WO2021037378A1 - Verfahren zum automatischen markieren, cluster-arbeitsknoten, cluster, netzwerk, computerprogramm und computerlesbares medium - Google Patents

Verfahren zum automatischen markieren, cluster-arbeitsknoten, cluster, netzwerk, computerprogramm und computerlesbares medium Download PDF

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WO2021037378A1
WO2021037378A1 PCT/EP2019/073228 EP2019073228W WO2021037378A1 WO 2021037378 A1 WO2021037378 A1 WO 2021037378A1 EP 2019073228 W EP2019073228 W EP 2019073228W WO 2021037378 A1 WO2021037378 A1 WO 2021037378A1
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WO
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node
resource
cluster
detection module
assigned
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/073228
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English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Albrecht
Stephan Höme
Thomas Talanis
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F9/00—Arrangements for program control, e.g. control units
    • G06F9/06—Arrangements for program control, e.g. control units using stored programs, i.e. using an internal store of processing equipment to receive or retain programs
    • G06F9/46—Multiprogramming arrangements
    • G06F9/50—Allocation of resources, e.g. of the central processing unit [CPU]
    • G06F9/5061—Partitioning or combining of resources
    • G06F9/5072—Grid computing

Definitions

  • the invention relates to a method for automatically marking a working node of a cluster which is connected to an industrial network of a plant or machine.
  • the invention also relates to a cluster work node, a cluster, a network, a computer program and a computer-readable medium.
  • Container technology In the area of general IT, what is known as container technology has proven its worth.
  • Application containers are usually "encapsulated” units that can run independently of one another, no matter where they are. Similar to virtual machines, containers are a kind of container for applications in which they can run. While virtual machines map an entire computer environment, however, the containers usually only contain the important data that are required for the execution of the respective application or applications.
  • the container technologies and containerization make it possible in particular to pack software or application in a container that includes everything it needs to run, for example program code, runtime, system tools and / or system libraries.
  • the container technologies and containerization allow functions to be packaged, transported and finally rolled out in the operative area simply and conveniently.
  • Classic areas of use for containers are, for example, to conveniently package applications such as a database or a web front-end.
  • Examples of software for container virtualization / containerization are for example "Docker” or "rkt” (pronounced “rocket”, see for example https://coreos.com/rkt/ and https://www.docker.com or EP 3267 351 A1 to Docker).
  • An example of an orchestration system / tool or orchestration software for containers is given by "Kubernetes" (see for example https://kubernetes.io/ and https: //de.wikipedia .org / wiki / Kubernetes)
  • pods can be orchestrated, which represent the smallest unit that can be used.
  • a pod contains at least one container are used synonymously) run.
  • the cluster with its work nodes is usually controlled by one or more controllers or masters, in the case of Kubernetes via one or more so-called “Kubernetes masters", which are also (in each case) given or ( each) can be implemented on one of the working nodes
  • the working nodes of a cluster can be arranged spatially distributed.
  • Deployments define how many identical copies (containers) of a particular service are required then automatically distributed to the working nodes. In a first approximation, it is unimportant which specific work nodes handle the individual workloads, as long as the required number of containers - wherever - is provided. In contrast to this, DaemonSets describe that a service is provided on all working nodes. It is not the absolute number of containers that is important here, but the locations where the services must be provided. Such services are therefore specific to (working) nodes. It can only be specified in general whether one, two, ... containers of the same service have to be processed on each relevant node. Individual node-specific deviations are not provided.
  • Industrial clusters are usually in this case through a mixture of industrial edge devices industrial plants as well as other unspecific work nodes (possibly in a data center).
  • IT mechanisms can on the one hand avoid unnecessary duplicate developments in competition with IT and on the other hand help automation technology to benefit quickly and efficiently from IT innovations in the area of cluster / cloud technologies.
  • industrial clusters with industrial edges in addition to the models for workloads known from IT, there are also other use cases in which, for example, the specific workload is closely related to individual system components or equipment, particularly closely related to system-specific resources.
  • These can be, for example, OPC UA servers for system sensors and actuators with special hardware connections or virtual network functions (VNFs), such as a large number of cell-local NAT64 converters from the IPv6 company network distributed in a system to IPv4 automation devices.
  • VNFs virtual network functions
  • cluster working nodes can be provided with markers.
  • a (specialist) user who would like to set up the applications for an industrial edge can then also create markings manually.
  • markings can, for example, be stored in Cubernetes clusters in the form of so-called “labels” and “annotations” in the cluster configuration at “deployments” or (work) “nodes”. This can be done, for example, by editing so-called helmet charts or in user interfaces (UIs) prepared for this.
  • UIs user interfaces
  • these markers can be used for system resource-specific scheduling of workloads in a cluster.
  • the method should be able to be carried out without in-depth cluster and application knowledge on the part of the user and should be characterized by a low susceptibility to errors.
  • This object is achieved by a method for the automatic marking of a working node of a cluster that is connected to an industrial network of a plant or machine, in which
  • the detection module monitors whether the node has at least one resource of the system or machine, system resource,
  • the detection module in the event that it detects that the node has at least one system resource, automatically assigns a marker specific to the at least one system resource, resource marker, to the node, provided that no such marker has yet been assigned to the node, wherein the detection module accesses a proxy element that is present in particular in a cluster configuration for the node and assigns the resource marker to the proxy element, if not already present.
  • the detection module also serves, on the one hand, as a system resource detector. It records the system resources assigned to the node and, on the other hand, automatically stores associated resource markers, specifically on a representative element of the node concerned, which exists for the node in particular in a cluster configuration of the cluster.
  • the Treter elements can be, for example, mirror or node resources of the cluster configuration, as they are known, for example, from the Kubernetes world.
  • the storage of resource markers on the representative elements takes place fully automatically according to the invention, depending on the actual "plant resource locations" or the actual "plant resource expansion".
  • the resource markers automatically stored by the detection module are preferably markings at the cluster configuration level.
  • workloads that are connected to system resources can then be scheduled, which is also preferably automatic.
  • the cluster from which one or more nodes are marked in the manner according to the invention is connected to the industrial network of a plant or machine or takes part in this. It should be noted that not all nodes of the cluster have to be connected to the plant or machine network, but that this can only apply to some of the nodes (in the borderline case only to one node).
  • the automatic marking then takes place in particular only for those nodes that participate in the plant or machine network, since these in particular have plant resources.
  • Plant resources are in particular resources that belong to the plant or machine or that are assigned to the plant or machine. There are, for example, resources that are each formed by one or more devices, in particular automation devices, and / or one or more other components, in particular other automation components, and / or one or more areas, such as cell networks or the like, of the system or machine or which one or more devices, in particular automation devices, and / or one or more other components, in particular have other automation components and / or one or more areas of the system or machine. Plant resources can also be present, for example, in the form of plant or device equipment - including software-based equipment.
  • a work node has system resources, in particular specific system resources, can in particular mean that it has access to, in particular, specific system resources.
  • Resources assigned to the system or machine that is to say system resources, can be located directly at the respective node, for example by means of equipment-specific or machine-specific equipment, for example in the form of at least one particular or component assigned to the system or machine or a component thereof related hardware or software elements of the respective node itself are present, and / or also with or on devices / modules / elements / system parts separate from the respective node.
  • a node can, for example, have system resources (separate from it) because it has access to a device and / or a component and / or an area of the system / machine or with a device and / or a component and / or an area of the plant / machine (possibly directly) is connected, which or which or which represents a plant resource or in turn has plant resources.
  • system resources that may be present in a system / machine are at least one robot controller and / or at least one programmable logic controller.
  • a work node can, for example, have access to such components, possibly because the node is directly connected to them.
  • system resources include a network card as access, for example, to automation (sub) networks within manufacturing cells or a node-specific service, such as the programming API of a robot controller or the like.
  • a network card as access, for example, to automation (sub) networks within manufacturing cells or a node-specific service, such as the programming API of a robot controller or the like.
  • the or the respective detection module can determine or monitor, for example, which network interfaces and / or which USB devices the node has.
  • the IP stack for example, can be monitored for this purpose in particular.
  • An operating system can also report system resource-related events to the detection module.
  • the detection module can also send messages or Send out telegrams or cause the node to send out messages or telegrams that are received by existing or connected components and to which the components react with reply messages / answer telegrams.
  • a response message or a response telegram from a system or machine component can then also contain information about the specific design of the component, for example the information that it is a PLC.
  • a protocol that can be used for messages / telegrams that the (respective) detection modules send and can respond to the system or machine components with response messages is called Profinet DCP.
  • DCP stands for Discovery and Configuration Protocol.
  • not only one working node of a cluster is automatically specifically marked system resources in the manner according to the invention, but several, possibly all nodes of a cluster (at least all nodes that have system resources). Accordingly, several, possibly all, are preferred Each node of a cluster is assigned at least one detection module.
  • the or the respective detection module is preferably informed by the cluster system (such as Kubernetes) about the identity of the work node to which it is assigned or on which it is executed.
  • the proxy element of the node such as a (mirror) resource in the cluster configuration, belongs in particular to the identity.
  • the particular detection module or modules assigned to the node is particularly preferably provided on the node.
  • the respective detection module or modules can be implemented, for example, in software or in hardware or in a combination of software and hardware.
  • One or more detection modules can, for example, be implemented as software modules on a work node.
  • the detection modules may differ from one another.
  • different detection modules on the same and / or different nodes
  • a preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that two or more detection modules are assigned to the respective node, each of the detection modules preferably monitoring the respective node for a different type of system resource, and each of the detection modules (in the event that the respective type of system resource is available (assigns the representative element of the respective node a resource marker belonging to the respective type of system resource, provided that such a marker is attached to the representative element of the respective node Node does not yet exist.
  • a first detection module processes or evaluates operating system messages relating to inserted or removed USB devices and detects connected robot controls and the like by checking for known hardware USB identifiers.
  • a second detection module can then check the existing physical network interfaces of the (virtual) IP stacks, for example, at regular intervals.
  • a third detection module can send Profinet DCP detection telegrams from time to time and evaluate the DCP response telegrams received to determine whether certain Profinet devices are connected locally via Ethernet, such as drive controls (PLC) and so on.
  • PLC drive controls
  • the Profinet data records can be read out using the Profinet protocol and provide information about the hardware configuration of the respective device.
  • each of the detection modules also handles the deletion and / or updating of the resource markers belonging to those system resources for which the respective detection module is responsible .
  • the - or in the case of several - the respective detection module preferably uses at least one identified system resource or an identified system resource type to create or calculate the respective resource marker (s) assigned to the representative element becomes.
  • a detection module sends a message, such as a DCP Identify-All message, via all available physical network interfaces (ETH, ...) of the node. Then a period of time corresponding to the Profinet DCP is preferably waited for DCP identify responses from automation devices and such responses are received.
  • These identify responses preferably also contain information about the device manufacturer (for example SIEMENS) and the device type (controller, device) as well as device identifiers (for example MLFBs (machine-readable product designations) at SIEMENS with information about the device family).
  • the detection module can sort out all "uninteresting" answers in a preferred embodiment and retain a list of the devices searched for, for example the list of all PLC devices.
  • a is then stored in advance in the detection module Transformation rule from the detection module determines a suitable resource marker for each list entry, which can then be assigned to the representative element (such as a node resource).
  • the marker type here is "di.Siemens.com/plc” and the value or the list of values the respective AKZ (system identifier), which are taken over from the response telegrams by the so-called Profinet NoS (name of station).
  • the respective detection module or the respective detection module can preferably repeatedly, for example cyclically, determine or check which system resources the or the respective node has at its disposal.
