIMITRIOU
Christophe Voisin
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Atos Worldgrid
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Definitions

  • the present invention relates to an intelligent node for distributed network according to a mesh and, more specifically to its use in the field of storage, distributed processing and the valuation of massive data.
  • An industrial production chain usually involves several stages involving different actors or different entities. Each actor produces data and often these are managed locally. For example, in the case of the water treatment process and the valorization of the resources resulting from the treatment, a wastewater treatment plant locally pilot the industrial processes with a practice and a local driving experience at the considered site (monitoring, control). In terms of data, the site (factory) evolves in isolation with in particular no interface on the regional (territory) or global (networks and national resources).
  • the application TW201445929 (A) corresponding to the application EP2809034 teaches the use of nodes in an intelligent mesh network.
  • the nodes then play the role of interface between the entities of the network.
  • This paper teaches a method for establishing a cellular network architecture (SACM) mesh network by a method of: performing the deployment of a plurality of mesh nodes, wherein each of the mesh vertices has an ability to communicate with the other nodes of the mesh and a gateway capability for providing access to a service network, wherein the service network provides a wireless communication service; and consisting in establishing a plurality of links between the mesh nodes, each of the links connecting two of the mesh nodes; searching and selecting a plurality of dynamic gateway nodes from the plurality of mesh nodes and establishing a plurality of connections between the dynamic gateway nodes and the service network, and performing the routing and the path optimization to find the optimal route paths for all mesh nodes accessing the service network.
  • SACM cellular network architecture
  • the purpose of the present invention is to overcome certain disadvantages of the prior art by proposing the capacity to interconnect a much larger data ecosystem allowing the consideration of an evolutionary dimension depending on the number of sites and also the type of data. applications.
  • an intelligent node for a network distributed according to a mesh, each node allowing bidirectional communication with other nodes or a central platform and each node comprising a hardware hardware architecture and a software stack, the node being characterized in that the execution of said software stack on the computer hardware architecture implements a set of functionalities comprising at least the following functionalities:
  • the set of functionalities comprises the startup and communication functionalities of each node via a communication module, in its immediate vicinity thanks to a configuration with a minimum range of functionalities, the deployment of several nodes in distributed mesh.
  • the systematic distribution of data or commands is done by configuration of the broadcast module of the node (1) [Smart Node], this broadcasting module being initially configured to implement, by execution, on the hardware architecture computing, a function of diffusion, within the network (8), of a variable or a given group of variables with a given resolution and up to a given depth in the mesh, for example 3 or 4 levels of neighborhoods.
  • the intelligent node comprises a node manager managing the dynamic deployment of new functionalities and functionalities implemented by the software modules, executed on the hardware hardware architecture, by monitoring and controlling the restart and updates. security day of a software module that would come to an end or die.
  • each object belongs to at least one class which is a description of the characteristics of one or more objects representative of an industrial process or of a characteristic each object is created from this class and constitutes an instance of the class in question, the characteristics and state of an object are manipulated by methods incorporated into the intelligent node (1), the state of an object corresponds to the information stored at a given instant, as described by the values of all its properties, also called fields or attributes.
  • each node comprises a device comprising at least one software layer, said software layer implementing, by execution on the computer hardware architecture, a storage function, in addition to the information coming from the process sensors, an attribute indicating that the concerned node is a parent of the object called "parent node".
  • each node comprises a device comprising at least one software layer, said software layer implementing, by execution on the computer hardware architecture, a function for informing each node (1) of its neighborhood so that the nodes (1) neighbors inform the other nodes (1) in a direction oriented in a direction that depends on the topology or architecture of the mesh, defining the links between the nodes of the network, and if necessary following a path oriented towards a platform (10). ) or to the processes (7a, 7b), each node (1) thus informing the rest of the mesh and each node (1) thus memorizing the object, its current state and the node (1) parent to which the object is assigned.
  • the functionalities implemented by the node also include the broadcasting, in the form of time series, of the data collected or calculated by each node, said broadcasting being carried out by the association of two data dissemination modes: a so-called systematic diffusion mode in which the data is broadcast with a given resolution and up to a given depth in the mesh and, an opportunistic diffusion mode in which at least one neighboring node of another node concerned by a given initial request autonomously records the information or the data that passes through it on its memory in order to rebroadcast said data or information when a similar request to the original request is again raised.
  • a so-called systematic diffusion mode in which the data is broadcast with a given resolution and up to a given depth in the mesh
  • an opportunistic diffusion mode in which at least one neighboring node of another node concerned by a given initial request autonomously records the information or the data that passes through it on its memory in order to rebroadcast said data or information when a similar request to the original request is again raised.
  • each node is configured to implement a planned functionality of systematic logging of the data, but also the storage of actions that take place periodically or actions relating to the so-called opportunistic mode of dissemination in its memory, each node thus having the capacity to behave autonomously for the historization of the data collected during the actions taking place periodically or actions relating to the so-called opportunistic mode of diffusion.
  • each node has at least one access interface to its image of the "object dictionary", this interface being configured to define a new node or a new object for a node, the modification request being broadcast in the mesh and transmitted from one node to another until the parent node concerned if the change to the dictionary does not relate to the node from which the handler is accessed, the parent node of the object then proceeds to execution of the query, the result of the execution then being broadcast in turn in the rest of the mesh, each node receiving this result then updating its own image of the "object dictionary".
  • each intelligent node includes the rebroadcast, via its broadcast module, to the rest of the mesh and at configurable time intervals the state of its own objects, in order to overcome any temporary break or persistent communication in the mesh, this capacity allowing the mesh of restore, if necessary, the integrity of the different images, associated with the different nodes of the mesh, of the "object dictionary"
  • the objects are manipulated without the modifications made to the state of an object using the state of another object or influencing it, each object having an access authorization.
  • the attributes or fields of definition of the objects being dynamically changed by the node manager.
  • each object uses a method which defines a quality parameter associated with it, said quality parameter representing the difference between a desired target value of the state of an object and the actual state of the value, desired state of an object being formalized by the request to modify the state of said object, said request being formulated from any remote node even if it is not the parent node of the object, then transmitted to the mesh and from one node to another to the parent node concerned, the execution of said request by the concerned node thus allowing each node of the mesh to retrieve the value of the actual state of a object and thus to calculate its quality.
  • each node of the mesh or the platform comprises a device comprising at least one software layer, said software layer implementing, by execution on a computer hardware architecture, a connection functionality to any node of the mesh, by sending the identifier of the node to be modified, so as to remotely and dynamically modify the node concerned even if the user is connected to a node that is not the parent node of the object he wants to modify.
  • the nodes are used in an intelligent and universal system of industrial process supervision comprising a central mass data management platform for acquiring, managing and storing a data lake and communication means with a mesh distributed network consisting of intelligent nodes.
  • each node performs the following functions:
  • FIG. 1 represents a diagram of the architecture of the smart node according to a first embodiment
  • FIG. 2 represents an operating diagram of the smart node according to a second embodiment
  • the present invention relates to an intelligent node (1, FIG. 1) [Smart Node] for constituting with other nodes a network (8) distributed according to a mesh as represented in FIG.
  • the intelligent node (1) has a hardware architecture and a low-resource (10-300 Mbyte), low resource-consuming software stack (2, 3, 4, 5, 6) running. on the hardware architecture. Said architecture being hardened (not shown), type X86 or ARM type Raspberry or MIPS, energy-saving and resistant to severe environmental conditions (shock and vibration, temperature -40 to + 80 ° C) operating under a system of LINUX operation or similar.
  • An intelligent node (1) [Smart Node] will conform to a micro services architecture. It has a backbone around which it is built: the Node Manager. Said node manager is programmed to activate dynamically and on demand a panel or set of features from the following categories:
  • the systematic dissemination of data or commands is done by configuring the broadcast module of the node (1), this broadcast module being initially configured to implement, by execution on the hardware hardware architecture, a diffusion function, within the network (8), of a variable or a given group of variables with a given resolution and up to a given depth in the mesh, for example 3 or 4 neighborhood levels.
  • additional functionality is first implemented as a module recognized by the node manager (12).
  • Said node manager (12) thus manages the dynamic deployment of new functionalities and functionalities implemented by the software modules, executed on the hardware hardware architecture, by monitoring and controlling the restart and the security updates. a software module that would come to an end or die.
  • each object created and managed belongs to at least one class that is a description of the characteristics of one or more objects representative of an industrial process, each object is created from this class and constitutes an instance of the class in question, the characteristics and the state of an object are manipulated by methods incorporated in the intelligent node (1) connected directly to the process whose objects are to be monitored and controlled
  • the state of an object corresponds to the information stored at a given moment, as described by the values of all these properties, also called fields or attributes.
  • each distributed network intelligent node includes middleware (2) incorporating a communications agent for communications bidirectional (1 1) with other nodes (1 b, 1 c, 1 d) or, preferably, to a central platform (10) and the neighboring node (1 d), to each neighboring node (1 e ) or (1f) as needed.
  • This middleware (2) thus makes it possible to deploy a plurality of distributed network mesh nodes (8) by the critical mass and neighborhood effect of optimizing, by means of an algorithm executed on the hardware architecture, the number of intelligent nodes to deploy and the number of their interconnections through neighborhoods to achieve availability, robustness of deployment and continuity of service required by the quality of service of a specific service.
  • Each node (1a, 1f) comprises a device comprising a device comprising at least one software layer, the execution of said software layer on the hardware hardware architecture implementing the storage (3) and management (4) functions.
  • at least one object ensuring the maintenance of the state of the object at each instant called “actual status" in English as opposed to “targeted status”, and implementing at least one method of monitoring the change of the state of the object.
  • This method uses a memorized list of the neighborhoods of the nodes (for example 1c, 1e, 1f) to which the node (for example 1d) is itself connected, to inform by the use of this list, each neighboring node of the eventual change of state of the object.
  • said intelligent node for example (1a or 1f) comprises a device comprising at least one software layer (5, 4, 3), the execution of said software layer on the hardware hardware architecture enabling to memorize, thanks to a software layer (3) of logging, in addition to the information coming from the sensors of the process (7a or 7b respectively) and filling the fields of an object assigned to this node, an attribute representative of the identifier said node (1a or 1f respectively) and indicating that the node concerned is a parent of the object, said node being called "parent node".
  • the software stack (5, 6) of said node as a result of processing by a processing engine (4), can send control signals to the sensors or the software layer (6).
