技术领域
[0001] 本
发明涉及一种监测系统和包括该监测系统计算机数控系统。
背景技术
[0002] 计算机数控(CNC)系统是通过计算机执行预先编程的机器控制命令的顺序的自动化机械设备。现代的CNC系统不是一个单个的装置，而是由多个装置构成的控制系统。例如，由西
门子公司提供的SINUMERIK 840D。
[0003] 通常的CNC系统可以包括作为CNC系统的中央处理装置的数控单元。数控单元可以由单个或数个中央处理单元(CPU)组成，以控制CNC系统中包括的机床等的操作单元或装置、控制
软件的运行、以及控制CNC系统内各个单元之间的通信。此外，CNC系统还可以包括客户面板。客户面板可以为操作者或用户提供人机
接口(HMI)，从而用户可以通过客户面板来控制CNC系统。
[0004] CNC系统中包括的各个单元之间可以例如使用基于以太网的网络进行连接并彼此通信。因此，为了有效地管理CNC系统，可以获取并监测在CNC系统的各个单元之间通信的数据。
发明内容
[0005] 本发明旨在提供一种解决上述和/或其他技术问题的监测系统和包括该监测系统计算机数控系统。
[0006] 示例性
实施例提供了一种监测系统，所述监测系统被构造为监测计算机数控系统的内部网络中的数据流，其中，所述计算机数控系统包括数控单元，数控单元包括连接到所述计算机数控系统的内部网络的输入输出端口，所述监测系统包括：转发单元，被构造为连接到数控单元的输入输出端口，并转发通过输入输出端口进行通信的数据流；分析单元，被构造为连接到转发单元，并接收被转发单元转发的数据流，以对接收的数据流进行分析。
[0007] 此外，所述计算机数控系统还包括用户面板单元，用户面板单元连接到数控单元的输入输出端口从而与数控单元通信，并将用户通过用户面板单元输入的信息发送到数控单元，转发单元被构造为将数控单元与用户面板单元之间进行通信的数据流转发到分析单元。所述计算机数控系统还包括维护单元，维护单元连接到数控单元的输入输出端口从而与数控单元通信，并将用于维护所述计算机数控系统的信息发送到数控单元，转发单元被构造为将数控单元与维护单元之间进行通信的数据流转发到分析单元。所述计算机数控系统还包括操作单元，操作单元连接到数控单元的输入输出端口从而与数控单元通信，从而根据来自数控单元的控制命令进行操作，转发单元被构造为将数控单元与操作单元之间进行通信的数据流转发到分析单元。
[0008] 转发单元包括：镜像端口，被构造为连接到分析单元，其中，转发单元被构造为通过将数控单元的输入输出端口至镜像端口的端口镜像来进行数据流的转发。转发单元被构造为网络交换机或网络分流器。
[0009] 分析单元被构造为对接收的数据流执行全报文数据包捕捉。在另一个示例性实施例中，所述监测系统还包括：
传感器单元连接在转发单元和分析单元之间，并被构造为接收从转发单元转发的数据流，对接收的数据流执行全报文数据包捕捉，并将得到的结果发送到分析单元。
[0010] 分析单元被构造为根据数据流通信所采用的协议的类型对转发的数据流进行分析。例如，分析单元被构造为根据转发的数据流监视、恢复或记录通过文件传输协议FTP或普通文件传送协议TFTP进行通信的数据。分析单元被构造为根据转发的数据流监视、恢复或记录通过私有协议进行通信的数据。分析单元被构造为根据转发的数控单元与用户面板单元之间通过VNC协议进行通信的数据流对用户的输进行记录并分析。分析单元被构造根据转发的数据流提取或提取并监视数控单元的操作的M代码或G代码。
[0011] 所述监测系统还包括：再现单元，被构造为再现分析单元进行分析得到的结果。
[0012] 另一个示例性实施例提供了一种计算机数控系统，所述计算机数控系统包括：数控单元，包括输入输出端口，其中，数控单元通过输入输出端口连接到计算机数控系统的内部网络；以及如上所述的监测系统。
[0013] 如在上面所描述的，根据示例性实施例的监测系统可以应用于或被包括在计算机数控(CNC)系统中。这样的计算机数控(CNC)系统可以包括由网线直接连接以组成内部网络的多个单元，例如，数控单元(NCU)和用户面板单元等。为了获得在计算机数控(CNC)系统的内部网络中的网络流量数据(即，数据流)，根据示例性实施例的监测系统包括了诸如交换机的转发单元，并在交换机上配置端口镜像，从而将网络流量转发给分析单元。因此，可以不受计算机数控系统中的各个单元的提供者(例如供应商)对于可以
