本发明涉及一种用于优化过程自动化网络的计算机实现方法和计算机可读介质。
背景技术：
1、网络离线工程存在两个基本风险：不必要的尺寸过大导致成本缺乏竞争力而尺寸过小无法提供所需质量。同时，还必须考虑改变或系统扩展的备用容量。在了解所有应用细节并且拥有可用于测试的真实网络之前，很难从这个意义上找到最佳网络设计。
2、一旦需要使用诸如时隙以太网或按流过滤和监管之类的流量整形机制，这就特别具有挑战性，除了配置vlan和优先级类别之外，还需要复杂的网络资源预留方案。这意味着我们需要在网络设计时就已经知道实际网络稍后是否有足够的资源来运行计划应用，而这一点即使是联网专家也无法给出明确的答案。
3、如今，我们依靠最佳实践和对大多数专用网络的估计，而且我们宁可扩大尺寸，也不愿无法符合质量目标，这使我们面临客户提出的过于昂贵的索赔(无论是否有担保)。
技术实现思路
1、可以期望优化过程自动化网络。
2、这个问题由独立权利要求的主题解决。各实施例由从属权利要求、以下描述和附图提供。
3、所描述的实施例同样涉及用于优化过程自动化网络的方法和计算机可读介质。尽管不会对实施例进行详细描述，但是协同效应可能会由这些实施例的不同组合产生。
4、此外，应当指出，本发明关于方法的所有实施例都可以按照所述步骤的次序进行，然而这不是方法的步骤的唯一基本次序。除非下文明确提及相反，否则在没有背离相应方法实施例的情况下，本文中所提出的方法可以使用所公开的步骤的另一次序来进行。
5、技术术语按其常识使用。如果向某些术语传达了特定含义，则在其中使用这些术语的上下文中，以下将给出术语的定义。
6、根据一个方面，提供了一种用于优化过程自动化网络的计算机实现方法，其中该方法包括步骤：作为第一步骤，根据用于创建网络配置的过程应用设计，向网络控制器提供包括网络设备的过程自动化网络的拓扑结构数据并且向网络控制器提供表示过程的通信端点之间的过程应用的预期通信的连接要求数据；作为第二步骤，从网络控制器接收网络配置响应；作为第三步骤，分析网络配置响应以验证网络配置是否符合优化准则；以及作为第四步骤，依据分析结果更新网络拓扑结构设计和/或过程应用设计并进而更新连接要求，或依据分析结果停止优化过程自动化网络。
7、工业环境中的过程自动化可以被理解为包括在没有人类参与的情况下操作机器和工厂的所有措施的技术的一个子领域。过程自动化的一个目标是使化工、食品、制药、石油、造纸、水泥、航运或采矿业中的工厂的个体部件的互动自动化。为此，可以使用多种传感器，这些传感器特别适配于过程工业的特定要求，诸如机械稳定性、对污染、极端温度和极端压力的不敏感性。这些传感器的测量值通常会被传输到控制室，在控制室中，可以监测诸如液位、极限液位、流量、压力或密度之类的过程参数，并且可以手动或自动改变整个工厂的设置。
8、过程自动化的一个子领域或工业环境中的过程自动化涉及物流自动化。在物流自动化领域中，距离和角度传感器被用来使建筑物内或个体物流设施内的过程自动化。典型应用包括用于机场处的行李和货物处置领域、交通监测领域(收费系统)、零售领域、包裹配送领域或建筑安全领域(门禁)的物流自动化系统。
9、工业环境中的过程自动化的另一子领域是工厂/生产自动化。可以在诸如汽车制造、食品生产和制药行业之类的广泛多种行业或通常在包装领域中都能找到这方面的用例。工厂自动化的目的是通过机器、生产线和/或机器人使商品生产自动化，即，无需人类参与即可运行。
10、过程自动化网络提供端点和网络设备之间的通信。网络设备可以是通信端点，诸如i/o设备、过程控制器、服务器、hmi设备、或联网元件，诸如路由设备，例如路由器、交换机和网关，这些在本文中被概括为“交换机”。
11、过程应用可以是例如用于控制致动器的应用，其中控制基于来自传感器的监测数据。然而，过程应用还可以是通信应用，例如，用于将所评价的测量传达到服务器或hmi。
12、拓扑结构数据可以是计划网络或现有网络的数据。例如，可以通过以下各项来提供数据：使用(例如，形式为图形、树的)标准化拓扑结构描述作为xml文件、yang或tosca模型；使用json；或通过表述性状态转移(rest)接口。可以例如使用文件或api调用来提供连接要求。
