CN115943620A - 应用在物联网中的设备 - Google Patents

Abstract

一种用于与物联网连接的微控制器控制的设备被构造为，响应于从外部预先给定的触发信号终止其与云服务的现有连接并且引起与另一云服务的新连接。

Description

应用在物联网中的设备

物联网(英文：Internet of Things，IOT)是一个通过网络(典型的是英特网)将物—设备—连接在一起的系统，可以在彼此之间进行数据交换。例如，在工业领域内这种数据交换涉及通过机器传输测量数据以及通过程序收集和评估这些测量数据。

与本地数据收集不同，例如，在工厂设施中，物联网提供了独立于数据来源地收集数据的可能性。同时，物联网平台还具有以下优点：设备提供的数据与其具体表现通过发送设备解耦，从而实现不同的类型、制造年份或制造商的设备之间的广泛的互通性。

应与物联网通信或成为物联网一部分的设备通常被连接到更上级的结构，例如，连接到基于互联网的云服务。现在有许多这样的基于互联网的云服务，例如Amazon WebServices(亚马逊)、Azure(微软)或Mindsphere(西门子)。但是，作为纯基于互联网的、呈云服务形式的上级结构的替代方案，上级结构也可以是本地服务器。

在此，对于具有微控制器并且借助于用于微控制器的固件控制的设备而言，在初始固件中确定与之建立连接的上级结构。上级结构的改变在固件更新的范围内执行，即随着运行软件的显著改变而执行。

本发明的任务是提供一种在物联网中使用的设备，其避免了所述缺点，特别是能够简化地切换到另一上级结构。另一目的在于说明一种相应的方法，利用该方法尤其能够实现向另一上级结构的简化的切换。

该任务在设备方面通过用于在物联网中使用的设备来实现。关于所述方法，解决方案在于具有权利要求9的特征的方法。

根据本发明的应用在物联网中的设备包括通信接口和配置存储器。该设备包括具有固件的微控制器，作为用于控制通信接口的控制单元。

设备的控制单元被构造为基于存储在配置存储器中的配置与第一云服务建立连接。

此外，设备的控制单元设计用于接收控制指令并且在该接收之后建立与第二云服务的连接。

微控制器(英文microcontroller unit，MCU)是典型地在作为控制单元的设备中使用的芯片，所述芯片具有小于1GHz，尤其小于300MHz的时钟频率和与之连接的尤其小于16MB的易失性存储器(RAM)。换句话说，它不是通常在PC和相关设备中使用的更强大的微处理器(MPU)。因此，作为非易失性存储器的配置存储器的大小有限，特别是小于16MB。微控制器优选包括输入/输出接口，ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)，并且被构造为用作嵌入式系统(英语：embedded)。

通信接口是允许连接到云服务的接口。该连接例如可以是与因特网的直接或间接连接。因此，通信接口可以是以太网LAN接口或WLAN接口或根据另一原理工作的接口。

有利地，设备因此能够根据控制指令与该第二云服务建立连接。在此，包括配置数据的相应改变的固件的改变是不必要的。这大大简化了更改与云服务的连接的耗费。

根据本发明的设备的其他有利的设计方案由权利要求1的从属权利要求得出。在此，独立权利要求的实施方式可以与从属权利要求之一的特征或者优选也与多个从属权利要求中的特征组合。因此，还可以附加地设置以下特征：

控制单元可以被构造为，在与第一云服务建立连接之后，与第一云服务单向地或双向地交换在运行中出现的数据，并且在与第二云服务建立连接之后，与第二云服务单向地或双向地交换在运行中出现的数据。换句话说，与两个云服务交换在运行中产生的数据。还应该注意的是，云服务不是仅仅用于设备的初始设置的供应服务(provisioningservice)。更确切地说，云服务是这样的服务，设备长期地与所述服务建立或想要与所述服务建立连接，以便交换在运行中产生的数据。

控制单元还可以被配置为在与第一云服务建立连接之后将运行数据发送到第一云服务，并且在与第二云服务建立连接之后将运行数据发送到第二云服务，其中，运行数据选自以下非穷举的列表：测量数据、时间戳、计算结果和用于执行器和/或接口的操控命令数据。因此，与供应服务不同，云服务还处理设备的操作数据，例如测量数据。

控制单元可以被设计为，在与第一云服务建立连接之前，与也被称为供应服务的拣选服务器(Kommissionierungs-Server)建立连接，并且从拣选服务器接收地址数据和/或密码数据，并且基于地址数据和/或密码数据建立与第一云服务的连接。

