云应用的高效的心跳机制的制作方法

1.本发明涉及一种用于检查在网关与中央云服务之间的通信连接的运行准备情况的方法。本发明还涉及一种网关，该网关被设立用于执行该方法。


背景技术：

2.在信息技术（it）中，尤其是在不同类型的网络的情况下，通常通过相对应地设立的网关来在网络之间进行数据交换。网关也被用于使网络（例如在相对应的客户处的网络）与云基础设施连接。由此，例如网络节点可以访问云应用程序的服务（services）。
3.为了证实网关仍具有与云的正常连接，定期经由连接来发送消息，以便检查通信连接的运行准备情况（心跳（heartbeat）功能）。
4.mqtt（消息队列遥测传输（message queuing telemetry transport））等消息协议需要永久存在的连接，但是这导致持续的数据传输和高流量。


技术实现要素：

5.因而，本发明的任务在于：提供一种用于检查网络网关与云基础设施之间的运行准备情况（心跳）的高效机制。
6.该任务通过网关来解决，该网关包括通信组件，该通信组件被设立用于与中央云服务的数据通信，其中为了检查在网关与中央云服务之间的通信连接的运行准备情况，可从该通信组件向中央云服务发送检查消息（心跳），其中该检查消息可包括该网关的其它组件的有效信息（有效载荷（payload））。如果该网关的其它组件的有效信息（有效载荷）存在或准备就绪，则将该有效信息与该检查消息一起传输。有利地，该检查消息具有相对应的数据格式或数据协议，以便传输有效信息。该网关有利地是边缘设备（边缘设备计算机、边缘设备（edge device）、边缘网关（edge gateway））。但是，原则上，该网关也可以是相对应地设立和配置的通用计算机（“general purpose
”‑
computer），该通用计算机具有处理器、存储器、输入/输出装置、通信装置。按照本发明的网关能够实现用于云应用的自适应的且根据通信需求可缩放的心跳机制。通过该心跳机制，不仅可以查明通信连接的运行准备情况，而且也可以在需要时通过该心跳机制来传输有效数据。这尤其减少了在该通信连接上的流量。有利地，该网关是网络、例如用于楼宇自动化的设备（例如iot设备）的节点或设备。有利地，该网关提供了该网络与因特网或者与云基础设施（例如用于调用或激活云服务）的通信连接（相对应的硬件和软件）。
7.本发明的第一个有利的设计方案在于：通过该网关的通信组件来建立与中央云服务的数据通信。由于与云的数据连接从该网关出发（或由该网关）初始化，数据连接的安全性被提高。
8.有利地，该通信连接是具有双向逻辑的传出连接。该通信连接从该网关出发以物理方式被设立。该通信连接在物理上是单向的，但是在逻辑上是双向的。
9.检查消息和相关的有效数据可以分别在云中、但是也可以在网关中被缓存、压缩
或者加密。
10.本发明的另一有利的设计方案在于：有效信息是在该网关中的事件和/或值变化和/或状态变化。因此，该有效信息是不同的数据类型和值。
11.本发明的另一有利的设计方案在于：通过相对应的应用程序接口（api）或编程接口来为基于云的应用提供有效信息。在云中的服务和应用可以通过应用程序接口（api）或编程接口来访问有效信息并且使用这些有效信息来提供它们的服务和应用。
12.本发明的另一有利的设计方案在于：该通信组件被设立为作为对所发送的检查消息的响应来从中央云服务接收确认。通过该确认，该网关识别出该通信连接准备就绪。可选地，该确认包括用于该网关或用于该网关的组件的云服务或云应用的有效信息（有效载荷）。
13.本发明的另一有利的设计方案在于：该通信组件被设立为以可限定的时间间隔向中央云服务定期发送检查消息（心跳）。因此，可以改变对该通信连接的运行准备情况的检查的间隔期。有利地，对该通信连接的运行准备情况的检查的间隔期可与现有的框架条件或要求灵活适配。检查消息（心跳）的时间间隔可以由该网关或由在该网关上的应用程序来规定或改变。但是，检查消息（心跳）的时间间隔也可以由云服务来规定或改变，有利地根据现有的要求（例如关于该通信连接的所需的可靠性方面）。
14.本发明的另一有利的设计方案在于：该通信组件被设立为应中央云服务的要求来发送检查消息（心跳）。因此，可以应要求（“on demand”）发送检查消息（心跳）。这例如在紧急情况下可以是合理的。有利地，通过容器（container）技术来实现。容器技术是一种软件环境，在该软件环境中，整个代码及所有相关性被捆绑并且可以在不同的cpu平台上轻松运行。该软件环境包含用于运行应用程序的所有部分：操作系统、代码、运行时（runtime）、系统工具、库和设置。该软件环境将sw应用程序与环境完全隔离，并且这样确保了关于该进程的隔离的高度安全性。容器技术的替代概念是术语“沙箱（sandbox）”。容器技术的优点是在更新到新版本时：容器可以独立且整体被更新，而在此不干扰在同一cpu上运行的其它容器。有利地，在容器网络中实现，该容器网络包括不仅在设备（例如边缘设备）中的容器而且包括在云中的容器。
