СПОСОБ УСТАНОВЛЕНИЯ БЕСПЕРЕБОЙНОГО СОЕДИНЕНИЯ СВЯЗИ И УСТРОЙСТВО СВЯЗИ Российский патент 2017 года по МПК G05B19/418 H04L12/02 

Промышленные системы автоматизации служат для контроля, управления и регулирования технических процессов, в частности, в области автоматизации производства, технологических процессов и зданий, и обеспечивают режим работы устройств управления, датчиков, машин и промышленных установок, который должен осуществляться по возможности автономно и независимо от человеческого вмешательства. Ввиду постоянно растущего значения информационной техники для систем автоматизации, которые охватывают многочисленные объединенные в сети управляющие или вычислительные блоки, все большее значение приобретают способы для надежного предоставления распределенных по системе автоматизации функций для обеспечения функций контроля, управления и регулирования.

Прерывания соединений связи между вычислительными блоками промышленной системы автоматизации или приборами автоматизации могут привести к нежелательным или ненужным повторениям передачи служебных запросов. Это вызывает дополнительную загрузку соединений связи промышленной системы автоматизации, что может привести к дополнительным системным нарушениям или неисправностям. Кроме того, не переданные или не полностью переданные сообщения могут, например, воспрепятствовать переходу или нахождению промышленной системы автоматизации в надежном рабочем состоянии. Это может в конечном счете привести к выходу из строя всей производственной установки и к связанному с издержками простою производства. Особая проблема в промышленных системах автоматизации вытекает из коммуникации с относительно большим числом относительно коротких сообщений, из-за чего вышеописанные проблемы усиливаются.

В EP 1 770 458 A2 описана промышленная система автоматизации с по меньшей мере одним блоком управления с программируемой памятью, в которой предусмотрен блок конфигурирования для конфигурирования блока управления и для оповещения о его доступности в сеть связи. Блок конфигурирования присваивает блоку управления однозначный адрес сети связи, который может представлять собой, например, IPv6-адрес. Таким способом блок управления может автоматически приводиться в действие.

Из более ранней европейской патентной заявки EP 14171757.9 известен способ назначения адресов сети связи для сетевых пользователей сегментированной сети с несколькими подсетями. Подсети через маршрутизатор подсетей подключены к соединяющей их сборной сети. При этом маршрутизаторы подсетей посредством обмена распределенными по сборной сети сообщениями маршрутизаторов децентрализованным способом определяют общее адресное пространство, и внутри адресного пространства устанавливаются адреса сети связи для сетевых пользователей.

Особенно IPv6-сетях связи изменения адресов сети связи в рамках “сетевой перенумерации”, в принципе, являются предусмотренными процессами. К тому же IPv6-устройства связи могут одновременно обращаться с несколькими присвоенными адресами сети связи, которые, соответственно, имеют определенный срок действия. При существующем защищенном соединении между устройством связи внутри промышленной сети связи и устройством связи вне промышленной сети связи изменение адреса сети связи одного из обоих устройств связи может привести к временному прерыванию, которое может повлечь за собой дальнейшие нарушения.

В более ранней европейской патентной заявке EP 14185907.4 описан способ установления защищенного соединения связи с устройством связи, соединенным с промышленной системой автоматизации, при котором устанавливается защищенное соединение связи между первым устройством связи и вторым устройством связи через незащищенную первую частичную сеть. Защищенное соединение связи может быть, например, туннелем виртуальной частной сети. Второе устройство связи дополнительно подключено к защищенной второй частичной сети, которая ассоциирована с промышленной системой автоматизации. Соотнесенный с вторым устройством связи блок контроля проверяет, является ли действительным новый адрес сети связи, присвоенный второму устройству связи для соединения с первой частичной сетью.