  • each node informs each node of its neighborhood (for example 1 d) comprises a device comprising at least one software layer, said software layer implementing, by execution on the computer hardware architecture , a feature for informing each node (1) of its neighborhood so that neighboring nodes (1) inform the other nodes (1) in a direction oriented in a direction that depends on the topology or architecture of the mesh, defining the links between the nodes of the network, and if necessary following a path oriented towards a central platform (10) or to the processes (7a, 7b), each node (1) thus informing the rest of the mesh and each node (1) thus memorizing the object, its current state, and the parent node (1) to which the object is assigned.
  • Deployment of the nodes in the mesh (8) typically takes place as follows: the software of each node (1) is configured at the factory with a minimum range of functionality to start and communicate in its immediate vicinity. These basic functions enable a first diffusion of the characteristics of the node, namely its identifier and the configured objects.
  • object is meant any representation of business or technical data defining a variable and / or a service.
  • - technical services these are protocol service layers for communicating with industrial equipment (example: Modbus application layer, OPCUA, CanOPen, CAN);
  • primary variables they are variables storing data collected by the technical services
  • - computing services which allow the calculation of indicators and the implementation of logic based on the values of the primary variables
  • the secondary variables which make it possible to store the results of the values of the computing services. It is therefore derived variables (by calculation) primary variables; - general services: these are various services (eg archiving, printing, taking photo or video, specific algorithm) to complete the traditional SCADA logic (Supervisory Control And Data Acquisition) by business or media services. For example, if a vibration indicator (secondary variable) exceeds a certain threshold then 10 photos are taken continuously by a general service and these photos are transmitted to the rest of the mesh.
  • SCADA logic Supervisory Control And Data Acquisition
  • the set of objects is gathered in the "dictionary of objects"
  • the implementation of this dictionary which is based on the basic use of NoSQL in memory, is innovative because very compact and independent of a pre-established object model .
  • the compactness of the dictionary also allows diffusion throughout the mesh (8).
  • an additional software module (example: the ability for the smart node to become a web server, the ability to inter-operate with a new system, etc.).
  • An additional functionality is first implemented as a module recognized by the node manager [Node Manager] who will therefore be able to manage its life cycle.
  • a node (1) [Smart Node] given is therefore configured to work with a certain panel of modules under the supervision and control of the node manager [Node Manager]. If a module breaks down or dies, the Node Manager is responsible for its restart and security updates.
  • Node B is aware of the change made on Node A for the attention of E. As this one does not it does not concern him, he just informs his neighborhood, ie B, then B informs C and D, etc. Thus, step by step, the change request arrives in the neighborhood concerned and at the node [Smart Node] concerned (E). Node E proceeds with the change and if successful, it informs its neighborhood that its configuration has changed. The success notification of the modification is thus propagated back to the rest of the mesh.
  • the dissemination of the data collected or calculated by the intelligent nodes is achieved by the association of two data dissemination modes: a so-called systematic broadcasting mode in which the data are broadcast with a given resolution and up to a given depth in the mesh and, a so-called opportunistic mode of diffusion in which at least one node (1) neighboring another node (1) concerned by a given initial request, saves autonomously the information or the data that passes through it on its memory in order to rebroadcast said data or information when a request similar to the initial request is again raised, the pattern or diagram of data broadcast broadcast by the nodes (1 ) being different from a systematic replication scheme in which the data distribution scheme is duplicated identically for all the nodes.
  • the systematic distribution is done by configuring the node's (1) [Smart Node] broadcast module.
  • This broadcasting module is initially configured to broadcast a variable or a given group of variables with a certain resolution and up to a certain "depth". in the mesh "for example 3 or 4 levels of neighborhoods.
  • This systematic policy allows, thus, at any point of the mesh to have a certain level of hypervision (not optimal with the best granularity and resolution, but a global vision all the same)
  • the opportunistic diffusion is the capacity of the mesh to answer dynamically to a question asked.
  • the data is not available so this node will form a specific request to try to recover the values. requested.
  • the request will go step by step, from neighborhood to neighborhood until finding a node able to return a time series meeting the criterion. If the question is asked for the very first time, the answer will certainly be given by the node E.
  • the so-called opportunistic policy consists for the other nodes of the mesh (8) to record on their cache memory (in the proxy sense -cache) this fraction of time series with a very precise resolution between 14:03 and 14:08.
  • the same question is asked again in the mesh (8) (this being very likely because it is certainly an epiphenomenon that may interest other users from other nodes) it will get a faster response because the answer will already be pre-stored by a neighbor node.
  • the nodes are iso-functional, each node receiving an execution command from a program of another node of the mesh, the execution orders being either identical or different from one node. to another.
  • Said program also associates with the communication module of each node an identifier specific to the node and a neighborhood identifier.
  • the communication module having its node identifier and the neighborhood identifier, sends messages or requests to all the connections that it has had by wired or wireless means, for example and without limitation, if the request concerns the results of a measurement, it is sent to all nodes of the neighborhood. If among the nodes of the neighborhood there is at least one in the immediate vicinity of the sending node which has in memory the results, these the last are transferred to the node concerned.
  • the request is forwarded to the nodes in their respective neighborhoods until the node that performed the measurements responds to them. If no node has made any measurements, the request is forwarded to the node in the vicinity of the sensor responsible for the measurements. Once these are done, the results are transmitted from neighborhood to neighbor to the node issuing the request.
  • each node (1) is configured to implement a functionality, provided, systematic logging of data, but also the storage of actions that take place periodically or actions related to so-called opportunistic delivery mode in its memory, each node (1) thus having the ability to behave autonomously for the historization of the data collected during the actions taking place periodically or actions relating to the so-called opportunistic mode of diffusion.
  • the Middleware (2) (middleware) will have to be able to mesh mesh the nodes on separate and heterogeneous networks without having to resort to the construction of a Virtual Private Network (VPN). Deployments may involve a multitude of sites and different entities. The establishment of a VPN would lead to latency and costs far too important.
  • VPN Virtual Private Network
  • the middleware (2) will also need to implement security functions to ensure the confidentiality and integrity of the data exchanged between the nodes on the one hand and also with the brick of Big Data Management.
  • the middleware (2) will have to provide efficient two-way exchanges with the Big Data platform. It will initially have to support the data exchange then the distribution of pre-calculation services to be carried out at the nearest field or else the instances of implementation of prediction services (Machine Learning) previously trained on a central platform (10) of Big Data Management.
  • the dashboard restitution by the smart nodes of the mesh network is envisaged also as a thin client. At first they will also be generic and offer the possibility for the local user (factory or mobile) to plot the variables of his choice.
  • the platform may be any suitable material. In some embodiments, the platform
  • central station (10) comprises a device comprising at least one software layer, said software layer implementing, by execution on the computer hardware architecture, the creation and management functionalities, for itself or itself or the other nodes (1) mesh, objects adapted to industrial processes to control any type of process.
  • object dictionary The set of objects defined for the entire mesh and known to each of the nodes.
  • each node (1) has at least one access interface to an image of the "object dictionary", which interface is configured to define a new node or object for a node, the request for modification being broadcast in the mesh and transmitted from one node (1) to another until the parent node concerned if the modification made to the dictionary does not relate to the node from which the manager (12) is accessed, the node (1 ) parent of the object then proceeding, the execution of the query, the result of the execution then being broadcast in turn in the rest of the mesh, each node (1) receiving this result then updating its own image of the "object dictionary".
  • This new architectural paradigm allows a real distribution of the supervision logic ensured collectively by the mesh by eliminating the use of a central single node.
  • each intelligent node (1) comprise the rebroadcast, via its broadcast module, to the rest of the mesh and at configurable time intervals the state of its own objects, in order to mitigate to any temporary or persistent rupture of communication in the mesh, this capacity allowing the mesh to restore, if necessary, the integrity of the different images, associated with the different nodes of the mesh, of the "object dictionary".
  • the objects are manipulated without the changes made to the state of an object using the state of another object or influencing it, each object having a permission of access for any use or entity of the industrial process, the attributes or definition fields of the objects being dynamically changed by the node manager (12).
  • each object uses a method that defines a quality parameter associated therewith, said quality parameter representing the difference between a desired target value of the state of an object and the actual state of the value, the desired state of an object being formalized by the request to modify the state of said object, said request being formulated from any remote node (1) even if it is not the parent node of the object 'object, then transmitted to the mesh and from one node (1) to another to the node (1) concerned parent, the execution of said request by the node (1) concerned thus allowing each of the nodes ( 1) of the mesh to recover the value of the real state of an object and thus to calculate its quality.
  • the nodes (1) may be used in an intelligent and universal industrial process supervision system preferably comprising a central mass data management platform (10) (for example and without limitation , Big Data Management) for acquiring, managing and memorizing a lake (9, FIG. 2) and communication means (1 1) with a network (8) distributed in mesh consisting of intelligent nodes (1 a to 1 f).
  • a central mass data management platform 10
  • Big Data Management for example and without limitation , Big Data Management
  • communication means (1 1) for acquiring, managing and memorizing a lake (9, FIG. 2) and communication means (1 1) with a network (8) distributed in mesh consisting of intelligent nodes (1 a to 1 f).
  • the structuring of the supervisory logic in what is called the object dictionary allows us to define, with the help of "atomic parts" (mainly services and object variables), what is generally defined as a monolithic application in the field. state of the art industrial supervision systems. All services form what is called “supervisory intelligence”.
  • the latter is made “transportable” thanks to the middleware (2), able to distribute both data and "intelligence" on different nodes (1) of the network (8) thus forming the supervision network.
  • Embedded, local service engines are able to handle services of different types (not just computations) in a homogeneous way and regardless of the hardware platform.
  • the main advantage of the engines in charge of the services is that they can operate on small hardware units (low CPU resources [Central processing unit or CPU] and memory).
  • the mesh network of intelligent nodes makes it possible to deploy an infrastructure of industrial supervision, simulation or collection and data analysis particularly adapted to physically very distributed processes (micro power plants, loT, distribution, wind or tidal fields, open-field sensors , process simulation).
  • the mesh network of intelligent nodes is an innovative software solution in the field of industrial supervision. Its aim is to complement the Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) of the market to enable an agile and rapid deployment of permanent or temporary supervision schemes.