  • the respective detection module or the respective detection module he knows that one or more system resources have disappeared, it deletes in a further particularly advantageous embodiment that or those resource markers that are assigned to the representative element for a no longer available system resource .
  • the respective detection module is preferably assigned to that or those resource markers that are assigned to the representative element for a changed system resource are, update.
  • resource markers are not only provided (for the first time), but these are also tracked by the (respective) detection module, in particular deleted again when system resources are lost and updated when changes are made. In this way, a fully automatic, dynamic adaptation of the resource marking of cluster work nodes to the actual current resource expansion can be guaranteed.
  • the (respective) detection module assigned to the node expediently has read and / or write access to the representative element of the node.
  • the (respective) detection module can use the read access to query the current status, in particular to determine whether and, if so, which resource markers are already provided on the deputy.
  • the write access enables the detection module to easily assign one or more resource markers to the deputy or to adapt, in particular update, one or more possibly already existing resource markers in the light of a change.
  • the resource markers that are assigned to the representative element of the respective node having system resources each include a first and a second part.
  • the first part indicates that the respective node has one or more of a specific system resource at its disposal
  • the second part lists all the system resources that the respective node has at its disposal.
  • a marker structure in particular enables other components or modules of a cluster configuration or orchestration system or tools, such as Kubernetes, for example a resource deployment controller, with the least possible load for the system or Tool to make the system resources from resourceful.
  • the first part can, for example, be in the form of a “label”, in particular a Kubernetes label, or include one.
  • the first part signals that a certain system resource is available one or more times at a node.
  • the configuration system can hereby filter very efficiently on the first part, in particular a label and its (restricted) values, without having to work or have to work with value lists (arrays).
  • Such a label can be, for example, "cellnetworks” or “cellnets” for short with the empty value ""; the existence of the label is sufficient here, the value, however, is irrelevant because the first part does not (yet) list the specific individual system resources.
  • the first part makes it possible, in particular, to use a cluster configuration system that does not allow any jokers in the names of Labein, as is usually the case with the previously known systems.
  • the second part of the (respective) resource marker can, for example, be in the form of an “annotation”, in particular Kubernes annotation, or contain such.
  • the second part of the resource marker preferably lists all system resources, especially since the aforementioned restrictions of known cluster configuration systems do not apply here.
  • the second part can have the same name as the first, but with a value. Suitable for the above example of "cellnets” with the empty value "" as In the first part (label), the second part can also include the name “cellnets”, for example with the value “ens33p0, ens42p66”.
  • the (respective) resource marker accordingly comprises at least one label, in particular Kubernetes label, and / or at least one annotation, in particular Kubernetes annotation.
  • a resource marker with a first part in the form of a (Kubernetes) label and a second part in the form of a (Kubernetes) annotation can then read, for example: kind: Node metadata: labels: di.siemens.com/cellnets: "" annotations: di.Siemens.com/cellnets: "ens33p0, ens42p66"
  • This purely exemplary resource marker could in particular be provided for cluster work nodes which have cell networks as system resources or to which cell networks (“cell nets") are assigned as system resources.
  • Cell networks are to be understood, in a manner previously known from the field of automation technology, in particular for individual production cells or networks / networks of individual production cells, of which an automation system or machine can comprise several.
  • the resource markers can, for example, list the specific names of the hardware network interfaces "ens33p0" and "ens42p66".
  • Resource markers in particular, can then be provided or used for one or more other types of system resources that contain other designations (belonging to the other resource types) in the first part, in particular have labels. Resource markers, which differ in their first parts, in particular in the labels, are preferably used for various types of system resources.
  • the or the respective detection module is or has been assigned to the node by a cluster orchestration system of the cluster.
  • Kubernetes is an example of this.
  • the or the respective detection module can in particular be a node-specific workload, preferably assigned to the node or set up on the node.
  • the or the respective detection module can itself be configured as a special node-specific workload in the cluster system (such as Kubernetes) and distributed to working nodes with previously known cluster mechanisms (such as from Kubernetes).
  • the or the respective detection module is or will be set up on the or on the respective node be preferably as a workload in the form of a container or pod.
  • the invention also relates to a cluster work node which is designed and / or set up to carry out the method according to the invention.
  • the cluster work node preferably comprises at least one detection module that is designed and / or set up for this purpose
  • a cluster work node can, for example, be a (separate) device or a (separate) hardware component.
  • a working node it is also possible for a working node to be present as a "software working node", for example in the form of a computer program or a computer program collection, which is installed on a device designed to execute it, such as a PC or other computing device or any other device.
  • a work node according to the invention can comprise at least one virtual machine (VM) or be given by one.
  • VM virtual machine
  • a work node can, for example, also be integrated into an automation component, such as a controller, or into another device, both in the form of hardware and software. It is also possible that a working node according to the invention is assigned to at least one automation component.
  • a cluster work node can also be provided by an appropriately set up industrial computer or PC or comprise one.
  • the working node is particularly preferably an edge device, in particular an industrial edge device.
  • An edge device is to be understood in particular as a device that performs the or at least one function of edge computing (for edge computing, see e.g. https://de.wikipedia.org/wiki/Edge_Computing).
  • An industrial edge device can be given, for example, by an industrial computer that performs an edge computing function.
  • the working node according to the invention is designed and / or set up in an advantageous embodiment in order to implement one or more of the features described above.
  • the cluster work node specified here also be further developed according to the dependent method claims and vice versa.
  • Another subject matter of the invention is a cluster comprising one or more working nodes, the cluster being designed and / or set up to carry out the method according to the invention.
  • the invention also relates to a network, in particular an industrial network, which comprises at least one working node according to the invention.
  • Another subject matter of the present invention is a computer program comprising program code means which, when the program is executed on at least one computer, cause the at least one computer to carry out the steps of the method according to the invention.
  • the invention relates to a computer-readable medium which comprises instructions which, when they are executed on at least one computer, cause the at least one computer to carry out the steps of the method according to the invention.
  • the computer-readable medium can be, for example, a CD-ROM or DVD or a USB or flash memory. It should be noted that a computer-readable medium should not be understood exclusively as a physical medium, but rather such a medium can also be present, for example, in the form of a data stream and / or a signal that represents a data stream.
  • FIG. 1 shows a purely schematic partial representation of an industrial network with a cluster with several cluster working nodes
  • Figure 2 shows an embodiment of an inventive
  • FIG. 3 shows a purely schematic partial representation of an industrial network with a cluster with several work accounts which have been marked in the manner according to the invention.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a cluster work node according to the invention, which comprises several detection modules.
  • FIG. 1 shows a purely schematic partial representation of an industrial network in which several working nodes 1 of a cluster 2 participate.
  • the nodes 1 are provided by industrial edge devices, specifically industrial PCs that take on an edge computing function.
  • nodes 1 can also be provided by virtual machines (VMs) that are implemented on a powerful industrial PC with several CPUs or on a blade PC, especially together with other elements and, for example, in an air-conditioned data center, etc.
  • VMs virtual machines
  • each of the working nodes 1 of the cluster 2 is connected to one or more cell networks 3, which represent plant resources.
  • work loads are to be set up for each of the cell networks 3, specifically in the form of containers, which in the illustrated embodiment relate to virtual network functions or implement virtual network functions.
  • each node 1 of the cluster 2 there is a representative element 4 in the cluster configuration, in particular in the cluster control plane. In the embodiment shown, these are given by mirror resources in the form of Kuebernetes node resources 4 .
  • the orchestration or configuration system or tool, which is used in the example described here for cluster 2, is accordingly Kubernetes. It should be noted that in FIG. 1 (exactly as in FIG. 3) the cluster control plane is shown above the solid line.
  • cluster working nodes 1 can be provided with markings or markers 5.
  • the manual deposit is indicated in Figure 1 by the hands shown schematically.
  • Such markers 5 can, for example, be stored in Kubernetes clusters in the form of so-called “labels” and “annotations” in the cluster configuration on representative elements 4 for the nodes 1, in particular node resources. This can happen, for example, by editing so-called helmet charts or in user interfaces (UIs) prepared for this purpose.
  • a container repository 6 is shown schematically in FIG.
  • Such a repository 6 is in particular a set of images of the same name with different tags, mostly versions. Images are, in particular, memory images of a container. An image is usually portable, can be saved in repositories 6 and shared with other users.
  • the markers 5 can be used for a system resource-specific scheduling of the workloads in an industrial cluster.
  • the present invention enables automatic storing, keeping up-to-date and removal of system resource-specific markers 5 in the cluster configuration.
  • a cluster 7 is used, the nodes 8 of which are exemplary cluster working nodes 8 according to the invention.
  • the cluster work nodes 8 are also given by industrial edge devices, although this is not to be understood as restrictive.
  • Such a node 8 is shown by way of example in an enlarged illustration in FIG. FIG. 3 shows the cluster 7, with - in analogy to FIG. 1 - only two of the cluster nodes 8 are shown here by way of example.
  • the nodes 8 of the cluster 7 each have a detection module 9.
  • the detection module 9 monitors whether the respective node 8 has at least one resource of the system or machine, system resource.
  • FIG. 2 shows, for example, that the two cell networks 3 are connected to the node 8.
  • a cell network 3 is connected to the further node 8 shown by way of example in FIG. 3 - in analogy to FIG. 1.
  • This node 8 accordingly has a cell network 3 that represents a plant resource.
  • the detection modules 9 are designed as software modules located on the respective node 8.
  • the two exemplary nodes 8 and other nodes 8 of the cluster 7 can alternatively or additionally have other system resources, for example automation components connected to the respective node 8, such as programmable logic controllers or the like, as well as (software-based) equipment of the respective node 8 itself or components connected to it, such as automation components.
  • System resources can also be available as node-specific services, for example in the form of a programming API for a robot controller or the like.
  • a marker specific to the at least one system resource 3, resource marker 5, is automatically assigned to the node 8. This only happens in the event that the node 8 has not yet been assigned such a marker 5.
  • the assignment of the marker 5 takes place in that the detection module 9 accesses the proxy element 4 present in the cluster configuration for the knot and the Substitute element 4 assigns the resource marker 5, if such a marker is not yet available there.
  • the respective detection module 9 is informed by the cluster system (such as Kubernetes) about the identity of the working node 8 to which it is assigned or on which it is being executed.
  • the representative element 4 of the respective node 8 belongs to the identity.
  • the following resource marker 5 is stored on the representative element, in this case the node resource 4: kind: Node metadata: labels: di.siemens. com / cellnets: "" annotations: di.Siemens.com/cellnets: "ens33p0, ens42p66"
  • This purely exemplary resource marker 5 is provided for cluster work nodes 8 which have two cell networks 3 as system resources or to which two cell networks 3 (“cell nets”) are assigned as system resources.
  • cluster work nodes 8 which have two cell networks 3 as system resources or to which two cell networks 3 (“cell nets”) are assigned as system resources.
  • cell nets two cell networks 3
  • specific names of the hardware network interfaces "ensllpO” and "ens42pp66” are listed, whereby this is also to be understood purely as an example.
  • the exemplary resource marker 5 comprises a first 5a and a second part 5b.
  • the first part 5a indicates that the node 8 has a certain system resource - specifically cell networks 3, which is indicated with "cellnets" - has one or more facilities, and the second part 5b lists all the system resources 3 that the Node 8 is available.
  • Such a marker structure in particular enables other components or modules of a cluster configuration ration or orchestration systems or tools, such as Kubernetes, such as a resource deployment controller, to locate the system resources with the least possible load for the system or tool.
  • the first part is present in the form of a "label", in particular special Kubernetes label 5a.
  • the configuration system can then filter very efficiently on the first part, in particular the label 5a and its (restricted) values, without having to work or have to work with lists of values (arrays).
