專利名稱：在快速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中緩存慢速網(wǎng)絡(luò)的過程數(shù)據(jù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于與連接在快速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的慢速網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的裝置進行通信的系統(tǒng)和方法。更具體地說，本發(fā)明涉及利用高速緩存促進此類通信的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
過程經(jīng)常由包括快速(例如，10MB或更快)本地網(wǎng)和慢速(例如，31KB)非本地網(wǎng)的控制系統(tǒng)控制。在此類系統(tǒng)中，需要在快速本地網(wǎng)的裝置與慢速非本地網(wǎng)的裝置之間進行通信。例如，過程的一部分可能要求根據(jù)快速本地網(wǎng)中的溫度傳感器監(jiān)視的溫度啟動慢速非本地網(wǎng)中的智能閥?？焖俦镜鼐W(wǎng)中的控制處理器通過收集溫度數(shù)據(jù)，根據(jù)控制程序處理數(shù)據(jù)并且傳送用于慢速非本地網(wǎng)的閥門的控制信號而控制過程的這一部分。
一般情況下，非本地裝置的數(shù)據(jù)由快速本地網(wǎng)中的兩個或更多客戶(例如，主機或控制處理器)訪問，由于慢速非本地網(wǎng)速度慢，這些客戶可能要等待其訪問被服務(wù)。這會導(dǎo)致長時間的延遲，阻礙快速網(wǎng)絡(luò)中的處理，并影響過程的控制。
因此，需要一種簡單靈活的通信系統(tǒng)，以減小控制過程的快速網(wǎng)絡(luò)和慢速網(wǎng)絡(luò)之間速度差異造成的延遲。
發(fā)明概述本發(fā)明的方法可訪問與快速網(wǎng)絡(luò)互連的慢速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包括監(jiān)視或控制過程的多個裝置的參數(shù)。具體地說，所述方法在設(shè)置于快速網(wǎng)絡(luò)與慢速網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)關(guān)接口裝置中提供高速緩存。根據(jù)快速網(wǎng)絡(luò)客戶的請求用慢速網(wǎng)絡(luò)裝置的參數(shù)填充高速緩存。每個裝置的填充參數(shù)的刷新彼此獨立。
刷新率最好是根據(jù)每個裝置的響應(yīng)性、慢網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載和給定裝置在高速緩存中的參數(shù)數(shù)量可變的。因此，對較慢速裝置的查詢次數(shù)經(jīng)常少于較快速的裝置。例如，如果對較慢速裝置的前一刷新尚未結(jié)束，則會略過對其的刷新。刷新率根據(jù)慢速網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載自抑制，自抑制不依賴快速網(wǎng)絡(luò)上的負(fù)載。
在時間終止而未從客戶收到另一請求前，填充或緩存的參數(shù)最好保留在高速緩存中。如果在時間終止前收到參數(shù)的另一請求，則重置時間。
如果所請求的參數(shù)是參數(shù)集合中的成員，則會將整個集合置于高速緩存中。這避免了由于將來請求該參數(shù)或集合的其它成員而訪問慢速網(wǎng)絡(luò)所造成的往返延遲?？蓮南铝许棙?gòu)成的組中選擇集合視圖、記錄和數(shù)組。集合選擇也可基于最大到最小的優(yōu)先級，例如視圖、記錄和數(shù)組。
高速緩存管理器最好設(shè)置在網(wǎng)絡(luò)接口裝置中，以管理高速緩存的填充和刷新。
本發(fā)明的系統(tǒng)包括設(shè)置在快速網(wǎng)絡(luò)與慢速網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)關(guān)接口。網(wǎng)關(guān)接口裝置包括高速緩存和高速緩存管理器，高速緩存管理器用于根據(jù)連接在快速網(wǎng)絡(luò)中的客戶的請求而用連接在慢速網(wǎng)絡(luò)中的裝置的參數(shù)填充和刷新高速緩存。本發(fā)明方法的各種優(yōu)選項和實施例由高速緩存管理器提供。
附圖簡述通過結(jié)合附圖參考如下說明可理解本發(fā)明的其它和更多目的、優(yōu)點和特征，圖中類似的標(biāo)號表示類似的結(jié)構(gòu)元素，并且

