用于将工业数据迁移至云平台的统一数据摄取适配器的制造方法
【专利说明】用于将工业数据迁移至云平台的统一数据摄取适配器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2014年3月26 日提交的、题为“INDUSTRIAL CLOUD INFRASTRUCTUREFOR DATA INGEST1N, MODELING, PROCESSING, ANALYTICS, AND REPORTING” 的美国临时申请序列号为61/970，798的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
[0003]本文中所公开的主题总体上涉及工业数据采集，更具体地涉及一种便于采集工业数据和向基于云的存储和处理架构上载工业数据的前置(on-premise)云网关设备。
【发明内容】
[0004]下面给出简化的综述，以便提供对本文中所描述的一些方面的基本理解。本综述不是广泛的概述，也不意在识别关键的/非常重要的元素或者界定本文中所描述的各个方面的范围。其唯一的目的是以简化的形式给出一些概念作为稍后给出的更详细的描述的前序。
[0005]在一个或更多个实施方式中，云网关设备设置有:被配置成从工业企业的数据源设备接收工业数据的应用接口部件；被配置成将工业数据变换成通用格式以产生已格式化数据的格式化部件；被配置成用头部信息封装已格式化数据以产生数据分组并且通过通信信道向云平台发送数据分组的传输适配器部件；以及被配置成响应于确定出通信信道已经变得不可用来向外部数据存储库发送已格式化数据的重定向部件。
[0006]另外，一个或更多个实施方式提供了一种用于处理工业数据以迀移到云平台的方法，上述方法包括:通过包括至少一个处理器的云网关设备来从与工业企业关联的工业设备采集工业数据；通过云网关设备来对工业数据进行变换以符合规定的数据格式从而产生已格式化数据；通过云网关设备来向已格式化数据添加头部信息以产生数据分组；通过云网关设备来经由第一通信链路向云平台发送数据分组；以及响应于确定出第一通信链路已经被中断，通过云网关设备来建立至外部数据存储库设备的第二通信链路；以及通过云网关设备来经由第二通信链路将已格式化数据重新定向至外部存储库。
[0007]另外，根据一个或更多个实施方式，提供了一种非暂态计算机可读介质，其上存储有指令，指令响应于执行来使得云网关设备执行操作，这些操作包括:从包括工业过程的一个或更多个工业设备接收工业数据；根据通用数据格式对工业数据进行格式化以产生已格式化数据；用头部信息封装已格式化数据以产生数据分组；通过第一通信信道向云平台发送数据分组；响应于确定第一通信信道已经发生故障，建立与外部数据存储设备的第二通信信道；以及通过第二通信信道向外部数据存储设备发送已格式化数据。
[0008]为了完成上述和相关目的，本文中结合下面的描述和附图来说明某些示例性方面。这些方面指示可以被实践的各种方式，所有这些意在涵盖在在本文中。其他优点和新颖特征在结合附图考虑时根据下面的详细描述将变得清楚。
【附图说明】
[0009]图1是利用基于云的服务的工业企业的高级概述；
[0010]图2是不例75Γ网关设备的图；
[0011]图3是利用基于网关的云架构以向客户制造站点提供数据采集和处理服务的系统的概述；
[0012]图4是示出云网关功能的图；
[0013]图5是示出云网关设备所生成的数据分组的图；
[0014]图6是示出包括用于采集工业数据和向云平台迀移工业数据的网关设备的示例工业网络架构的图；
[0015]图7是示出在正常操作期间的数据采集和迀移的示例网关设备的图；
[0016]图8是示出在与云平台的通信丢失的情况下询问注册服务器的示例网关设备的图；
[0017]图9是示出响应于云网关设备请求可用数据存储库来在云网关设备与注册服务器之间进行的数据交换的图；
[0018]图10是示出在存储转发模式下通过网关设备重定向工厂数据的图；
[0019]图11是示出通过云网关设备向所选外部存储库转发已格式化数据的图；
[0020]图12是示出通过云网关设备从外部存储库取回先前被重定向的已格式化数据的图；
[0021]图13是示出通过云网关设备并行地采集和传输新的工厂数据和先前被重定向的数据的图；
[0022]图14是示出通过云网关设备从外部存储库取回和传输所存储的数据分组的图；