  • SCADA Supervisory Control And Data Acquisition
  • the mesh network of intelligent nodes makes it possible to define a supervision strategy carried by a set of software nodes connected by intelligent middleware. It is therefore possible to define a supervision logic that is as close as possible to the process and with very fine granularity. This granularity makes it possible, among other things, to be able to define individual permissions on each of the elements of the supervision (variables, algorithms) making the meshed network of intelligent nodes a multi-user system but especially multi-entity. Atomic manipulation of the supervisory elements also enables hot monitoring deployments and scaling while limiting the risk of regression on existing logic.
  • These software nodes can operate on a wide range of hardware including mobile devices (smartphones and tablets) but also on-board industrial field equipment.
  • the mesh network of intelligent nodes thus introduces the mobility in a native way while proposing to each user, whatever his point of connection, the same quality of global hypervision as for a central system.
  • the mesh network of intelligent nodes offers a wide range of remote deployment features on the most constrained network topologies (complex routing, reduced bandwidth) and without the need to use VPN.
  • These innovations allow time and role decorrelation of maintenance and scaling actions by eliminating the need for computer skills, PLC (Programmable Logic Controller or SCADA) in the field.
  • the mesh network of smart nodes is a Plug and Play solution where the operational ones limit themselves to connect the devices (devices) of ground to the electrical network and the communication network.
  • the rest of the deployment software bricks and supervision logic
  • the mesh network of intelligent nodes is therefore particularly suitable for physically distributed industrial processes and where the maintenance and scaling costs are an important factor. Nevertheless in a factory supervision context, the mesh network of intelligent nodes also brings many advantages.
  • the mesh network of smart nodes quickly allows to set up advanced mobility functions throughout the perimeter of the plant.
  • Mesh construction of the solution also allows a progressive open deployment to changes in the strategy based on the first user feedback.
  • Many features can also be used for Smart Maintenance or predictive maintenance. Complementary instrumentations (sensors, concentrator) and analysis (traces, history, alarms, dashboards) can be created on the fly and in active collaboration between several users for the purpose of process optimization or implementation of asset tracking (electronic documentation, QRCodes).
  • the mesh network of smart nodes seen as a dynamic tool also allows the deployment of temporary supervision and analysis strategies that are very adapted to the audit phases (energy efficiency, simulation, security and industrial safety).
  • the mesh network of intelligent nodes is compatible with a wide range of wireless communication in the ISM band (169Mhz, 868Mhz, 969Mhz) and in particular with the technology SIGFOX (Ultra Narrow Band) and LoRA.
  • each node (1) of the mesh or the central platform (10) comprises a device comprising at least one software layer, said software layer implementing, by execution on a computer hardware architecture, a connection functionality to any node (1) of the mesh (8), by sending the identifier of the node to be modified, so as to remotely and dynamically modify the node (1) concerned even if the user is connected to a node ( 1) which is not the parent node of the object it wants to modify.
  • the solution developed is able to acquire data from internal treatment processes at the plant or upstream and downstream thereof in the natural environment.
  • Data sources are therefore very different in nature.
  • hydrological data flood management for example in the case of a water treatment plant).
  • the software layer (6) for sending the control signals and the software layer (5) for acquiring the data, to or from the sensors or actuators or programmable logic controllers of the processes must cooperate with a hardware allowing connections without wire in addition to links wired and compatible with a panel of instrumentation or interoperability protocols for objects or people in motion.
  • the mesh deployment of the network (8) makes it possible to interface with the data ecosystem at various aggregation levels (terrain, vehicles, factories, regional area, global level or cloud).
  • An architecture of this type thus makes it possible to collect the data at the most adapted levels.
  • the transmission of the data can therefore involve several nodes before provision of the central platform (10) of Big Data Management (BDM) for its valuation.
  • BDM Big Data Management
  • the inter-node communication can be used again but "in the direction of the descent" this time to transmit optimized instructions to the field.
  • the mesh architecture makes it possible to overcome direct communication links between the global level and the field.

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Abstract

La présente invention concerne un nœud intelligent pour réseau distribué selon un maillage, chaque nœud permettant une communication bidirectionnelle avec d'autres nœuds ou une plateforme centrale et chaque nœud comportant une architecture matérielle informatique, ladite architecture fonctionnant sous linux ou compatible linux et une pile logicielle à faible empreinte et faible consommation de ressources utilisant un langage orienté objet pour mettre en œuvre par exécution sur l'architecture matérielle le déploiement de plusieurs nœuds par effet de masse critique et de voisinage; chaque nœud étant iso-fonctionnel et apte à communiquer avec son voisinage, de mémoriser et de gérer un objet, de recevoir un ordre d'exécution en provenance d'un programme d'un autre nœud du maillage, ledit programme associant au module de communication de chaque nœud un identifiant propre au nœud et un identifiant de voisinage.

Description

Nœud intelligent pour réseau distribué selon un maillage
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
La présente invention se rapporte, à un nœud intelligent pour réseau distribué selon un maillage et, plus spécifiquement à son utilisation dans le domaine du stockage, du traitement distribué et de la valorisation de données massives.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
Une chaîne de production industrielle comporte en général plusieurs étapes faisant intervenir différents acteurs ou différentes entités. Chaque acteur produit des données et bien souvent ces dernières sont gérées localement. Par exemple dans le cas du processus de traitement de l'eau et des valorisations des ressources issues du traitement, une usine de traitement d'eau usée pilote localement les processus industriels avec une pratique et une expérience de conduite locale au site considéré (monitoring, contrôle). Sur le plan de la donnée, le site (usine) évolue en isolation avec en particulier aucune interface sur le plan régional (territoire) ou global (réseaux et ressources nationales).
La mise en commun de ces différentes sources d'information (sources locales, régionales et globales) est, cependant, nécessaire car elles permettraient d'assurer la possibilité de comparer des données, leur échange et leur valorisation dans le but de réduire l'empreinte écologique et les coûts d'exploitation. Le bénéfice d'une telle approche se situe autour de l'optimisation globale du processus industriel et peut être à la fois environnemental et économique. Une solution pour établir une interface entre les différentes entités du processus industriel et un écosystème de communication beaucoup plus vaste serait d'utiliser des architectures client/serveur standards ayant recours à la mise en place de réseaux privés virtuels (VPN).
Cependant, l'établissement d'un VPN induirait des latences et des coûts bien trop importants car les déploiements pourront impliquer une multitude de sites et d'entités différentes.
La demande TW201445929 (A) correspondant à la demande EP2809034 enseigne l'utilisation de nœuds dans un réseau maillé intelligent. Les nœuds jouent alors le rôle d'interface entre les entités du réseau. Ce document enseigne une méthode pour établir un maillage cellulaire de l'architecture à puce (SACM) réseau par un procédé consistant à: effectuer le déploiement d'une pluralité de nœuds maillés, dans lequel chacun des sommets de maille a une capacité de communiquer avec les autres nœuds du maillage et une capacité de passerelle pour fournir un accès à un réseau de service, dans lequel le réseau de services fournit un service de communication sans fil; et consistant à établir une pluralité de liens entre les nœuds maillés, chacun des liens reliant deux des nœuds de maillage; la recherche et la sélection d'une pluralité de nœuds de passerelle dynamiques à partir de la pluralité de nœuds du maillage et à établir une pluralité de connexions entre les nœuds de passerelle dynamiques et le réseau de service, et à effectuer le routage et l'optimisation de chemin pour trouver les chemins de route optimale pour tous les nœuds du maillage accédant au réseau de service.
Seuls les sommets du maillage ont une capacité à communiquer avec les autres nœuds du maillage et le procédé nécessite une recherche et une sélection des nœuds pour effectuer l'optimisation du maillage.
Ceci nécessite une mise en œuvre complexe et ne permet pas une évolutivité facile du réseau.
DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION La présente invention a pour but de pallier certains inconvénients de l'art antérieur en proposant la capacité d'interconnnecter un écosystème de données beaucoup plus vaste permettant la prise en compte d'une dimension évolutive en fonction du nombre de sites et aussi du type d'applications.
Ce but est atteint par un nœud intelligent pour réseau distribué selon un maillage, chaque nœud permettant une communication bidirectionnelle avec d'autres nœuds ou une plateforme centrale et chaque nœud comportant une architecture matérielle informatique et une pile logicielle , le nœud étant caractérisé en ce que l'exécution de ladite pile logicielle sur l'architecture matérielle informatique met en œuvre un ensemble de fonctionnalités comportant au moins les fonctionnalités suivantes:
• création et gestion, pour lui-même ou les autres nœuds du maillage, d'objets adaptés à des processus industriels de façon à contrôler tout type de processus, l'ensemble des objets définis pour l'ensemble du maillage et connu de chacun des nœuds étant dénommé « dictionnaire objet »;
• mémorisation et gestion d'au moins un objet par chaque nœud pour le maintien de l'état actuel de l'objet et utilisant une liste de voisinages mémorisée des nœuds auxquels il est lui-même relié, pour informer chaque nœud voisin de l'éventuel changement d'état de l'objet ;
• association, au module de communication de chaque nœud, d'un identifiant propre au nœud et d'un identifiant de voisinage, pour rendre chaque nœud iso-fonctionnel et apte à recevoir un ordre d'exécution en provenance d'un programme d'un autre nœud du maillage; Selon une autre particularité, l'ensemble des fonctionnalités comprend les fonctionnalités de démarrage et de communication de chaque nœud via un module de communication, dans son voisinage immédiat grâce à une configuration avec un éventail minimal de fonctionnalités, de déploiement de plusieurs nœuds en maillage distribué par effet de masse critique et de voisinage et consistant à optimiser, au moyen d'un algorithme exécuté sur l'architecture matérielle, le nombre de nœuds intelligents à déployer et le nombre de leur interconnections par le biais de voisinages pour atteindre la disponibilité, la robustesse de déploiement et la continuité de service requise par la qualité de service d'un service spécifique.
Selon une autre particularité, la diffusion systématique de données ou de commandes se fait par configuration du module de diffusion du nœud (1 ) [Smart Node], ce module de diffusion étant initialement configuré pour mettre en œuvre, par exécution sur l'architecture matérielle informatique, une fonctionnalité de diffusion, au sein du réseau (8), d'une variable ou un groupe donné de variables avec une résolution donnée et jusqu'à une profondeur donnée dans le maillage, par exemple 3 ou 4 niveaux de voisinages.
Selon une autre particularité, le nœud intelligent comporte un gestionnaire de nœud gérant le déploiement dynamique de nouvelles fonctionnalités et des fonctionnalités mises en œuvre par les modules logiciels, exécutés sur l'architecture matérielle informatique, en surveillant et en contrôlant le redémarrage et les mises à jour de sécurité d'un module logiciel qui viendrait à s'interrompre ou mourir.