替代地，控制单元可以被设计为基于存储在配置存储器中的配置来执行与第一云服务的连接建立。

设备的控制单元可以被设计为，随着控制指令接收用于第二云服务的地址数据，并且在使用地址数据的情况下建立与第二云服务的连接。这样的地址数据例如可以是因特网的URL(统一资源定位符)。这使得对连接的云服务的更改变得灵活且面向未来，因为不需要在创建初始固件时指定地址数据，因此随后的更改或设备特定的URL不会出现问题。

优选地，控制单元被构造为，在接收到控制指令之后将用于第二云服务的地址数据存储在配置存储器中。在此可行的是，关于第一云服务的相应的地址数据被覆盖，以便最佳地利用配置存储器的现有的存储位置。

在可替代地或附加地存在的一种设计可能性中，用于第二云服务的地址数据已经存在于配置存储器中。因此，可以预先配置第二云服务或多个另外的云服务。然后响应控制指令，根据存储的地址数据建立与第二云服务的连接。因此，控制命令可以保持非常简单，并且不必包含任何数据，而仅包含对设备的指令。

在此，控制单元可以被设计为，在接收到控制指令时，从存储在配置存储器中的上级结构中自行选择第二云服务。这可以在最简单的情况下通过以下方式实现：循环地依次使用存储在配置存储器中的云服务。

优选地，设备的控制单元设计用于，在建立与第二云服务的连接之后从第二云服务接收和存储证书。例如，证书是根据ITU-T标准X.509的数字证书。这些数字证书尤其允许经由因特网的安全通信，例如借助于https协议和消息(例如电子邮件)的数字签名。

在本发明的一个设计方案中，设备的控制单元设计用于从特殊地址接收证书。该特殊的地址例如可以是专门为在第二云服务处下载证书而提供的地址。

在一种替代的设计方案中，设备的控制单元被构造为将标识信息发送到第二云服务并且作为对标识信息的响应接收证书。因此，在这种情况下，不提供地址，而是使用直接通信。标识信息例如可以是序列号或序列号、设备类型、用户名和当前日期的组合。

设备的控制单元还可以被构造为从本地连接、特别是蓝牙连接或WLAN连接接收控制指令。由此，控制指令可以从本地存在的PC或移动终端，例如智能手机或平板电脑提供给设备。在一个特别的设计方案中，控制单元被构造为仅从本地连接接收控制命令。特别地，控制单元可以被配置为从互联网拒绝控制命令。

然而，替代地，控制单元也可以被配置为从(设备只能通过互联网到达的)源接收控制命令，例如用于多个此类设备的上级控制器(其例如可以存在于此类设备的制造商处)或者第一或第二上级结构。由此可以通过中央主管器(zentrale Instanz)对多个这样的设备进行相应的控制。由此同样能够实现对如下设备的控制，所述设备的安装位置使其难以到达。这种上级控制也可以称为供应服务。尽管供应服务和云服务在技术上可以类似地实现，即以一个或多个互联网服务器的形式实现，但是它们的目的完全不同。因此，供应服务通常由设备制造商控制，而云服务则不是。此外，供应服务的功能范围通常受到限制，以便能够实现尽可能安全的操作。供应服务的主要特点是在固定的Internet地址下长期安全地访问，因此即使是在仓库中存储了一年的设备也可以安全地连接。与之相反，云服务在技术和内容上不断发展。

控制单元可以被设计为接收http推送消息中的控制命令。

设备的控制单元可以被构造为，在建立与第二云服务的连接时终止与云服务的连接。换言之，即不建立第二连接，而是通过与第二云服务的连接替代与第一云服务的连接。在此，与两个上级结构的连接可以在短时间内存在，如果这对于证书的接收或其它传递过程是有利的。

针对所提出的任务的另一解决方案在于根据本发明的用于将连接到第一云服务的所述设备连接到第二云服务的方法，其中触发设备向所述设备发送控制命令，并且所述设备响应于所述控制命令建立与所述第二云服务的连接。在此，触发设备在第二云服务中产生证书的提供。所述设备从所述第二云服务接收所述证书。

触发设备可以是智能手机、平板电脑、PC或云服务。其在与第二云服务和设备的交互中引起设备到云服务的连接的改变。

在此，触发设备可以有利地从第二云服务获得为向设备提供证书而产生的地址，并且将该地址传输给设备。优选地，证书只能受限地从该地址接收，例如只能下载一次，以便禁止未经授权的使用。

在一种替代的设计方案中，触发设备将用于该设备的标识信息传送给第二云服务。如果设备本身随后将标识信息传输给第二上级结构，则第二云服务在获得一致的标识信息之后将证书传输给设备。

