OPCUA详细介绍

　　在了解OPC UA 协议之前，我们先了解一些它的前身OPC 协议，这样更有利于了解OPC UA 的本质和由来。 OPC
　　工业控制领域用到大量的现场设备，在OPC出现以前，软件开发商需要开发大量的驱动程序来连接这些设备。即使硬件供应商在硬件上做了一些小小改动，应用程序也可能需要重写。同时，由于不同设备甚至同一设备不同单元的驱动程序也有可能不同，软件开发商很难同时对这些设备进行访问以优化操作。为了消除硬件平台和自动化软件之间互操作性的障碍，建立了OPC软件互操作性标准，开发OPC的最终目标是在工业控制领域建立一套数据传输规范。
　　OPC全称是OLE（Object Linking and Embedding） for Process Control。为了便于自动化行业不同厂家的设备和应用程序能相互交换数据，定义了一个统一的接口函数，就是OPC协议规范。OPC是基于WINDOWS COM/DOM的技术，可以使用统一的方式去访问不同设备厂商的产品数据。简单来说OPC就是为了用于设备和软件之间交换数据。
　　OPC基金会前前后后规定了不同的接口定义，如下：
　　OPC DA (Data Access, exchange of real-time values,数据访问 )，定义了数据交换，包括值、时间和质量信息
　　OPC A&E (Alarms & Events, exchange of alarms and events,警报和事件 )，定义了报警和事件类型消息信息的交换，以及变量状态和状态管理。
　　OPC HDA (Historical Data Access, exchange of historical values,历史数据访问 )，定义了可应用于历史数据、时间数据的查询和分析的方法。
　　OPC XML DA (XML-based exchange of real-time values)OPC UA
　　UA全称是unified architecture（统一架构）。为了应对标准化和跨平台的趋势，为了更好地推广OPC，OPC基金会近些年在之前OPC成功应用的基础上推出了一个新的OPC标准-OPC UA。OPC UA接口协议包含了之前的 A&E, DA,OPC XML DA or HDA，只使用一个地址空间就能访问之前所有的对象，而且不受WINDOWS平台限制，因为它是从传输层以上来定义的，导致了灵活性和安全性比之前的OPC都提升了。
　　OPC UA实质上是一种抽象的框架，是一个多层架构，其中的每一层完全是从其相邻层抽象而来。这些层定义了线路上的各种通信协议，以及能否安全地编码/解码包含有数据、数据类型定义等内容的讯息。利用这一核心服务和数据类型框架，人们可以在其基础上（继承）轻松添加更多功能。
　　OPC UA将成为一个转换工具。其它协议/标准（如BACnet）可以非常轻松地转换为OPC UA内的一个子集。
　　OPC UA 多层方法实现了最初设计UA规范时的目标： 功能对等性：所有COM OPC Classic规范都映射到UA 平台独立性：从嵌入式微控制器到基于云的基础设施 安全性：信息加密、身份验证和审核 可扩展性：添加新功能而不影响现有应用程序的能力 综合信息建模：用于定义复杂信息 OPC UA基础概念信息模型(Information model)
　　OPC UA 使用了对象（objects）作为过程系统表示数据和活动的基础。对象包含了变量，事件和方法，它们通过引用（reference）来互相连接。
　　OPC UA 信息模型是节点的网络（Network of Node,），或者称为结构化图（graph），由节点(node)和引用(References)组成，这种结构图称之为OPC UA 的地址空间。这种图形结构可以描述各种各样的结构化信息(对象)。
　　地址空间要点：地址空间是用来给服务器提供标准方式，以向客户端表示对象。 地址空间的实现途径是使用对象模型，通过变量和方法的对象，以及表达关系的对象。 地址空间中模型的元素被称为节点，为节点分配节点类来代表对象模型的元素。 对象及其组件在地址空间中表示为节点的集合，节点由属性描述并由引用相连。 OPC UA建模的基本在于节点和节点间的引用。 1、对象模型
　　2、节点模型