Selon une autre particularité, chaque objet appartient à au moins une classe qui est une description des caractéristiques d'un ou de plusieurs objets représentatifs d'un processus industriel ou d'une caractéristique métier, chaque objet est créé à partir de cette classe et constitue une instance de la classe en question, les caractéristiques et l'état d'un objet sont manipulés par des méthodes incorporées dans le nœud intelligent (1 ), l'état d'un objet correspond aux informations mémorisées à un instant donné, telles que décrites par les valeurs de l'ensemble des ses propriétés, aussi nommées champs ou attributs.
Selon une autre particularité, chaque nœud comporte un dispositif comprenant au moins une couche logicielle, ladite couche logicielle mettant en œuvre, par exécution sur l'architecture matérielle informatique, une fonctionnalité de mémorisation, en plus des informations en provenance des capteurs de processus, d'un attribut indiquant que le nœud concerné est un parent de l'objet appelé «nœud parent». Selon une autre particularité, chaque nœud comporte un dispositif comprenant au moins une couche logicielle, ladite couche logicielle mettant en œuvre, par exécution sur l'architecture matérielle informatique, une fonctionnalité pour informer chaque nœud (1 ) de son voisinage de façon que les nœuds (1 ) voisins informent les autres nœuds (1 ) suivant un cheminement orienté dans une direction qui dépend de la topologie ou architecture propre du maillage, définissant les liaisons entre les nœuds du réseau, et au besoin suivant un cheminement orienté vers une plateforme (10) centrale ou vers les processus (7a, 7b), chaque nœud (1 ) informant ainsi le reste du maillage et chaque nœud (1 ) mémorisant ainsi l'objet, son état actuel et le nœud (1 ) parent auquel l'objet est assigné.
Selon une autre particularité, les fonctionnalités mises en œuvre par le nœud comporte également la diffusion, sous forme de séries temporelles, des données collectées ou calculées par chaque nœud, ladite diffusion étant réalisée par l'association de deux modes de diffusion de données: un mode de diffusion dit systématique dans lequel les données sont diffusées avec une résolution donnée et jusqu'à une profondeur donnée dans le maillage et, un mode de diffusion dite opportuniste dans laquelle au moins un nœud voisin d'un autre nœud concerné par une requête initiale donnée, enregistre de manière autonome l'information ou la donnée qui transite par lui sur sa mémoire afin de rediffuser ladite donnée ou information lorsqu'une requête similaire à la requête initiale est à nouveau posée.
Selon une autre particularité, chaque nœud est configuré pour mettre en œuvre une fonctionnalité, prévue, d'historisation systématique des données, mais également le stockage des actions qui se déroulent périodiquement ou des actions relatives au mode de diffusion dit opportuniste dans sa mémoire, chaque nœud ayant ainsi la capacité de se comporter de manière autonome pour l'historisation des données recueillies lors des actions se déroulant périodiquement ou des actions relatives au mode de diffusion dit opportunistes.
Selon une autre particularité, chaque nœud dispose au moins d'une interface d'accès à son image du « dictionnaire d'objets », cette interface étant configuré pour définir un nouveau nœud ou un nouvel objet pour un nœud, la requête en modification étant diffusée dans le maillage et transmise d'un nœud à un autre jusqu' au nœud parent concerné si la modification apportée au dictionnaire ne porte pas sur le nœud depuis lequel le gestionnaire est accédé, le nœud parent de l'objet procédant alors, à l'exécution de la requête, le résultat de l'exécution étant ensuite diffusé à son tour dans le reste du maillage, chaque nœud recevant ce résultat mettant ensuite à jour sa propre image du «dictionnaire objet ».
Selon une autre particularité, les fonctionnalités mises en œuvre par chaque nœud intelligent comporte la rediffusion, via son module de diffusion, au reste du maillage et à des intervalles de temps configurables l'état de ses propres objets, afin de pallier à toute rupture temporaire ou persistante de communication dans le maillage, cette capacité permettant au maillage de rétablir au besoin, l'intégrité des différentes images, associées aux différents nœuds du maillage, du «dictionnaire objet»
Selon une autre particularité, les objets sont manipulés sans que les modifications apportées à l'état d'un objet ne fassent appel à l'état d'un autre objet ni n'influencent celui-ci, chaque objet ayant une autorisation d'accès pour toute utilisation ou toute entité du processus industriel, les attributs ou champs de définition des objets étant changés dynamiquement par le gestionnaire de nœud.
Selon une autre particularité, chaque objet utilise une méthode qui définit un paramètre qualité qui lui est associé, ledit paramètre qualité représentant l'écart entre une valeur cible désirée de l'état d'un objet et l'état réel de la valeur, l'état désiré d'un objet étant formalisé par la requête en modification de l'état dudit objet, ladite requête étant formulée depuis n'importe quel nœud distant même s'il ne s'agit pas du nœud parent de l'objet, puis transmise au maillage et d'un nœud à un autre jusqu'au nœud parent concerné, l'exécution de ladite requête par le nœud concerné permettant, ainsi, à chacun des nœuds du maillage de récupérer la valeur de l'état réel d'un objet et donc de calculer sa qualité.
Selon une autre particularité, chaque nœud du maillage ou la plateforme comporte un dispositif comprenant au moins une couche logicielle, ladite couche logicielle mettant en œuvre, par exécution sur une architecture matérielle informatique, une fonctionnalité de connexion à n'importe quel nœud du maillage, par envoi de l'identifiant du nœud à modifier, de façon à modifier à distance et dynamiquement le nœud concerné même si l'utilisateur est connecté à un nœud qui n'est pas le nœud parent de l'objet qu'il veut modifier.
Selon une autre particularité, les nœuds sont utilisés dans un système intelligent et universel de supervision de processus industriel comportant une plateforme centrale de gestion de données de masse permettant l'acquisition, la gestion et la mémorisation d'un lac de données et des moyens de communication avec un réseau distribué en maillage constitué en nœuds intelligents.
Selon une autre particularité, chaque nœud réalise les fonctions suivantes :
• contrôle de capteurs de surveillance d'un processus ou automates programmables de surveillance d'un processus ou des actionneurs et acquisition des données en provenance de ces derniers;
• historisation des données, mise en forme et calculs décentralisés;
DESCRIPTION DES FIGURES ILLUSTRATIVES
D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente un schéma de l'architecture du nœud intelligent selon un premier mode de réalisation,
- la figure 2 représente un schéma de fonctionnement du nœud intelligent selon un second mode de réalisation,
DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES
L'INVENTION La présente invention concerne un nœud intelligent (1 , figure 1 ) [Smart Node] pour constituer avec d'autres nœuds un réseau (8) distribué selon un maillage comme représenté sur la figure 2.
Dans certains modes de réalisation, le nœud intelligent (1 ) comporte une architecture matérielle informatique et une pile logicielle (2, 3, 4, 5, 6) à faible empreinte (10 à 300 Mbytes), à faible consommation de ressources s'exécutant sur l'architecture matérielle. Ladite architecture étant durcie (non représentée), de type X86 ou ARM type Raspberry ou MIPS, sobre en énergie et résistant à des conditions environnementales sévères (chocs et vibration, température de -40 à +80°C) fonctionnant sous un système d'exploitation LINUX ou similaire.
Un nœud intelligent (1 ) [Smart Node] se conformera à une architecture de type micro services. Il comporte une épine dorsale autour de laquelle il est construit : le gestionnaire de Nœud [Node Manager]. Ledit gestionnaire de nœud est programmé pour activer dynamiquement et à la demande un panel ou ensemble de fonctionnalités parmi les catégories suivantes:
Capacités d'acquisition et d'instrumentation (exemple: en Modbus, ou de Signaux Physiques)
Historisation des données et messages, mise en forme et calculs décentralisés sur la donnée
Tableaux de bord web pour les opérateurs en mobilité
Gateway et Interopérabilité Machine To Machine (M2M)
Dans certains modes de réalisation, la diffusion systématique de données ou de commandes se fait par configuration du module de diffusion du nœud (1 ), ce module de diffusion étant initialement configuré pour mettre en œuvre, par exécution sur l'architecture matérielle informatique, une fonctionnalité de diffusion, au sein du réseau (8), d'une variable ou d'un groupe donné de variables avec une résolution donnée et jusqu'à une profondeur donnée dans le maillage, par exemple 3 ou 4 niveaux de voisinages.
Dans certains modes de réalisation, une fonctionnalité additionnelle est tout d'abord implémentée sous forme de module reconnu par le gestionnaire (12) de nœud. Ledit gestionnaire (12) de nœud gère ainsi, le déploiement dynamique de nouvelles fonctionnalités et des fonctionnalités mises en œuvre par les modules logiciels, exécutés sur l'architecture matérielle informatique, en surveillant et en contrôlant le redémarrage et les mises à jour de sécurité d'un module logiciel qui viendrait à s'interrompre ou mourir.
Dans certains modes de réalisation, chaque objet créé et géré appartient à au moins une classe qui est une description des caractéristiques d'un ou de plusieurs objets représentatifs d'un processus industriel, chaque objet est créé à partir de cette classe et constitue une instance de la classe en question, les caractéristiques et l'état d'un objet sont manipulés par des méthodes incorporées dans le nœud intelligent (1 ) relié directement au processus dont les objets sont à surveiller et contrôler L'état d'un objet correspond aux informations mémorisées à un instant donné, telles que décrites par les valeurs de l'ensemble de ces propriétés, aussi nommées champs ou attributs.