[0023]图15是示例清单组件的概念图；
[0024]图16是系统清单的示例分层架构的图；
[0025]图17A是用于对云网关设备执行存储转发操作的示例方法的流程图的第一部分；
[0026]图17B是用于对云网关设备执行存储转发操作的示例方法的流程图的第二部分；
[0027]图18是用于在存储转发操作期间选择外部存储库用于从云网关设备接收数据的示例方法的流程图；
[0028]图19是示例计算环境；以及
[0029]图20是示例连网环境。
【具体实施方式】
[0030]现参照附图描述本公开内容，其中，贯穿全文相同的附图标记用于指代相同的元件。在下面的描述中，为了说明起见，阐述了大量的具体细节以便提供其全面的理解。然而，明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开内容。在其它实例中，以框图形式示出了已知的结构和装置，以便于其描述。
[0031]在本申请中使用的术语“部件”、“系统”、“平台”、“层”、“控制器”、“终端”、“站”、“节点”、“接口”意在指代计算机相关实体或与具有一个或更多个特定功能的操作装置相关或与所述操作装置的一部分相关的实体，其中，这样的实体可以是硬件、硬件和软件的组合、软件、或执行中的软件。例如，部件可以是但不限于:在处理器上运行的处理、处理器、硬盘驱动器、(光或磁存储介质的)多个存储驱动器(包括附接的(例如螺纹连接或螺栓连接)的或可拆卸式附接的固态存储驱动器)；对象；可执行体；执行线程；计算机可执行程序、和/或计算机。作为举例，在服务器上运行的应用以及该服务器均可以为部件。一个或更多个部件可以驻留在进程和/或执行线程内，并且部件可以位于一个计算机上和/或分布在两个或更多个计算机之间。此外，本文所描述的部件可从存储有各种数据结构的各种计算机可读存储介质中执行。部件可以通过本地和/或远程进程例如根据具有一个或更多个数据分组(例如，来自与本地系统、分布式系统中的另一个部件进行交互的一个部件的数据，和/或来自与通过信号跨网络(例如因特网)与其他系统交互的一个部件的数据)的信号进行通信。作为另一个示例，部件可以是具有由电气或电子电路操作的机械部件所提供的特定功能的装置，其中所述电气或电子电路通过处理器执行的软件或固件应用来进行操作，其中处理器可以在该装置的内部或外部，并且执行软件或固件应用的至少一部分。作为又一个示例，部件可以是如下装置:其通过电子部件提供特定功能，而无需机械件，电子部件可以包含处理器以执行提供电子部件的至少部分功能的软件或固件。作为又一示例，接口可以包括输入/输出(I/o)部件以及相关联的处理器、应用或应用程序编程接口(API)部件。虽然前述示例是针对部件的各个方面，但是所例示的方面或特征也适用于系统、平台、接口、层、控制器、终端等。
[0032]在本文中使用的术语“推断(infer) ”和“推断(inference) ”一般是指根据通过事件或数据捕获的一组观察而推理或推断系统、环境和/或用户的状态的过程。可以采用推断来识别特定的上下文或动作，或者可以例如生成状态的概率分布。推断可以是概率性的，也就是说，所关注的状态的概率分布的计算基于对数据和事件的考虑。推断还可以指用于从一组事件和/或数据构造较高级别的事件的技术。这样的推断导致从一组观察到的事件和/或存储的事件数据来构建新的事件或动作，而无论事件是否是时间接近地相关，以及无论事件或数据是来自一个事件源或数据源还是若干个事件源或数据源。
[0033]此外，术语“或”意指包括性的“或”而非排他性的“或”。也就是说，除非另外指明或者在上下文中明确，否则短语“X采用A或B”旨在表示任何自然的包括性排列。也就是说，短语“X采用A或B”满足以下列实例中的任何一个:X采用A ;X采用B ;或X采用A和B两者。此外，本申请中以及所附权利要求中使用的“一个(a)”或“一个(an)” 一般应被解释为是指“一个或更多个”，除非另有指明或上下文明确针对单数形式。
[0034]此外，文中使用的术语“集合”排除空集，例如其中没有元素的集合。因此，在本公开内容中的“集合”包括一个或更多个元件或实体。作为举例，控制器的集合包括一个或更多个控制器；数据资源的集合包括一个或更多个数据资源；等等。类似地，本文中使用的术语“组”是指一个或更多个实体的集合，例如节点组指代一个或更多个节点。