  • the label 5a is here "cellnetworks" with the empty value; the existence of the label is sufficient here
  • the first part 5a makes it possible, in particular, to use a cluster configuration system that does not allow any wildcards in the name of Labein 5a, as is usually the case with the previously known systems, such as Kubernetes.
  • the second part of the resource marker 5 is here a Kubernetes annotation 5b. This can list the two cell networks, specifically their names or designations, in particular, since the aforementioned restrictions of known cluster configuration systems do not apply here.
  • the second part 5b can have the same name as the first, but with a value.
  • the second part can also include the name “cellnets”, for example with the value “ens33p0, ens42p66”.
  • the resource marker 5, which is assigned to the representative 4 of the node 8 by the detection module 9, is calculated or created beforehand by the detection module 9 on the basis of the system resources determined.
  • the above example marker was obtained in particular by using a (node-unique) name of a physical network interface such as "ens33p0" and ", ens42p66" assigned by the operating system as the values of the resource marker and "cellnets" as the type of the resource marker or "di.siemens.com/cellnets” was taken.
  • the NoS (Name of Station) of the respective PLC can be used as the value of the resource marker 5 and the type of marker (for the label) as "plc" or
  • the respective detection module 9 monitors the respective node 8 not only once for the availability of system resources 3, but repeatedly, in the present case cyclically.
  • the respective detection module 9 detects that one or more system resources 3 have disappeared from the respective node 8, it deletes from the configuration that or those resource markers 5 that belong to the representative element 4 for the omitted no) system resource (s) are also assigned again.
  • a "cleanup mechanism" is also implemented.
  • the respective detection module 9 detects a change in one or more system resources 3
  • the respective detection module 9 is the one or those resource markers 5 that the representative element 4 of the or the respective node 8 for a changed system resource 3 are assigned, update.
  • the detection module 9 has read and write access to the representative element 4 of the node 8 in the cluster configuration.
  • the respective detection module 9 can, for example, determine or monitor which network interfaces and / or which USB devices the node has.
  • the IP stack for example, can be monitored for this purpose in particular.
  • the detection module it is possible for the detection module to query a status or the status - for example a list - of an operating system present on the node. An operating system can also report system resource-related events to the detection module.
  • the detection module can also messages or Send out telegrams or cause the node to send out messages or telegrams that are received by existing or connected components and to which the components react with reply messages / reply telegrams.
  • a response message or a response telegram from a system or machine component can then also contain information about the specific design of the component, for example the Information that it is a PLC.
  • a protocol that can be used for messages / telegrams that the (respective) detection modules send and can respond to the system or machine components with response messages is called Profinet DCP.
  • DCP stands for Discovery and Configuration Protocol.
  • each of the detection modules 9 can monitor the node 8 for a different type of system resource and each of the detection modules 9 can provide the representative element 4 of the node 8 with a resource belonging to the respective type of system resource in the event that the respective type of system resource is available -Assign marker 5, provided that such is not yet available on the representative element 4 of the node. Then each of the detection modules 9 can also handle the deletion and updating of the resource markers 5 that belong to those system resources for which the respective detection module 9 is responsible.
  • the detection modules 9 can then also have different detection methods for the different system resources. Purely as an example, the detection of PLC resources based on the product IDs in Profinet DCP-Identify responses, as well as the detection of special technology modules by reading out Profinet data sets from Profinet devices after they have been recognized as a device via DCP-Identify.
  • the Profinet data records can be read out using the Profinet protocol and, in particular, provide information about the hardware expansion of the (respective) device.
  • the detection modules 9 are in turn node-specific workloads assigned to the respective node 8 and directed workloads on the respective node 8.
  • the respective detection module 9 is specifically configured as a node-specific workload in the cluster system (such as Kubernetes) and has been distributed to the working nodes 8 using previously known cluster mechanisms (such as from Kubernetes).
  • the respective detection module 9 is presently set up on the respective node 8 as a workload in the form of a container or pod.
  • the procedure according to the invention enables fully automatic marking and fully automatic keeping and also fully automatic deletion of resource markers on the basis of the current resource expansion.
  • This is shown - purely schematically - in Figure 3, in which the solid double arrows between the system resources 3 and the resource markers 5 on the representative elements 4 in the cluster configuration indicates the automatism.
  • the cluster 7 comprising the nodes 8 is also an exemplary embodiment of a cluster according to the invention which is designed and / or set up to carry out the method according to the invention.
  • the industrial network shown is an exemplary embodiment of a network according to the invention.
  • the invention has been illustrated and described in more detail by the preferred exemplary embodiment, the invention is not restricted by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the scope of protection of the invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Markieren eines Arbeitsknotens (8) eines Clusters (7), der mit einem industriellen Netzwerk einer Anlage oder Maschine verbunden ist, bei dem - dem Knoten (8) ein Detektionsmodul (9) zugeordnet ist oder wird, - das Detektionsmodul (9) überwacht, ob der Knoten (8) über wenigstens eine Ressource der Anlage oder Maschine, Anlagenressource (3), verfügt, - das Detektionsmodul (9) für den Fall, dass es erkennt, dass der Knoten (8) über wenigsten eine Anlagenressource (3) verfügt, dem Knoten (8) automatisch einen für die wenigstens eine Anlagenressource (3) spezifischen Marker, Ressourcen-Marker (5), zuordnet, sofern dem Knoten (8) noch kein solcher Marker (5) zugeordnet ist, wobei das Detektionsmodul (9) auf ein insbesondere in einer Cluster-Konfiguration für den Knoten (8) vorhandenes Stellvertreter-Element (4) zugreift und dem Stellvertreter-Element (4) den Ressourcen-Marker (5), sofern noch nicht vorhanden, zuordnet. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Cluster-Arbeitsknoten, einen Cluster, ein Netzwerk, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Medium.

Description

Beschreibung
Verfahren zum automatischen Markieren, Cluster-Arbeitsknoten, Cluster, Netzwerk, Computerprogramm und computerlesbares Medium
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Mar kieren eines Arbeitsknotens eines Clusters, der mit einem in dustriellen Netzwerk einer Anlage oder Maschine verbunden ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Cluster- Arbeitsknoten, einen Cluster, ein Netzwerk, ein Computerpro gramm und ein computerlesbares Medium.
Im Bereich der allgemeinen IT hat sich die so genannte Con tainer-Technologie bewährt. Anwendungs-Container stellen in der Regel "abgekapselte" Einheiten dar, die unabhängig von einander ausgeführt werden können, egal wo sie sich befinden. Ähnlich wie bei virtuellen Maschinen sind Container eine Art Behälter für Anwendungen, in denen diese laufen können. Wäh rend virtuelle Maschinen jedoch eine ganze Computerumgebung abbilden, enthalten die Container üblicherweise lediglich die wichtigen Daten, die für die Ausführung der jeweiligen Anwen dung bzw. Anwendungen benötigt werden.
Die Container-Technologien bzw. die Containerisierung ermög lichen es insbesondere, eine Software bzw. Anwendung in einem Container zu verpacken, der alles umfasst, was sie zum Laufen braucht, beispielsweise Programmcode, Laufzeit, System-Tools und/oder Systembibliotheken. Die Container-Technologien bzw. Containerisierung erlauben es, Funktionen einfach und bequem modular zu verpacken, zu transportieren und schließlich in den operativen Bereich auszurollen. Klassische Einsatzgebiete von Containern liegen beispielsweise darin Applikationen, et wa eine Datenbank oder einen Web-Front-End, bequem zu verpa cken. Beispiele für Software für die Container-Virtualisie- rung/Containerisierung sind etwa „Docker" oder "rkt" (gesprochen "rocket", siehe etwa https://coreos.com/rkt/ sowie https://www.docker.com bzw. EP 3267 351 Al zu Docker). Ein Beispiel für ein Orchestrierungssystem/-tool bzw. eine Orchestrierungs-Software für Container ist durch "Kubernetes" gegeben (siehe etwa https://kubernetes.io/ sowie https://de.wikipedia .org/wiki/Kubernetes)
Die allgemeine IT stellt heute eine Reihe von Mechanismen be reit, um in einem Cluster von Arbeitsrechnern (= Arbeitskno ten), die benötigten Arbeitslasten für Applikationen insbe sondere in Form von Containern auf die vorhandenen Knoten zu verteilen. Es sind (Container-)Orchestrierungs-Systeme, wie etwa Kubernetes, für Cluster aus Arbeitsknoten bekannt.
Mit Orchestrierungs-Systemen wie Kubernetes können insbeson dere sogenannte „Pods" orchestriert werden, welche die kleinste einsetzbare Einheit darstellen. Ein Pod beinhaltet wenigstens einen Container. Pods sind die Arbeiterprozesse, die auf „Nodes" (Arbeitsknoten/Knoten/Arbeitsrechner eines Clusters, Begriffe werden vorliegen synonym verwendet) lau fen.
Der Cluster mit seinen Arbeitsknoten wird dabei in der Regel von einem oder mehreren Controllern bzw. Mastern gesteuert, im Falle von Kubernetes über einen oder mehrere sogenannten „Kubernetes-Master", der/die auch (jeweils) durch einen der Arbeitsknoten gegeben bzw. (jeweils) auf einem der Arbeits knoten implementiert sein können. Die Arbeitsknoten eines Clusters können räumlich verteilt angeordnet sein.
Kubernetes kennt einerseits sogenannte „Deployments", ande rerseits „DaemonSets" für unterschiedliche Formen von Ar beitslasten.
Deployments definieren hierbei, wie viele identische Kopien (Container) eines bestimmten Dienstes benötigt werden, die dann automatisch auf die Arbeitsknoten verteilt werden. Hier bei ist in erster Näherung unwichtig, welche spezifischen Ar beitsknoten die einzelnen Arbeitslasten stemmen, solange die benötigte Anzahl an Containern - wo auch immer - bereitge stellt wird. Im Gegensatz dazu beschreiben DaemonSets, dass ein Dienst jeweils auf allen Arbeitsknoten bereitgestellt wird, hierbei ist nicht die absolute Anzahl der Container wichtig, sondern die Orte, an denen die Dienste erbracht wer den müssen. Solche Dienste sind also (Arbeits-) Knoten spezifisch. Dabei kann nur generell festgelegt werden, ob auf jedem zutreffenden Knoten jeweils ein, zwei, ...Container des gleichen Dienstes abgearbeitet werden müssen. Einzelne Kno ten-spezifische Abweichungen sind nicht vorgesehen.
Ein Übertragen dieser IT-Mechanismen für das Verwalten von Diensten (Containern) auf Cluster im industriellen Umfeld, sogenannte „industrielle Cluster", ist aus Sicht der Anmelde rin vielversprechend. Industrielle Cluster sind hierbei in der Regel durch eine Mischung aus Industrial Edge-Geräten in industriellen Anlagen sowie weiterer unspezifischer Arbeits knoten (eventuell in einem Rechenzentrum) gekennzeichnet.
Der Einsatz der IT-Mechanismen kann einerseits unnötige Dop pelentwicklungen in Konkurrenz zur IT vermeiden und anderer seits der Automatisierungstechnik helfen, zügig und effizient von IT-Innovationen im Bereich der Cluster/Cloud-Technologien zu profitieren. In industriellen Clustern mit Industrial Ed- ges finden sich jedoch neben den aus der IT bekannten Model len für Arbeitslasten auch weitere Anwendungsfälle, bei denen beispielsweise die konkrete Arbeitslast eng mit einzelnen An lagenbestandteilen oder Geräteausstattungen, insbesondere eng mit Anlage-spezifischen Ressourcen, zusammenhängt. Dieses können beispielsweise OPC UA-Server für Anlagen-Sensoren und -Aktoren mit speziellen Hardware-Anschaltungen oder auch vir tuelle Netzwerkfunktionen (VNFs) sein, wie etwa eine Vielzahl von in einer Anlage verteilter und jeweils Zellen-lokaler NAT64-Umsetzer vom IPv6-Firmennetz zu IPv4-Automatisierungs- geräten. Zwar könnte man einige industrielle Anwendungsfälle mit den bislang aus der allgemeinen IT bekannten Mechanismen grund sätzlich abbilden. Jedoch entsteht hierbei ein unter Umstän den hoher Installations- und Pflegeaufwand.