Dans certains modes de réalisation, chaque nœud intelligent (par exemple 1 a, figure 2) pour réseau distribué comporte un intergiciel (2) incorporant un agent de communication permettant des communications bidirectionnelles (1 1 ) avec d'autres nœuds (1 b, 1 c, 1 d) ou, de préférence, vers une la plateforme centrale (10) et par le nœud voisin (1 d), vers chaque nœud voisin (1 e) ou (1f) selon le besoin. Cet intergiciel (2) permet ainsi le déploiement de plusieurs nœuds en réseau maillé distribué (8) par effet de masse critique et de voisinage consistant à optimiser, au moyen d'un algorithme exécuté sur l'architecture matérielle, le nombre de nœuds intelligents à déployer et le nombre de leur interconnections par le biais de voisinages pour atteindre la disponibilité, la robustesse de déploiement et la continuité de service requise par la qualité de service d'un service spécifique. Chaque nœud (1 a, 1f) comporte un comporte un dispositif comprenant au moins une couche logicielle, l'exécution de ladite couche logicielle sur l'architecture matérielle informatique mettant en œuvre les fonctionnalités de mémorisation (3) et de gestion (4) d'au moins un objet, assurant le maintien de l'état de l'objet à chaque instant dit «état réel» ('actual status' en anglais par opposition à 'targeted status', état désiré) et mettant en œuvre au moins une méthode de surveillance du changement de l'état de l'objet. Cette méthode utilise une liste mémorisée des voisinages des nœuds (par exemple 1 c, 1 e, 1f) auxquels le nœud (par exemple 1 d) est lui-même relié, pour informer par l'utilisation de cette liste, chaque nœud voisin de l'éventuel changement d'état de l'objet.
Dans certains modes de réalisation, ledit nœud intelligent par exemple (1 a ou 1f) comporte un comporte un dispositif comprenant au moins une couche logicielle (5, 4, 3), l'exécution de ladite couche logicielle sur l'architecture matérielle informatique permettant de mémoriser, grâce à une couche logicielle (3) d'historisation, en plus des informations provenant des capteurs du processus (7a ou respectivement 7b) et remplissant les champs d'un objet affecté à ce nœud, un attribut représentatif de l'identifiant dudit nœud (1 a ou respectivement 1f) et indiquant que le nœud concerné est un parent de l'objet, ledit nœud étant appelé «nœud parent». Dans certains modes de réalisation, la pile de logiciels (5, 6) dudit nœud permet par suite de traitements effectués par un moteur de traitement (4) d'envoyer, par la couche logicielle (6), des signaux de contrôle aux capteurs ou d'automates programmables ou actionneurs de surveillance d'un processus (7a ou 7b) relié au nœud (1 a respectivement 1f) et par une autre couche logicielle (5), l'acquisition des données en provenance des capteurs ou actionneurs ou automates programmables des processus (7a, 7b). Inversement les processus (7a, 7b) pourront faire remonter par leur nœud respectif (1 a, 1f) de voisinage en voisinage les informations vers une plateforme (10) puis le lac de données (9).
Dans certains modes de réalisation, chaque nœud (par exemple 1f) informe chaque nœud de son voisinage (par exemple 1 d) comporte un dispositif comprenant au moins une couche logicielle, ladite couche logicielle mettant en œuvre, par exécution sur l'architecture matérielle informatique, une fonctionnalité pour informer chaque nœud (1 ) de son voisinage de façon que les nœuds (1 ) voisins informent les autres nœuds (1 ) suivant un cheminement orienté dans une direction qui dépend de la topologie ou architecture propre du maillage, définissant les liaisons entre les nœuds du réseau, et au besoin suivant un cheminement orienté vers une plateforme (10) centrale ou vers les processus (7a, 7b), chaque nœud (1 ) informant ainsi le reste du maillage et chaque nœud (1 ) mémorisant ainsi l'objet, son état actuel et le nœud (1 ) parent auquel l'objet est assigné.
Le déploiement des nœuds dans le maillage (8) s'opère typiquement de la manière suivante: le logiciel de chaque nœud (1 ) est configuré en usine avec un éventail minimal de fonctionnalités lui permettant de démarrer et de communiquer dans son voisinage immédiat. Ces fonctions de base permettent une première diffusion de proche en proche des caractéristiques du nœud, à savoir son identifiant et les objets configurés. Par objet on entend toute représentation de données métier ou technique définissant une variable et/ou un service. On distingue notamment: - les services techniques: ce sont des couches de services protocolaires permettant de communiquer avec les équipements industriels (exemple: couche applicative Modbus, OPCUA, CanOPen, CAN) ;
- les variables dites primaires: ce sont des variables stockant des données récoltées par les services techniques ; - les services de calcul: qui permettent de calculer des indicateurs et implémenter de la logique sur la base des valeurs des variables primaires ;
- les variables secondaires: qui permettent de stocker les résultats des valeurs des services de calcul. Il s'agit donc de variables dérivées (par calcul) des variables primaires ; - les services généralistes: ce sont des services divers (ex: archivage, impression, prise de photo ou de vidéo, algorithme spécifique) permettant de compléter la logique traditionnelle SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) par des services métiers ou médias. Par exemple, si un indicateur de vibration (variable secondaire) dépasse un certain seuil alors 10 photos sont prises en rafale par un service généraliste et ces photos sont transmises au reste du maillage.
L'ensemble des objets est rassemblé dans le « dictionnaire d'objets » L'implémentation de ce dictionnaire, qui se base sur l'utilisation de base NoSQL en mémoire, est innovante car très compact et indépendant d'un modèle d'objet préétabli. La compacité du dictionnaire permet également une diffusion dans l'ensemble du maillage (8). Une fois la première mise en service d'un nœud (1 ) établie, celui-ci devient donc visible et/ou accessible depuis n'importe quel autre nœud (1 ) du maillage (8). Une interface graphique locale incorporée à chaque nœud permet, alors, de travailler sur le noeud le plus facile d'accès tout en autorisant la configuration et la modification des services et fonctionnalités d'un nœud intelligent distant. Les modifications les plus courantes sont:
- l'ajout d'objets supplémentaires
- la modification de la politique de diffusion de la donnée.
- l'activation et/ou la mise en place d'un module logiciel supplémentaire (exemple: la capacité pour le nœud intelligent de devenir server web, la capacité à inter-opérer avec un nouveau système, etc.). Une fonctionnalité additionnelle est tout d'abord implémentée sous forme de module reconnu par le gestionnaire de nœud [Node Manager] qui saura donc par conséquent gérer son cycle de vie. Un nœud (1 ) [Smart Node] donné est donc configuré pour fonctionner avec un certain panel de modules sous la surveillance et le contrôle du gestionnaire de nœud [Node Manager]. Si un module vient à s'interrompre ou mourir, le gestionnaire de nœud [Node Manager] est en charge de son redémarrage et des mises à jour de sécurité.
Un des facteurs très innovant de l'invention est qu'il n'est absolument pas nécessaire que le nœud intelligent [Smart Node] sur lequel un utilisateur travaille soit celui qu'il souhaite modifier ou soit sur le même réseau ou en "visibilité IP directe" tel que le serait un client avec un serveur classique. En effet la communication dans le maillage repose sur une communication de proche en proche. Par exemple et de façon non limitative, Une modification est opérée localement sur un nœud A à destination d'un nœud E. Le nœud A partage le même voisinage (VA,B) que le nœud B qui a pour voisinage (VB,A; VB,C; VB,D)- Le nœud B partage le même voisinage que les nœuds C et D. Le nœud D partage le même voisinage que le nœud E. Le nœud B est informé de la modification opérée sur le nœud A à l'attention de E. Comme celle ci ne le concerne pas, il se contente d'en informer son voisinage, c'est à dire B, puis B en informe C et D, etc. Ainsi de proche en proche la demande de modification arrive dans le voisinage concerné et au nœud [Smart Node] concerné (E). Le nœud E procède à la modification et si elle réussit, il informe son voisinage que sa configuration a changé. La notification de succès de la modification est ainsi propagée en retour au reste du maillage.
Dans certains modes de réalisation, la diffusion des données collectées ou calculées par les nœuds intelligents (diffusion sous forme de séries temporelles) est réalisée par l'association de deux modes de diffusion de données: un mode de diffusion dit systématique dans lequel les données sont diffusées avec une résolution donnée et jusqu'à une profondeur donnée dans le maillage et, un mode de diffusion dite opportuniste dans laquelle au moins un nœud (1 ) voisin d'un autre nœud (1 ) concerné par une requête initiale donnée, enregistre de manière autonome l'information ou la donnée qui transite par lui sur sa mémoire afin de rediffuser ladite donnée ou information lorsqu'une requête similaire à la requête initiale est à nouveau posée, le pattern ou schéma de diffusion de données diffusées par les nœuds (1 ) étant différent d'un schéma de réplication systématique dans lequel le schéma de diffusion de données est dupliqué à l'identique pour tous les nœuds.
La diffusion systématique se fait par configuration du module de diffusion du nœud (1 ) [Smart Node], Ce module de diffusion étant initialement configuré pour diffuser une variable ou un groupe donné de variables avec une certaine résolution et jusqu'à une certaine "profondeur dans le maillage" par exemple 3 ou 4 niveaux de voisinages. Cette politique systématique permet, ainsi, en tout point du maillage d'avoir un certain niveau d'hypervision (non optimal avec la meilleure granularité et résolution, mais une vision globale tout de même) La diffusion opportuniste est la capacité du maillage à répondre dynamiquement à une question posée. Par exemple, il peut s'agir de tracer finement, à la seconde entre 14h03 et 14h08 depuis le nœud A, la valeur d'une pression P1 acquise par le nœud E à des intervalles d'une demi seconde, mais diffusée de manière systématique qu'à un pas de 20 minutes à destination des voisinages de troisième et quatrième niveau auquel appartient A. Dans ce cas, localement au nœud A, la donnée n'est pas disponible donc ce nœud va former une requête spécifique pour tenter de recouvrir les valeurs demandées. La requête va passer de proche en proche, de voisinage en voisinage jusqu'à trouver un nœud à même de retourner une série temporelle répondant au critère. Si la question est posée pour la toute première fois, la réponse sera certainement donnée par le nœud E. En diffusant la réponse, la politique dite opportuniste consiste pour les autres nœuds du maillage (8) à enregistrer sur leur mémoire cache (au sens proxy-cache) cette fraction de série temporelle avec une résolution très précise entre 14h03 et 14h08. La prochaine fois que la même question est à nouveau posée dans le maillage (8) (ceci étant fort probable car il s'agit certainement d'un épiphénomène pouvant intéresser d'autres utilisateurs depuis d'autres nœuds) elle obtiendra une réponse plus rapide car la réponse sera déjà pré-stockée par un nœud voisin.