圖1是可使用本發(fā)明的控制接口系統(tǒng)和方法的控制系統(tǒng)的方框圖2是圖1所示控制系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)接口裝置的方框圖；以及圖3顯示了圖2所示網(wǎng)關(guān)接口裝置的高速緩存管理器的結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選實施例說明參照圖1，控制系統(tǒng)20包括計算機22、網(wǎng)關(guān)接口裝置24、本地控制系統(tǒng)26、非本地控制系統(tǒng)28和網(wǎng)絡(luò)30。計算機22經(jīng)網(wǎng)絡(luò)30與本地控制系統(tǒng)26和網(wǎng)關(guān)接口裝置24互連。網(wǎng)關(guān)接口裝置24也直接與非本地控制系統(tǒng)28互連。網(wǎng)絡(luò)30通常以高速如10MB或更高速度運行，而非本地控制系統(tǒng)28以低得多的速度如31KB運行，。
本地控制系統(tǒng)26包括監(jiān)視和/或控制過程25的一個或多個本地裝置32(只例示了一個裝置)。本地控制系統(tǒng)26還包括經(jīng)輸入/輸出(I/O)總線33與本地裝置32互連的控制處理器38?？刂铺幚砥?8還經(jīng)網(wǎng)絡(luò)30與計算機22和網(wǎng)關(guān)接口裝置24互連?？刂铺幚砥?8包括控制程序39。
非本地控制系統(tǒng)28包括一個或多個監(jiān)視和/或控制由本地控制系統(tǒng)26監(jiān)視和控制的同一過程的非本地裝置34與36(例示了二個裝置)。非本地裝置34與36經(jīng)非本地總線35互連。
計算機22可以是單臺計算機或經(jīng)網(wǎng)絡(luò)30互連的多臺計算機。網(wǎng)絡(luò)30可以是任何合適的有線或無線通信網(wǎng)絡(luò)，并可包括因特網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)、公共電話系統(tǒng)等。網(wǎng)絡(luò)30最好是開放標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)，如以太網(wǎng)。
本地裝置32和非本地裝置34與36可以是監(jiān)視或控制過程25的任何合適裝置，如溫度傳感器、流率傳感器、閥門、泵、電氣開關(guān)等。
控制處理器38可以是具有處理器、存儲器、用于經(jīng)I/O總線33與本地裝置32通信的I/O單元以及用于經(jīng)網(wǎng)絡(luò)30通信的通信單元(未顯示)的任一控制處理器。例如，如果網(wǎng)絡(luò)30是因特網(wǎng)，則控制處理器38具有用于因特網(wǎng)通信的瀏覽器功能。同樣地，計算機22和網(wǎng)關(guān)接口裝置24將配備因特網(wǎng)功能以服務(wù)文件和/或經(jīng)因特網(wǎng)進行通信。
網(wǎng)關(guān)接口裝置24與快速網(wǎng)絡(luò)30及運行速度較慢的非本地控制系統(tǒng)28(慢速網(wǎng)絡(luò))互連。網(wǎng)關(guān)接口裝置24可響應(yīng)與網(wǎng)絡(luò)30互連的客戶的請求而訪問非本地裝置34與36形成的非本地數(shù)據(jù)。這些客戶可包括一臺或多臺計算機22和/或一個或多個控制處理器38。
參照圖2，網(wǎng)關(guān)接口裝置24包括處理器40、網(wǎng)絡(luò)接口42、非本地控制系統(tǒng)接口44、存儲器46及總線47?？偩€47互連處理器40、網(wǎng)絡(luò)接口42、非本地控制系統(tǒng)接口44和存儲器46。存儲器46包括操作系統(tǒng)48、高速緩存50和高速緩存管理器52。操作系統(tǒng)48控制處理器40以執(zhí)行高速緩存管理器程序52。
高速緩存管理器程序52在運行時使操作系統(tǒng)48操作處理器40以控制并管理從非本地控制系統(tǒng)28對非本地數(shù)據(jù)的訪問(如圖1所示)。高速緩存管理器程序52響應(yīng)連接在快速網(wǎng)絡(luò)30中的客戶訪問非本地數(shù)據(jù)的請求。一旦存取得到特定的非本地數(shù)據(jù)，便將其放置在高速緩存50中，其中，可響應(yīng)將來的請求快速訪問它，從而避免將來請求該數(shù)據(jù)要經(jīng)過慢速網(wǎng)絡(luò)造成的往返延遲。由于數(shù)據(jù)已經(jīng)在高速緩存50中，因此，無需訪問非本地裝置34或36，從而大大減少了慢速網(wǎng)絡(luò)總線35上的通信量。
高速緩存管理器程序52通過根據(jù)快速網(wǎng)絡(luò)30的客戶的請求而用非本地裝置34與36的參數(shù)填充高速緩存50，從而管理高速緩存50。例如，如果操作員站請求尚不在高速緩存50中的來自非本地裝置34的參數(shù)，則在那時將該參數(shù)添加到高速緩存50中。只要任一操作員站或任一控制處理器請求該參數(shù)，該參數(shù)便會保留在高速緩存50中。如果在預(yù)定時間內(nèi)未請求該參數(shù)，則將該參數(shù)從高速緩存50中刪除。也即，高速緩存50中的每個參數(shù)有一個終止定時器。如果該終止定時器在收到另一請求之前終止，則從高速緩存中刪除該參數(shù)。
由于只緩存客戶請求的參數(shù)，因此，慢速網(wǎng)絡(luò)總線35上的通信量被減到最少。慢速非本地控制系統(tǒng)28一般可具有數(shù)百個參數(shù)。在這大量的參數(shù)中，只要求幾個參數(shù)始終為工廠操作員可見。只緩存幾個參數(shù)而非緩存幾百個參數(shù)，使得非本地總線35上的通信量減少，因此取得更好的網(wǎng)絡(luò)利用率。
