在PLC虛擬化中，PLC I/O總線被高速網(wǎng)絡(luò)功能所取代，SDN允許在I/O結(jié)構(gòu)上創(chuàng)建靈活的虛擬通道，以適應(yīng)vPLC實(shí)例和I/O模塊之間的連接流，例如傳感器接口或運(yùn)行控制器，并且基于SDN的控制可以提供靈活的業(yè)務(wù)隔離。此外，由于近年來(lái)在現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）和專(zhuān)用集成電路（ASIC）技術(shù)方面的進(jìn)展，這種I/O模塊可以使用FPGA或ASIC模塊以更低的復(fù)雜度來(lái)構(gòu)建。在這種架構(gòu)中，SDN重新配置是通過(guò)SDN控制器經(jīng)由與其北向接×××互的高可用性（HA）服務(wù)器（圖中未示出）來(lái)管理的。HA服務(wù)器連續(xù)監(jiān)視SDN交換機(jī)統(tǒng)計(jì)信息和路徑可達(dá)性，在性能下降或故障的情況下觸發(fā)重新配置過(guò)程。
　　這種PLC虛擬化架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)主要考慮的網(wǎng)絡(luò)因素是，這種分散式模型與遠(yuǎn)程或分布式I/O PLC拓?fù)渚哂邢嗨浦?，其中網(wǎng)絡(luò)I/O模塊充當(dāng)PLC機(jī)架的擴(kuò)展。在直通交換中的進(jìn)步以及遠(yuǎn)程直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)技術(shù)（RDMA）中，特別是在融合以太網(wǎng)情形中，已經(jīng)允許在10G以太網(wǎng)交換結(jié)構(gòu)中端口到端口的延遲縮小到百分之幾納秒以及應(yīng)用延遲縮小到微秒級(jí)。此外，諸如英特爾的數(shù)據(jù)平面開(kāi)發(fā)工具包（DPDK）、思科的VPP等資源允許實(shí)現(xiàn)繞過(guò)內(nèi)核的低延遲、高吞吐量數(shù)據(jù)包處理機(jī)制，將網(wǎng)絡(luò)堆棧帶入用戶(hù)空間，并使適配器能夠執(zhí)行直接內(nèi)存訪問(wèn)操作到應(yīng)用程序內(nèi)存。這使得滿(mǎn)足在以數(shù)微秒的單位時(shí)間內(nèi)，傳輸?shù)亩秳?dòng)和閃斷的要求成為可能，從而允許在商用服務(wù)器硬件上實(shí)現(xiàn)裸機(jī)性能。
　　這種PLC虛擬化架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)主要考慮的計(jì)算因素是，首先，由于采用了硬件輔助虛擬化等技術(shù)使得服務(wù)器近乎利用原始性能，低延遲I/O機(jī)制或適用于數(shù)字信號(hào)處理任務(wù)的ISA擴(kuò)展的可用性的提高，現(xiàn)代x86或ARM處理器已經(jīng)能夠替代獨(dú)立PLC應(yīng)用中的微控制器。其次，諸如Jailhouse（西門(mén)子），Xtratum、PikeOS等實(shí)時(shí)靜態(tài)分區(qū)管理程序的可用性支持為實(shí)時(shí)工作負(fù)載托管RTOS客戶(hù)VM。即在計(jì)算方面，PLC虛擬化主要考慮實(shí)時(shí)性、安全性和性能要求。在針對(duì)PLC虛擬化上，其運(yùn)行的實(shí)時(shí)靜態(tài)分區(qū)管理程序，在考慮工業(yè)控制系統(tǒng)的這些特性上，其虛擬化管理程序設(shè)計(jì)需要同時(shí)考慮一下幾種模式的混合：
　　1、完全虛擬化模式，其中操作系統(tǒng)完全未經(jīng)修改在安全分區(qū)中運(yùn)行。在此模式下，虛擬化管理程序確保其中運(yùn)行的操作系統(tǒng)不會(huì)以任何方式損害或影響并行運(yùn)行的其他操作系統(tǒng)，并且其上運(yùn)行的操作系統(tǒng)不經(jīng)任何修改即可運(yùn)行在虛擬化管理程序上。但是，這是以犧牲輕微的性能損失為代價(jià)的。這種模式主要運(yùn)行與實(shí)時(shí)性不強(qiáng)的工業(yè)應(yīng)用或企業(yè)應(yīng)用。