В соответствии с описанным в европейской патентной заявке EP 14185907.4 способом блок контроля передает при смене адреса сети связи, ассоциированного с вторым устройством связи для соединения с первой частичной сетью, и еще существующем защищенном соединении связи между первым и вторым устройством связи оповещение о смене адреса через существующее защищенное соединение связи на первое устройство связи. При приеме оповещения о смене адреса первое устройство связи вводит установление дополнительного защищенного соединения связи между первым и вторым устройством связи через первую частичную сеть. Как только дополнительное защищенное соединение связи установлено и подготовлено, первое устройство связи завершает переключение от существующего защищенного соединения связи на дополнительное защищенное соединение связи.

Таким образом, в основе настоящего изобретения лежит задача создать простой в реализации способ для установки бесперебойного соединения связи, который обеспечивает по существу непрерывную работу при изменениях адресов сети связи во время существующих соединений, а также предложить подходящие устройства для его осуществления.

Эта задача в соответствии с изобретением решается способом с признаками, приведенными в пункте 1 формулы изобретения, и устройством связи с признаками, приведенными в пункте 18 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно соответствующему изобретению способу установления бесперебойного соединения связи с устройством связи, которое ассоциировано с промышленной системой автоматизации, устанавливается первое соединение связи между первым устройством связи и вторым устройством связи в соответствии с протоколом управления передачей с применением первого адреса сети связи, ассоциированного с первым устройством связи. Как первое устройство связи, так и второе устройство связи или только одно из обоих устройств связи могут быть ассоциированы с промышленной системой автоматизации. Ассоциированный с первым устройством связи блок контроля проверяет на основе протокола разрешения имен, является ли действительным второй адрес сети связи, ассоциированный с первым устройством связи. Блок контроля может, например, быть интегрирован в первое устройство связи, в маршрутизатор, ассоциированный с первым устройством связи, или в шлюз, ассоциированный с первым устройством связи.

В соответствии с изобретением блок контроля инициирует при ассоциировании второго действительного адреса сети связи и существующего первого соединения связи установление дополнительного второго соединения связи между ассоциированным с первым устройством связи функциональным блоком транспортировки и коммутации и вторым устройством связи. Первое соединение связи или второе соединение связи могут, например, устанавливаться в соответствии с ориентированным на соединение протоколом управления соединением, в частности, в соответствии с протоколом управления передачей (TCP). Предпочтительным образом, функциональный блок транспортировки и коммутации включает в себя многоканальную TCP-функциональность. Ассоциированный с первым устройством связи функциональный блок транспортировки и коммутации устанавливает второе соединение связи с применением ассоциированного с первым устройством связи второго адреса сети связи. Первое соединение связи при успешной установке второго соединения связи отменяется.

Соответствующий изобретению способ обеспечивает возможность прозрачного, бесконфликтного использования многоканальных TCP/IP-соединений при “сетевой перенумерации” посредством выполняющихся на обоих устройствах связи управляющих программ, не требуя при этом дополнительных мер на уровне приложения или сессии или мер для установления защищенных соединений связи, таких как VPN-туннель (виртуальной частной сети). В частности, при этом могут использоваться агрегируемые провайдером IPv6-адреса, так что отпадает необходимость в независимых от провайдера IPv6-адресах, которые не обязательно предоставляются в распоряжение каждому пользователю. Кроме того, соответствующий изобретению способ за счет применения получивших признание концепций, таких как многоканальный TCP и динамическая система доменных имен (Dynamic DNS), может быть реализован относительно просто и может интегрироваться в существующую инфраструктуру.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления соответствующего изобретению способа функциональный блок транспортировки и коммутации выполнен и предназначен для обработки стека Интернет-протоколов. В частности, функциональный блок транспортировки и коммутации может быть интегрирован в первое устройство связи и через адаптер-драйвер сети связи может получать доступ к адаптеру сети связи первого устройства связи. При этом адаптер сети связи может, например, включать в себя приемопередающий блок и блок управления для координации доступа к среде связи.

В соответствии с альтернативным выполнением соответствующего изобретению способа функциональный блок транспортировки и коммутации может быть интегрирован в ассоциированный с первым или вторым устройством связи маршрутизатор или в ассоциированный с первым или вторым устройством связи шлюз. В этом случае маршрутизатор или шлюз действует как посредник (прокси) для соответствующего устройства связи и управляет, например, многоканальными TCP-соединениями для устройства связи, которые от маршрутизатора или шлюза направляются далее как простые соединения к устройству связи.