Dans certains modes de réalisation, les nœuds sont iso-fonctionnels, chaque nœud recevant un ordre d'exécution en provenance d'un programme d'un autre nœud du maillage, les ordres d'exécution étant soit identiques, soit différents d'un nœud à un autre. Ledit programme associe, également, au module de communication de chaque nœud un identifiant propre au nœud et un identifiant de voisinage. Le module de communication ayant son identifiant de nœud et l'identifiant de voisinage, émet des messages ou requêtes à destination de tous les branchements qu'il a eu par des moyens filaires ou sans fil, Par exemple et de manière non limitative, si la requête concerne les résultats d'une mesure, elle est envoyée vers tous les nœuds du voisinage. Si parmi les nœuds du voisinage il y en a au moins un dans le voisinage immédiat du nœud émetteur qui a en mémoire les résultats, ces derniers sont transférés au nœud concerné. Si les nœuds du voisinage ne sont pas en mesure de répondre à la requête, la requête est transférée vers les nœuds de leur voisinage respectif jusqu'à ce que le nœud qui a effectué les mesures y réponde. Si aucun nœud n'a effectué de mesures, la requête est transmise au nœud se trouvant au voisinage du capteur chargé de faire les mesures. Une fois ces dernières effectuées, les résultats sont transmis de voisinage en voisinage jusqu'au nœud émetteur de la requête.
Dans certains modes de réalisation, chaque nœud (1 ) est configuré pour mettre en œuvre une fonctionnalité, prévue, d'historisation systématique des données, mais également le stockage des actions qui se déroulent périodiquement ou des actions relatives au mode de diffusion dit opportuniste dans sa mémoire, chaque nœud (1 ) ayant ainsi la capacité de se comporter de manière autonome pour l'historisation des données recueillies lors des actions se déroulant périodiquement ou des actions relatives au mode de diffusion dit opportunistes.
L'intergiciel (2) (middleware) devra pouvoir assurer un déploiement en maillage des nœuds sur des réseaux distincts et hétérogènes sans avoir à recourir à la construction d'un Virtual Private Network (VPN). En effet les déploiements pourront impliquer une multitude de sites et d'entités différentes. L'établissement d'un VPN induirait des latences et des coûts bien trop importants.
L'intergiciel (2) devra, également, implémenter des fonctions de sécurité pour assurer la confidentialité et l'intégrité des données échangées entre les nœuds d'une part et également avec la brique de Big Data Management.
L'intergiciel (2) devra assurer des échanges bidirectionnels performants avec la plateforme Big Data. Il devra dans un premier temps supporter l'échange de données puis la distribution de services de pré-calcul à exécuter au plus proche du terrain ou bien encore des instances d'implémentation de services de prédiction (Machine Learning) préalablement entraînés sur une plateforme (10) centrale de Big Data Management.
La restitution par dashboard par les nœuds intelligents du réseau maillé est envisagée également en client léger. Dans un premier temps ils seront eux aussi génériques et offriront la possibilité pour l'utilisateur local (usine ou en mobilité) de tracer les variables de son choix.
Dans certains modes de réalisation, la plateforme
centrale (10) comporte un dispositif comprenant au moins une couche logicielle, ladite couche logicielle mettant en œuvre, par exécution sur l'architecture matérielle informatique, les fonctionnalités de création et de gestion, pour lui-même ou elle-même ou les autres nœuds (1 ) du maillage, d'objets adaptés à des processus industriels de façon à contrôler tout type de processus. L'ensemble des objets définis pour l'ensemble du maillage et connu de chacun des nœuds est dénommé « dictionnaire objet ».
Dans certains modes de réalisation, chaque nœud (1 ) dispose au moins d'une interface d'accès à une image du « dictionnaire objet », cette interface étant configuré pour définir un nouveau nœud ou un nouvel objet pour un nœud, la requête en modification étant diffusée dans le maillage et transmise d'un nœud (1 ) à un autre jusqu' au nœud parent concerné si la modification apportée au dictionnaire ne porte pas sur le nœud depuis lequel le gestionnaire (12) est accédé, le nœud (1 ) parent de l'objet procédant alors, à l'exécution de la requête, le résultat de l'exécution étant ensuite diffusé à son tour dans le reste du maillage, chaque nœud (1 ) recevant ce résultat mettant ensuite à jour sa propre image du « dictionnaire objet ». Ce nouveau paradigme architectural permet une réelle distribution de la logique de supervision assurée collectivement par le maillage en éliminant le recours à un nœud unique central. Dans certains modes de réalisation, les fonctionnalités mises en œuvre par chaque nœud intelligent (1 ) comporte la rediffusion, via son module de diffusion, au reste du maillage et à des intervalles de temps configurables l'état de ses propres objets, afin de pallier à toute rupture temporaire ou persistante de communication dans le maillage, cette capacité permettant au maillage de rétablir au besoin, l'intégrité des différentes images, associées aux différents nœuds du maillage, du «dictionnaire objet».
Dans certains modes de réalisation, les objets sont manipulés sans que les modifications apportées à l'état d'un objet ne fassent appel à l'état d'un autre objet ni n'influencent celui-ci, chaque objet ayant une autorisation d'accès pour toute utilisation ou toute entité du processus industriel, les attributs ou champs de définition des objets étant changés dynamiquement par le gestionnaire (12) de nœud.
Dans certains modes de réalisations, chaque objet utilise une méthode qui définit un paramètre qualité qui lui est associé, ledit paramètre qualité représentant l'écart entre une valeur cible désirée de l'état d'un objet et l'état réel de la valeur, l'état désiré d'un objet étant formalisé par la requête en modification de l'état dudit objet, ladite requête étant formulée depuis n'importe quel nœud (1 ) distant même s'il ne s'agit pas du nœud parent de l'objet, puis transmise au maillage et d'un nœud (1 ) à un autre jusqu'au nœud (1 ) parent concerné, l'exécution de ladite requête par le nœud (1 ) concerné permettant, ainsi, à chacun des nœuds (1 ) du maillage de récupérer la valeur de l'état réel d'un objet et donc de calculer sa qualité.
Dans certains modes de réalisation, les nœuds (1 ) peuvent être utilisés dans un système intelligent et universel de supervision de processus industriel comportant, de préférence, une plateforme centrale (10) de gestion de données de masse (par exemple et de manière non limitative, le Big Data Management) permettant l'acquisition, la gestion et la mémorisation d'un lac (9, figure 2) de données et des moyens de communication (1 1 ) avec un réseau (8) distribué en maillage constitué de nœuds intelligents (1 a à 1f). La structuration de la logique de supervision en ce qu'on appelle dictionnaire d'objets permet de définir, à l'aide de «pièces atomiques» (principalement des services et variables objets), ce qui est généralement défini comme une application monolithique dans l'état de l'art des systèmes de supervision industrielle. L'ensemble des services forment ce qu'on appelle «l'intelligence de supervision». Cette dernière est rendue «transportable» grâce à l'intergiciel (2), capable de distribuer à la fois des données et de «l'intelligence» sur différents nœuds (1 ) du réseau (8) formant ainsi le réseau de supervision. Les moteurs, embarqués, de services locaux sont capables de gérer des services de différents types (pas seulement les calculs) d'une façon homogène et indépendamment de la plateforme matérielle. L'atout principal des moteurs en charge des services se trouve dans le fait qu'ils peuvent fonctionner sur de petites unités matérielles (ressources à faible cpu [Central processing unit ou unité centrale] et mémoire).
Le réseau maillé de nœuds intelligents permet de déployer une infrastructure de supervision industrielle, de simulation ou de collection et d'analyse de donnée particulièrement adaptées aux procédés physiquement très répartis (micro centrales, loT, distribution, champs éoliens ou hydroliens, capteurs en champ ouvert, simulation de procédé).
Le réseau maillé de nœuds intelligents est une solution logicielle innovante dans le domaine de la supervision industrielle. Sa visée est de venir en complément des SCADAs (Supervisory Control And Data Acquisition) du marché pour permettre un déploiement agile et rapide de schémas de supervision permanents ou temporaires.
Contrairement aux SCADAs classiques basés sur des systèmes centraux et très verticaux de type serveurs, le réseau maillé de nœuds intelligents permet de définir une stratégie de supervision portée par un ensemble de noeuds logiciels connectés par un intergiciel intelligent. Il est donc possible de définir une logique de supervision au plus proche du procédé et avec une granularité très fine. Cette granularité permet entre autres de pouvoir définir des permissions individuelles sur chacun des éléments de la supervision (variables, algorithmes) faisant du réseau maillé de nœuds intelligents un système multi-utilisateur mais surtout multi-entité. La manipulation atomique des éléments de la supervision permet également des déploiements et des mises à l'échelle de la supervision à chaud tout en limitant les risques de régression sur la logique existante. Ces noeuds logiciels peuvent fonctionner sur une large gamme de hardware incluant notamment des dispositifs mobiles (smartphones et tablettes) mais aussi des équipements de terrain industriels de type embarqué. Le réseau maillé de nœuds intelligents introduit donc la mobilité de manière native tout en proposant à chaque utilisateur, quel que soit son point de connection, la même qualité d'hypervision globale que pour un système central.
Enfin le réseau maillé de nœuds intelligents propose une large gamme de fonctionnalités de déploiement à distance sur les topologies réseau les plus contraintes (routage complexe, bande passante réduite) et sans la nécessité d'utiliser de VPN. Ces innovations permettent une décorrélation temporelle et de rôle des actions de maintenance et de mise l'échelle en éliminant notamment la nécessité de compétences informatiques, PLC (Programmable Logic Controller ou automate programmable) ou SCADA sur le terrain. A ce titre, le réseau maillé de nœuds intelligents est donc une solution Plug and Play où les opérationnels se limitent à connecter les dispositifs (devices) de terrain au réseau électrique et au réseau de communication. Le reste du déploiement (briques logicielles et logique de supervision) est ensuite assuré par des utilisateurs distants. Le réseau maillé de nœuds intelligents est donc particulièrement adapté aux procédés industriels physiquement répartis et où les coûts de maintenance et de mise à l'échelle sont un facteur important. Néanmoins dans un contexte de supervision usine, le réseau maillé de nœuds intelligents apporte également de nombreux avantages.
Dans le cadre de rénovation ou d'évolution de supervisions industrielles existantes l'adjonction de nœuds logiciels, le réseau maillé de nœuds intelligents permet rapidement de mettre en place des fonctions de mobilité avancée dans l'ensemble du périmètre de l'usine. La construction en maillage de la solution permet en outre un déploiement progressif ouvert aux modifications de la stratégie en fonction des premiers retours utilisateur. De nombreuses fonctionnalités peuvent également être utilisées dans le cadre de la Smart Maintenance ou de la maintenance prédictive. Des compléments d'instrumentations (capteurs, concentrateur) et d'analyse (tracés, historiques, alarmes, dashboards) peuvent être créés à la volée et en collaboration active entre plusieurs utilisateurs à des fins d'optimisation du procédé ou de mise en place de l'asset tracking (documentation électronique, QRCodes).
