簡單認(rèn)識OPC UA通信協(xié)議

面向自動化的未來，在IIoT物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和智能工廠的構(gòu)建中，連接性扮演著核心角色。在大型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的各個節(jié)點(diǎn)相互連接并交換數(shù)據(jù)。在這樣的智能網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備不僅需要具備IIoT的能力，還需要滿足一系列關(guān)鍵要求：標(biāo)準(zhǔn)化、可擴(kuò)展性、與IT和OT系統(tǒng)的兼容性，以及互操作性。

倍加福致力于提供先進(jìn)的通信解決方案，支持基于TCP的通信協(xié)議——MQTT、OPC UA、AMQP和REST API，助力智能通信，確保數(shù)據(jù)能夠安全、高效地傳輸至云端。在本期內(nèi)容中，我們將帶您深入了解OPC UA，探討它如何在多樣化的應(yīng)用場景中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

什么是OPC UA?

它如何工作?

OPC統(tǒng)一架構(gòu)(OPC UA)以其獨(dú)立于平臺、面向服務(wù)的特性，邁向工業(yè)通信的未來。OPC UA的誕生，旨在克服傳統(tǒng)Classic OPC的局限，特別是減少對微軟和COM/DCOM的依賴。自2008年發(fā)布并獲IEC 62541認(rèn)證以來，OPC UA不僅是一種通信協(xié)議，更是一種提供完整生態(tài)系統(tǒng)的架構(gòu)。它的靈活性確保了新技術(shù)的無縫集成，為未來的技術(shù)革新鋪平了道路。

2018年，OPC UA引入了發(fā)布/訂閱功能，標(biāo)志著從傳統(tǒng)的請求/響應(yīng)模式向更高效通信方式的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，隨著TSN(時(shí)效性網(wǎng)絡(luò))標(biāo)準(zhǔn)的興起，該標(biāo)準(zhǔn)支持確定性的時(shí)間行為。OPC UA的另一大亮點(diǎn)是其無需設(shè)備描述文件。每個設(shè)備都內(nèi)置了必要的信息，不依賴外部文件進(jìn)行通信、識別或數(shù)據(jù)訪問。

OPC UA不僅僅是一項(xiàng)技術(shù)，還為工業(yè)界帶來的影響體現(xiàn)在數(shù)據(jù)建模、信息模型構(gòu)建以及聯(lián)盟合作上。這些技術(shù)工作組正致力于實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的協(xié)調(diào)與通信，推動整個行業(yè)的互聯(lián)互通。

OPC UA數(shù)據(jù)建模中，節(jié)點(diǎn)和引用構(gòu)成了基礎(chǔ)架構(gòu)。每個數(shù)據(jù)單元都被稱作節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的類型多樣，可以是對象、變量、方法、對象類型或數(shù)據(jù)類型，而引用則在更高的層級上被組織成分層和非分層的群體。這些節(jié)點(diǎn)和引用都位于特定的地址范圍內(nèi)，每個節(jié)點(diǎn)都可通過“節(jié)點(diǎn)ID”來訪問。這個節(jié)點(diǎn)ID指向了包含數(shù)據(jù)信息的具體地址。

OPC UA 發(fā)布/訂閱

OPC UA的發(fā)布/訂閱機(jī)制的擴(kuò)展，帶來了全新的通信模式。這一機(jī)制采用特有的消息格式——網(wǎng)絡(luò)消息，不同于傳統(tǒng)的客戶端/服務(wù)器模型，它支持MQTT、AMQP、OPC UA UDP和OPC UA Ethernet等多種通信協(xié)議。這些協(xié)議分布在TCP/IP模型的三個不同層次：網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。

典型的OPC UA 應(yīng)用

如上圖所示，我們直觀地比較了“請求/響應(yīng)”與“發(fā)布/訂閱”這兩種通信機(jī)制。OPC UA應(yīng)用包括有一個OPC UA服務(wù)器和一個MQTT客戶端，它們通過兩條并行的TCP連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。一條連接負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)推送至MQTT代理，而另一條則用于接收來自O(shè)PC UA客戶端的請求。無法避免應(yīng)用與其并行通信。該應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)只需要兩個 TCP 連接。優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)只存儲一次，缺點(diǎn)是需要在兩個獨(dú)立的通道上傳輸。

OPC UA 實(shí)時(shí)性如何?

隨著OPC UA擴(kuò)展到發(fā)布/訂閱領(lǐng)域，它在實(shí)時(shí)通信方面展現(xiàn)出了潛在的競爭力。然而，相較于專為追求低延遲和高吞吐量優(yōu)化的MQTT和AMQP，OPC UA傳統(tǒng)的請求/響應(yīng)模式在速度上仍有一定的挑戰(zhàn)。

OPC UA 安全性如何?

OPC UA的WS安全對話遵循了Web服務(wù)安全規(guī)范，特別為TCP二進(jìn)制路徑設(shè)計(jì)了一種名為UA安全對話的二進(jìn)制格式。這一設(shè)計(jì)不僅增強(qiáng)了通信的安全性，還通過提供多種安全機(jī)制，如用戶名和密碼驗(yàn)證、X.509證書以及簽發(fā)的令牌，進(jìn)一步加強(qiáng)了數(shù)據(jù)保護(hù)。此外，OPC UA還具備消息審計(jì)功能，這一功能能夠記錄客戶端所做的更改，包括數(shù)據(jù)更新的值和時(shí)間。

OPC UA 適用于

哪些應(yīng)用場景?

OPC UA在多種應(yīng)用場景中展現(xiàn)了其強(qiáng)大的適用性：它能夠標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化共享數(shù)據(jù)，使得設(shè)備能夠基于統(tǒng)一的信息模型輕松互換;同時(shí)，它也支持事件、警報(bào)和歷史數(shù)據(jù)的高效管理。OPC UA還擅長處理請求/響應(yīng)與發(fā)布/訂閱通信的混合模式。

OPC UA 已被廣泛應(yīng)用于全球數(shù)百萬的機(jī)器和工廠之中，無論是物流、汽車還是化工行業(yè)，OPC UA 已成為了推動工業(yè)自動化和智能制造發(fā)展的重要力量。

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