參照圖3，高速緩存管理器程序52基于裝置管理參數(shù)。也就是說，非本地裝置34與36的參數(shù)彼此分開管理。這在圖3中通過標(biāo)記為裝置1到裝置N的非本地裝置的各分立框表示。例如，裝置1和裝置2分別對應(yīng)于非本地裝置34與36。裝置3到裝置N對應(yīng)于連接在非本地控制系統(tǒng)28中的其它非本地裝置(未顯示)。
高速緩存管理器程序52通過將刷新高速緩存50所需的通信事務(wù)數(shù)量減到最少，從而優(yōu)化了慢速網(wǎng)絡(luò)總線35上的通信量。這是通過訪問包含所請求的參數(shù)值的最大對象(參數(shù)集)來實現(xiàn)的。非本地控制系統(tǒng)28具有可作為一項訪問的幾個參數(shù)集合結(jié)構(gòu)。這些集合結(jié)構(gòu)包括1.視圖-通常不相關(guān)的參數(shù)的集合，包括為數(shù)據(jù)訪問優(yōu)化而集中起來的記錄和數(shù)組；2.記錄-相同標(biāo)題下的一組參數(shù)，其中每個參數(shù)有自己的名稱；以及3.數(shù)組-通過索引區(qū)分的名稱相同的多個參數(shù)值。
高速緩存管理器程序52使用以下步驟來確定從非本地裝置34或36讀取的內(nèi)容，以便滿足客戶對給定參數(shù)的請求1.如果所請求的參數(shù)值可作為視圖的一部分訪問，則將整個視圖讀入高速緩存50中。對作為同一視圖的部分的其它參數(shù)的后續(xù)請求從高速緩存50得到滿足，而無需訪問非本地裝置34或36。
2.如果所請求的參數(shù)值是記錄的一部分，則將整個記錄存入高速緩存50中。對記錄的其它成員的后續(xù)請求從高速緩存50得到滿足，而無需訪問非本地裝置34或36。
3.如果所請求的參數(shù)值是數(shù)組的一部分，則將整個數(shù)組存入高速緩存50中。對數(shù)組其它元素的后續(xù)請求從高速緩存50得到滿足，而無需訪問非本地裝置34或36。
高速緩存管理器程序52通過選擇最大的集合來優(yōu)化集合。對于以上所列集合，優(yōu)先順序為視圖、記錄和數(shù)組。
高速緩存管理器程序52對填充高速緩存50的參數(shù)進行刷新，參數(shù)的刷新彼此獨立且不依賴快速網(wǎng)絡(luò)30的客戶的請求。在高速緩存刷新周期開始時，高速緩存管理器程序52分別針對在高速緩存50中高速緩存或填充了參數(shù)值的每個非本地裝置開始刷新周期。在每個刷新周期中，高速緩存管理器程序52會使該裝置的刷新參數(shù)值讀入高速緩存50中。在下一刷新周期開始時，對前一刷新周期完成了的每個裝置開始新的刷新周期。未完成的刷新周期會繼續(xù)直至完成。在刷新給定裝置的所有緩存參數(shù)值后，開始該裝置的另一刷新周期。
高速緩存50的刷新率是可變的。它基于慢速網(wǎng)絡(luò)總線35的負(fù)載、給定非本地裝置34或36的響應(yīng)性及高速緩存50中給定非本地裝置34或36的參數(shù)數(shù)量變化。例如，高速緩存50可包含裝置1的10個參數(shù)和裝置2的2個參數(shù)。對于此示例，裝置2的刷新率將比裝置1的刷新率快。又如，如果裝置1和裝置2在高速緩存50中具有相同數(shù)量的參數(shù)，但裝置1比裝置2快，則裝置1的刷新率將快于裝置2的刷新率。
總的高速緩存刷新率也可基于慢速網(wǎng)絡(luò)總線35的負(fù)載變化。慢速網(wǎng)絡(luò)總線35負(fù)載更多時，高速緩存刷新率會下降。高速緩存刷新率隨慢速網(wǎng)絡(luò)負(fù)載降低而提高。此操作是自抑性的。例如，高網(wǎng)絡(luò)負(fù)載可能是由于非本地裝置34或36之一響應(yīng)慢或具有大量緩存參數(shù)。因此，導(dǎo)致高負(fù)載的非本地裝置的刷新率會下降或自抑制。
至此已具體參照本發(fā)明的優(yōu)選形式對本發(fā)明進行了描述；顯然，在未脫離所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可對其進行各種變更和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于訪問與快速網(wǎng)絡(luò)互連的慢速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的方法，其中所述數(shù)據(jù)包括監(jiān)視或控制過程的多個裝置的參數(shù)，所述方法包括(a)在所述快速網(wǎng)絡(luò)與所述慢速網(wǎng)絡(luò)之間設(shè)置的網(wǎng)關(guān)接口裝置中提供高速緩存；(b)根據(jù)所述快速網(wǎng)絡(luò)的客戶的請求，用所述參數(shù)填充所述高速緩存；以及(c)彼此獨立地刷新每個所述裝置的填充參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(c)具有可變的刷新率。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述可變刷新率基于每個所述裝置的響應(yīng)性。