下面根据在附图中示出的实施例更详细地描述和解释本发明。

在附图中示意性地示出：

图1示出具有与基于互联网的云服务的连接的制造机器，

图2示出在用于与另一基于互联网的云服务连接的第一步骤之后的制造机器的状态，

图3示出在用于与另一基于互联网的云服务连接的第二步骤之后的制造机器的状态。

图1示出在制造机器10(例如铣床)和第一基于互联网的云服务20(在此例如Azure)之间的示意性的互联网连接。例如，该连接使用已知的MQTT协议(消息队列遥测传输协议)。为了建立连接，铣床包括微控制器12和通信接口13，所述通信接口例如建立到路由器16的有线的LAN连接14。路由器16本身与互联网18连接并且因此能够实现在制造机器10和第一云服务20之间的数据交换。

为了建立与第一云服务的连接所需的数据，例如因特网地址数据和证书存储在制造机器10中的配置存储器11中。配置存储器11在此不必是独立的元件，而是可以是微控制器12的一部分。微控制器12由固件控制，所述固件同样被存储并且在提供制造机器10的过程中被加载到所述制造机器中。

在图1中示出的该第一状态中，制造机器10例如可以将测量数据或关于其自身状态的数据传输给第一云服务20。第一云服务20接收这些数据并且通过例如存储这些数据或者转发给用于制造机器10的数据的订阅者(Subscriber)24来进一步处理这些数据。

图2示出在稍后的时间点的制造机器10。通过制造机器10已经接收到的控制命令25，将其置于配置模式中，在该配置模式中可以对制造机器10的配置进行改变，例如关于与第一云服务20的连接的改变。

控制指令在该示例中由移动设备，例如智能手机22发出并且经由蓝牙连接21到达制造机器10。因此，控制命令25来自位于生产机器10的直接周围环境中的另一设备。控制命令25也可以由本地设备通过(W)LAN连接传输。

用于产生控制指令25的另一可能性在于，控制指令25在制造机器10本身中通过设备的操作来产生。例如，制造机器10可以具有图形操作区，在所述图形操作区中，菜单例如设置有菜单项“云服务的更换”。该菜单项的选择对应于控制命令25并且在内部引起相应的处理。作为图形操作区的替代方案，当然也可以设置更简单的可能性，以便引起制造机器10的配置的改变。例如，制造机器10可以具有多个操作按键。在此，操作按键中的每个直接与特定云服务20、31的选择相关联。按下操作按键中的一个表示控制命令25，则该控制命令引起云服务20、31的相应改变，只要操作按键与不同于与设备当前连接的云提供商20、31的云提供商20、31相关联。

在其他实施方式中，控制命令25也可以由位置较远的设备发送给制造机器10，例如同样通过互联网发送给制造机器10。以这种方式，控制命令25也可以从远程PC传输到制造机器10。也存在如下可能性，即，将控制指令25从云服务20、31传输给制造机器10，其中，这可以通过当前连接的云服务20或者通过另一云服务31来实现，所述另一云服务由此引起：首先建立与所述另一云服务的连接。

在本实施例中，控制指令25包含用于第二云服务31的URL形式的地址数据23。在配置模式中，制造机器10接管地址数据23并且建立到在互联网上通过地址数据给出的地址的连接。从而建立与第二云服务31的连接。

在替代的设计方案中，地址数据23也可以已经存储在生产机器10的配置存储器11中。在这种情况下，控制命令25不必包括地址数据23。替代地，在控制指令25中要么完全不包含关于第二云服务31的信息，要么可以包含用于第二云服务31的标识，制造机器10可以借助该标识从配置存储器22中确定待选择的地址数据23。如果控制指令25不包含任何地址数据23，则制造机器10的微控制器12本身可以从可在配置存储器11中或在互联网上的固定预给定的地址处确定的云服务31中做出选择。

在建立与第二云服务31的连接之后，得到在图3中示出的状况，其中，制造机器10经由路由器16和互联网18与第二云服务31连接。与第一云服务20的连接被中断，即在该实施方式中不再维持。在替代实施例中，两个连接也可以彼此并行地保持。

有利地并且在一些应用中需要的是，确保在制造机器10和第二云服务31之间的数据交换并且因此保护其免受未经授权的访问。为此，制造机器10可以获得从第二云服务31获得证书(例如根据标准X.509)的机会，利用所述证书可以执行加密进而执行保护。由此也可以执行相互识别。

为了获得证书，证书例如可以由第二云服务31在因特网地址、即URL下提供用于下载。例如，这样的URL可以是“cloudservice.org/Z_123456_20200102/”。在此，123456例如可以是标识号，例如制造机器10的序列号，或者是第二云服务31和制造机器10同样已知的其他字节序列。因此，与日期相关联地，生产机器10可以根据其已知的数据确定该URL，而不从外部获取该URL。

另一种可能性在于，智能手机22或平板电脑(从所述智能手机22或平板电脑将控制命令25提供给制造机器10)自身建立与云服务31的连接。由于在这种设备中相对于具有微控制器12的制造机器10存在高数量级的处理速度和存储器大小，通常不存在由智能手机22执行这种管理步骤的问题。云服务31又向智能手机提供URL，在该URL下可以获得证书。智能手机22将该URL传输给生产机器10。这已经可以通过控制命令25来实现。