　　2、半虛擬化模式，為了保證實(shí)時(shí)代碼或?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)的硬實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，虛擬機(jī)管理程序還具有稱(chēng)為“特權(quán)模式或半虛擬化”的部署模式。在特權(quán)模式或半虛擬化模式下，操作系統(tǒng)保留完整的硬件訪問(wèn)權(quán)限并使用虛擬機(jī)管理程序提供的半虛擬化接口。這允許操作系統(tǒng)以原生速度運(yùn)行，而不需要虛擬機(jī)管理程序添加任何延遲。
　　3、即在工業(yè)控制系統(tǒng)環(huán)境中，其設(shè)計(jì)的虛擬化管理程序必須是具有半虛擬化特征的虛擬化管理程序，所以在物聯(lián)網(wǎng)或工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，Xen具有的先天優(yōu)勢(shì)又開(kāi)始遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先與其他虛擬化管理程序。
　　在查看了目前國(guó)外廠家的工業(yè)控制系統(tǒng)虛擬化管理程序的設(shè)計(jì)后，其典型的情況大都是使用完全虛擬化模式和半虛擬化模式的混合，其中一些實(shí)例運(yùn)行監(jiān)控級(jí)功能，另一些實(shí)例運(yùn)行硬實(shí)時(shí)控制功能。半虛擬化模式或特權(quán)模式不會(huì)引入任何延遲，因此使其適用于實(shí)時(shí)性應(yīng)用程序。操作系統(tǒng)之間的通信通過(guò)虛擬網(wǎng)絡(luò)或SDN網(wǎng)絡(luò)、共享內(nèi)存來(lái)實(shí)現(xiàn)。
　　而軟件定義架構(gòu)的PLC更強(qiáng)調(diào)的是一種體系，一種實(shí)現(xiàn)思想。即和軟件定義網(wǎng)絡(luò)、軟件定義世界一樣，PLC設(shè)備的智能化和標(biāo)準(zhǔn)化的體現(xiàn)就是典型的軟件定義的PLC，包括PLC輕松連接至互聯(lián)網(wǎng)；將APP和分析結(jié)果嵌入機(jī)器和云，實(shí)現(xiàn)智能化和自我意識(shí)；無(wú)需更換PLC硬件即可改變和升級(jí)PLC設(shè)備功能，為用戶(hù)提供智能，實(shí)現(xiàn)持續(xù)改進(jìn)；通過(guò)API和生態(tài)系統(tǒng)擴(kuò)大工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)用。
　　一個(gè)典型的實(shí)現(xiàn)架構(gòu)是：首先具有一臺(tái)工業(yè)機(jī)器，可以用來(lái)測(cè)試整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。這臺(tái)機(jī)器可以看作是一套可以通過(guò)OT控制協(xié)議控制的輸入和輸出。這是理想的實(shí)時(shí)協(xié)議，因?yàn)樗_保消息在一定的時(shí)間窗內(nèi)到達(dá)。然后開(kāi)發(fā)一個(gè)霧計(jì)算或邊緣計(jì)算層，通過(guò)工業(yè)控制協(xié)議在運(yùn)行時(shí)間內(nèi)與機(jī)器進(jìn)行通信。其運(yùn)行時(shí)會(huì)將讀取的數(shù)據(jù)從機(jī)器發(fā)送到虛擬PLC，然后將PLC的輸出返回給機(jī)器。如下圖3所示：

　　圖3 軟件定義架構(gòu)下的PLC實(shí)現(xiàn)

國(guó)外根據(jù)這個(gè)技術(shù)框架測(cè)試的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，

　　圖4 技術(shù)方案