Предпочтительным образом, с блоком контроля согласно другому выполнению настоящего изобретения ассоциирован блок разрешения имен, который на основе службы разрешения имен непрерывно проверяет, является ли действительным второй адрес сети связи, ассоциированный с первым устройством связи. При этом служба разрешения имен предоставляется, например, посредством по меньшей мере одного сервера системы доменных имен. В этом случае блок разрешения имен является DNS-клиентом, который предпочтительным образом контролирует изменение IPv6-префикса, ассоциированного с первым устройством связи. При изменении IPv6-префиеса блок контроля может, таким образом, инициировать установление дополнительного второго соединения связи.

В соответствии с особенно предпочтительным выполнением второе устройство связи выполнено, по существу, как первое устройство связи. При этом первое соединение связи устанавливается с применением первого адреса сети связи, ассоциированного с вторым устройством связи. Кроме того, в этом случае блок контроля, ассоциированный с вторым устройством связи, проверяет, является ли действительным второй адрес сети связи, ассоциированный с вторым устройством связи, и инициирует при изменении адреса или действительности установление дополнительного второго соединения связи. Кроме того, функциональный блок транспортировки и коммутации, ассоциированный с вторым устройством связи, при изменении адреса или действительности устанавливает второе соединение связи с применением второго адреса сети связи, ассоциированного с вторым устройством связи.

Предпочтительным образом блок контроля, ассоциированный с первым устройством связи, только при инициированном первым устройством связи установлении первого соединения связи, проверяет, является ли действительным второй адрес сети связи, ассоциированный с первым устройством связи, или второй адрес сети связи, ассоциированный с вторым устройством связи, и инициирует, при необходимости, установление дополнительного второго соединения связи. Аналогичным образом, блок контроля, ассоциированный с вторым устройством связи, проверяет предпочтительным образом только при инициированном вторым устройством связи установлении первого соединения связи, является ли действительным второй адрес сети связи, ассоциированный с первым устройством связи, или второй адрес сети связи, ассоциированный с вторым устройством связи, и инициирует, при необходимости, установление дополнительного второго соединения связи. В соответствии с альтернативным выполнением настоящего изобретения блок контроля, который ассоциирован с инициирующим первое соединение связи активным устройством связи, также посредством блока контроля, который ассоциирован с соответствующим другим пассивным устройством связи, может оповещаться об относящемся к пассивному устройству связи изменении адреса или действительности.

Соответствующее изобретению устройство связи предусмотрено для осуществления вышеописанного способа и имеет по меньшей мере один приемопередающий блок, а также по меньшей мере один блок управления для координации доступа к среде связи. Кроме того, соответствующее изобретению устройство связи содержит блок контроля для проверки на основе протокола разрешения имен, является ли действительным новый или дополнительный адрес сети связи, ассоциированный с устройством связи. При этом блок контроля выполнен таким образом, чтобы при ассоциировании нового или дополнительного действительного адреса сети связи и существующем соединении связи с выбранным устройством связи инициировать установление дополнительного соединения связи между функциональным блоком транспортировки и коммутации, ассоциированным с устройством связи, и выбранным устройством связи. Кроме того, соответствующее изобретению устройство связи имеет функциональный блок транспортировки и коммутации, который выполнен с возможностью установления дополнительного соединения связи с применением ассоциированного с устройством связи нового или дополнительного адреса сети связи и аннулирования ранее существовавшего соединения связи при успешном установлении дополнительного соединения связи.

Настоящее изобретение далее описывается более подробно на примере выполнения со ссылками на чертеж, на котором представлена промышленная система автоматизации с системой технической поддержки в качестве начальной точки соединения связи и устройством автоматизации в качестве конечной точки соединения связи.