如果生产机器10具有相应的URL可供使用，则该生产机器执行证书的下载。对于安全性有利的是，在云服务31侧确保这样的下载仅可一次。替选地，也可以将制造机器10的公钥传输给云服务31并且由此执行证书的加密，这使得在制造机器10之外的使用变得困难。

总体上，这样提供了一种具有与云服务的连接的终端设备，使得尽管通过借助于微控制器12的控制给出了显著的限制，但能够灵活地处理与物联网的连接。

在此应理解的是，制造机器10仅仅是一个使用示例，并且本发明也能够使用在其它设备和其它设备类型上。例如，本发明可以有利地结合抽吸机器人或割草机机器人或工业控制器使用。

附图标记列表

10制造机器

11配置存储器

12微控制器

13通信装置

14LAN连接

16路由器

18互联网

20、31云服务

24订阅者

21蓝牙连接

22智能手机

23地址数据

25控制命令

Claims (15)

1.一种应用在物联网中的设备(10)，包括：

-通信接口(13)，

-配置存储器(11)，

-微控制器(12)，所述微控制器具有固件，并作为用于控制所述通信接口(13)的控制单元，

其中，所述控制单元被构造为，

-基于存储在配置存储器(11)中的配置建立与第一云服务(20)的连接，

-接收控制指令(25)，并且在接收到所述控制指令(25)时建立与第二云服务(31)的连接。

2.根据权利要求1所述的设备(10)，其中，所述控制单元被构造为，在与所述第一云服务(20)建立连接之后，与所述第一云服务(20)单向地或双向地交换在运行中出现的数据，并且在与所述第二云服务(31)建立连接之后，与所述第二云服务(31)单向地或双向地交换在运行中出现的数据。

3.根据权利要求2所述的设备(10)，其中，所述控制单元被构造为，在与所述第一云服务(20)建立连接之后，向所述第一云服务(20)发送运行数据，并且在与所述第二云服务(31)建立连接之后，向所述第二云服务(31)发送运行数据，其中，所述运行数据选自以下非穷举的列表：测量数据、时间戳、计算结果和用于执行器和/或接口的操控指令数据。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备(10)，其中，所述控制单元被构造为，在建立与所述第一云服务(20)的连接之前建立与拣选服务器的连接，并且从所述拣选服务器接收地址数据和/或密码数据，并且基于所述地址数据和/或密码数据建立与所述第一云服务(20)的连接。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的设备(10)，其中，所述控制单元被构造为，基于存储在所述配置存储器(11)中的配置进行与所述第一云服务(20)的连接建立。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备(10)，其中，所述控制单元被构造为，随着所述控制指令(25)接收用于所述第二云服务(31)的地址数据(23)，并且在使用所述地址数据(23)的情况下建立所述连接。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备(10)，其中，所述控制单元构造为，在建立与所述第二云服务(31)的连接之后从所述第二云服务(31)接收和存储证书。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备(10)，其中，所述控制单元被构造为，将标识信息发送到所述第二云服务(31)并且作为对所述标识信息的响应来接收所述证书。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备(10)，其中，所述控制单元被构造为，从本地连接、尤其是蓝牙连接(21)或WLAN连接接收所述控制命令(25)，尤其是仅从本地连接接收所述控制命令。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备(10)，其中，所述控制单元被构造为，在http推送消息中接收所述控制命令(25)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的设备(10)，其中，所述控制单元被构造为，在接收到所述控制指令(25)时，从存储在所述配置存储器(11)中的上级结构中选择所述第二云服务(31)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的设备(10)，其中，所述控制单元被构造为，在建立与所述第二云服务(31)的连接时终止与所述第一云服务(20)的连接。

13.一种用于将根据前述权利要求中任一项所述的设备(10)与第二云服务(31)连接的方法，所述设备与第一云服务(20)连接，其中

-触发设备(22)将控制命令(25)传输给所述设备(10)，

-所述设备(10)响应于所述控制命令(25)建立与所述第二云服务(31)的连接，

-所述触发设备(22)在所述第二云服务(31)中提供可受限地接收的证书，

-所述设备(10)从所述第二云服务(31)接收证书。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述触发设备(22)从所述第二云服务(31)获得为向所述设备(10)提供证书而生成的地址，并且将所述地址传送给所述设备(10)。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述触发设备(10)向所述第二云服务(31)传输用于所述设备(10)的标识信息，所述设备(10)向所述第二云服务(31)传输所述标识信息，并且所述第二云服务(31)在获得所述标识信息之后向所述设备(10)传输或提供所述证书。

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