简单认识OPC UA通信协议

面向自动化的未来，在IIoT物联网的发展和智能工厂的构建中，连接性扮演着核心角色。在大型网络结构中的各个节点相互连接并交换数据。在这样的智能网络中，设备不仅需要具备IIoT的能力，还需要满足一系列关键要求：标准化、可扩展性、与IT和OT系统的兼容性，以及互操作性。

倍加福致力于提供先进的通信解决方案，支持基于TCP的通信协议——MQTT、OPC UA、AMQP和REST API，助力智能通信，确保数据能够安全、高效地传输至云端。在本期内容中，我们将带您深入了解OPC UA，探讨它如何在多样化的应用场景中发挥关键作用。

什么是OPC UA?

它如何工作?

OPC统一架构(OPC UA)以其独立于平台、面向服务的特性，迈向工业通信的未来。OPC UA的诞生，旨在克服传统Classic OPC的局限，特别是减少对微软和COM/DCOM的依赖。自2008年发布并获IEC 62541认证以来，OPC UA不仅是一种通信协议，更是一种提供完整生态系统的架构。它的灵活性确保了新技术的无缝集成，为未来的技术革新铺平了道路。

2018年，OPC UA引入了发布/订阅功能，标志着从传统的请求/响应模式向更高效通信方式的转变。同时，随着TSN(时效性网络)标准的兴起，该标准支持确定性的时间行为。OPC UA的另一大亮点是其无需设备描述文件。每个设备都内置了必要的信息，不依赖外部文件进行通信、识别或数据访问。

OPC UA不仅仅是一项技术，还为工业界带来的影响体现在数据建模、信息模型构建以及联盟合作上。这些技术工作组正致力于实现设备间的协调与通信，推动整个行业的互联互通。

OPC UA数据建模中，节点和引用构成了基础架构。每个数据单元都被称作节点，节点的类型多样，可以是对象、变量、方法、对象类型或数据类型，而引用则在更高的层级上被组织成分层和非分层的群体。这些节点和引用都位于特定的地址范围内，每个节点都可通过“节点ID”来访问。这个节点ID指向了包含数据信息的具体地址。

OPC UA 发布/订阅

OPC UA的发布/订阅机制的扩展，带来了全新的通信模式。这一机制采用特有的消息格式——网络消息，不同于传统的客户端/服务器模型，它支持MQTT、AMQP、OPC UA UDP和OPC UA Ethernet等多种通信协议。这些协议分布在TCP/IP模型的三个不同层次：网络层、传输层和应用层。

典型的OPC UA 应用

如上图所示，我们直观地比较了“请求/响应”与“发布/订阅”这两种通信机制。OPC UA应用包括有一个OPC UA服务器和一个MQTT客户端，它们通过两条并行的TCP连接进行数据交换。一条连接负责将数据推送至MQTT代理，而另一条则用于接收来自OPC UA客户端的请求。无法避免应用与其并行通信。该应用的实现只需要两个 TCP 连接。优点是数据只存储一次，缺点是需要在两个独立的通道上传输。

OPC UA 实时性如何?

随着OPC UA扩展到发布/订阅领域，它在实时通信方面展现出了潜在的竞争力。然而，相较于专为追求低延迟和高吞吐量优化的MQTT和AMQP，OPC UA传统的请求/响应模式在速度上仍有一定的挑战。

OPC UA 安全性如何?

OPC UA的WS安全对话遵循了Web服务安全规范，特别为TCP二进制路径设计了一种名为UA安全对话的二进制格式。这一设计不仅增强了通信的安全性，还通过提供多种安全机制，如用户名和密码验证、X.509证书以及签发的令牌，进一步加强了数据保护。此外，OPC UA还具备消息审计功能，这一功能能够记录客户端所做的更改，包括数据更新的值和时间。

OPC UA 适用于

哪些应用场景?

OPC UA在多种应用场景中展现了其强大的适用性：它能够标准化和统一化共享数据，使得设备能够基于统一的信息模型轻松互换;同时，它也支持事件、警报和历史数据的高效管理。OPC UA还擅长处理请求/响应与发布/订阅通信的混合模式。

OPC UA 已被广泛应用于全球数百万的机器和工厂之中，无论是物流、汽车还是化工行业，OPC UA 已成为了推动工业自动化和智能制造发展的重要力量。

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