Представленная на чертеже промышленная система автоматизации включает в себя в соответствии с предложенным примером выполнения по меньшей мере одну систему 100 технической поддержки для проектирования и контроля устройств автоматизации, иллюстративное устройство 200 автоматизации, DNS-сервер (системы доменных имен) 300 и маршрутизатор 400, ассоциированный с устройством 200 автоматизации. Система 100 технической поддержки, устройство 200 автоматизации, DNS-сервер 300 и маршрутизатор 400 соединены друг с другом через промышленную сеть 500 связи.

Система 100 технической поддержки содержит устройство связи с приемопередающим блоком 101, реализованным посредством PHY-функционального блока, блоком 102 управления, реализованным посредством MAC-функционального блока, для координации доступа к среде связи, а также блок 105 контроля для проверки на основе протокола разрешения имен, является ли действительным новый или дополнительный IPv6-адрес, ассоциированный с системой 100 технической поддержки. Для этого с блоком 105 контроля ассоциирован DNS-клиент 106, который на основе предоставленной DNS-сервером 300 службы разрешения имен непрерывно проверяет, является ли действительным новый IPv6-адрес, ассоциированный с системой технической поддержки, и соответственно оповещает блок 105 контроля.

Кроме того, устройство связи системы 100 технической поддержки содержит функциональный блок 103 транспортировки и коммутации для обработки стека TCP/IP-протоколов, который имеет многоканальную TCP-функциональность и для по меньшей мере одной исполняемой на системе 100 технической поддержки управляющей программы 104 предоставляет ориентированную на соединение TCP/IP-транспортную службу. Функциональный блок 103 транспортировки и коммутации обращается через адаптер-драйвер сети связи к приемопередающему блоку 101 и блоку 102 управления для координации доступа к среде связи.

Устройство 200 автоматизации может, например, представлять собой управление с программируемой памятью или полевое устройство и включает в себя в данном примере выполнения устройство связи, которое, по существу, выполнено как устройство связи системы 100 технической поддержки. В частности, устройство связи устройства 200 автоматизации включает в себя образованный PHY-функциональным блоком приемопередающий блок 201, реализованный MAC-функциональным блоком 202 блок управления для координации доступа к среде связи, а также функциональный блок 203 транспортировки и коммутации для обработки стека TCP/IP-протоколов. Функциональный блок 203 транспортировки и коммутации предоставляет для по меньшей мере одной управляющей программы 204, исполняемой на устройстве 200 автоматизации, ориентированную на соединение TCP/IP-транспортную службу.

В предложенном примере выполнения между системой 100 технической поддержки и устройством 200 автоматизации устанавливается первое соединение связи в соответствии с протоколом управления передачей с применением ассоциированного с системой 100 технической поддержкой первого адреса сети связи и адресованного с устройством 200 автоматизации первого адреса сети связи. При установлении первого соединения связи, инициированного системой 100 технической поддержки, ассоциированный с системой 100 технической поддержки блок 105 контроля непрерывно проверяет, является ли действительным второй IPv6-адрес, ассоциированный с системой 100 технической поддержки, или второй IPv6-адрес, ассоциированный с устройством 200 автоматизации.

При ассоциировании второго действительно IPv6-адреса, особенно на основе изменения IPv6-префикса, и существующем первом соединении связи блок 105 контроля системы 100 технической поддержки инициирует установление дополнительного второго соединения связи между функциональным блоком 103 транспортировки и коммутации системы 100 технической поддержки и функциональным блоком 203 транспортировки и коммутации устройства 200 автоматизации. Также второе соединение связи устанавливается в соответствии с протоколом управления передачей. Функциональный блок 103 транспортировки и коммутации, ассоциированный с системой 100 технической поддержки, устанавливает второе соединение связи с применением второго IPv6-адреса, ассоциированного с системой 100 технической поддержки или устройством 200 автоматизации. При успешной установке второго соединения связи первое соединение связи аннулируется посредством функционального блока 103 транспортировки и коммутации системы 100 технической поддержки.

