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CN106576095A - 借助于opc ua协议的能量优化的数据传输的方法和装置 - Google Patents

借助于opc ua协议的能量优化的数据传输的方法和装置 Download PDF

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CN106576095A
CN106576095A CN201480080300.3A CN201480080300A CN106576095A CN 106576095 A CN106576095 A CN 106576095A CN 201480080300 A CN201480080300 A CN 201480080300A CN 106576095 A CN106576095 A CN 106576095A
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CN201480080300.3A
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卡尔-海因茨·戴雷特斯巴谢尔
克里斯蒂安·霍克
格拉尔德·克费尔
弗兰克·福尔克曼
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Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
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Abstract

OPC‑UA客户端能够实施的是，合并发送和接收时间点，以便因此延长天线放大器暂停时间。应当对此不要求改变OPC‑UA协议，在此仅仅在限定的聚焦时间点发送。在这些时间点之间应当不需要进行发送。在确定的时间点将合并的询问发送给服务器。随后客户端进入接收模式。服务器在时间上循环地处理接收的询问。如果几乎所有的询问都处理完了，那么就再次给服务器发新的合并的询问。在这些聚焦时间点之间能够完全关闭客户端/移动设备的发送器并且因此省电。在此提出的方法完全兼容通信的所有的层(TCP‑Stack，WLAN)。