Es ist bekannt, dass Cluster-Arbeitsknoten mit Markierungen bzw. Markern versehen werden können. Ein (Fach-)Anwender, der die Applikationen beispielsweise für eine Industrial Edge einrichten möchte, kann dann zugleich auch manuell Markierun gen anlegen. Solche Markierungen können zum Beispiel in Ku- bernetes-Clustern in Form sogenannter „Label" und „Annotati ons" in der Cluster-Konfiguration an „Deployments" oder (Ar- beits-)„Nodes" hinterlegt werden. Dies kann beispielsweise durch Editieren sogenannter Helm-Charts geschehen oder auch in dafür vorbereiteten User Interfaces (UIs).
Diese Marker können nach Auffassung der Anwenderin für ein Anlagenressourcen-spezifischen Scheduling der Arbeitslasten in einem Cluster herangezogen werden.
Bei Änderungen am Hardware-Ausbau beispielsweise einer einen Cluster-Arbeitsknoten bildenden Industrial Edge, beispiels weise im Rahmen eines Umbaus oder einer Erweiterung einer An lage, muss der Anwender dann jedoch berücksichtigen, auch die Markierungen im Cluster-System korrekt nachzuführen. Die An melderin geht davon aus, dass diese manuelle Pflege ver gleichsweise aufwendig und ggf. fehleranfällig wäre.
Nach Auffassung der Anmelderin wäre es denkbar, dass sich An wender gegebenenfalls Shellskripte zur Automatisierung sol cher Aufgaben erstellen. Dies würde aber ein tiefes Cluster- und Anwendungswissen voraussetzen und deshalb oftmals fragil auf Änderungen reagieren. Zudem müsste der Anwender dann auch immer daran denken, die Shellskripte auch als Teil von Anla genumbauten tatsächlich auszuführen. Es wäre ein vereinfachtes und zumindest teilautomatisches Einrichten und Anpassen an die tatsächliche Anlagenkonfigura tion wünschenswert.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mittels dem Cluster-Arbeitsknoten auf vergleichsweise einfache Weise mit Anlagenressourcen-spezifi- schen Markern versehen werden können. Das Verfahren soll sich dabei ohne tiefes Cluster- und Anwendungswissen seitens der Anwender durchführen lassen und sich durch eine geringe Fehleranfälligkeit auszeichnen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum automati schen Markieren eines Arbeitsknotens eines Clusters, der mit einem industriellen Netzwerk einer Anlage oder Maschine ver bunden ist, bei dem
- dem Knoten ein Detektionsmodul zugeordnet ist oder wird,
- das Detektionsmodul überwacht, ob der Knoten über we nigstens eine Ressource der Anlage oder Maschine, Anla genressource, verfügt,
- das Detektionsmodul für den Fall, dass es erkennt, dass der Knoten über wenigsten eine Anlagenressource verfügt, dem Knoten automatisch einen für die wenigstens eine An lagenressource spezifischen Marker, Ressourcen-Marker, zuordnet, sofern dem Knoten noch kein solcher Marker zu geordnet ist, wobei das Detektionsmodul auf ein insbe sondere in einer Cluster-Konfiguration für den Knoten vorhandenes Stellvertreter-Element zugreift und dem Stellvertreter-Element den Ressourcen-Marker, sofern noch nicht vorhanden, zuordnet.
Das erfindungsgemäße vorgesehen Detektionsmodul dient mit an deren Worten einerseits als Anlagenressourcen-Detektor. Es erfasst die dem Knoten zugeordneten Anlagenressourcen und hinterlegt andererseits automatisch zugehörige Ressourcen- Marker, konkret an einem Stellvertreter-Element des betroffe nen Knotens, das für den Knoten insbesondere in einer Clus ter-Konfiguration des Clusters existiert. Bei den Stellver- treter-Elementen kann es sich beispielsweise um Spiegel- bzw. Knoten-Ressourcen (Node-Ressources) der Cluster-Konfiguration handeln, wie sie beispielsweise aus der Kubernetes-Welt vor bekannt sind. Das Hinterlegen von Ressource-Marker an den Stellvertreter-Elementen erfolgt erfindungsgemäß voll automa tisch in Abhängigkeit der tatsächlichen "Anlagenressourcenla gen" bzw. des tatsächlichen "Anlagenressourcen-Ausbaus ". Bei den automatisch vom Detektionsmodul hinterlegten Ressourcen- Markern handelt es sich bevorzugt um Markierungen auf Ebene der Cluster-Konfiguration.
Unter Verwendung der erfindungsgemäß automatisch Stellvertre ter-Elementen zugeordneten Ressourcen-Marker kann dann ein bevorzugt ebenfalls automatisches Scheduling von Arbeitslas ten erfolgen, die mit Anlagenressourcen in Verbindung stehen.
Der Cluster, von dem einer oder auch mehrere Knoten auf die erfindungsgemäße Weise markiert werden, ist mit dem industri ellen Netzwerk einer Anlage oder Maschine verbunden bzw. nimmt an diesem Teil. Es sei angemerkt, dass nicht zwingend alle Knoten des Clusters mit dem Anlagen- bzw. Maschinennetz werk verbunden sein müssen, sondern dies auch nur für einen Teil der Knoten (im Grenzfall nur für einen Knoten) gelten kann. Die automatische Markierung erfolgt dann insbesondere nur für solche Knoten, die an dem Anlagen- bzw. Maschinen netzwerk teilnehmen, da insbesondere diese über Anlagenres sourcen verfügen.
Anlagenressourcen sind insbesondere Ressourcen, die zu der Anlage oder Maschine gehören bzw. die der Anlage oder Maschi ne zugeordnet sind. Es sind beispielsweise Ressourcen, die jeweils von einem oder mehreren Geräten, insbesondere Automa tisierungsgeräten, und/oder einer oder mehreren anderen Kom ponenten, insbesondere anderen Automatisierungskomponente, und/oder einem oder mehreren Bereichen, etwa Zellnetzen oder dergleichen, der Anlage oder Maschine gebildet werden oder welche eines oder mehrere Geräte, insbesondere Automatisie rungsgeräte, und/oder eine oder mehrere andere Komponenten, insbesondere andere Automatisierungskomponenten, und/oder einer oder mehrere Bereiche der Anlage oder Maschine haben. Anlagenressourcen können beispielsweise auch in Form von An lagen- bzw. Geräteausstattung(en) - auch Software-basierter Ausstattung - vorliegen.
Dass ein Arbeitsknoten über Anlagenressourcen, insbesondere spezifische Anlagenressourcen verfügt kann insbesondere be deuten, dass er Zugriff auf insbesondere spezifische Anlagen ressourcen hat. Der Anlage oder Maschine zugeordnete Ressour cen, also Anlagenressourcen, können direkt bei dem jeweiligen Knoten liegen, etwa durch eine insbesondere Anlagen- bzw. Ma- schinen-spezifische Ausstattung beispielsweise in Form we nigstens eines insbesondere der Anlage oder Maschine oder einer Komponente dieser zugeordneten oder damit in Beziehung stehenden Hardware- oder Software-Elements des jeweiligen Knotens selber vorliegen, und/oder auch bei bzw. auf von dem jeweiligen Knoten separaten Geräten/Modulen/Elementen/An- lagenteilen.
Ein Knoten kann beispielsweise über (von ihm separate) Anla genressourcen verfügen, weil er Zugriff auf ein Gerät und/oder eine Komponente und/oder einen Bereich der Anla ge/Maschine hat bzw. mit einem Gerät und/oder einer Komponen te und/oder einem Bereich der Anlage/Maschine (ggf. direkt) verbunden ist, welches bzw. welche bzw. welcher eine Anlagen ressource darstellt bzw. seiner-/ihrerseits Anlagenressourcen hat. Als Beispiele für Anlagenressourcen, die in einer Anla ge/Maschine vorhanden sein können, seien wenigstens eine Ro botersteuerung und/oder wenigstens eine speicherprogrammier bare Steuerung genannt. Auf solche Komponenten kann ein Ar beitsknoten beispielsweise Zugriff haben, ggf., weil der Kno ten direkt mit diesen verbunden ist. Als weitere Beispiele von Anlagenressourcen sei eine Netzwerkkarte als Zugang bei spielsweise zu Automatisierungs(teil)netzwerken innerhalb von Fertigungszellen oder auch ein Knoten-spezifischer Service, wie beispielsweise die Programmier-API einer Robotersteuerung oder dergleichen genannt. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie die Überwachung auf die Verfügbarkeit einer (oder mehrerer) Anlagenressource(n) durch das bzw. das jeweilige Detektionsmodul erfolgt. Das bzw. das jeweilige Detektionsmodul kann beispielsweise ermit teln bzw. überwachen, welche Netzwerk-Schnittstellen und/oder welche USB-Geräte der Knoten aufweist. Insbesondere hierfür kann beispielsweise der IP-Stack überwacht werden. Weiterhin alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Detekti onsmodul einen bzw. den Stand - etwa eine Liste - eines auf dem Knoten vorhandenen Betriebssystems abfragt. Ein Betriebs system kann dem Detektionsmodul auch Anlagenressourcen-bezo- gene Ereignisse melden. Insbesondere für das ermitteln ange schlossener (Teil-/Sub-/Zell-)Netzwerke bzw. angeschlossener Anlagen- bzw. Maschinenkomponenten, etwa Automatisierungsge räte, wie speicherprogrammierbare Steuerungen (abgekürzt SPS bzw. PLC) oder dergleichen, kann das Detektionsmodul auch Nachrichten bzw. Telegramme aussenden bzw. den Knoten dazu veranlassen, Nachrichten bzw. Telegramme auszusenden, die von vorhandenen bzw. angeschlossenen Komponenten empfangen werden und auf welche die Komponenten mit Antwortnachrichten/Ant worttelegrammen reagieren. In einer Antwortnachricht bzw. einem Antworttelegramm einer Anlagen- bzw. Maschinenkompo nente können dann auch Informationen über die konkrete Aus gestaltung der Komponente enthalten sein, beispielsweise die Information, dass es sich um eine SPS handelt. Rein beispiel haft sei für ein Protokoll, auf welches für Nachrichten/Tele gramme, die das (jeweilige) Detektionsmodule senden und auf die Anlagen- bzw. Maschinenkomponenten mit Antwortnachrichten reagieren können, zurückgegriffen werden kann, Profinet DCP genannt. DCP steht dabei für Discovery and Configuration Protocol.
Bevorzugt wird nicht nur ein Arbeitsknoten eines Clusters auf die erfindungsgemäße Weise automatisch Anlagenressourcen spezifisch markiert sondern mehrere, ggf. alle Knoten eines Clusters (zumindest alle Knoten, die über Anlagenressourcen verfügen). Entsprechend ist bevorzugt mehreren, ggf. allen Knoten eines Clusters jeweils wenigstens ein Detektionsmodul zugeordnet.
Das bzw. das jeweilige Detektionsmodul ist bevorzugt durch das Cluster-System (etwa Kubernetes) über die Identität des Arbeitsknotens informiert, dem es zugeteilt ist, beziehungs weise auf dem es ausgeführt wird. Insbesondere zu der Identi tät gehört das Stellvertreter-Element des Knotens, etwa eine (Spiegel-) Ressource in der Cluster-Konfiguration.