При установке первого соединения связи, инициированного посредством устройства 200 автоматизации, блок контроля, ассоциированный с устройством 200 автоматизации, проверяет, является ли действительным второй адрес сети связи, ассоциированный с системой 100 технической поддержки, или второй адрес сети связи, ассоциированный с устройством 200 автоматизации, и при изменении адреса или действительности инициирует установление дополнительного второго соединения связи.

Если функциональный блок 203 транспортировки и коммутации устройства автоматизации не имеет многоканальной TCP-функциональности, или устройство 200 автоматизации не имеет блока контроля или DNS-клиента, то соответствующие функции могут быть перемещены в маршрутизатор 400, ассоциированный с устройством 200 автоматизации. Для этого маршрутизатор 400 предпочтительно содержит функциональный блок 401 транспортировки и коммутации с многоканальной TCP-функциональностью, блок 402 контроля, соответствующий вышеизложенным сведениям, а также DNS-клиент 403. Таким образом, маршрутизатор 400 может, в частности, завершать многоканальные TCP-соединения для устройства 200 автоматизации и маршрутизировать далее как простые TCP-соединения к устройству 400 автоматизации или устройству связи устройства 200 автоматизации. В принципе, соответствующим образом также функции системы 100 технической поддержки или ее устройства связи могут быть перемещены в маршрутизатор или шлюз, ассоциированный с системой 100 технической поддержки. Маршрутизатор или шлюз действует в этом отношении как посредник (прокси) для системы 100 технической поддержки или для устройства 200 автоматизации.

Изобретение относится к системам связи. В способе установления бесперебойного соединения связи с устройством связи, сопряженным с промышленной системой автоматизации, устанавливают первое соединение связи между первым и вторым устройством связи в соответствии с протоколом управления передачей с применением первого адреса сети связи, сопряженного с первым устройством связи. Блок контроля, сопряженный с первым устройством связи, на основе протокола разрешения имен проверяет, действителен ли второй адрес сети связи. Блок контроля, при сопряжении второго действительного адреса сети связи и существующем первом соединении связи, инициирует установление второго соединения связи между функциональным блоком транспортировки и коммутации, сопряженным с первым и вторым устройством связи. Функциональный блок транспортировки и коммутации устанавливает второе соединение с применением второго адреса сети связи, сопряженного с первым устройством связи. При этом первое соединение связи, при успешном втором соединении, аннулируется. Отсутствует прерывание связи. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ установления бесперебойного соединения связи с устройством связи, которое сопряжено с промышленной системой автоматизации, при котором

- устанавливают первое соединение связи между первым устройством связи и вторым устройством связи в соответствии с протоколом управления передачей с применением первого адреса сети связи, сопряженного с первым устройством связи,

- блок контроля, сопряженный с первым устройством связи, на основе протокола разрешения имен проверяет, является ли действительным второй адрес сети связи, сопряженный с первым устройством связи,

- блок контроля, при сопряжении второго действительного адреса сети связи и существующем первом соединении связи, инициирует установление дополнительного второго соединения связи между функциональным блоком транспортировки и/или коммутации, сопряженным с первым устройством связи и вторым устройством связи,

- функциональный блок транспортировки и/или коммутации, сопряженный с первым устройством связи, устанавливает второе соединение связи с применением второго адреса сети связи, сопряженного с первым устройством связи,

- первое соединение связи, при успешном установлении второго соединения связи, аннулируется.

2. Способ по п. 1, в котором первое соединение связи и/или второе соединение связи устанавливают в соответствии с ориентированным на соединение протоколом управления соединением.

3. Способ по п. 2, в котором первое соединение связи и/или второе соединение связи устанавливают в соответствии с протоколом управления передачей.

4. Способ по п. 3, в котором функциональный блок транспортировки и/или коммутации имеет многоканальную TCP-функциональность.

5. Способ по п. 4, в котором функциональный блок транспортировки и/или коммутации выполнен и предназначен для обработки стека Интернет-протоколов.