Le réseau maillé de nœuds intelligents vu comme outil dynamique permet également le déploiement de stratégies de supervision et d'analyse temporaires très adaptées aux phases d'audit (efficacité énergétique, simulation, sécurité et sûreté industrielle). Pour ce type de déploiement en particulier, le réseau maillé de nœuds intelligents est compatible avec une large gamme de communication sans fil dans la bande ISM (169Mhz, 868Mhz, 969Mhz) et notamment avec la technologie SIGFOX (Ultra Narrow Band) et LoRA. Dans certains modes de réalisations, chaque nœud (1 ) du maillage ou la plateforme centrale (10) comporte un dispositif comprenant au moins une couche logicielle, ladite couche logicielle mettant en œuvre, par exécution sur une architecture matérielle informatique, une fonctionnalité de connexion à n'importe quel nœud (1 ) du maillage (8), par envoi de l'identifiant du nœud à modifier, de façon à modifier à distance et dynamiquement le nœud (1 ) concerné même si l'utilisateur est connecté à un nœud (1 ) qui n'est pas le nœud parent de l'objet qu'il veut modifier.
Ainsi la solution développée est capable d'acquérir des données issues des procédés de traitement internes à l'usine ou en amont et aval de celle-ci en milieu naturel.
D'autre part elle est aussi capable d'intégrer d'autres données en lien avec l'écosystème de données et pertinentes pour la conduite intelligente et de bout en bout de celle-ci. Ces dernières sont qualifiées de sources externes dans le reste de ce document (exemple: météo, trading, marchés de l'énergie).
Les sources de données sont donc de nature très différente. On trouvera notamment la nécessité de savoir s'interfacer à des capteurs spécialisés en champ ouvert (liaison sans fils SigFox ou LoRA par exemple), la compatibilité avec un panel de protocoles d'instrumentation ou d'interopérabilité industrielle (exemple: Modbus, OPC, OPCUA), la compatibilité avec les normes d'interopérabilité pour les objets ou personnes en mouvement (M2M ETSI) et enfin la possibilité d'interroger des systèmes tiers sur le cloud (exemple: analyse et exploitation de contenu Web, API REST, bases de données hydrologiques, gestion des crues par exemple dans le cas d'une usine de traitement d'eau).
Ainsi la couche logicielle (6) d'envoi des signaux de contrôle et la couche logicielle (5) d'acquisition des données, vers ou en provenance des capteurs ou actionneurs ou automates programmables des processus, doit coopérer avec un matériel permettant des liaisons sans fil en plus de liaisons filaires et être compatibles avec un panel de protocoles d'instrumentation ou d'interopérabilité pour les objets ou personnes en mouvement.
Le déploiement en maillage du réseau (8) permet de réaliser une interface avec l'écosystème de données à divers niveaux d'agrégation (terrain, véhicules, usines, zone régionale, niveau global ou cloud). Une architecture de ce type permet donc de collecter la donnée aux niveaux les plus adaptés. La transmission de la donnée peut donc impliquer plusieurs nœuds avant mise à disposition de la plateforme centrale (10) de Big Data Management (BDM) pour sa valorisation.
Après valorisation et création, par exemple d'indicateurs pertinents
(champs d'un objet) pour la conduite du procédé, la communication inter nœuds peut être à nouveau utilisée mais «dans le sens de la descente» cette fois-ci pour transmettre jusque sur le terrain des consignes optimisées. Là encore l'architecture en maillage permet de s'affranchir de liens de communication directs entre le niveau global et le terrain.
L'implémentation des couches fonctionnelles de ce système d'information global s'opère donc à des niveaux d'agrégation différents, il ne s'agit donc pas uniquement d'un système central classique mais d'une infrastructure capable d'adresser une problématique fortement distribuée (capteurs en milieu naturel, véhicules ou personnes en mouvement, usines sur sites différents, d'interopérabilité avec des systèmes régionaux tiers ou systèmes centraux) et fortement dynamique (déploiements de nouveaux services, mise à l'échelle, adaptabilité à la disponibilité ou non de paramètres nécessaires à l'hyper-vision ou à l'optimisation de conduite des procédés.
La présente demande décrit diverses caractéristiques techniques et avantages en référence aux figures et/ou à divers modes de réalisation. L'homme de métier comprendra que les caractéristiques techniques d'un mode de réalisation donné peuvent en fait être combinées avec des caractéristiques d'un autre mode de réalisation à moins que l'inverse ne soit explicitement mentionné ou qu'il ne soit évident que ces caractéristiques sont incompatibles ou que la combinaison ne fournisse pas une solution à au moins un des problèmes techniques mentionnés dans la présente demande. De plus, les caractéristiques techniques décrites dans un mode de réalisation donné peuvent être isolées des autres caractéristiques de ce mode à moins que l'inverse ne soit explicitement mentionné.
Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, mais peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes, et l'invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Nœud intelligent (1 ) pour réseau (8) distribué selon un maillage, chaque nœud (1 ) permettant une communication bidirectionnelle (1 1 ) avec d'autres nœuds (1 ) ou une plateforme (10) centrale et chaque nœud comportant une architecture matérielle informatique et une pile logicielle (2, 3, 4, 5, 6)utilisant un langage orienté objet, le nœud étant caractérisé en ce que l'exécution de ladite pile logicielle sur l'architecture matérielle informatique met en œuvre un ensemble de fonctionnalités comportant au moins les fonctionnalités suivantes:
• création et gestion, pour lui-même ou les autres nœuds (1 ) du maillage, d'objets adaptés à des processus industriels de façon à contrôler tout type de processus, l'ensemble des objets définis pour l'ensemble du maillage et connu de chacun des nœuds étant dénommé « dictionnaire objet »;
• mémorisation et gestion d'au moins un objet par chaque nœud (1 ) pour le maintien de l'état actuel de l'objet et utilisant une liste de voisinages mémorisée des nœuds auxquels il est lui-même relié, pour informer chaque nœud (1 ) voisin de l'éventuel changement d'état de l'objet;
• association, au module de communication de chaque nœud (1 ), d'un identifiant propre au nœud et d'un identifiant de voisinage, pour rendre chaque nœud iso-fonctionnel et apte à recevoir un ordre d'exécution en provenance d'un programme d'un autre nœud (1 ) du maillage;
2. Nœud intelligent (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'ensemble des fonctionnalités comprend les fonctionnalités de démarrage et de communication de chaque nœud (1 ) via un module de communication, dans son voisinage immédiat grâce à une configuration avec un éventail minimal de fonctionnalités, de déploiement de plusieurs nœuds (1 ) en maillage (8) distribué par effet de masse critique et de voisinage et consistant à optimiser, au moyen d'un algorithme exécuté sur l'architecture matérielle, le nombre de nœuds (1 ) intelligents à déployer et le nombre de leur interconnections par le biais de voisinages pour atteindre la disponibilité, la robustesse de déploiement et la continuité de service requise par la qualité de service d'un service spécifique.
3. Nœud intelligent (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la diffusion systématique de données ou de commandes se fait par configuration du module de diffusion du nœud (1 ) [Smart Node], ce module de diffusion étant initialement configuré pour mettre en œuvre, par exécution sur l'architecture matérielle informatique, une fonctionnalité de diffusion, au sein du réseau (8), d'une variable ou d'un groupe donné de variables avec une résolution donnée et jusqu'à une profondeur donnée dans le maillage, par exemple 3 ou 4 niveaux de voisinages.
4. Nœud intelligent (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte un gestionnaire (12) de nœud gérant le déploiement dynamique de nouvelles fonctionnalités et des fonctionnalités mises en œuvre par les modules logiciels, exécutés sur l'architecture matérielle informatique, en surveillant et en contrôlant le redémarrage et les mises à jour de sécurité d'un module logiciel qui viendrait à s'interrompre ou mourir.
5. Nœud intelligent (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que chaque objet appartient à au moins une classe qui est une description des caractéristiques d'un ou de plusieurs objets représentatifs d'un processus industriel ou d'une caractéristique métier, chaque objet étant créé à partir de cette classe et constituant une instance de la classe en question, les caractéristiques et l'état d'un objet étant manipulés par des méthodes incorporées dans le nœud intelligent (1 ) l'état d'un objet correspondant aux informations mémorisées à un instant donné, telles que décrites par les valeurs de l'ensemble de ses propriétés, aussi nommées champs ou attributs.
6. Nœud intelligent (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que chaque nœud (1 ) comporte un dispositif comprenant au moins une couche logicielle, ladite couche logicielle mettant en œuvre, par exécution sur l'architecture matérielle informatique, une fonctionnalité de mémorisation, en plus des informations en provenance des capteurs de processus (7a, 7b), d'un attribut indiquant que le nœud (1 ) concerné est un parent de l'objet appelé «nœud parent».
7. Nœud intelligent (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce chaque nœud (1 ) comporte un dispositif comprenant au moins une couche logicielle, ladite couche logicielle mettant en œuvre, par exécution sur l'architecture matérielle informatique, une fonctionnalité pour informer chaque nœud (1 ) de son voisinage de façon que les nœuds (1 ) voisins informent les autres nœuds (1 ) suivant un cheminement orienté dans une direction qui dépend de la topologie ou architecture propre du maillage, définissant les liaisons entre les nœuds du réseau, et au besoin suivant un cheminement orienté vers une plateforme (10) centrale ou vers les processus (7a, 7b), chaque nœud (1 ) informant ainsi le reste du maillage et chaque nœud (1 ) mémorisant ainsi l'objet, son état actuel et le nœud (1 ) parent auquel l'objet est assigné.
8. Nœuds intelligents (1 ) selon une des revendications précédentes, caractérisés en ce que lesdites fonctionnalités mises en œuvre par le nœud (1 ) comporte également la diffusion, sous forme de séries temporelles, des données collectées ou calculées par chaque nœud (1 ), ladite diffusion étant réalisée par l'association de deux modes de diffusion de données: un mode de diffusion dit systématique dans lequel les données sont diffusées avec une résolution donnée et jusqu'à une profondeur donnée dans le maillage et, un mode de diffusion dite opportuniste dans laquelle au moins un nœud (1 ) voisin d'un autre nœud (1 ) concerné par une requête initiale donnée, enregistre de manière autonome l'information ou la donnée qui transite par lui sur sa mémoire afin de rediffuser ladite donnée ou information lorsqu'une requête similaire à la requête initiale est à nouveau posée, le pattern ou schéma de diffusion de données diffusées par les nœuds (1 ) étant différent d'un schéma de réplication systématique dans lequel le schéma de diffusion de données est dupliqué à l'identique pour tous les nœuds.