13、网络控制器为网络设备中的每个网络设备创建配置。为了最终配置操作网络，这些配置必须下载到网络设备。在本公开中，网络配置响应包含下载配置文件/模型之前的网络配置。也就是说，网络配置响应的网络配置并非当前网络配置，尤其不一定是要下载的配置。如下文所描述的，优选地，仅当网络配置和拓扑结构被优化时，才执行下载。网络配置响应可以包含附加信息，诸如网络设备是否未配置成功。对响应进行分析，如果符合所有优化准则，则优化过程结束。如果未符合优化准则，则可以采取其他动作，诸如进一步优化网络。如果符合优化准则，则优化结束，配置可能随时下载到网络设备。
14、根据一个实施例，拓扑结构数据包括来自设备目录的联网装备的资源的表示。
15、需要资源的表示，使得控制器了解具体装备的外观。
16、根据一个实施例，提供连接要求数据包括：创建包含连接要求数据的通信意图，并且将通信意图作为连接请求提供给网络控制器。
17、通信意图在抽象层面上限定了通信端点之间的预期通信和过程的输入和输出。它们还可以限定期望从网络获得的行为或状态，而不限定应该如何实现。进一步地，它们还可以指定定时和服务质量(qos)信息。通信意图可能意味着将通过网络传输的某些流量，是例如，控制器和io设备之间的opc ua发布订阅、或交换机和radius服务器之间的eap-tls通信。因此，必须对流量的要求或规格进行正式描述。预期通信可以被实现为数据流，这些数据流需要带宽或其他特点，这些特点可以通过限定连接要求(包括网络的行为)加以考虑。例如，网络的行为是动态行为(诸如两个端点之间要保证的等待时间)或静态状态(诸如在网络分段上启用基于端口的访问控制)。连接可以是逐个连接或一个通信端点与几个通信端点之间的连接(诸如多播连接)。
18、可以使用api调用来执行连接请求。它们可以包括需要可靠性和/或冗余参数和qos要求。网络控制器通过这些调用接收连接要求数据，尝试分配网络资源并配置网络设备，并且检测分配或配置是否成功。术语“网络配置响应”表达检测和报告分配或配置是否成功，并且还可以包含根本原因的附加信息。因此，网络配置响应至少可以包括：暂时收集和存储分配结果和配置结果，以及提供对连接请求(例如，api调用)的响应。这种根本原因的示例可能是网络链路过载，该网络链路必须承受超出其容量(比如，100mps)的流量。现在，可以在拓扑结构工程中通过从供应商目录中选择具有千兆能力的设备来解决这个问题。
19、向网络控制器提供一个或多个连接请求的动作还被称为“事务”。事务可以提供连接请求完整集合，例如用于为完整网络分配资源并且验证完整网络，或提供关于部分网络的部分连接请求，用于由于应用改变等所需要的网络修改。因此，在一个事务中，可以向网络控制器提供一个或多个连接请求，并且所有连接请求可以由一个或多个事务提供。
20、根据一个实施例，网络控制器通过虚拟分配网络配置资源来创建网络配置，并且网络配置响应信息包含虚拟网络配置和/或关于每个虚拟资源分配的成功或失败的信息。
21、配置准备可以与部署步骤分开。因此，“虚拟”意味着配置不会下载到网络设备，即，在优化结束之前，网络控制器不会改变网络。因此，网络控制器可以在离线模式下闭环运行。如上文所提及的，网络控制器创建网络配置，该网络配置并非当前网络配置，并且尤其不一定是要下载的配置。附加地或备选地，响应可以包含关于每个虚拟资源分配的成功或失败的信息。也就是说，网络控制器可以主动提供故障信息。这样的信息可以包括诸如当尝试配置设备时哪个设备没有成功被配置之类的信息。
22、根据一个实施例，验证网络配置是否符合优化准则包括：检测尺寸过小的资源和尺寸过大的网络资源，并且如果已经检测到尺寸过小的网络资源或尺寸过大的资源，则执行对网络拓扑结构设计和/或过程应用设计的更新。