6. Способ по п. 5, в котором функциональный блок транспортировки и/или коммутации интегрирован в первое устройство связи, в маршрутизатор, сопряженный с первым устройством связи, или в шлюз, сопряженный с первым устройством связи.

7. Способ по п. 5, в котором функциональный блок транспортировки и/или коммутации интегрирован в первое устройство связи и в котором функциональный блок транспортировки и/или коммутации через адаптер-драйвер сети связи получает доступ к адаптеру сети связи первого устройства связи.

8. Способ по п. 7, в котором адаптер сети связи содержит приемопередающий блок и блок управления для координации доступа к среде связи.

9. Способ по п. 5, в котором с блоком контроля сопряжен блок разрешения имен, который посредством службы разрешения имен непрерывно проверяет, является ли действительным второй адрес сети связи, сопряженный с первым устройством связи.

10. Способ по п. 9, в котором службу разрешения имен предоставляют посредством по меньшей мере одного сервера системы доменных имен и в котором блок разрешения имен является DNS-клиентом.

11. Способ по п. 10, в котором DNS-клиент контролирует изменение IPv6-префикса, сопряженного с первым устройством связи.

12. Способ по п. 11, в котором блок контроля при изменении IPv6-префикса инициирует установление дополнительного второго соединения связи.

13. Способ по п. 12, в котором блок контроля интегрирован в первое устройство связи, в маршрутизатор, сопряженный с первым устройством связи, или в шлюз, сопряженный с первым устройством связи.

14. Способ по п. 5, в котором второе устройство связи выполнено и оборудовано, по существу, как первое устройство связи и в котором первое соединение связи устанавливают с применением первого адреса сети связи, сопряженного со вторым устройством связи, и в котором блок контроля, сопряженный со вторым устройством связи, проверяет, является ли действительным второй адрес сети связи, сопряженный со вторым устройством связи, и при изменении адреса и/или действительности инициирует установление дополнительного второго соединения связи, и в котором сопряженный со вторым устройством связи функциональный блок транспортировки и/или коммутации при изменении адреса и/или действительности устанавливает второе соединение связи с применением второго адреса сети связи, сопряженного со вторым устройством связи.

15. Способ по п. 14, в котором сопряженный с первым устройством связи блок контроля только при установлении первого соединения связи, инициированного посредством первого устройства связи, проверяет, является/являются ли действительным второй адрес сети связи, сопряженный с первым устройством связи, и/или второй адрес сети связи, сопряженный со вторым устройством связи, и при изменении адреса и/или действительности инициирует установление дополнительного второго соединения связи.

16. Способ по п. 15, в котором сопряженный со вторым устройством связи блок контроля только при инициированном вторым устройством связи установлении первого соединения связи проверяет, является/являются ли действительным второй адрес сети связи, сопряженный с первым устройством связи, и/или второй адрес сети связи, сопряженный со вторым устройством связи, и при изменении адреса и/или действительности инициирует установление дополнительного второго соединения связи.

17. Способ по п. 16, в котором первое устройство связи и/или второе устройство связи сопряжено/сопряжены с промышленной системой автоматизации.

18. Устройство связи для осуществления способа по любому из пп. 1-17, содержащее

- по меньшей мере один приемопередающий блок,

- по меньшей мере один блок управления для координации доступа к среде связи,

- блок контроля для проверки на основе протокола разрешения имен, является ли действительным новый и/или дополнительный адрес сети связи, сопряженный с устройством связи, причем блок контроля выполнен и оборудован таким образом, чтобы при сопряжении нового и/или дополнительного действительного адреса сети связи и существующем соединении связи с выбранным устройством связи инициировать установление дополнительного соединения связи между сопряженным с устройством связи функциональным блоком транспортировки и/или коммутации и выбранным устройством связи,

- функциональный блок транспортировки и/или коммутации, который выполнен и оборудован таким образом, чтобы устанавливать дополнительное соединение связи с применением сопряженного с устройством связи нового и/или дополнительного адреса сети связи и аннулировать ранее существовавшее соединение связи при успешном установлении дополнительного соединения связи.