Das oder das jeweilige dem Knoten zugeordnete Detektionsmodul ist besonders bevorzugt auf dem Knoten vorgesehen. Das oder das jeweilige Detektionsmodul kann beispielsweise in Software oder in Hardware oder in einer Kombination aus Software und Hardware implementiert sein. Eines oder mehrere Detektionsmo- dule können beispielsweise als Software-Module auf einem Ar beitsknoten implementiert sein.
Kommen mehrere Detektionsmodule zum Einsatz, kann es sein, dass sich die Detektionsmodule voneinander unterscheiden. Insbesondere können für verschiedene (Arten von) Anlagenres sourcen verschiedene Detektionsmodule (auf dem gleichen und/oder verschiedenen Knoten) vorgesehen sein.
Selbstverständlich ist es möglich, dass mehr als ein Detekti onsmodul auf einem Knoten zum Einsatz kommt. So zeichnet sich eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah rens dadurch aus, dass dem bzw. dem jeweiligen Knoten zwei oder mehr Detektionsmodule zugeordnet sind, wobei jedes der Detektionsmodule den bzw. den jeweiligen Knoten bevorzugt auf eine andere Art von Anlagenressource überwacht, und jedes der Detektionsmodule (für den Fall der Verfügbarkeit der jeweili gen Art von Anlagenressource (dem Stellvertreter-Element des bzw. des jeweiligen Knotens einen zu der jeweiligen Art von Anlagenressource gehörigen Ressourcen-Marker zuordnet, sofern ein solcher an dem Stellvertreter-Element des bzw. des jewei ligen Knotens noch nicht vorhanden ist. Insbesondere für den Fall, dass mehre Detektionsmodule auf dem gleichen Knoten zum Einsatz kommen, ist bevorzugt vorge sehen, dass die Detektionsmodule über unterschiedliche Erken nungsmethoden insbesondere für unterschiedliche Anlagenres sourcen verfügen. Rein beispielhaft sei in diesem Zusammen hang genannt, dass ein erstes Detektionsmodul Betriebssystem- Meldungen bezüglich angesteckter oder abgezogener USB-Geräte verarbeitet bzw. auswertet und über das Abprüfen auf bekannte Hardware-USB-Kennungen angeschlossene Roboter-Steuerungen, und dergleichen erkennt. Ein zweites Detektionsmodul kann dann beispielsweise in regelmäßigen Abständen die vorhandenen physikalischen Netzwerkschnittstellen der (virtuellen) IP- Stacks überprüfen. Ein drittes Detektionsmodul kann von Zeit zu Zeit Profinet DCP-Erkennungstelegramme senden und die da raufhin empfangenen DCP-Antworttelegramme dahingehend auswer ten, ob bestimmte Profinet-Geräte lokal per Ethernet ange schlossen sind, wie Antriebssteuerungen (SPS) und so weiter. Es ist auch möglich, das spezielle Technologiebaugruppen durch Auslesen von Profinet-Datensätzen aus Profinet-Geräten erkannt werden. Ein solches Auslesen kann insbesondere erfol gen, nachdem diese per DCP-Identify als Gerät/Device erkannt wurden. Die Profinet-Datensätze können per Profinet-Protokoll ausgelesen werden und geben Auskunft über den Hardware-Ausbau des jeweiligen Gerätes.
Sind einem Knoten mehrere Detektionsmodule zugeordnet, die für verschiedene Arten von Anlagenressourcen zuständig sind, ist bevorzugt vorgesehen, dass jedes der Detektionsmodule auch das Löschen und/oder Aktualisieren der Ressourcen-Marker abwickelt, die zu denjenigen Anlagenressourcen gehören, für die das jeweilige Detektionsmodul zuständig ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung erstellt bzw. berech net das - bzw. im Falle mehrerer - das jeweilige Detektions modul bevorzugt anhand wenigstens einer ermittelten Anlagen ressource bzw. eines ermittelten Anlagenressourcen-Typs den oder den jeweiligen Ressourcen-Marker, der dem Stellvertre ter-Element zugeordnet wird. Rein beispielhaft sei genannt, dass ein Detektionsmodul eine Nachricht, etwa DCP Identify-All-Nachricht über alle verfüg baren physikalischen Netzwerk-Schnittstellen (ETH, ...) des Knotens sendet. Daraufhin wird bevorzugt eine entsprechend des Profinet DCP gemäße Zeitspanne auf DCP-Identify-Antworten von Automatisierungsgeräten gewartet und solche werden emp fangen. Diese Identify-Antworten enthalten bevorzugt u.a. auch Informationen über den Geräte-Hersteller (beispielsweise SIEMENS) und den Gerätetypus (Controller, Device) sowie Gerä- te-Kennungen (beispielsweise MLFBs (Maschinenlesbare Fabrika tebezeichnungen) bei SIEMENS mit Informationen über die Gerä tefamilie). Anhand dieser Informationen (bspw. MLFB) kann das Detektionsmodul in bevorzugter Ausgestaltung alle „uninteres santen" Antworten aussortieren und eine Liste der gesuchten Geräte zurückbehalten, beispielsweise die Liste aller PLC- Geräte. In besonders bevorzugter Ausgestaltung wird dann mit Hilfe einer im Detektionsmodul vorab hinterlegten Transforma tionsregel von den Detektionsmodul für jeden Listeneintrag ein geeigneter Ressourcen-Marker bestimmt, der dann dem Stellvertreter-Element (etwa einer Knoten-Ressource) zugeord net werden kann. Beispielsweise ist der Markertyp hierbei „di.Siemens.com/plc" und der Wert bzw. die Liste der Werte die jeweiligen AKZ (Anlagen-Kennzeichen), die durch den soge nannten Profinet NoS (Name of Station) aus den Antworttele grammen übernommen werden.
Das bzw. das jeweilige Detektionsmodul kann bevorzugt wieder holt, etwa zyklisch, ermitteln bzw. prüfen, über welche Anla genressourcen der bzw. der jeweilige Knoten verfügt.
Für den Fall, dass das oder das jeweilige Detektionsmodul er kennt, dass eine oder mehrere Anlagenressourcen weggefallen sind, löscht es in weiterer besonders vorteilhafter Ausge staltung denjenigen oder diejenigen Ressourcen-Marker, der oder die dem Stellvertreter-Element für eine weggefallene An lagenressource zugeordnet sind. In analoger Weise wird für den Fall, dass das oder das jewei lige Detektionsmodul eine Änderung bei einer oder mehreren Anlagenressourcen erkennt, das oder das jeweilige Detektions modul bevorzugt denjenigen oder diejenigen Ressourcen-Marker, der oder die dem Stellvertreter-Element für eine geänderte Anlagenressource zugeordnet sind, aktualisieren.
Gemäß diesen Ausgestaltungen ist nicht nur eine (erstmalige) automatische Vergabe von Ressourcen-Markern vorgesehen, son dern diese werden von dem (jeweiligen) Detektionsmodul auch nachgeführt, insbesondere bei Wegfall von Anlagenressourcen wieder gelöscht sowie bei Änderungen aktualisiert. So kann eine vollautomatische, dynamische Anpassung der Ressourcen- Markierung von Cluster-Arbeitsknoten an den tatsächlichen ak tuellen Ressourcen-Ausbau erzielt gewährleistet werden.
Das (jeweilige) dem Knoten zugeordnete Detektionsmodul hat zweckmäßiger Weise lesenden und/oder schreibenden Zugriff auf das Stellvertreter-Element des Knotens. Durch den lesenden Zugriff kann das (jeweilige) Detektionsmodul den aktuellen Status abfragen, insbesondere ermitteln ob, und wenn ja, wel che Ressourcen-Marker bereits an dem Stellvertreter vorgese hen sind. Der schreibende Zugriff ermöglicht es, dass das De tektionsmodul dem Stellvertreter auf einfache Weise einen oder mehrere Ressourcen-Marker zuordnet bzw. einen oder meh rerer ggf. bereits vorhandene Ressourcen-Marker im Lichte einer Änderung anpasst, insbesondere aktualisiert.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Ressourcen-Marker, die dem Stellvertreter-Element des bzw. des jeweiligen über Anlagenressourcen verfügenden Knoten zugeordnet werden, jeweils einen ersten und einen zweiten Teil umfassen.
Dann gilt weiter bevorzugt, dass der erste Teil angibt, dass der jeweilige Knoten über eine bestimmte Anlagenressource ein- oder mehrfach verfügt, und der zweite Teil alle Anlagen ressourcen, über die der jeweilige Knoten verfügt, auflistet. Eine solcher Marker-Aufbau ermöglicht es insbesondere anderen Komponenten bzw. Modulen eines Cluster-Konfigurations- bzw. - Orchestrierungs-Systems bzw. -Tools, wie Kubernetes, etwa einem Ressourcen-Deployment-Controller, bei möglichst gerin ger Last für das System bzw. Tool die Anlagenressourcen aus findig zu machen.
Der erste Teil kann beispielsweise in Form eines "Labels", insbesondere Kubernetes-Labels gegeben sein bzw. ein solches umfassen. Der erste Teil signalisiert dabei, dass eine be stimmte Anlagenressource ein oder mehrfach an einem Knoten bereitsteht. Das Konfigurationssystem kann hierbei sehr effi zient auf den ersten Teil, insbesondere ein Label und dessen (eingeschränkte) Werte filtern, ohne dass es mit Wertelisten (Arrays) arbeitet bzw. arbeiten muss.
Ein solches Label kann beispielsweise "cellnetworks" bzw. kurz "cellnets" mit dem leeren Wert "" sein; es genügt hier bei bereits die Existenz des Labels, der Wert hingegen ist unerheblich, da mit dem ersten Teil die konkreten einzelnen Anlagenressourcen (noch) nicht aufgeführt werden.
Über den ersten Teil wird es insbesondere möglich, ein Clus ter-Konfigurationssystem zu nutzen, welches keine Joker in den Namen von Labein erlaubt, wie es bei den vorbekannten Systemen in der Regel der Fall ist.
Der zweite Teil des (jeweiligen) Ressourcen-Markers kann bei spielsweise in Form einer "Annotation", insbesondere Kuberne- tes-Annotation vorliegen bzw. eine solche umfassen. Der zwei te Teil des Ressourcen-Markers listet bevorzugt alle Anlagen ressourcen auf, insbesondere, da hier die vorgenannten Rest riktionen bekannter Cluster-Konfigurationssystems entfallen.
Der zweite Teil kann beispielsweise den gleichen Namen umfas sen, wie der erste, jedoch mit einem Wert. Passend zum vorge nannten Beispiel von "cellnets" mit dem leeren Wert "" als erstem Teil (Label) kann der zweite Teil ebenfalls den Namen „cellnets" etwa mit dem Wert „ens33p0,ens42p66" umfassen.
In weiterer besonders vorteilhafter Ausgestaltung umfasst der (jeweilige) Ressourcen-Marker entsprechend wenigstens ein La bel, insbesondere Kubernetes-Label, und/oder wenigstens eine Annotation, insbesondere Kubernetes-Annotation.