23、通过从网络控制器接收网络配置响应，捕获详细的网络控制器输出。针对网络配置的完整性以及配置是否符合连接要求，对响应进行分析。如果不符合连接要求，则资源尺寸过小或缺失。通过分析标识并增强资源。例如，必须更换、添加或重新配置网络设备，其中网络设备可能包括通用交换机，而且还包括实际产品。也就是说，必须更新拓扑结构。类似地，如果符合连接要求，则资源可能会尺寸过大。通过该分析标识并减少尺寸过大的资源。例如，必须更换、移除或重新配置网络设备。由于需要考虑的参数(即，除了连接要求之外，还有价格方面的成本)可能很多并且因为可能存在其中如果必要则性能下降也可接受的参数，所以可以应用一个或多个成本函数。优化准则可以实现一个或多个成本函数。例如，成本函数的值必须高于或低于阈值，或在某个范围内。可以对成本函数中的参数进行加权。
24、根据一个实施例，在更新网络拓扑结构设计和/或过程应用设计之后，重复第一步骤至第四步骤，直到符合优化准则。
25、也就是说，重复方法的第一步骤至第四步骤，直到可以符合连接需求并且满足所限定的网络成本函数，使得在成本函数的裕度内，无需附加资源或可以移除附加资源。
26、根据一个实施例，该方法还包括步骤：基于优化结果和拓扑结构数据中的适配装备来生成材料清单(bom)。
27、根据一个实施例，该方法还包括步骤：当优化停止时，通过网络控制器部署网络配置。
28、当优化结束时，由网络控制器创建的配置可以下载到网络设备，使得具有优化配置的网络开始操作。
29、根据一个实施例，该方法在过程自动化网络可操作期间运行，并且拓扑结构数据和/或连接要求包含与真实网络和可操作连接相比较的改变。
30、换言之，该方法与过程自动化网络的操作并行进行。过程自动化网络可以“联机”(即，在正在进行的操作期间)重新配置。网络的当前操作和配置不会受到影响。
31、也就是说，网络可能是可操作的，但在实际改变网络之前，对具有同一应用或不断改变的应用需求的拓扑结构/资源的改变进行评估。另外，如无线电信道容量减少之类的改变可能会使虚拟资源计划(即，拓扑结构)无效。然后，可以根据新资源基线重新运行现有请求。在可重新配置应用(例如，视频流中的比特率和压缩技术，例如，h.264与mjpg)的情况下，网络控制器的响应可以反馈回到应用设计，以便允许应用适配网络能力和备用资源。
32、根据一个实施例，随着时间的推移连接请求被聚合，并且所聚合的连接请求在一个事务中被提供给网络控制器。
33、这种“批量请求”允许在可操作拓扑结构上部署请求序列并且实际预留资源之前，检测并提升资源瓶颈。因此，避免了任何不必要的处理。
34、根据一个实施例，网络控制器可以同时处理整个连接请求集合。
35、网络控制器可以同时处理整个连接请求集合，从而提高效率并且避免顺序处理，然而，网络控制器还可以同时只处理该集合的一部分。
36、过程自动化网络可以是真实网络或非真实网络或不可访问网络。
37、该网络可能不是一个已实施的网络，而只是一个设计，或它可能是无法访问但其设计可用的真实网络。也就是说，拓扑结构或网络配置可以被优化而与它是否可用或已经存在无关。
38、根据一个实施例，连接请求包括预留请求。
39、预留请求包含现有应用或未来应用实例的附加连接。预留请求可以包括现有应用或潜在/计划未来应用实例的限定百分比的附加连接，以验证所设计的网络具有足够的备用资源用于未来扩展或改变。
40、根据一个实施例，连接请求被提供为单个或多个请求的增量事务。
41、如上文所解释的，事务包括连接请求集合，该连接请求集合例如在一个迭代中(即，当执行该方法的五个步骤时)被传输到网络控制器。可以运行附加请求的若干增量事务，以模拟在实践中，应用扩展可以以增量方式完成，即，当它们在操作系统中变得相关时。这将考虑到诸如资源碎片化之类的方面，并且防止必须预留仍有一些不确定性的所需资源。
42、一个关键用途也是模拟在较长运行时段内不断改变的应用的网络行为，以了解其可扩展性，其中使用的请求代表典型改变。如果所有未来请求都已知，则它们可能都被输出到一个事务中。
43、根据一个实施例，网络配置响应信息包括分配故障的根本原因。
44、当分配故障发生时，网络控制器可以检测并指示根本原因。当更新网络拓扑结构和/或过程应用设计时，可以把根本原因考虑在内。
45、根据一个实施例，网络配置响应信息包括关于备用资源的信息和/或特定连接类型的净空。