访问的数据的限制来进行数据的获取和监视。通过利用全报文数据包捕捉FPC，根据示例性实施例的监测系统可以直接得到计算机数控系统中的各个单元之间进行通信的内部数据流，并可以然后得到并再现计算机数控系统的资产清单、状态和操作。
附图说明
[0014] 以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，[0015] 图1是示出根据示例性实施例的监测系统和包括该监测系统的计算机数控(CNC)系统的示意性
框图；
[0016] 图2是示出根据示例性实施例的监测系统的另一示例的框图。
[0017] 附图标记说明：
[0018] 10监测系统 11转发单元 13分析单元 15传感器单元 17再现单元[0019] 100数控单元 300用户面板单元 500维护单元
具体实施方式
[0021] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
[0022] 图1是示出根据示例性实施例监测系统的计算机数控(CNC)系统和包括在该CNC系统中的监测系统的示意性框图。如图1中所示，根据示例性实施例的CNC系统可以包括数控单元(NCU)100和监测系统10，此外，监测系统10可以包括转发单元11和分析单元13。
[0023] 数控单元100可以为CNC系统的中央处理装置。例如，在西门子SINUMERIK 840D中，数控单元100可以包括数控CPU(中央处理单元)和PLC(可编程逻辑
控制器)CPU，以分别运行对应的数字软件(numeric software)和PLC控制软件。数控单元100可以控制CNC系统内各个单元之间的通信，并可以直接控制CNC系统中的例如机床等的操作单元的运行。
[0024] CNC系统可以包括或具有内部网络，在图中以各个单元之间的
连接线表示。CNC系统中的各个单元可以通过内部网络而彼此通信。在一个示例中，CNC系统的内部网络可以为以太网。
[0025] 数控单元100可以包括输入输出端口。数控单元100可以通过输入输出端口连接到内部网络，可从而实现与CNC系统内的各个单元的通信。
[0026] 此外，如图1中所示，CNC系统还可以包括诸如用户面板单元300、维护单元500、操作单元700等。用户面板单元300、维护单元500、操作单元700等CNC系统中的单元也可以包括输入输出端口，并通过输入输出端口连接到内部网络。为此，CNC系统还可以包括网络服务器900。换句话说，数控单元100、用户面板单元300、维护单元500、操作单元700等可以通过输入输出端口连接到内部网络，从而进行通信。
[0027] 具体地讲，数控单元100可以通过输入输出端口与用户面板单元300连接。用户面板单元300可以例如为精简客户单元(TCU，Thin Client Unit)或面板控制单元(PCU，Panel Control Unit)。精简客户单元TCU可以是用于数控单元100的精简客户操作面板，其可以集成有人机接口(HMI)的图形
用户界面。面板控制单元PCU可以是具有独立的中央处理单元CPU、
硬盘和显示器的工业计算机。这样的面板控制单元PCU主要用于人-计算机互动
可视化，包括操作、编程、诊断等。用户可以经精简客户单元TCU或面板控制单元PCU进行输入，从而例如控制数控单元100，从而控制整个CNC系统。
[0028] 在西门子SINUMERIK 840D中，诸如精简客户单元TCU或面板控制单元PCU的用户面板单元300可以用作人机接口(HMI)，其可以通过例如以太网而与数控单元100的输入输出端口连接并因此与数控单元100通信，可以提供HMI的面板控制，并支持工程师经用户面板单元300将指令发送到数控单元100，以控制CNC系统的操作。
[0029] 此外，数控单元100可以通过输入输出端口与维护单元500连接。维护单元500可以为支持工程师对CNC系统进行维护的本地服务站(Local Service Station)。维护单元500可以通过例如以太网而与数控单元100的输入输出端口连接并因此与数控单元100通信，从而将工程师/用户通过维护单元500进行的输入(例如，用户维护CNC系统的信息)发送到数控单元100，并接收来自数控单元100的信息并将其再现给用户。因此，用户可以通过维护单元500对CNC系统进行维护。