Description

借助于OPC UA协议的能量优化的数据传输的方法和装置
技术领域
OPC UA(OPC Unified Architecture，OPC统一架构)是OPC基础的工业化的标准协议，其用于特别是在过程自动化中的机器数据的交换的、不取决于制造商的通信。
OPC UA是相对较新的标准，其中最初的焦点不在于工业设备的控制，而是更多地在标准化的信息交换方面，特别是在不同制造商的设备之间。
自此期间，OPC UA也直接集成到自动化技术的设备中，从而产生了持续写数据的必要性。
背景技术
在自动化技术设备中存在在不同的设备之间交换过程信息(例如过程值、测量值、参数、控制指令)的必要性。在此重要的是，信息持续地和无差错地在参与者之间传输。这特别地在改变数据的调用(即写变量)中是重要的。
OPC-UA协议也能够经由因特网连接进行通信。在因特网中存在的协议是，必须总是由客户端初始化客户端/服务器通信，即仅允许客户端询问服务器，并且随后允许服务器回复该询问。然而这与自动化设备的要求存在冲突，即通信必须由两个通信伙伴随时初始化。
现在OPC-UA通过如下方式解决该问题，即事先已经将至少一个(或多个)询问从客户端发送给服务器。当服务器想要将数据发送至客户端时，其能够符合协议地作为该询问的回复进行处理。这些询问被称为“发布询问(Publish-Request)”，对应的回复被称为“发布回复(Publish-Response)”。通常可持续直到三个询问。如果在服务器侧长时间不需要给客户端发送数据，那么其就发送“空”回复，也被称为“保持存活(Keep-Alive)”。
如果客户端接收到对于其询问“发布询问”的回复“发布回复”，那么其就发送新的询问至服务器。
该“保持存活”机制是必要的，因为因特网中的数据传输由防火墙/代理和类似的网络元件进行监视。当一定时间内没有数据传输(Traffic)在此流通时，这些网络元件就关闭连接。
此外，该机制也用于通过连接的按照规定的功能来通知通信伙伴。
移动设备经由无线电、例如无线LAN、蓝牙、3G、LTE进行无线通信。因为其通常借助于电池或蓄电池供电并且在设备上运行的应用的能量需求直接影响设备的寿命，所以其必须尽可能有能量效率地工作。移动设备中的最大的能量消耗在发送消息时产生。因此，用于发送的天线尽可能少地激活。相反，接收在能量平衡角度看不是关键。
如果现在在移动设备中运行OPC-UA通信(例如作为到用于维护、监视、设置参数等目的的设备部件的移动接入)，则通常通过基于询问-回复(Request-Response)的OPC-UA固有的通信特性进行发送。因为设备几乎不关闭发送器，所以设备的蓄电池/电池耗电非常快。
在OPC-UA标准的限定中不考虑移动通信的情况。如今已经在设备中采用的移动终端(例如MOBIC，移动工业化通信器，西门子公司，用于局域或广域接入内联网或因特网的、具有可插式无线电卡和无线LAN的、移动的工业适用的因特网平板电脑)经由其它的协议进行通信。
如今仍没有对于该问题的构建好的解决方案。未来会越来越多地在维护情况中利用OPC-UA的处理和移动终端的增长的使用来进行计算。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种方法和装置，其解决上述问题。
所述目的通过根据独立权利要求所述的方法和装置实现。
根据本发明的方法用于，在应用通信协议OPC-UA的情况下经由通信网、特别是因特网在至少一个客户端和至少一个客户端/服务器系统之间进行通信，该通信网的特性在于，仅允许由至少一个客户端进行询问，并且仅允许由至少一个服务器进行随后的回复，并且该通信网包括保持存活的机制，其中，当在保持存活的时间段期间不传输数据包时，将在服务器和客户端之间存在的数据连接结束。客户端在时间上直接相互跟随地发送多个询问，并且服务器接收并在时间上错开地回复多个询问。在此，在第一回复和随后的第二回复之间存在的时间段小于保持存活的时间段。
根据本发明的第一装置、服务器适用于经由通信网、特别是因特网执行根据本发明的方法，该通信网的特性在于，仅允许由至少一个客户端进行询问，并且仅允许由该装置进行随后的回复，并且该通信网包括保持存活的机制，其中，当在保持存活的时间段期间不传输数据包时，将在服务器和客户端之间存在的数据连接结束。该装置从客户端得到多个询问，这些询问在时间上直接相互跟随地发送，并且该装置在时间上错开地回复多个询问，其中，在第一回复和随后的第二回复之间存在的时间段小于保持存活的时间段。
根据本发明的第二装置、客户端适用于经由通信网、特别是因特网执行根据本发明的方法，该通信网的特性在于，仅允许由装置进行询问，并且仅允许由服务器进行随后的回复，并且通信网包括保持存活的机制，其中，当在保持存活的时间段期间不传输数据包时，将在服务器和该装置之间存在的数据连接结束。该装置在时间上直接相互跟随地发送多个询问，并且至少一个服务器在时间上错开地回复多个询问，其中，在第一回复和随后的第二回复之间存在的时间段小于保持存活的时间段。
为了延长移动设备的寿命，OPC-UA客户端根据本发明能够提出，合并发送时间点和接收时间点，以便因此延长天线放大器暂停时间。
在不要求改变OPC-UA协议的情况下，OPC-UA客户端应当仅仅在限定的聚焦时间点(Fokussierungszeitpunkten)发送。在这些时间点之间应当不需要进行发送。对此修正OPC-UA协议，从而其在确定的时间点将合并的询问发送给服务器，例如50个询问。随后客户端进入接收模式。
服务器在时间上循环地处理接收的询问。如果几乎所有的询问都处理完了(例如48个询问之后)，那么就再次安给服务器发新的合并的询问。
在这些聚焦时间点之间能够完全关闭客户端/移动设备的发送器并且因此省电。
在此提出的方法完全兼容通信的所有的层(TCP-Stack，WLAN)。
附图说明
接下来通过附图示出并且进一步阐述本发明。在此示出：
图1示出根据所述方法的、在客户端和服务器之间的示例性的通信，
图2示出根据现有技术的、在客户端和服务器之间的示例性的通信，
图3示出根据现有技术的、在处理时在客户端中的能量需求的示意图，并且
图4示出根据所述方法的、在处理时的能量需求的示意图。
具体实施方式
图2首先描述了客户端-服务器通信的常规的处理。客户端UA-C发送询问11，在服务器UA-S上发送回复12，接着客户端UA-C发送第二询问13，在服务器UA-S上发送回复14，并且继续。这特别地发生，以便在保持存活的时间间隔PTI中进行在客户端UA-C和服务器UA-S之间的通信，并且不由于超时问题关闭通信通道。
图3示出了能量需求P，其属于在根据图2所述的处理中的终端UA-C，在此明显看出，每个发送过程11，13，15，17具有能量需求T1，T2，T3，T4…。因此清楚的是，在具有能量存储器的终端中，有限存在的能量储备被立刻耗尽。
与此相比，根据所述的方法的消息发送以较短的间隔发生，在附图中在此示例性地仅示出4个消息，其不应当表示对所述想法的限制，而是仅用于示图的简明表示。在随后的时间段SI中，终端UA-C能够转换到省电模式中，或者甚至关闭，并且因此不再消耗能量，如在图4中良好地示出的那样，一次性的能量消耗Tx包括发送组(Sendeblock)的全部消息的发送。
接下来示出计算实例，其在其示例性的布置中核算电存储。
在10秒的保持存活率(Proxy Timeout Interval，PTI，代理超时区间)(其对应在标准防火墙和代理中根据经验测定的超时的一半的时间段)和在合并的询问中进行50个询问的情况下，能够因此在空转运行中关闭客户端大约490秒。
在均匀的激活和1000ms的更新率的情况下，还能够关闭客户端49秒。
在内部处理和发送天线的500ms的进行的后续时间的情况下，随后得出下述特性：
在第一情况中，根据现有技术，客户端在50秒内分别发送50个询问，即大约每秒一个询问。
服务器的回复时间在500ms的范围内，因此天线仅能够在直到50％的时间关闭，其内部的处理单元(消息编码、发送或者接收、译码)是永远激活的。
在第二情况中，客户端按照根据本发明的方法在10秒栅格中工作。一次性设置50个询问，它们在大约1秒之中处理。随后，天线或者处理单元进行休眠。内部的处理单元和天线随后仅在下个同步点再次激活。
作为节省潜力由此得出：
省电模式中的潜在的睡眠时间：
10s-1s-0.5s＝8.5s，每10秒区间＝85％
大于50秒区间的节省潜力：
在第一情况中的功率对应＝
50s空转+50s处理+25s发送。
第二情况中的功率对应＝
50s空转+15s处理+15s发送。