[0035]针对可能包括许多设备、部件、模块等的系统呈现了各个方面或特征。但应当理解和明白的是，各个系统可以包括另外的设备、部件、模块等，和/或可能不包括结合附图所讨论的设备、部件、模块等的全部。还可以使用这些方法的组合。
[0036]工业控制器以及其相关联的I/O设备是现代自动化系统的操作的中心。这些控制器与工厂场地的现场设备进行交互以控制与如下目标有关的自动化过程:该目标例如为产品制造、材料操纵、批量处理、监控以及其他这样的应用。工业控制器存储并执行用户定义的控制程序以结合受控的过程来实现决策制定。这样的程序可以包括但不限于梯形逻辑、顺序功能图、功能框图、结构化文本或其他这样的编程结构。
[0037]由于存在必须进行接近实时地监测和控制的大量的系统变量，因此工业自动化系统通常生成大量接近实时的数据。除了生产统计之外，还经常连续地监测并且在一些情况下记录与机器健康、警报状态、操作者反馈(例如，手动输入与停机时间状况相关联的原因代码)和随时间推移的电气或机械负荷等相关的数据。通过可以组成典型自动化系统的许多工业设备来生成该数据，该工业设备包括工业控制器及其相关联的1/0、用于接近实时计量的遥测设备、运动控制设备(例如，用于对组成运动系统的电动机进行控制的驱动器)、可视化应用、批次可追溯性系统(例如，条形码跟踪)等。而且，由于许多工业设施24小时地操作，其相关联的自动化系统会以高速率生成大量潜在有益数据。随着将另外的工厂设施添加到工业企业，所生成的自动化数据的量进一步增加。
[0038]由现代自动化系统生成的大量数据使得其能够将广泛的工厂分析(plantanalytics)应用于自动化系统及构成工业企业或商业的过程。然而，对工业数据的访问通常限于与采集并生成该数据的工业控制器共享通用网络的应用和设备。同样，工厂人员希望在另一个应用(例如，报告或分析工具、通知系统、可视化应用、备用数据存储装置等)中利用由条目它们的系统生成的工业数据，则该工厂人员需要在现场使用本地资源来保持这样的应用。而且，尽管给定的工业企业可能包括在不同地理位置处的多个工厂设施(或具有可变位置的多个移动系统)，然而这样的应用的范围仅限于在位于与该应用相同的局域网处的控制器上可得到的数据。
[0039]为了解决这些或其他问题，本公开内容的一种或更多种实施方式提供了前置(on-premise)云网关系统，用于从工厂场地(plant floor)设备中采集工业数据以及将该数据传递至云存储库用于处理和存储。这种基于网关的体系结构可以便利于从任何级别工业企业处的数据资源中采集工业数据，该工业数据分组括但不限于工业设备(例如，控制器、驱动器、遥测设备等等)、数据历史库(data historian)、数据表、服务级系统(例如，企业资源规划系统、制造执行系统、记账系统等等)以及其他这样的数据源。在工厂场地上的云网关设备可以将所采集的数据发送至基于云的架构，基于云的架构基于上下文和/或用户定义参数(例如，现场事件的发生时间、优先级等等)智能地对所获得的数据进行排序和组织。
[0040]云网关体系结构利用优先级消息序列和blob (二进制大对象)存储来在云平台中将所采集的数据的传输与对该数据的处理和使用进行解耦。云网关设备还可以支持大量数据流和并行管道，从而具有高性能数据传输能力。队列处理服务将所采集的工业数据以及包括客户标识信息的客户特有头部信息、为云平台中的数据的处理指定相对优先级的优先级信息(这可以基于数据的类型；例如，历史的、现场的警报等等)、以及云平台中可以用于标识由云平台的数据处理服务对数据进行的处理的类型的其他信息进行打包。
[0041]云网关设备可以包括使得网关设备能够在即使在与云平台的通信丢失的情况下仍然从工厂场地设备中采集数据的存储转发(store-and-forward)能力。为了在具有有限本地存储能力的计算设备上执行云网关功能，这些存储转发能力可以包括:在与云平台的通信链接丢失的情况下用于将所采集的数据重新定向至外部存储设备以便临时存储。当云网管设备和云平台之间的通信被重新建立时，云网管设备可以从外部存储库中取回所存储的数据，完成数据的处理，以及将所取回的数据发送至云平台。在一些实施方式中，云网关设备可以将所取回的数据与最近采集的数据一起发送至云平台以缓解网关设备上的数据拥塞。
[0042]为了提供关于本文所描述的云网关功能的总体情况，图1示出了利用基于云的服务的工