46、网络控制器可以供应关于诸如备用资源或特定连接类型之类的附加资源的信息。
47、首先请求包括真实连接和备用连接的事务，然后请求没有备用连接的事务，这可能是有用的，因为资源分配可能不同于仅请求真实连接的事务。这两种变体都将验证是否可以在以后配置备用连接，但第一选项也可能会允许对该未来网络配置进行全局优化。
48、根据另一方面，提供了一种计算机可读介质。该计算机可读介质包括程序元件，该程序元件被配置为当在处理器上运行时，执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的步骤。
49、计算机可读介质可以是存储介质，诸如u盘、cd、dvd、数据存储设备、硬盘或其上可以存储如上文所描述的程序元件的任何其他介质。程序元件是计算机程序，它可以是计算机程序的一部分，但它本身也可以是整个程序。例如，计算机程序元件可以被用来更新已经存在的计算机程序以达到本发明。
1.一种用于优化过程自动化网络的计算机实现方法，其中所述方法包括步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述拓扑结构数据包括来自设备目录的联网装备的资源的表示。
3.根据权利要求2所述的方法，其中提供连接要求数据包括：创建包含所述连接要求数据的通信意图，并且将所述通信意图作为连接请求提供给所述网络控制器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述网络控制器通过虚拟分配网络配置资源来创建所述网络配置，并且其中所述网络配置响应信息包含所述虚拟网络配置和/或关于每个虚拟资源分配的成功或失败的信息。
5.根据权利要求4所述的方法，其中验证所述网络配置是否符合所述优化准则包括：检测尺寸过小的资源和尺寸过大的资源；并且其中如果尺寸过小的资源或尺寸过大的资源已经被检测到，则执行更新所述网络拓扑结构设计和/或所述过程应用设计的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其中在更新所述网络拓扑结构设计和/或所述过程应用设计之后，重复第一步骤至第四步骤，直到符合所述优化准则。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法还包括基于所述优化结果和所述拓扑结构数据中的适配装备来生成材料清单的步骤。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法还包括当所述优化停止时通过所述网络控制器部署所述网络配置的步骤。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法在所述过程自动化网络能够操作期间运行，并且所述拓扑结构数据和/或连接要求与真实网络和可操作连接相比包含改变。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述连接请求随时间而被聚合，并且其中经聚合的连接请求在一个事务中被提供给所述网络控制器。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述网络控制器可以同时处理整个连接请求集合。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述连接请求包括资源预留请求。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述连接请求被提供为单个请求或多个请求每个的增量事务。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述网络配置响应信息包括分配失败的根本原因、关于备用资源的信息和/或特定连接类型的净空。
15.一种计算机可读介质，包括程序元件，所述程序元件被配置为当在处理器上运行时执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的步骤。