15.本发明的另一有利的设计方案在于一种具有存储器、处理器和通信装置的计算机，该计算机被设立为实现按照本发明的网关。该计算机可以是相对应地设立和配置的通用计算机（general purpose computer），例如是台式计算机、笔记本电脑、边缘设备（edge device、边缘设备计算机，例如机顶盒（set-top-box））。原则上，任何商用计算机都可以被配置用于充当按照本发明的网关。
16.通过按照本发明的网关，尤其是将楼宇自动化网络连接到因特网。在楼宇自动化网络中，尤其是为了安全性、防火和防洪、照明、供暖、通风和空调（hvac），设置多个电子装置，用于监视和控制楼宇中的状况。
17.有利地，按照本发明的网关包括：本地网络接口，该本地网络接口被配置用于将该网关与楼宇自动化网络连接，用于与所述多个电子装置通信；广域网接口，该广域网接口被配置用于将该网关与因特网连接；主机网络单元，该主机网络单元被配置用于提供主机网络，在该主机网络上运行至少一个本地服务，该本地服务对应于对楼宇中的状况中的至少一个状况的监视和控制；容器网络单元，该容器网络单元被配置用于为至少一个远程服务
（remote-service）、尤其是云计算服务提供容器网络，该云计算服务由因特网中的端点装置或云针对这些电子装置中的至少一个电子装置来提供；环回（loopback）网络单元，该环回网络单元被配置用于提供环回网络，该环回网络将主机网络与容器网络彼此连接；和选择单元，该选择单元被配置用于选择该网关的连接模式，其方式是要么将这些电子装置中的至少一个电子装置经由本地网络接口与因特网连接，要么将这些电子装置中的至少一个电子装置经由广域网接口与因特网连接。
18.该任务还通过一种用于检查在网关与中央云服务之间的通信连接的运行准备情况的方法来解决，其中由该网关的通信组件以可限定的时间间隔定期或者应请求向中央云服务发送检查消息（心跳），其中该检查消息可包括该网关的其它组件的有效信息（有效载荷）。对于该方法来说，不需要在该网关与该中央云服务或者提供或托管（实现）该中央云服务的云基础设施之间的常设的通信连接。因此，该通信连接例如也可以通过3g或4g网络来实现。5g并非绝对必要。该方法尤其可用于移动数据使用或针对移动数据使用被优化，以便在该通信连接上出现尽可能少的流量。另一方面，消息协议 消息队列遥测传输（message queuing telemetry transport，mqtt）需要永久的连接。
19.本发明的另一有利的设计方案在于：中央云服务在接收到检查消息之后向该网关发送确认消息，其中确认可包括其它云服务的有效信息（有效载荷）。有效信息例如可以是命令、对状态（设施状态）的进一步查询或者配置数据。简单的“精益的”心跳可包括进一步“丰富的”有效信息（有效载荷）。因此，心跳机制可以灵活地、自适应地且可缩放地被扩展或与相应所要传输的有效信息适配。
20.本发明的另一有利的设计方案在于：确认消息被存储在该网关的通信组件中并且被提供用于该网关的其它组件或用于在该网关上的应用程序。这例如可以通过适合的用户（api）或编程接口来实现。
21.本发明的另一有利的设计方案在于：时间间隔可由中央云服务限定和改变。有利地，对该通信连接的运行准备情况的检查的间隔期可与现有的框架条件或要求灵活适配。检查消息（心跳）的时间间隔可以由中央云服务来规定或改变，有利地根据现有的要求（例如关于该通信连接的所需的可靠性方面）。
22.但是，检查消息（心跳）的时间间隔也可以由该网关或由在该网关上的应用程序来规定或改变。
23.本发明的另一有利的设计方案在于：应中央云服务的要求来发送检查消息（心跳）。因此，可以应要求（“on demand”）发送检查消息（心跳）。这例如在紧急情况下可以是合理的。
24.有利地，该通信连接是具有双向逻辑的传出连接。该通信连接从该网关出发以物理方式被设立。该通信连接在物理上是单向的，但是在逻辑上是双向的。
25.检查消息和相关的有效数据可以分别在云中、但是也可以在网关中被缓存、压缩或者加密。
附图说明
26.本发明以及本发明的有利的实施方案以随后的附图为例予以阐述。在此：图1示出了示例性的网关，该网关被设立用于检查在该网关与中央云服务之间的
通信连接的运行准备情况；以及图2示出了用于检查在网关与中央云服务之间的通信连接的运行准备情况的方法的示例性流程图。
具体实施方式
27.图1示出了示例性的网关g，该网关被设立用于检查在网关g与中央云服务a之间的通信连接kv1的运行准备情况，该中央云服务在云基础设施ci中被“托管”或提供。示例性的网关g包括通信组件b，该通信组件被设立用于与中央云服务a的数据通信，其中为了检查在网关g与中央云服务a之间的通信连接kv1的运行准备情况，可从通信组件b向中央云服务a发送检查消息hbn（心跳消息），而且其中该检查消息hbn可选择性地包括网关g的其它组件d、d'、d''的有效信息ni1（有效载荷）。