[0030] 此外，数控单元100可以通过输入输出端口与操作单元700连接。操作单元700可以是CNC系统中进行各种操作以完成产品的生产、制造、加工等操作的单元，例如，机床。或者，操作单元700可以是用于驱动CNC系统中的上述单元以进行上述操作的驱动单元(Drives)。操作单元700可以通过例如以太网与数控单元100的输入输出端口连接并因此与数控单元
100通信，从而数控单元100可以将用于控制操作单元700进行操作的控制命令发送给操作单元700，和/或从操作单元700接收操作单元700的与操作相关的信息。
[0031] 参照图1，转发单元11可以连接到数控单元100的输入输出端口。转发单元11可以转发通过数控单元100的输入输出端口进行通信的数据流。例如，转发单元可以经以太网与数控单元100的输入输出端口通信连接。如上所述，数控单元100可以与通过输入输出端口与用户面板单元300、维护单元500、操作单元700连接并与它们通信，转发单元11可以转发通过输入输出端口进行通信的数据流。例如，转发单元11可以转发数控单元100与用户面板单元300之间进行通信的第一数据流、数控单元100与维护单元500之间进行通信的第二数据流、以及数控单元100与操作单元700之间进行通信的第三数据流。
[0032] 为此，转发单元11可以包括镜像端口。转发单元11可以通过将数控单元100的输入输出端口至镜像端口的端口镜像来进行第一、第二和第三数据流的转发。端口镜像技术可以是已知的技术，因此为了简明在此省略对于已知技术的详细描述。作为示例，转发单元11可以被实现为网络交换机(switch)或网络分流器(TAP)。在另一个示例性实施例中，转发单元11可以连接到用户面板单元300、维护单元500和/或操作单元700的与数控单元100连接并通信的输入输出端口，并因此可以转发用户面板单元300、维护单元500和/或操作单元700与数控单元100之间进行通信的数据流。
[0033] 如图1中所示，分析单元13可以连接到转发单元11。分析单元13可以接收被转发单元11转发的数据流，并可以对转发的数据里进行分析，这将在下面进行更具体地描述。为此，分析单元13可以实现为例如计算机的具有计算和处理能
力的单元。例如，分析单元13可以通过以太网与转发单元11的镜像端口通信连接，从而接收被转发单元11利用端口镜像通过镜像端口转发的第一、第二和第三数据流。在另一个示例性实施例中，分析单元13可以通过诸如不对称数字用户线(ADSL)、无线保真(WI-FI)或第四代移动通信技术(4G)等方式有线或无线地与转发单元11通信连接。这时，分析单元13可以被实现为远程处理服务器或
云。这时，虽然在图1中没有示出，但是根据示例性实施例的监测系统10可以进一步包括网关或广域网(WAN)网络接口，从而实现这样的有线或无线通信。
[0034] 转发单元11可以直接将在数控单元100与计算机数控系统中的其他单元之间进行通信的数据流转发到分析单元13，这时，分析单元13可以执行全报文数据包捕捉(FPC，Full Packet Capture)，从而将接收到的数据流存储为例如PCAP格式的文件。然而，示例性实施例不限于此，在图2中示出了根据示例性实施例的监测系统的另一示例的框图。如图2中所示，与上面参照图1描述的实施例相似，根据另一示例的监测系统10’可以包括转发单元11和分析单元13。在本
说明书中，为了避免冗余，将省略对于相同或相似元件的重复描述。如图2中所示的计算机数控系统和监测系统10’可以包括传感器单元15。传感器单元15可以连接在转发单元11和分析单元13之间。传感器单元15可以接收从转发单元11转发的数据流，并对接收的数据流执行全报文数据包捕捉(FPC，Full Packet Capture)，以将接收到的数据流转换为例如PCAP格式的文件。然后，传感器单元15可以将得到的PCAP格式的文件发送到分析单元13。
[0035] 当得到或接收到例如作为PCAP格式的文件的被转发的数据流之后，分析单元13可以对接收的数据流进行分析。例如，分析单元13可以从接收的数据流中提取出不同类型的数据流。可以根据不同的条件进行数据流的提取。例如，如果期望从接收的数据流中提取在数控单元100和用户面板单元300之间进行通信的第一数据流，则可以根据数控单元100和用户面板单元300的IP地址来进行数据流的提取。此外，可以根据TCP/UDP