Ein Ressourcen-Marker mit einem ersten Teil in Form eines (Kubernetes-)Labels und einem zweiten Teil in Form einer (Ku- bernetes-)Annotation kann dann beispielsweise lauten: kind: Node metadata: labels: di.siemens.com/cellnets: "" annotations: di.Siemens.com/cellnets: "ens33p0,ens42p66"
Dieser rein beispielhafte Ressourcen-Marker könnte insbeson dere für Cluster-Arbeitsknoten vorgesehen sein, die Zellnetze als Anlagenressource besitzen bzw. denen Zellennetze ("cell nets") als Anlagenressource zugeordnet sind. Unter Zellnetzen sind dabei in aus dem Bereich der Automatisierungstechnik vorbekannter Weise insbesondere einzelne Produktionszellen bzw. Netze/Netzwerke einzelner Produktionszellen, von denen eine Automatisierungsanlage bzw. -maschine mehrere umfassen kann, zu verstehen.
Im Fall von als Industrial Edge mit zwei Zellennetzwerken ge gebenen Cluster-Knoten beispielsweise können die Ressourcen- Marker zum Beispiel die konkreten Namen der Hardware-Netz werkschnittstellen "ens33p0" und "ens42p66" aufführen.
Für eine oder mehrere andere Arten von Anlagenressourcen kön nen dann insbesondere Ressourcen-Marker vorgesehen sein bzw. verwendet werden, die andere (zu der bzw. zu jeweils den an deren Ressourcenarten gehörige) Bezeichnungen im ersten Teil, insbesondere Label, aufweisen. Bevorzugt kommen für verschie dene Arten von Anlagenressourcen Ressourcen-Marker zum Ein satz, die sich in ihren ersten Teilen, insbesondere in den Labein, unterscheiden.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird oder wurde das oder das jeweilige Detektionsmodul dem Knoten von einem Cluster-Orchestrierungs-System des Clusters zugeordnet. Als Beispiel für ein solches sei Kubernetes ge nannt.
Das bzw. das jeweilige Detektionsmodul kann insbesondere sei nerseits eine Knoten-spezifische, bevorzugt dem Knoten zuge wiesene bzw. auf dem Knoten eingerichtete Arbeitslast sein. Das bzw. das jeweilige Detektionsmodul kann selber als insbe sondere Knoten-spezifische Arbeitslast im Cluster-System (et wa Kubernetes) konfiguriert und mit vorbekannten Cluster- Mechanismen (etwa von Kubernetes) auf Arbeitsknoten verteilt werden oder worden sein. Das bzw. das jeweilige Detektionsmo dul ist bzw. wird auf dem bzw. auf dem jeweiligen Knoten be vorzugt als Arbeitslast in Form eines Containers bzw. Pods eingerichtet.
Die Erfindung betrifft auch einen Cluster-Arbeitsknoten, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet und/oder eingerichtet ist. Der Cluster-Arbeitsknoten umfasst bevorzugt wenigstens ein Detektionsmodul, das dazu ausgebil det und/oder eingerichtet ist
- zu überwachen, ob der Knoten über wenigstens eine Anla genressource verfügt, und um
- für den Fall, dass es erkennt, dass der Knoten über we nigsten eine Anlagenressource verfügt, dem Knoten auto matisch einen für die wenigstens eine Anlagenressource spezifischen Marker, Ressourcen-Marker, zuzuordnen, so fern dem Knoten noch kein solcher Marker zugeordnet ist, wobei die Zuordnung erfolgt, indem das Detektionsmodul auf ein insbesondere in einer Cluster-Konfiguration für den Knoten vorhandenes Stellvertreter-Element zugreift und dem Stellvertreter-Element den Ressourcen-Marker, sofern noch nicht vorhanden, zuordnet.
Bei einem Cluster-Arbeitsknoten kann es sich beispielsweise um ein (separates) Gerät bzw. eine (separate) Hardware-Kompo nente handeln. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass ein Arbeitsknoten als "Software-Arbeitsknoten" vorliegt, etwa in Form eines Computerprogrammes bzw. einer Computerprogramm- Sammlung, die auf einer zu dessen/deren Ausführung ausgebil deten Einrichtung, etwa einem PC oder einer anderen Rechen einrichtung oder einem beliebigen anderen Gerät, abgelegt ist.
Ein erfindungsgemäßer Arbeitsknoten kann wenigstens eine vir tuelle Maschine (VM) umfassen oder durch eine solche gegeben sein. Ein Arbeitsknoten kann beispielsweise auch in eine Au tomatisierungskomponente, etwa eine Steuerung, oder in ein anderes Gerät integriert sein, dies sowohl in Form von Hard ware- als auch Software. Es ist auch möglich, dass eine er findungsgemäßer Arbeitsknoten wenigstens einer Automatisie rungskomponente zugeordnet ist. Ein Cluster-Arbeitsknoten kann auch durch einen entsprechend eingerichteten Industrie- Computer bzw. -PC gegeben sein bzw. einen solchen umfassen.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Arbeitsknoten um ein Edge-Gerät, insbesondere Industrial-Edge-Gerät. Unter einem Edge-Gerät ist insbesondere ein Gerät zu verstehen, welches die bzw. wenigstens eine Funktion des Edge-Computings ausführt (zum Edge-Computing siehe z.B. https://de.wikipedia.org/wiki/Edge_Computing). Ein Industri al-Edge-Gerät kann beispielsweise durch einen Industrie-Com puter gegeben sein, der eine Edge-Computing Funktion aus führt.
Der erfindungsgemäße Arbeitsknoten ist in vorteilhafter Aus gestaltung ausgebildet und/oder eingerichtet, um eines oder mehrere der vorstehend beschriebenen Merkmale zu realisieren. Insbesondere kann der hier angegebene Cluster-Arbeitsknoten auch entsprechend der abhängigen Verfahrensansprüche weiter gebildet sein und umgekehrt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Cluster umfas send einen oder mehrere Arbeitsknoten, wobei der Cluster zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet und/oder eingerichtet ist.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus auch ein insbesondere industrielles Netzwerk, das wenigstens einen erfindungsgemä ßen Arbeitsknoten umfasst.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogramm umfassend Programmcode-Mittel, die bei der Ausführung des Programms auf wenigstens einem Computer den wenigstens einen Computer veranlassen, die Schritte des er findungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein computerlesbares Medium, das Instruktionen umfasst, die, wenn sie auf wenigs tens einem Computer ausgeführt werden, den wenigstens einen Computer veranlassen, die Schritte des erfindungsgemäßen Ver fahrens durchzuführen.
Bei dem computerlesbaren Medium kann es sich beispielsweise um eine CD-ROM oder DVD oder einen USB oder Flash Speicher handeln. Es sei angemerkt, dass unter einem computerlesbaren Medium nicht ausschließlich ein körperliches Medium zu ver stehen sein soll, sondern ein solches beispielswiese auch in Form eines Datenstromes und/oder eines Signals, welches einen Datenstrom repräsentiert, vorliegen kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wer den anhand der nachfolgenden Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeich nung deutlich. Darin ist Figur 1 eine rein schematische Teildarstellung eines in dustriellen Netzwerkes mit einem Cluster mit mehre ren Cluster-Arbeitsknoten;
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Cluster-Arbeitsknotens sowie dessen Stellvertreter- Element in der Cluster-Konfiguration in rein sche matischer Darstellung;
Figur 3 eine rein schematische Teildarstellung eines in dustriellen Netzwerkes mit einem Cluster mit mehre ren Arbeitskonten, die auf erfindungsgemäße Weise markiert wurden; und
Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungs gemäßen Cluster-Arbeitsknoten, der mehrere Detekti- onsmodule umfasst.
Die Figur 1 zeigt eine rein schematische Teildarstellung eines industriellen Netzwerkes, an dem mehrere Arbeitsknoten 1 eines Clusters 2 teilnehmen. Die Knoten 1 sind vorliegend durch Industrial-Edge-Geräte, konkret Industrie-PCs, die eine Edge-Computing-Funktion übernehmen, gegeben. Alternativ dazu können Knoten 1 auch durch virtuelle Maschinen (VMs) gegeben sein, die etwa auf einem leistungsfähigen Industrie-PC mit mehreren CPUs oder auf einem Blade-PC insbesondere zusammen mit anderen Elementen und beispielsweise in einem klimati sierten Rechenzentrum etc. implementiert sind.
Es sei angemerkt, dass in der Teildarstellung nur beispiel haft zwei der Arbeitsknoten 1 des Cluster 2 dargestellt sind, und dieser noch weitere Arbeitsknoten aufweisen 1 kann bzw. aufweist. Darüber hinaus können an dem industriellen Netzwerk in an sich bekannter Weise noch weitere Komponenten teilneh men, bzw. nehmen in an sich bekannter Weise noch weitere Kom ponenten teil, etwa Automatisierungskomponenten in Form von Steuerungen, wie PLCs, IO-Geräten, HMI-Panels und so weiter. Jeder der beiden dargestellten Arbeitsknoten 1 ist mit einem oder mehreren Zellennetzwerken 3 verbunden, welche Anlagen ressourcen darstellen.
Auf den Knoten 1 sollen - für jedes der Zellennetzwerke 3 Ar beitslasten eingerichtet werden, konkret in Form von Contai nern, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel virtuel len Netzwerkfunktionen betreffen bzw. virtuelle Netzwerkfunk tionen realisieren.
Für jeden Knoten 1 des Clusters 2 existiert in der Cluster- Konfiguration, insbesondere in der Cluster-Control-Plane, ein Stellvertreter-Element 4. Bei dem dargestellten Ausführungs beispiel sind diese durch Spiegel-Ressourcen in Form von Ku- bernetes Node Ressouces 4 gegeben. Das Orchestrierungs- bzw. Konfigurations-System bzw. -Tool, welches bei dem hier be schriebenen Beispiel für den Cluster 2 verwendet wird, ist entsprechend Kubernetes. Es sei angemerkt, dass in der Figur 1 (genau wie in Figur 3) oberhalb der durchgezogenen Linie die Cluster-Control-Plane dargestellt ist.
Es ist bekannt, dass Cluster-Arbeitsknoten 1 mit Markierungen bzw. Markern 5 versehen werden können. Ein (Fach-)Anwender, der die Applikationen beispielsweise für einen Knoten 1 in Form einer Industrial Edge einrichten möchte, kann dann zu gleich auch manuell Marker 5 anlegen. Die manuelle Hinterle gung ist in Figur 1 durch die schematisch dargestellten Hände angedeutet.
Solche Marker 5 können zum Beispiel in Kubernetes-Clustern in Form sogenannter „Label" und „Annotations" in der Cluster- Konfiguration an Stellvertreter-Elementen 4 für die Knoten 1, insbesondere Node Ressources, hinterlegt werden. Dies kann beispielsweise durch Editieren sogenannter Helm-Charts ge schehen oder auch in dafür vorbereiteten User Interfaces (UIs). Es sei angemerkt, dass in der Figur 1 neben den Stellvertre ter-Elementen 4 auf der Cluster-Kontroll-Ebene ein Container- Repository 6 schematisch dargestellt ist. Bei einem solchen Repository 6 handelt es sich insbesondere um einen Satz gleichnamiger Images mit verschiedenen Tags, zumeist Versio nen. Images sind insbesondere Speicherabbilder eines Contai ners. Ein Image ist in der Regel portabel, kann in Reposito- ries 6 gespeichert und mit anderen Nutzern geteilt werden.
Aus einem Image können immer mehrere Container gestartet wer den. Zu Images und Repositories siehe beispielsweise auch https://de.wikipedia .org/wiki/Docker_ (Software)).
Die Marker 5 können nach Auffassung der Anmelderin für ein Anlagenressourcen-spezifischen Scheduling der Arbeitslasten in einem industriellen Cluster herangezogen werden.