　　节点模型要点 ： 节点根据用途分属于不同的节点类别（NodeClass），一些表示实例(/Root/Objects)，一些表示类型(/Root/Types)。 节点类依据属性和引用来定义。OPC UA规范定义的节点类称为地址空间的元数据，地址空间中每个节点都是这些节点类的实例。 节点是节点类的实例，属性和引用是节点的基本组件。 属性（Attribute）用于描述节点，不同的节点类别有不同的属性（属性集）。节点类的定义中包括属性的定义，因此属性不包括在地址空间中。 引用（Reference）表示节点间的关系。引用被定义为引用类型节点的实例，存在于地址空间中。
　　节点模型通用属性
　　包含引用的节点为源节点，被引用的节点称目标节点。引用的目标节点可以与源节点在同一个地址空间，也可以在另一个OPC服务器的地址空间，甚至是目标节点可以不存在。 3、引用模型
　　类型定义节点
　　类型定义节点是服务器提供用于对象和变量的类型定义。标准的节点类节点类用于定义OPC UA地址空间中的节点 地址空间中模型的元素被称为节点，为节点分配节点类来代表对象模型的元素。 节点类源于通用的基本节点类。 首先定义基本节点类，然后定义用于组织地址空间的节点类，之后再定义用于代表对象的节点类。 代表对象的节点类分为三种：用于定义实例，定义实例的类型，以及定义数据类型。
　　标准的节点类有如下几种： 基本节点类：能够派生所有其他节点类。 对象节点类 对象类型节点类 变量节点类：定义数据变量 变量类型节点类：定义特性 方法节点类：定义方法，方法没有类型定义，可以绑定到对象上。 引用类型节点类：定义引用。 视图节点类：定义地址空间中节点子集。
　　在OPC UA中，最重要的节点类别是对象，变量和方法。
　　1. 节点类别为对象
　　节点类别为对象的节点用于（构成）地址空间结构。 对象不包含数据，使用变量为对象公开数值。 对象可用于分组管理对象、变量或方法（变量和方法总属于一个对象）。 对象也可以是一个事件通知器（设定EventNotifier属性），客户端可以订阅事件通知器来接收事件（事件在地址空间中是不可见的，被绑定到对象）。
　　2. 节点类别为变量
　　节点类别为变量的节点代表一个值。 值的数据类型取决于变量，类型的种类在BaseDataType中。 客户端可以对值进行读取，写入和订阅其变化。 变量节点最重要的属性是Value，它由DataType，ValueRank和ArrayDimensions属性定义，通过这三个属性，可以定义各种类型数据。
　　3. 节点类别为方法
　　节点类别为方法的节点，代表服务器中一个由客户端调用并返回结果的方法。 方法指定客户端使用的输入参数，并返回给客户端输出参数。 输入参数和输出参数作为方法的特性存在，是数据方法的变量。 客户端使用调用服务（Call）调用方法
　　OPC UA的模型采用XML 文件描述，然后通过一个编译工具可以将XML 编译成C++语言的程序。 OPC UA的优势：
　　一、功能方面，OPC UA不仅支持传统OPC的所有功能，更支持更多新的功能：
　　1. 网络发现：自动查询本PC机中与当前网络中可用的OPC Server。
　　2. 地址空间优化：所有的数据都可以分级结构定义，使得OPC Client不仅能够读取并利用简单数据，也能访问复杂的结构体。
　　3. 互访认证：所有的读写数据/消息行为，都必须有访问许可。
　　4. 数据订阅：针对OPCClient不同的配置与标准，提供数据/消息的监控，以及数值变化时的变化报告。
　　5. 方案(Methods)功能：OPC UA中定义了通过在OPCServer中定义方案（Methods），来让OPC client执行特定的程序。
　　二、平台支持方面，由于不再基于COM/DCOM技术，OPC UA标准提供了更多的可支持的硬件或软件平台。
　　三、安全性方面，最大的变化是OPC UA可以通过任何单一端口（经管理员开放后）进行通信，这使得OPC通信不再会由于防火墙受到大量的限制。
　　OPC UA在通过防火墙时通过提供一套控制方案来解决安全问题： 传输：定义了许多协议，提供了诸如超快OPC二进制传输或更通用的SOAP-HTTPS等选项 会话加密：信息以128位或256位加密级别安全地传输 信息签名：信息接收时的签名与发送时必须完全相同 测序数据包：通过排序消除了已发现的信息重放攻击 认证：每个UA的客户端和服务器都要通过OpenSSL证书标识，提供控制应用程序和系统彼此连接的功能 用户控制：应用程序可以要求用户进行身份验证（登录凭据，证书等），并且可以进一步限制或增强用户访问权限和地址空间＂视图＂的能力 审计：记录用户和/或系统的活动，提供访问审计跟踪
　　核心的区别是因为OPC和OPC UA协议使用的TCP层不一样，OPC是基于DOM/COM上，应用层最顶层；OPC UA是基于TCP IP scoket 传输层