进程、诸如VNC、SNMP、HTTP、FTP、TFTP和私有协议等的网络传输协议、应用层的数据流和/或其他的条件来进行数据流的提取，以得到期望的数据流。
[0036] 然后，可以从提取的数据流中进一步提取期望的关键特征信息，并可以根据提取的关键特征信息生成计算机数控系统资产清单(asset inventory)。关键特征信息可以包括例如MAC地址(其可以用来与被分配有该MAC地址的设备的供应商相关联)、IP地址、端口、指示该数据流是在哪些单元的哪些端口之间进行通信所产生的信息、以及指示计算机数控系统中是否出现故障(malfunction)的信息。
[0037] 此外，分析单元13可以根据数据流通信所采用的协议的类型对转发的数据流进行分析。例如，分析单元13可以使用对经诸如VNC、FTP和私有协议的特定的数据流进行解码的基于深层数据包分析(Deep Packet Analysis)，从而对计算机数控系统的操作和控制进行收集和监视。
[0038] 具体地讲，对于通过VNC协议进行通信的数据流，例如，数控单元100与用户面板单元300之间的通过VNC协议进行通信的第一数据流，分析单元13可以对用户的输入进行分析和记录，这里，用户的输入可以包括例如用户在用户面板单元300提供
人机交互界面上的输入，诸如用户为了控制计算机数控系统进行不同的操作而在用户面板单元300上的不同的按钮的按压操作等。
[0039] 此外，对于应用层通信的数据流，分析单元13可以对其进行分析，并可以提取并监视用于计算机数控系统的操作的M代码(M-Code)或G代码(G-Code)。
[0040] 此外，对于通过FTP/TFTP协议进行通信的数据流，数控单元100与诸如NCU的用户面板单元300之间的通过FTP/TFTP协议进行通信的数据流，分析单元13可以监视、回复并记录在不同的单元之间发送的数据。
[0041] 此外，对于通过私有协议进行通信的数据流，分析单元13可以监视、回复并记录在不同的单元之间交换的数据。
[0042] 因此，通过分析单元13的上述的分析，可以实现计算机数控系统的详细状态和操作的收集和监视。此外，根据示例性实施例的监测系统10’还可以包括再现单元17，参照图2。虽然在图1中没有示出，但是在上面参照图1描述的示例性实施例中的监测系统10也可以包括再现单元。再现单元17可以再现分析单元13得到的分析结果，例如，分析结果可以包括计算机数控系统的资产、计算机数控系统的状态、计算机数控系统的操作等。再现单元17可以利用可视化技术来进行再现。在一个示例中，再现单元17可以包括显示器，可以在显示器上以仪表板(dash board)的形式在再现分析结果。
[0043] 如在上面所描述的，根据示例性实施例的监测系统可以应用于或被包括在计算机数控(CNC)系统中。这样的计算机数控(CNC)系统可以包括由网线直接连接以组成内部网络的多个单元，例如，数控单元(NCU)和用户面板单元等。为了获得在计算机数控(CNC)系统的内部网络中的网络流量数据(即，数据流)，根据示例性实施例的监测系统包括了诸如交换机的转发单元，并在交换机上配置端口镜像，从而将网络流量转发给分析单元。因此，可以不受计算机数控系统中的各个单元的提供者(例如供应商)对于可以访问的数据的限制来进行数据的获取和监视。通过利用全报文数据包捕捉FPC，根据示例性实施例的监测系统可以直接得到计算机数控系统的各个单元之间进行通信的内部数据流，并可以然后得到并再现计算机数控系统的资产清单、状态和操作。
[0044] 换句话说，根据示例性实施例的监测系统可以采用一种被动式附加数据获取和监视方案，即，可以在不需要对计算机数控系统的应用/软件进行
修改的情况下直接通过全报文数据包步骤FPC来得到计算机数控系统中个单元之间进行通信的数据。
[0045] 应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0046] 以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。