Bei Änderungen am Hardware-Ausbau beispielsweise einer einen Cluster-Arbeitsknoten bildenden Industrial Edge, beispiels weise im Rahmen eines Umbaus oder einer Erweiterung einer An lage, muss der Anwender dann jedoch berücksichtigen, auch die Markierungen im Cluster-System korrekt nachzuführen. Die An melderin geht davon aus, dass diese manuelle Pflege ver gleichsweise aufwendig und ggf. fehleranfällig wäre.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein automatisches Hin terlegen, aktuell Halten und Entfernen von Anlagenressourcen spezifische Markern 5 in der Cluster-Konfiguration.
Dafür kommt anstelle des in Figur 1 dargestellten, konventio nellen Clusters 2 ein Cluster 7 zum Einsatz, dessen Knoten 8 Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßen Cluster-Arbeitsknoten 8 sind. Bei dem hier beschriebenen Beispiel sind die Cluster- Arbeitsknoten 8 ebenfalls durch Industrial Edge Geräte gege ben, wobei dies nicht einschränkend zu verstehen ist. Ein solcher Knoten 8 ist beispielhaft in vergrößerter Darstellung in Figur 2 gezeigt. Die Figur 3 zeigt den Cluster 7, wobei - in Analogie zu Figur 1 - hier nur zwei der Cluster-Knoten 8 beispielhaft gezeigt sind. Die Knoten 8 des Clusters 7 weisen jeweils ein Detektionsmo dul 9 auf. Das Detektionsmodul 9 überwacht, ob der jeweilige Knoten 8 über wenigstens eine Ressource der Anlage oder Ma schine, Anlagenressource, verfügt. In der Figur 2 ist bei spielhaft dargestellt, dass an den Knoten 8 die zwei Zell netzwerke 3 angeschlossen sind. Diese stellen jeweils eine Anlagenressource dar, über die der Knoten 8 verfügt. An den in Figur 3 beispielhaft gezeigten weiteren Knoten 8 ist - in Analogie zu Figur 1 - ein Zellnetzwerk 3 angeschlossen. Die ser Knoten 8 verfügt entsprechend über ein eine Anlagenres source darstellendes Zellnetzwerk 3. Die Detektionsmodule 9 sind bei dem hier beschriebenen Beispiel als auf dem jeweili gen Knoten 8 befindliche Software-Module ausgebildet.
Es sei angemerkt, dass die beiden beispielhaft dargestellten Knoten 8 sowie weitere Knoten 8 des Clusters 7 alternativ oder zusätzlich über andere Anlagenressourcen verfügen kön nen, beispielsweise an den jeweiligen Knoten 8 angeschlossene Automatisierungskomponente, wie speicherprogrammierbare Steu erungen oder dergleichen, sowie (softwarebasierte) Geräteaus stattung des jeweiligen Knotens 8 selber oder daran ange schlossener Komponenten, etwa Automatisierungskomponenten. Anlagenressourcen können auch als Knoten-spezifische Services vorliegen, etwa in Form einer Programmier-API einer Roboter steuerung oder dergleichen.
Für den Fall, dass das Detektionsmodul 9 des jeweiligen Kno tens erkennt, dass der jeweilige Knoten 8 über wenigsten eine Anlagenressource 3 verfügt, wird dem Knoten 8 automatisch ein für die wenigstens eine Anlagenressource 3 spezifischer Mar ker, Ressourcen-Marker 5, zugeordnet. Dies geschieht nur in dem Falle, dass dem Knoten 8 noch kein solcher Marker 5 zuge ordnet ist.
Die Zuordnung des Markers 5 erfolgt dabei, indem das Detekti onsmodul 9 auf das in der Cluster-Konfiguration für den Kno ten vorhandenes Stellvertreter-Element 4 zugreift und dem Stellvertreter-Element 4 den Ressourcen-Marker 5 zuordnet, sofern ein solcher dort noch nicht vorhanden ist.
Das bzw. das jeweilige Detektionsmodul 9 ist vorliegend durch das Cluster-System (etwa Kubernetes) über die Identität des jenigen Arbeitsknotens 8 informiert, dem es zugeteilt ist be ziehungsweise auf dem es ausgeführt wird. Insbesondere zu der Identität gehört das Stellvertreter-Element 4 des jeweiligen Knotens 8.
Für den in Figur 2 beispielhaft gezeigten Knoten 8 mit den zwei Zellnetzwerken 3 wird bei dem hier beschriebenen Bei spiel folgender Ressourcen-Marker 5 an dem Stellvertreter- Element, vorliegend der Node Resource 4 abgelegt: kind: Node metadata: labels: di.siemens.com/cellnets: "" annotations: di.Siemens.com/cellnets: "ens33p0,ens42p66"
Dieser rein beispielhafte Ressourcen-Marker 5 ist für Clus- ter-Arbeitsknoten 8 vorgesehen, die zwei Zellnetze 3 als An lagenressource besitzen bzw. denen zwei Zellennetze 3 ("cell nets") als Anlagenressource zugeordnet sind. Für diese sind die konkreten Namen der Hardware-Netzwerkschnittstellen "ensllpO" bzw. "ens42pp66" aufgelistet, wobei auch dies rein beispielhaft zu verstehen ist.
Der beispielhafte Ressourcen-Marker 5 umfasst dabei einen ersten 5a und einen zweiten Teil 5b. Dabei gibt der erste Teil 5a an, dass der Knoten 8 über eine bestimmte Anlagenres source - konkret Zellnetzwerke 3, was mit "cellnets" angege ben ist - ein- oder mehrfach verfügt, und der zweite Teil 5b listet alle Anlagenressourcen 3, über die der Knoten 8 ver fügt, auf. Eine solcher Marker-Aufbau ermöglicht es insbeson dere anderen Komponenten bzw. Modulen eines Cluster-Konfigu- rations- bzw. -Orchestrierungs-Systems bzw. -Tools, wie Kubernetes, etwa einem Ressourcen-Deployment-Controller, bei möglichst geringer Last für das System bzw. Tool die An lagenressourcen ausfindig zu machen.
Der erste Teil ist vorliegend in Form eines "Labels", insbe sondere Kubernetes-Labels 5a gegeben. Das Konfigurationssys tem kann dann sehr effizient auf den ersten Teil, insbesonde re das Label 5a und dessen (eingeschränkte) Werte filtern, ohne dass es mit Wertelisten (Arrays) arbeitet bzw. arbeiten muss. Das Label 5a ist hier "cellnetworks" mit dem leeren Wert es genügt hierbei bereits die Existenz des Labels
5a, der Wert hingegen ist unerheblich, da mit dem ersten Teil die konkreten einzelnen Anlagenressourcen 3 (noch) nicht auf geführt werden.
Über den ersten Teil 5a wird es insbesondere möglich, ein Cluster-Konfigurationssystem zu nutzen, welches keine Joker in den Namen von Labein 5a erlaubt, wie es bei den vorbekann ten Systemen, etwa Kubernetes, in der Regel der Fall ist.
Der zweite Teil des Ressourcen-Markers 5 ist hier eine Kuber- netes-Annotation 5b. Diese kann die beiden Zellnetzwerke, konkret deren Namen bzw. Bezeichnungen auflisten, insbesonde re, da hier die vorgenannten Restriktionen bekannter Cluster- Konfigurationssystems entfallen.
Der zweite Teil 5b kann, wie bei dem gezeigten Beispiel, den gleichen Namen umfassen, wie der erste, jedoch mit einem Wert. Passend zu dem Beispiel "cellnets" mit dem leeren Wert "" als erstem Teil (Label) 5a kann der zweite Teil ebenfalls den Namen „cellnets" etwa mit dem Wert „ens33p0,ens42p66" um fassen.
Der Ressourcen-Marker 5, der dem Stellvertreter 4 des Knotens 8 von dem Detektionsmodul 9 zugeordnet wird, wird von dem De tektionsmodul 9 zuvor anhand der ermittelten Anlagenressour cen berechnet bzw. erstellt. Der vorstehenden Beispiel-Marker wurde insbesondere erhalten, indem ein vom Betriebssystem vergebener (Knoten-eindeutiger) Name einer physikalischen Netzwerk-Schnittstelle wie „ens33p0" und ",ens42p66" als Werte des Ressourcen-Markers und als Typ des Ressourcen-Markers „cellnets" bzw. "di.siemens.com/cellnets" genommen wurde.
Für speicherprogrammierbare Steuerungen als Anlagenressourcen beispielsweise kann der NoS (Name of Station) der jeweiligen SPS als Wert des Ressourcen-Markers 5 verwendet und der Typ des Markers (für das Label) als „plc" bzw.
"di.Siemens.com/plc" genommen werden.
Das bzw. das jeweilige Detektionsmodul 9 überwacht den jewei ligen Knoten 8 nicht nur einmal auf die Verfügbarkeit von An lagenressourcen 3, sondern wiederholt, vorliegend zyklisch.
Es ermittelt bzw. prüft also zyklisch, über welche Anlagen ressourcen 3 der bzw. der jeweilige Knoten 8 verfügt.
Für den Fall, dass das bzw. das jeweilige Detektionsmodul 9 erkennt, dass eine oder mehrere Anlagenressourcen 3 an dem bzw. dem jeweiligen Knoten 8 weggefallen sind, löscht es Aus gestaltung denjenigen oder diejenigen Ressourcen-Marker 5, der oder die dem Stellvertreter-Element 4 für die weggefalle nein) Anlagenressource(n) zugeordnet sind auch wieder. Es ist also auch ein "Aufräummechanismus" realisiert.
In analoger Weise wird für den Fall, dass das oder das jewei lige Detektionsmodul 9 eine Änderung bei einer oder mehreren Anlagenressourcen 3 erkennt, das oder das jeweilige Detekti onsmodul 9 denjenigen oder diejenigen Ressourcen-Marker 5, der oder die dem Stellvertreter-Element 4 des bzw. des jewei ligen Knotens 8 für eine geänderte Anlagenressource 3 zuge ordnet sind, aktualisieren.
Mit anderen Worten ist nicht nur eine (erstmalige) automati sche Vergabe von Ressourcen-Markern 5 vorgesehen, sondern diese werden von dem (jeweiligen) Detektionsmodul 9 auch nachgeführt, insbesondere bei Wegfall von Anlagenressourcen 3 wieder gelöscht sowie bei Änderungen aktualisiert. In der Figur 2 ist das erstmalige Anlegen, das Löschen sowie das Aktualisieren durch einen das beispielhaft gezeigte Detekti onsmodul 9 durch den Stellvertreter 4 verbindenden Doppel pfeil angedeutet.
Für das Erstmalige Anlegen, das Löschen und die Aktualisie rung von Ressourcen-Markern 5 hat das Detektionsmodul 9 lesenden und schreibenden Zugriff auf das Stellvertreter- Element 4 des Knotens 8 in der Cluster-Konfiguration.
Es sei angemerkt, dass es prinzipiell gibt verschiedene Mög lichkeiten gibt, wie die Überwachung auf die Verfügbarkeit einer (oder mehrerer) Anlagenressource(n) 3 durch das bzw. das jeweilige Detektionsmodul 9 erfolgt. Das bzw. das jewei lige Detektionsmodul 9 kann beispielsweise ermitteln bzw. überwachen, welche Netzwerk-Schnittstellen und/oder welche USB-Geräte der Knoten aufweist. Insbesondere hierfür kann beispielsweise der IP-Stack überwacht werden. Weiterhin al ternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Detektions modul einen bzw. den Stand - etwa eine Liste - eines auf dem Knoten vorhandenen Betriebssystems abfragt. Ein Betriebssys tem kann dem Detektionsmodul auch Anlagenressourcen-bezogene Ereignisse melden. Insbesondere für das ermitteln angeschlos sener (Teil-/Sub-/Zell-)Netzwerke bzw. angeschlossener Anla gen- bzw. Maschinenkomponenten, etwa Automatisierungsgeräte, wie speicherprogrammierbare Steuerungen (abgekürzt SPS bzw. PLC) oder dergleichen, kann das Detektionsmodul auch Nach richten bzw. Telegramme aussenden bzw. den Knoten dazu veran lassen, Nachrichten bzw. Telegramme auszusenden, die von vor handenen bzw. angeschlossenen Komponenten empfangen werden und auf welche die Komponenten mit Antwortnachrichten/Ant worttelegrammen reagieren. In einer Antwortnachricht bzw. einem Antworttelegramm einer Anlagen- bzw. Maschinenkompo nente können dann auch Informationen über die konkrete Aus gestaltung der Komponente enthalten sein, beispielsweise die Information, dass es sich um eine SPS handelt. Rein beispiel haft sei für ein Protokoll, auf welches für Nachrichten/Tele gramme, die das (jeweilige) Detektionsmodule senden und auf die Anlagen- bzw. Maschinenkomponenten mit Antwortnachrichten reagieren können, zurückgegriffen werden kann, Profinet DCP genannt. DCP steht dabei für Discovery and Configuration Protocol.