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于對所述裝置中較慢裝置的查詢次數(shù)少于較快的裝置。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于如果所述裝置之一的前一刷新尚未結(jié)束，則會略過對其的刷新。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述可變刷新率是自抑性的。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述刷新率基于所述慢速網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載自抑制。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述自抑制不依賴所述快速網(wǎng)絡(luò)上的負(fù)載。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于如果所述裝置之一的前一刷新尚未結(jié)束，則會略過對其的刷新。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在時間終止而未從所述客戶收到另一請求前，填充的參數(shù)保留在所述高速緩存中。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于在收到所述另一請求后重置所述時間。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述參數(shù)中的第一個參數(shù)是所述參數(shù)集合的成員，其中步驟(b)響應(yīng)對所述第一參數(shù)的請求而使用所述參數(shù)集合填充所述高速緩存。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于從下列項構(gòu)成的組中選擇所述參數(shù)的所述集合視圖、記錄和數(shù)組。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于從所述高速緩存滿足了對所述集合的所述參數(shù)的后續(xù)請求，而無需訪問所述慢速網(wǎng)絡(luò)。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于基于以下優(yōu)先級順序選擇所述集合視圖、記錄和數(shù)組的。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于高速緩存管理器設(shè)置在所述網(wǎng)關(guān)接口裝置中以管理步驟(b)和(c)。
17.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述參數(shù)中的第一個參數(shù)是所述參數(shù)集合的成員，其中步驟(b)響應(yīng)對所述第一參數(shù)的請求而用所述參數(shù)集合填充所述高速緩存。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于從下列項構(gòu)成的組中選擇所述集合視圖、記錄和數(shù)組。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于對所述集合成員的后續(xù)請求從所述高速緩存得到滿足，而無需訪問所述慢速網(wǎng)絡(luò)。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于基于以下優(yōu)先級順序選擇所述集合視圖、記錄和數(shù)組。
21.一種用于訪問與快速網(wǎng)絡(luò)互連的慢速網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)包括多個裝置的參數(shù)，所述系統(tǒng)包括設(shè)置在所述快速網(wǎng)絡(luò)與所述慢速網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)關(guān)接口裝置，所述網(wǎng)關(guān)接口裝置包括高速緩存；以及用于根據(jù)所述快速網(wǎng)絡(luò)的客戶的請求，用所述參數(shù)填充所述高速緩存的裝置；以及用于彼此獨立地刷新每個所述裝置的所述填充參數(shù)的裝置。
22.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于用于刷新的所述裝置具有可變刷新率。
23.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于所述可變刷新率基于每個所述裝置的響應(yīng)性。
24.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其特征在于對所述裝置中較慢裝置的查詢次數(shù)少于較快的裝置。
25.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其特征在于如果所述裝置之一的前一刷新尚未結(jié)束，則會略過對其的刷新。