28.有利地，该通信连接kv1是从网关g发出的具有双向逻辑的连接kv1。该通信连接从该网关g出发以物理方式被设立。该通信连接kv1在物理上是单向的，但是在逻辑上是双向的。该通信连接kv1例如可以是相对应地适合的无线电连接，例如基于3g、4g或5g网络。
29.用于该通信连接kv1的组件b或a拥有相对应的缓存或堆栈（例如通信堆栈或fin堆栈），用于在该通信连接kv1上执行数据传输或者用于存储或暂存有效信息ni1、ni2。
30.检查消息hbn和相关的可选的有效数据ni1可以分别在云ci中、但是也可以在网关g中被缓存、压缩或者加密。
31.有利地，中央云服务a在接收到检查消息hbn之后向该网关g发送确认消息ack，其中确认消息ack可选地可包括其它云服务c、c'的有效信息ni2（有效载荷）。其它云服务c、c'可以通过适合的通信连接kv2或kv3来访问中央云服务a。
32.有效信息ni1、ni2例如可以是命令、对状态（设施状态）的进一步查询或者配置数据。简单的“精益的”心跳可包括进一步“增加的”有效信息（有效载荷）。因此，心跳机制可以灵活地、自适应地且可缩放地被扩展或与相应所要传输的有效信息ni1、ni2适配。
33.有利地，确认消息ack被存储在该网关g的通信组件b中并且被提供用于该网关g的其它组件d、d'、d''或用于在该网关g上的应用程序。这例如可以通过适合的用户（api）或编程接口以及适合的通信连接kv4或kv5来实现。
34.该网关g的组件或应用程序b、d、d'、d''有利地被实现为容器并且有利地经由环回网络来连接。实现为环回网络主要防止来自外部的危害。
35.通过在该网关g中使用容器技术，实现了应用程序的隔离b、d'、d''，由此避免了来自外部的危害（例如由于黑客攻击）。
36.在按照图1的图示中，经由应用程序d''来建立与示例性的客户网络kn的示范性的通信连接kv6。通信连接kv6有利地是tcp/ip连接。客户网络kn例如是楼宇自动化网络，该楼宇自动化网络具有用于监视和控制楼宇中的状况的多个电子装置，尤其是为了安全性、防火和防洪、照明、供暖、通风和空调（hvac）。
37.有利地，时间间隔可由中央云服务a来限定和改变。有利地，对该通信连接kv1的运行准备情况的检查的间隔期可与现有的框架条件或要求灵活适配。检查消息hbn（心跳）的时间间隔可以由中央云服务a来规定或改变，有利地根据现有的要求（例如关于该通信连接kv1的所需的可靠性方面）。
38.但是，检查消息hbn（心跳）的时间间隔也可以由该网关g或由在该网关g上的应用程序d、d'、d''来规定或改变。
39.可选地，应中央云服务a的要求来发送检查消息hbn（心跳）。因此，可以应要求（“on demand”）发送检查消息hbn（心跳）。这例如在紧急情况下可以是合理的。有利地，通信组件b被设立为：应中央云服务a的要求来发送检查消息hbn（心跳）。该“应要求心跳”尤其是在紧急情况下合理。
40.有效信息ni1、ni2可以是在网关g中或者在云应用或云服务c、c'中的事件和/或值变化和/或状态变化。
41.有利地，通过相对应的应用程序接口（api）来为基于云的应用提供有效信息ni1、ni2。
42.有利地，该网关g的通信组件b被设立为作为对所发送的检查消息hbn的响应来从中央云服务a接收确认ack。
43.有利地，通信组件b被设立为：以可限定的时间间隔向中央云服务a定期发送检查消息hbn（心跳）。
44.该网关g有利地是边缘设备（边缘设备计算机、边缘设备、边缘网关）。但是，原则上，该网关也可以是相对应地设立和配置的通用计算机（“general purpose
”‑
computer），该通用计算机具有处理器、存储器、输入/输出装置、通信装置。因此，该网关g可以通过具有相对应地设立的软件的相对应地设立的商用计算机来实现。
45.图2示出了用于检查在网关与中央云服务之间的通信连接的运行准备情况的方法的示例性流程图，（vs1）其中由该网关的通信组件以可限定的时间间隔定期或者应请求向中央云服务发送检查消息（心跳），而且（vs2）其中该检查消息可包括该网关的其它组件的有效信息（有效载荷）。对于该方法来说，不需要在该网关与该中央云服务或者提供或托管（实现）该中央云服务的云基础设施之间的常设的通信连接。因此，该通信连接例如也可以通过3g或4g网络来实现。对于执行该方法，5g网络并非绝对必要。该方法尤其可用于移动数据使用或针对移动数据使用被优化，以便在该通信连接上出现尽可能少的流量。
