提供时间关键的服务的方法和系统与流程

本发明涉及用于特别是在工业自动化系统中提供时间关键服务的方法和系统。

背景技术：

1、工业自动化系统通常包括大量自动化设备，这些设备通过工业通信网络相互联网，并在生产或过程自动化的范畴中用于控制或调节设施、机器或设备。由于工业自动化系统中时间关键的框架条件，profinet，profibus，实时以太网或时间敏感网络(tsn)等实时通信协议主要用于自动化设备之间的通信。特别地，控制服务或控制应用能够自动化地并且根据工作负载被分发到工业自动化系统的当前可用服务器或虚拟机上。

2、工业自动化系统或自动化设备中的计算机单元之间的通信连接中断能够导致服务请求传输的不希望的或不必要的重复。此外，未传输或未完整传输的消息会阻止工业自动化系统过渡到或保持在安全运行状态。

3、当用于传输具有实时要求的数据流或数据帧的网络资源被用于竞争传输具有大量用户数据内容而没有特殊服务质量要求的数据帧时，在基于以太网的通信网络中能够出现问题。最终，这可能导致具有实时要求的数据流或数据帧没有按照请求的或所需的服务质量被传输。

4、从申请文件号为pct/ep2020/063144的较早国际专利申请中已知一种用于提供控制应用的方法，其中，提供控制应用的过程控制组件的通信网络地址，以及过程控制组件或在其上实施过程控制组件的服务器装置的标识符被监控装置检索。配置控制装置从检索到的通信网络地址和标识符以及从控制应用程序的名称生成用于转发装置的配置信息。该转发装置接收终端使用控制应用的请求，并根据配置信息转发给相应的过程控制组件。

5、在申请文件号为19166203.0的较早的欧洲专利申请中描述了一种用于自动化设备的自动配置的方法，其中，设备管理单元监控自动化设备是否被分配了自动化系统标识符。如果设备管理单元已经识别出这样的分配，则它询问集群的中央管理单元在具有针对集群的至少一个节点的描述对象的集群状态数据库中是否已经存在存储有分配给自动化设备的自动化系统标识符的描述对象。如果不存在这样的描述对象，或者如果存在这样的描述对象但被声明为未激活的，则设备管理单元在集群状态数据库中为分配给自动化设备的节点标识符生成描述对象，在该描述选项中存储有分配给自动化设备的自动化标识符。

6、现有的服务识别方法(服务/设备发现)，特别是针对opc ua，主要设计用于确定可借助于基于管理程序(hypervisor)的物理或虚拟机器使用的服务。特别地，基于管理程序的虚拟机相对较高的运营和维护成本使得具有较低的资源需求的虚拟化概念(例如容器虚拟化)相对于完整的系统虚拟化越来越有吸引力。这也适用于工业自动化系统。

7、根据opc ua规范，为基于opc ua的服务提供了本地发现服务器(lds)。但是，使用适当的检测方法只能找到广播域内的主机。此外，用于容器虚拟化的系统内的多播通信通常被阻塞。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于提供时间关键的服务的方法，该方法使得用户侧能够可靠地得出借助于容器虚拟化或类似虚拟化概念提供的服务，并说明用于执行该方法的合适的装置。

2、根据本发明，该目的通过具有权利要求1中给出的特征的方法和具有权利要求10中给出的特征的系统来实现。有利的改进方案在从属权利要求中给出。

3、根据本发明的提供时间关键的服务的方法，服务分别包括至少一个服务器组件，该服务器组件通过软件容器新城，该软件容器在服务器装置的主机操作系统上的过程控制环境内部与另外的软件容器或者容器组隔离地运行。过程控制环境包括虚拟交换机，并且软件容器分别与在相应服务器装置上运行的另外的软件容器一同使用该服务器装置的主机操作系统的内核。为服务器组件分别提供虚拟ip栈，该虚拟ip栈与虚拟交换机连接。

4、过程控制环境能够包括，例如，在服务器装置上运行的docker引擎。用于软件容器的存储器映像例如能够由能够通过多个用户读取或写入的可访问的存储系统和供应系统检索。