26.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于所述可變刷新率是自抑性的。
27.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于所述刷新率基于所述慢速網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載自抑制。
28.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于所述自抑制不依賴所述快速網(wǎng)絡(luò)上的負(fù)載。
29.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于如果所述裝置之一的前一刷新尚未結(jié)束，則會略過對其的刷新。
30.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于在時間終止而未從所述客戶收到另一請求前，填充的參數(shù)保留在所述高速緩存中。
31.如權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其特征在于在收到所述另一請求后重置所述時間。
32.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于所述參數(shù)中的第一個參數(shù)是所述參數(shù)集合的成員，并且其中所述填充裝置響應(yīng)對所述第一參數(shù)的請求而用所述參數(shù)集合填充所述高速緩存。
33.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其特征在于所述參數(shù)的所述集合從下列項構(gòu)成的組中選擇視圖、記錄和數(shù)組。
34.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其特征在于對所述集合成員的后續(xù)請求從所述高速緩存得到滿足，而無需訪問所述慢速網(wǎng)絡(luò)。
35.如權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其特征在于基于以下優(yōu)先級順序選擇所述集合視圖、記錄和數(shù)組。
36.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述網(wǎng)關(guān)接口裝置還包括高速緩存管理器，用于管理所述填充裝置和所述刷新裝置。
37.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)塊，其特征在于所述參數(shù)中的第一個參數(shù)是所述參數(shù)集合的成員，并且其中所述填充裝置響應(yīng)對所述第一參數(shù)的請求而用所述參數(shù)集合填充所述高速緩存。
38.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其特征在于所述集合是從下列項構(gòu)成的所述組中選擇的視圖、記錄和數(shù)組。
39.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其特征在于對所述集合成員的后續(xù)請求從所述高速緩存得到滿足，而無需訪問所述慢速網(wǎng)絡(luò)。
40.如權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其特征在于基于以下優(yōu)先級順序選擇所述集合視圖、記錄和數(shù)組。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于具有快速網(wǎng)絡(luò)和慢速網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)的緩存方法和系統(tǒng)，所述快速網(wǎng)絡(luò)和慢速網(wǎng)絡(luò)各具有涉及過程控制的裝置。高速緩存設(shè)置在與快速網(wǎng)絡(luò)和慢速網(wǎng)絡(luò)均互連的網(wǎng)關(guān)接口裝置中。高速緩存僅響應(yīng)連接在快速網(wǎng)絡(luò)中的客戶的請求進行填充，但不依賴快速網(wǎng)絡(luò)而進行刷新。為減少慢速網(wǎng)絡(luò)上的通信量，用請求參數(shù)所屬的參數(shù)集合填充高速緩存。這避免了慢速網(wǎng)絡(luò)上由于將來請求所請求參數(shù)或該集合的其它成員而造成的往返。如果某個參數(shù)的相關(guān)終止計時器在收到針對該參數(shù)的另一請求前終止，則從高速緩存刪除該參數(shù)。高速緩存刷新可根據(jù)慢速網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載和慢速網(wǎng)絡(luò)裝置的響應(yīng)性而變化。
文檔編號G06F12/08GK1682168SQ03822453
公開日2005年10月12日 申請日期2003年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月23日
發(fā)明者A·切莫古佐夫, W·R·霍德森 申請人:霍尼韋爾國際公司