9. Nœuds intelligents (1 ) selon une des revendications précédentes, caractérisés en ce que chaque nœud (1 ) est configuré pour mettre en œuvre une fonctionnalité, prévue, d'historisation systématique des données, mais également le stockage des actions qui se déroulent périodiquement ou des actions relatives au mode de diffusion dit opportuniste dans sa mémoire, chaque nœud (1 ) ayant ainsi la capacité de se comporter de manière autonome pour l'historisation des données recueillies lors des actions se déroulant périodiquement ou des actions relatives au mode de diffusion dit opportunistes.
10. Nœuds intelligents (1 ) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque nœud (1 ) dispose au moins d'une interface d'accès à une image du « dictionnaire objet », cette interface étant configuré pour définir un nouveau nœud ou un nouvel objet pour un nœud, la requête en modification étant diffusée dans le maillage et transmise d'un nœud (1 ) à un autre jusqu' au nœud parent concerné si la modification apportée au dictionnaire ne porte pas sur le nœud depuis lequel le gestionnaire (12) est accédé, le nœud (1 ) parent de l'objet procédant alors, à l'exécution de la requête, le résultat de l'exécution étant ensuite diffusé à son tour dans le reste du maillage, chaque nœud (1 ) recevant ce résultat mettant ensuite à jour sa propre image du « dictionnaire objet ».
1 1 . Nœuds intelligents (1 ) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites fonctionnalités mises en œuvre par chaque nœud intelligent (1 ) comporte la rediffusion, via son module de diffusion, au reste du maillage et à des intervalles de temps configurables l'état de ses propres objets, afin de pallier à toute rupture temporaire ou persistante de communication dans le maillage, cette capacité permettant au maillage de rétablir au besoin, l'intégrité des différentes images, associées aux différents nœuds du maillage, du «dictionnaire objet».
12. Nœuds intelligents (1 ) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les objets sont manipulés sans que les modifications apportées à l'état d'un objet ne fassent appel à l'état d'un autre objet ni n'influencent celui-ci, chaque objet ayant une autorisation d'accès pour toute utilisation ou toute entité du processus industriel, les attributs ou champs de définition des objets étant changés dynamiquement par le gestionnaire (12) de nœud.
13. Nœuds intelligents (1 ) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque objet utilise une méthode qui définit un paramètre qualité qui lui est associé, ledit paramètre qualité représentant l'écart entre une valeur cible désirée de l'état d'un objet et l'état réel de la valeur, l'état désiré d'un objet étant formalisé par la requête en modification de l'état dudit objet, ladite requête étant formulée depuis n'importe quel nœud (1 ) distant même s'il ne s'agit pas du nœud parent de l'objet, puis transmise au maillage et d'un nœud (1 ) à un autre jusqu'au nœud (1 ) parent concerné, l'exécution de ladite requête par le nœud (1 ) concerné permettant, ainsi, à chacun des nœuds (1 ) du maillage de récupérer la valeur de l'état réel d'un objet et donc de calculer sa qualité.
14. Nœuds intelligents (1 ) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque nœud (1 ) du maillage ou la plateforme centrale
(10) comporte un dispositif comprenant au moins une couche logicielle, ladite couche logicielle mettant en œuvre, par exécution sur une architecture matérielle informatique, une fonctionnalité de connexion à n'importe quel nœud (1 ) du maillage (8), par envoi de l'identifiant du nœud à modifier, de façon à modifier à distance et dynamiquement le nœud (1 ) concerné même si l'utilisateur est connecté à un nœud (1 ) qui n'est pas le nœud parent de l'objet qu'il veut modifier.
15. Ensemble de nœuds intelligents (1 ) selon la revendication 1 , caractérisés en ce qu'ils sont utilisés dans un système intelligent et universel de supervision de processus industriel comportant une plateforme (10) centrale de gestion de données de masse permettant l'acquisition, la gestion et la mémorisation d'un lac (9) de données et des moyens de communication avec un réseau (8) distribué en maillage constitué en nœuds intelligents (1 ).
16. Nœud intelligent (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que chaque nœud réalise les fonctions suivantes:
• contrôle de capteurs (7) de surveillance d'un processus ou automates programmables (7) de surveillance d'un processus ou des actionneurs et acquisition des données en provenance de ces derniers;
• historisation des données, mise en forme et calculs décentralisés.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019102077A1 (fr) 2017-10-26 2019-05-31 Harry Jean Claude Procédé, dispositif et méthode d'établissement d'une communication socksifiée, sécurisée, ségréguée, anonymisée dans un réseau basé sur le protocole ip (internet protocol) entre différents îlots analogues, transmis à travers un réseau de proxy socks et routé sur la base du « domain name space » / fqdn (fully qualified domain name )
EP3719646A1 (fr) * 2019-04-02 2020-10-07 Gamma-Digital Kft. Procédé de communication dans un système de commande de procédé distribué par réseau et système de commande de procédé distribué par réseau

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3048536A1 (fr) * 2016-03-01 2017-09-08 Atos Worldgrid Utilisation d'un noeud intelligent dans un systeme intelligent et universel de supervision de processus industriels
FR3090944B1 (fr) * 2018-12-20 2023-01-06 Atos Worldgrid Réseau de Nœuds intelligents pour réseau distribué selon un maillage adaptable aux applications industrielles ou DE SERVICES
CN110944036B (zh) * 2019-10-23 2022-08-05 中国国家铁路集团有限公司 一种与位置无关的分布式实时数据交互方法
CN111240739B (zh) * 2020-01-21 2022-04-15 烽火通信科技股份有限公司 一种对象的关联属性动态并发分配方法及系统
CN111726410B (zh) * 2020-06-22 2022-07-29 中科边缘智慧信息科技（苏州）有限公司 用于分散计算网络的可编程实时计算和网络负载感知方法
US11163551B1 (en) * 2020-10-13 2021-11-02 Argo AI, LLC Systems and methods for improved smart infrastructure data transfer
CN112559633B (zh) * 2020-12-16 2024-03-22 航天信息股份有限公司 电子印章服务节点管理系统及方法
CN113194151A (zh) * 2021-05-12 2021-07-30 上海杰盛立业网络科技有限公司 一种基于modBus串口网关的生态廊道能耗监测方法及平台
CN116880426B (zh) * 2023-09-06 2023-12-26 中国邮电器材集团有限公司 一种生产线变量调节方法及系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201445929A (zh) 2013-05-30 2014-12-01 Wistron Neweb Corp 建立一智能架構細胞網狀網路之方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101123613B (zh) * 2007-08-23 2013-06-05 张建中 一种多维地址编址数据处理的方法和装置以及系统
US20110216696A1 (en) * 2010-03-08 2011-09-08 Giorgio Lippolis Distributed fluid network system and method
US8363693B2 (en) * 2010-04-16 2013-01-29 Hitachi, Ltd. Adaptive frequency hopping in time-slotted based wireless network
CN102542302B (zh) * 2010-12-21 2013-08-14 中国科学院电子学研究所 基于分等级对象语义图的复杂目标自动识别方法
CN102624621A (zh) * 2012-03-11 2012-08-01 上海宜云物联科技有限公司 异构网络自适应数据通信方法及传感器网络多协议网关
US9642077B2 (en) * 2013-10-23 2017-05-02 Cisco Technology, Inc. Node selection in virtual evolved packet core

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201445929A (zh) 2013-05-30 2014-12-01 Wistron Neweb Corp 建立一智能架構細胞網狀網路之方法
EP2809034A1 (fr) 2013-05-30 2014-12-03 Wistron Neweb Corporation Procédé d'établissement de réseau maillé de cellules à architecture intelligente (SACM)

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ADRIAN GLIGOR ET AL: "Development of a Service Oriented SCADA System", PROCEDIA ECONOMICS AND FINANCE, vol. 3, 1 January 2012 (2012-01-01), pages 256 - 261, XP055326782, ISSN: 2212-5671, DOI: 10.1016/S2212-5671(12)00149-9 *
GARCIA-DOMINGUEZ ALEJANDRO: "Enabling SCADA cluster and cloud for smart grid using hierarchical multicast; the PTMF framework", 2015 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON INDUSTRIAL TECHNOLOGY (ICIT), IEEE, 17 March 2015 (2015-03-17), pages 218 - 225, XP032785246, DOI: 10.1109/ICIT.2015.7125102 *
GOOSE S ET AL.: "SKYDA: Cloud-based, secure SCADA-as-a-service", INTERNATIONAL TRANSACTIONS ON ELECTRICAL ENERGY SYSTEMS, vol. 25, no. 11, November 2015 (2015-11-01), pages 3004 - 3016, XP009192722, ISSN: 2050-7038, DOI: 10.1002/etep.2018 *
KOO DAN ET AL: "Towards Sustainable Water Supply: Schematic Development of Big Data Collection Using Internet of Things (IoT)", PROCEDIA ENGINEERING, vol. 118, 2015, pages 489 - 497, XP029271168, ISSN: 1877-7058, DOI: 10.1016/J.PROENG.2015.08.465 *
KYLE WILHOIT: "SCADA in the Cloud A Security Conundrum?", 31 December 2013 (2013-12-31), pages 1 - 11, XP055223954, Retrieved from the Internet <URL:http://www.trendmicro.com/cloud-content/us/pdfs/security-intelligence/white-papers/wp-scada-in-the-cloud.pdf> [retrieved on 20151027] *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019102077A1 (fr) 2017-10-26 2019-05-31 Harry Jean Claude Procédé, dispositif et méthode d'établissement d'une communication socksifiée, sécurisée, ségréguée, anonymisée dans un réseau basé sur le protocole ip (internet protocol) entre différents îlots analogues, transmis à travers un réseau de proxy socks et routé sur la base du « domain name space » / fqdn (fully qualified domain name )
EP3719646A1 (fr) * 2019-04-02 2020-10-07 Gamma-Digital Kft. Procédé de communication dans un système de commande de procédé distribué par réseau et système de commande de procédé distribué par réseau

Also Published As

Publication number Publication date
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