Natürlich ist es möglich, dass einem Knoten 8 nicht nur eines, sondern zwei oder mehr Detektionsmodule 9 zugeordnet sind. Dies ist beispielhaft in Figur 4 dargestellt, welche rein schematisch einen Knoten 8 mit zwei Detektionsmodulen 9 zeigt (weitere Aspekte, u.a. Anlagenressourcen sind in dieser stark vereinfachten Figur nicht nochmals dargestellt). Dann kann jedes der Detektionsmodule 9 den Knoten 8 auf eine ande re Art von Anlagenressource überwachen und jedes der Detekti onsmodule 9 für den Fall der Verfügbarkeit der jeweiligen Art von Anlagenressource dem Stellvertreter-Element 4 des Knotens 8 einen zu der jeweiligen Art von Anlagenressource gehörigen Ressourcen-Marker 5 zuordnen, sofern ein solcher an dem Stellvertreter-Element 4 des Knotens noch nicht vorhanden ist. Dann kann auch jedes der Detektionsmodule 9 das Löschen und Aktualisieren der Ressourcen-Marker 5 abwickeln, die zu denjenigen Anlagenressourcen gehören, für die das jeweilige Detektionsmodul 9 zuständig ist.
Die Detektionsmodule 9 können dann auch über unterschiedliche Erkennungsmethoden für die unterschiedlichen Anlagenressour cen verfügen. Rein beispielhaft sei hier die Erkennung von PLC-Ressourcen anhand der Produktkennungen in Profinet DCP- Identify-Antworten genannt, sowie das Erkennen spezieller Technologiebaugruppen durch Auslesen von Profinet-Datensätzen aus Profinet-Devices, nachdem diese per DCP-Identify als De vice erkannt wurden. Die Profinet-Datensätze können per Pro- finet-Protokoll ausgelesen werden und geben insbesondere Aus kunft über den Hardware-Ausbau des (jeweiligen) Gerätes. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die De- tektionsmodule 9 ihrerseits Knoten-spezifische, dem jeweili gen Knoten 8 zugewiesene und auf dem jeweiligen Knoten 8 ein gerichtete Arbeitslasten. Das bzw. das jeweilige Detektions modul 9 ist konkret selber als Knoten-spezifische Arbeitslast im Cluster-System (etwa Kubernetes) konfiguriert und mit vor bekannten Cluster-Mechanismen (etwa von Kubernetes) auf die Arbeitsknoten 8 verteilt worden. Das jeweilige Detektionsmo dul 9 ist vorliegend auf dem jeweiligen Knoten 8 als Arbeits last in Form eines Containers bzw. Pods eingerichtet.
Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise wird ein vollauto matisches Markieren sowie vollautomatisches aktuell Halten und auch ein voll automatisches Löschen von Ressourcen-Mar- kern anhand des aktuellen Ressourcenausbaus möglich. Dies ist - rein schematisch - in Figur 3 gezeigt, in der die durchge zogenen Doppelpfeile zwischen den Anlagenressourcen 3 und den Ressourcen-Markern 5 an den Stellvertreter-Elementen 4 in der Cluster-Konfiguration den Automatismus andeutet.
Die Ressourcen-Marker 5, welche von dem jeweiligen Detekti onsmodul 9 dem Knoten-Stellvertreter-Element 4 automatisch, ohne dass es eines Tätigwerdens eines Benutzers bedarf, zuge wiesen wurden und auch immer aktuell gehalten werden, können verwendet werden, um ein bevorzugt ebenfalls automatisches Scheduling von Arbeitslasten, die mit Anlagenressourcen 3 in Verbindung stehen, abzuwickeln. Da in der Cluster-Konfigura tion markiert ist, welcher Knoten 8 über welche Anlagen ressourcen verfügt, kann ein Anlagenressourcen-spezifisches Scheduling erfolgen.
Der die Knoten 8 umfassende Cluster 7 ist ferner ein Ausfüh rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Clusters, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet und/oder eingerichtet ist.
Das gezeigte industrielle Netzwerk ist ein Ausführungsbei spiel eines erfindungsgemäßen Netzwerkes. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge- schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum automatischen Markieren eines Arbeitsknotens (8) eines Clusters (7), der mit einem industriellen Netzwerk einer Anlage oder Maschine verbunden ist, bei dem
- dem Knoten (8) ein Detektionsmodul (9) zugeordnet ist oder wird,
- das Detektionsmodul (9) überwacht, ob der Knoten (8) über wenigstens eine Ressource der Anlage oder Maschine, Anlagenressource (3), verfügt,
- das Detektionsmodul (9) für den Fall, dass es erkennt, dass der Knoten (8) über wenigsten eine Anlagenressource (3) verfügt, dem Knoten (8) automatisch einen für die wenigstens eine Anlagenressource (3) spezifischen Mar ker, Ressourcen-Marker (5), zuordnet, sofern dem Knoten (8) noch kein solcher Marker (5) zugeordnet ist, wobei das Detektionsmodul (9) auf ein insbesondere in einer Cluster-Konfiguration für den Knoten (8) vorhandenes Stellvertreter-Element (4) zugreift und dem Stellvertre ter-Element (4) den Ressourcen-Marker (5), sofern noch nicht vorhanden, zuordnet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Knoten (8) zwei oder mehr Detektionsmodule (9) zugeordnet sind, wobei jedes der Detektionsmodule (9) den Knoten bevor zugt auf eine andere Art von Anlagenressource (3) überwacht, und jedes der Detektionsmodule (9) für den Fall der Verfüg barkeit der jeweiligen Art von Anlagenressource (3) dem Stellvertreter-Element (4) des Knotens (8) einen zu der je weiligen Art von Anlagenressource (3) gehörigen Ressourcen- Marker (5) zuordnet, sofern ein solcher an dem Stellvertre ter-Element (4) des Knotens (8) noch nicht vorhanden ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsmodule (9) über unterschiedliche Erkennungsme thoden für Anlagenressourcen (3) verfügen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder das jeweilige dem Knoten (8) zugeordnete Detektions modul (9) auf dem Knoten (8) vorgesehen ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder das jeweilige Detektionsmodul (9) den oder den je weiligen Ressourcen-Marker (5), den es dem Stellvertreter- Element (4) zuordnet, erstellt bzw. berechnet.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder das jeweilige Detektionsmodul (9) auf das Stellver treter-Element des Knotens (8) lesenden und schreibenden Zu griff hat.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder das jeweilige Detektionsmodul (9) dem Knoten (8) von einem Cluster-Orchestrierungs-System des Clusters zugeordnet wird oder wurde.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Ressource-Marker (5), die dem Stellvertreter- Element (4) des Knotens von dem oder dem jeweiligen Detekti onsmodul (9) zugeordnet werden einen ersten und einen zweiten Teil (5a, 5b) umfassen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (5a) angibt, dass der Knoten (8) über eine be stimmte Anlagenressource (3) ein- oder mehrfach verfügt, und der zweite Teil (5b) alle Anlagenressourcen (3), über die der Knoten (8) verfügt, auflistet.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (5a) wenigstens ein Label, insbesondere Kuber- netes-Label, und der zweite Teil (5b) wenigstens eine Annota tion, insbesondere Kubernetes-Annotation, umfasst oder dadurch gebildet wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder das jeweilige Detektionsmodul (9) den Knoten (8) wiederholt, insbesondere zyklisch, auf die Verfügbarkeit von Anlagenressourcen (3) überwacht und für den Fall, dass das oder das jeweilige Detektionsmodul (9) erkennt, dass eine oder mehrere Anlagenressourcen (3) weggefallen sind, denjeni gen oder diejenigen Ressourcen-Marker (5), der oder die dem Stellvertreter-Element (4) für eine weggefallene Anlagenres source (3) zugeordnet sind, löscht.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder das jeweilige Detektionsmodul (9) den Knoten (8) wiederholt, insbesondere zyklisch, auf die Verfügbarkeit von Anlagenressourcen (3) überwacht und für den Fall, dass das oder das jeweilige Detektionsmodul (9) eine Änderung bei einer oder mehreren Anlagenressourcen (3) erkennt, denjenigen oder diejenigen Ressourcen-Marker (5), der oder die dem Stellvertreter-Element (4) für eine geänderte Anlagenres source (3) zugeordnet sind, aktualisiert.
13. Cluster-Arbeitsknoten (8), der zur Durchführung des Ver fahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet und/oder eingerichtet ist.
14. Cluster-Arbeitsknoten (8) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Knoten wenigstens ein Detektionsmodul (9) umfasst, das dazu ausgebildet und/oder eingerichtet ist
- zu überwachen, ob der Knoten (8) über wenigstens eine Anlagenressource verfügt, und um
- für den Fall, dass es erkennt, dass der Knoten (8) über wenigsten eine Anlagenressource (3) verfügt, dem Knoten (8) automatisch einen für die wenigstens eine Anlagen ressource (3) spezifischen Marker, Ressourcen-Marker (5), zuzuordnen, sofern dem Knoten (8) noch kein solcher Marker (5) zugeordnet ist, wobei die Zuordnung erfolgt, indem das Detektionsmodul (9) auf ein insbesondere in einer Cluster-Konfiguration für den Knoten (8) vorhande nes Stellvertreter-Element (4) zugreift und dem Stell vertreter-Element (4) den Ressourcen-Marker (5), sofern noch nicht vorhanden, zuordnet.
15. Cluster-Arbeitsknoten (8) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Knoten (8) zwei oder mehr Detektionsmodule (9) aufweist, wobei jedes der Detektionsmodule (9) dazu ausgebildet und/oder eingerichtet ist, den Knoten (8) auf eine andere Art von Anlagenressource (3) zu überwachen, und um für den Fall der Verfügbarkeit der jeweiligen Art von Anlagenressource (3) dem Stellvertreter-Element (4) einen zu der jeweiligen Art von Anlagenressource (3) gehörigen Ressourcen-Marker (5) zu zuordnen, sofern ein solcher an dem Stellvertreter-Element (4) noch nicht vorhanden ist.
16. Cluster (7) umfassend wenigstens einen Arbeitsknoten (8) nach einem der Ansprüche 13 bis 15.
17. Netzwerk umfassend wenigstens einen Arbeitsknoten (8) nach einem der Ansprüche 13 bis 15.
18. Computerprogramm umfassend Programmcode-Mittel, die bei der Ausführung des Programms auf wenigstens einem Computer den wenigstens einen Computer veranlassen, die Schritte der Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.
19. Computerlesbares Medium, das Instruktionen umfasst, die, wenn sie auf wenigstens einem Computer ausgeführt werden, den wenigstens einen Computer veranlassen, die Schritte des Ver fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.
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