Claims (7)

1.一种用于在应用通信协议OPC-UA的情况下经由通信网、特别是因特网在至少一个客户端(UA-C)和至少一个服务器(UA-S)之间通信的方法，
所述通信网的特性在于，仅允许由至少一个所述客户端(UA-C)进行询问，并且仅允许由至少一个所述服务器(UA-S)进行随后的回复，并且
所述通信网包括保持存活的机制，其中，当在保持存活的时间段(PTI)期间不传输数据包时，将在所述服务器(UA-S)和所述客户端(UA-C)之间存在的数据连接结束，
其特征在于，
所述客户端(UA-C)在时间上直接相互跟随地发送多个询问(11，13，15，17)，并且所述服务器(UA-S)在时间上错开地回复(12，14，16，18)多个所述询问(11，13，15，17)，并且
在第一回复(12)和随后的第二回复(14)之间存在的时间段小于所述保持存活的时间段(PTI)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述客户端(UA-C)位于具有用于供电的存储器的、移动的终端上。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述客户端(UA-C)在发送多个所述询问(11，13，15，17)之后支配所述移动的终端转换到省电的运行模式中运行一个时间段(SI)，直到所述保持存活的时间段(PTI)结束为止。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述询问的数量为至少50。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，当第一数量个所述询问中的未回复的询问(11，13，15，17)的数量低于预先设定的低的数值时，发送第二数量个询问。
6.一种用于经由通信网、特别是因特网执行根据权利要求1至5中任一项所述的方法的装置(UA-S)，
所述通信网的特性在于，仅允许由至少一个客户端(UA-C)进行询问，并且仅允许由所述装置(UA-S)进行随后的回复，并且
所述通信网包括保持存活的机制，其中，当在保持存活的时间段(PTI)期间不传输数据包时，将在服务器(UA-S)和所述客户端(UA-C)之间存在的数据连接结束，
其特征在于，
所述装置(UA-S)从所述客户端(UA-C)得到多个询问(11，13，15，17)，所述询问在时间上直接相互跟随地发送，并且
所述装置(UA-S)在时间上错开地回复(12，14，16，18)多个所述询问(11，13，15，17)，并且
在第一回复(12)和随后的第二回复(14)之间存在的时间段小于所述保持存活的时间段(PTI)。
7.一种用于经由通信网、特别是因特网执行根据权利要求1至5中任一项所述的方法的装置(UA-C)，
所述通信网的特性在于，仅允许由所述装置(UA-C)进行询问，并且仅允许由服务器(UA-S)进行随后的回复，并且
所述通信网包括保持存活的机制，其中，当在保持存活的时间段(PTI)期间不传输数据包时，将在所述服务器(UA-S)和所述装置(UA-C)之间存在的数据连接结束，
其特征在于，
所述装置(UA-C)在时间上直接相互跟随地发送多个询问(11，13，15，17)，并且至少一个所述服务器(UA-S)在时间上错开地回复(12，14，16，18)多个所述询问(11，13，15，17)，并且
在第一回复(12)和随后的第二回复(14)之间存在的时间段小于所述保持存活的时间段(PTI)。
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