5、根据本发明，服务附加地分别包括通过单独的软件容器形成的目录服务组件，其用于得出在过程控制环境内提供的服务。目录服务组件彼此间经由通信接口连接，该通信接口与虚拟交换机和服务器组件的虚拟ip栈分离并形成用于服务器组件和过程控制环境之间通信的侧通道。

6、此外，根据本发明，借助于另外的软件容器形成的聚合器组件与单独的通信接口连接，关于借助于服务器组件提供的服务的信息在过程控制环境之外可用。为此，为聚合器组件提供与虚拟ip交换机连接的虚拟ip栈。目录服务组件彼此间或与聚合器组件比较有关分别得出的服务的信息。聚合器组件在过程控制环境之外提供比较的信息。有利地，借助于服务器组件服务提供工业自动化系统的服务或功能。在此，服务能够相应地包括多个类似或相同的服务器组件，这些服务器组件分别由不同的服务器装置提供。

7、本发明尤其能够实现同时安装和执行借助于过程控制组件提供的多个应用，而无需为应用的用户发起的服务识别而对应用进行配置工作或调整。因此，相应应用的提供商、特别是opc ua服务器功能的提供商能够大大降低系统集成成本，从而能够快速且低成本地提供应用。

8、目录服务组件有利地分别在服务器组件针对相应服务首次启动时生成。此外，例如，目录服务组件能够分别借助于用于数据处理装置内的进程间通信的双向通信链路连接，或者借助于单独的传输层彼此连接，或者与分配给聚合器组件的目录服务客户端连接。在此基础上，目录服务组件能够彼此或与目录服务客户端比较关于分别得出的服务的信息。目录服务组件之间或与目录服务客户端对得出的服务的比较能够借助于轮询或以事件控制的方式循环进行。根据本发明的另一个有利设计方案，单独的通信接口包括用于进程间通信的双向通信连接和/或传输层连接。

9、根据以上设计方案，根据本发明借助于服务器装置提供过程控制环境。在此，软件容器能够分别从服务器装置迁移到另外的服务器装置，以在那里执行，或者能够同时在另外的服务器装置上执行。优选地，分配给多个服务器装置的监控装置检测软件容器的创建、删除或改变。在此，软件容器的创建、删除或改变分别包括在相应的服务器装置中资源的分配或释放。此外，监控装置将服务与其各自的执行状态注册。通过这种方式，能够可靠地编排相互依赖的服务。

10、根据本发明的用于提供时间关键的服务的系统被提供用于执行根据前述陈述的方法并且包括过程控制环境、包括在过程控制环境中的虚拟交换机以及多个分别由服务所包括服务器组件。服务器组件分别通过软件容器形成，软件容器被设计和设置为，在服务器装置的主机操作系统上的过程控制环境内部与另外的软件容器或者容器组隔离地运行，并且与在服务器装置上运行的另外的软件容器一同使用主机操作系统的内核。在此，服务器组件分别提供有虚拟ip栈，该虚拟ip栈与虚拟交换机连接。

11、此外，根据本发明的系统包括多个分别附加地由服务包括的目录服务组件，目录服务组件用于得出借助于过程控制环境提供的服务。目录服务组件分别借助于单独的软件容器形成。此外，目录服务组件经由通信接口相互连接，该通信接口与服务器组件的虚拟交换机和虚拟ip栈分离，并形成用于服务器组件与过程控制环境的通信的侧通道。

12、此外，根据本发明，提供了借助于另外的软件容器形成的聚合器组件，其与单独的通信接口连接并且因此被设计和设置为，使得关于借助于服务器组件提供的服务的信息在过程控制环境之外可用。在此，聚合器组件具有与虚拟ip交换机连接的虚拟ip栈。此外，目录服务组件分别被设计和设置为，彼此或与聚合器组件比较关于分别得出的服务的信息。相应地，聚合器组件被设计和设置为，在过程控制环境之外提供比较的信息。