46.有利地，中央云服务在接收到检查消息之后向该网关发送确认消息，其中确认可包括其它云服务的有效信息（有效载荷）。有效信息例如可以是命令、对状态（设施状态）的进一步查询或者配置数据。简单的“精益的”心跳可包括进一步“增加的”有效信息（有效载荷）。因此，心跳机制可以灵活地、自适应地且可缩放地被扩展或与相应所要传输的有效信息适配。
47.有利地，确认消息被存储在该网关的通信组件中并且被提供用于该网关的其它组件。
48.有利地，时间间隔可由中央云服务来限定和改变。
49.有利地，应中央云服务的要求（也就是说on demand）来发送检查消息（心跳）。
50.该网关有利地是边缘设备（边缘设备计算机、边缘设备、边缘网关）。但是，原则上，该网关也可以是相对应地设立和配置的通用计算机（“general purpose
”‑
computer），该通用计算机具有处理器、存储器、输入/输出装置、通信装置。因此，该网关和相对应的方法可
以通过具有相对应地设立的软件的相对应地设立的商用计算机和相对应地设立的云基础设施来实现。
51.在本专利申请中使用的网关是具有相对应的硬件和软件以便使两个系统或网络以数据技术方式彼此连接的组件。该网关也可以是具有相对应的功能性的路由器。
52.按照本发明的方法的示例性场景（use case，用例）（结合图1）：a. 在设备（b）上的中央组件将具有状态信息的消息定期发送给中央云服务（a）并且等待确认。
53.b. 其它云服务（c、c'）将它们的应该被寄送给设备组件的消息寄送给（a），这些消息被暂存在该处。如果存在传出的消息，则在从（a）到（b）的确认（ack）中添加该信息。
54.c. 设备组件（b）将暂存确认中的消息，经由接口（api，编程接口）来提供给设备组件（d、d'）。因此，组件（d）或（d'）可以在本地获取消息，而不必轮询云服务。
55.d. 如果在设备（网关g）中有事件存在/有值变化/有状态变化，则该事件由（b）打包在消息中并且被发送给（a）。
56.e. 该消息的内容现在作为api被提供用于其它基于云的应用，也可以通知不同的应用。
57.f. 如果新的云服务想要将消息寄送给设备（网关g），则（a）不必被改变。
58.g. 中央组件（a）和（b）仅充当中介。这些组件相对于在云中的服务（c、c'）和在设备（网关g）上的组件（d、d'）而言无关。即，因此可以动态地（自适应地）添加其它服务和组件，而不必使（a）或（b）适配。
59.按照本发明的方法以及按照本发明的网关主要提供如下优点：
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从网关到云的低连接成本和经优化的数据传输（就连接的数目和所要传输的数据量而言）。
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不需要与云的永久连接，由此数据传输少（流量减少）。
61.‑ꢀ
与云的通信连接也可以在第三或第四代移动网络中进行（3g/4g）。5g并非必要。
62.‑ꢀ
减少数据传输和由此形成的成本。
63.‑ꢀ
数据包的内容根据需要自适应地被补充。
64.‑ꢀ
数据包的内容在云上并且在网关处被提供给客户用于进一步处理——这样，任何应用程序都可以处理该应用程序需要的信息。
65.‑ꢀ
用于云应用的可自适应的且可缩放的心跳机制。
66.用于检查在网关与中央云服务之间的通信连接的运行准备情况的方法，其中由该网关的通信组件以可限定的时间间隔定期或者应请求向中央云服务发送检查消息（心跳），其中该检查消息可包括该网关的其它组件的有效信息（有效载荷）。网关，该网关包括通信组件，该通信组件被设立用于与中央云服务的数据通信，其中为了检查在网关与中央云服务之间的通信连接的运行准备情况，能从该通信组件向中央云服务发送检查消息（心跳），其中该检查消息可包括该网关的其它组件的有效信息（有效载荷（payload））。
67.附图标记g网关ci云基础设施a、c、c'服务
b、d、d'、d"应用程序vs1、vs2方法步骤kv1
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kv6
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通信连接hbn
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心跳消息ni1、ni2
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有效信息ack
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确认消息kn
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客户网络