[发明专利]验证工业自动化和控制系统的网络的节点的可达性

说明书

技术领域

本发明涉及用于验证工业自动化和控制系统的通信网络的节点的可达性的设备和方法。

背景技术

广泛地部署工业自动化和控制系统。在工程化阶段，限定系统的设计，然后在调试阶段期间部署系统的设计。在过去，工业自动化和控制系统的设备或节点之间的通信基于模拟技术和点到点连接。工程师对工业自动化和控制系统的工程化和调试期间的模拟技术都非常熟悉，因为对于这样的网络的要求更明显。现在，工业自动化和控制系统中的通信越来越基于现代的数字通信技术，例如以太网技术。特别地，变电站自动化系统使用站级、间隔级以及过程级的以太网技术。以太网技术不仅向用户还向设计并且调试工业自动化和控制系统的工程师提出新的挑战。

在以太网技术的情况下，工业自动化和控制系统（特别在大的工业系统中）的设备或节点之间的通信通常需要在物理和逻辑上分离，其中例如VLAN（虚拟局域网）、组播、不同的管道（例如防火墙或路由器）、子网等的技术用于提供并且保证业务流的正确分段、隔离和路由。在工程化和设计阶段期间，以及在通信网络的调试阶段期间，确保在连接到通信网络并且期望互相通信的设备或节点之间存在数据路径（物理和逻辑两者）是必要的。工程化和设计阶段期间的错误以及调试阶段期间的错误，例如错误的网络配置或网络安装，可妨碍需要的数据路径正确地起作用，或可使它们变得不可能。不同的子网络中的例如VLAN、组播、子网络划分等一个或多个网络技术的组合在没有发送探测包的情况下使得难以检测连接到网络的设备或节点之间的需要的数据路径是否正确工作。 

在接收用户的命令后，设计工程师设计对应的工业自动化和控制系统并且然后生成系统描述文件。在设计期间，以及当调试系统时，验证网络的设备或节点之间的可达性是必要的（在给定下层物理和逻辑网络架构的情况下）。在当前实践中，手动进行可达性验证来确保网络的设备或节点之间需要的可达性或完全不进行可达性验证。特别地，在工程化和设计阶段期间，工程师仅具有可用网络的模型并且不具有在工业自动化和控制系统的实际部署网络中验证模型的可能性。然而，这样的可达性验证是重要的，因为在网络设计阶段的结尾，根据设计的系统描述文件来调试实际网络。在设计阶段中有错误的情况下，必须重复该过程，其是昂贵且耗时的。因此，在设计期间数据流的自动验证是重要的。此外，数据流的验证在网络的调试阶段期间以及在工业控制和自动化系统的网络要扩展或整修时也是重要的。

在本发明的背景中，术语数据流暗指数据从工业自动化和控制系统的网络的一个设备或节点流到该网络的另一个设备或节点。可达性验证特别地包括设计或调试网络的下列条件：（1）从当前节点开始到网络的另一个节点的可达性；（2）从当前节点开始与网络的另一个节点的分离，即从当前节点开始，另一个节点是不可达的；（3）在某些情况下，汇节点可接收来自不同源节点的网络业务。

在Zhang等人的“Reachability Monitoring and Verification in Enterprise Networks（企业网络中的可达性监测和验证）”（SIGCOMM’08）中，提出算法用于监测并且验证所有配对节点。对于每对源和目的地节点，计算逐跳路由路径。这些配对根据跳跃计数按升序分类。然后根据分类顺序计算所有配对的可达性。

发明内容

因此本发明的目的是提供用于自动验证工业自动化和控制系统的通信网络的节点可达性的设备和方法，其不具有现有技术的劣势中的至少一些。特别地，本发明的目的是提供用于验证工业自动化和控制系统的通信网络的节点可达性的设备和方法，其能适用于工业自动化和控制系统的通信网络的设计以及部署的工业自动化和控制系统的通信网络。

根据本发明，这些目的通过独立权利要求的特征实现。另外，另外的有利实施例从从属权利要求和说明中得出。