OPC UA

title: 历史.
content: OPC UA和其前身开放平台通信(OPC)是由同一个组织所开发,但两者有显著不同。基金会开发OPC UA的目的是发展比原来OPC通讯架构(只使用Microsoft Windows的进程交换COM/DCOM)更理想的架构,也更符合正在发展中的工业自动化  OPC UA的规格开发了三年,之后花了一年实现通讯协定,OPC UA的第一个版本在2006年问世。  到2015年10月10日为止,OPC UA最近的版本是1.03。除了client/server通讯协定外,新版的OPC UA也加入了publish/subscribe的机制。
title: 创新.
content: 开放平台通信(OPC)和COM/DCOM的结合虽让开放平台通信可以顺利推展,但有以下的缺点:  因为这些缺点以及许多其他的考虑因素,使得OPC基金会决定开发一个针对全新而且独立的OPC UA通讯协定栈来取代COM/DCOM。其优点有:  通讯协定栈反映了架构创新的基础,OPC UA架构是服务导向架构(SOA),以许多不同逻辑层级为其基础。  OPC基础服务是抽象形别的叙述,和通讯协定无关,是OPC UA机能的基础。传输层将方法转换为通讯协定,将资料序列化(或反序列化),再传送到网络上。 为了上述目的,定义了两种通讯协定,其中一个是以效率进行过最佳化的二进制TCP讯定,另一个则是Web服务导向的协定。  OPC资讯模型是所谓的全网状网络(Full Mesh Network),以节点为基础。节点类似物件导向程序设计(OOP)中的物件,可以包括各种的元资料。节点可以有属性让其他设备读取(DA、HDA),有方法可以呼叫(Commands),也有可以启动传输的触发事件(AE、DataAccess、DataChange)。节点包括过程资料,也包括其他种类的元资料。OPC命名空间中包括了形态模型。  客户端软件可以确认服务器支援哪些行规(profile),有需要获得这些资讯,知道服务器是否只支援DA,或是还支援AE和HDA。而且可以得到服务器是否支援特定行规的讯息。OPC UA还有以下重要的新机能:  OPC UA 是在2006年10月在慕尼黑举行的 OPC UA DevCon 中首次公开其协定,在Beckhoff 的 PLC 上已有许多的 UA 服务器,在 Euros 嵌入式测试电路板中也有UA服务器。Beckhoff PLC 的底层是 Windows XP嵌入式系统,而嵌入式控制器执行的操作系统是实时操作系统 Euros。Embedded Labs Ltd 公司在他们执行在单芯片ARM控制器(64kb RAM) C++ UA Stack 上展示了 OPC-UA。2012年10月时德国的 Fraunhofer-Application Center IOSB-INA 以及工业信息技术研究所(Institute for industrial Information Technologies, inIT)证实了OPC-UA服务器可以只使用15 kB RAM以及10 kB ROM,因此是芯片等级可以使用的通讯架构。
title: 通讯协定.
content: OPC UA支援两种通讯协定,这两种通讯协定的差异只有URL的不同,二进制通讯协定是opc.tcp://Server,而Web服务的通讯协定是<nowiki>http://Server</nowiki>,其他情形下,OPC UA对应用程序接口的作业完全透明,其他作业不受OPC UA的影响。  二进制通讯协定的效率最高,其overhead也最少,让需要的资源最小化(不需要XML解析器、SOAP及HTTP,对嵌入式系统格外重要),提供最佳的互操控性(在实现时,二进制通讯协定提供较少的自由度),使用任意选取的TCP通道,可以较容易的进行隧道协议,也可以从透过防火墙开启。  Web服务(SOAP)通讯协定可以支援许多不同的工具(包括Java环境或是.NET环境的工具),使用标准HTTP(S)埠,可以和防火墙共同使用。  所有的实现方式都支援二进制通讯协定,但只有用.NET实现的设备才支援SOAP。
title: 规范.
content: OPC UA规范属于多部分的规范,包括了以下部分:  OPC UA规范和其他以COM为基础的规范不同,OPC UA规范不是单纯的应用规范。其中会描述典型的UA内部机制,这些会在通讯协定栈中处理,因此一般只有要将通讯协定栈导入特定硬件的人,或是要开发通讯协定栈的人才会对这些内容有兴趣。  OPC UA应用程序的开发者需要撰写程序和OPC UA API沟通,因此主要只需要用到API的说明文件。不过应用程序开发者也可能会对其中的第3、4、5部分感兴趣。
title: UA通讯协定栈.
content: UA应用程序在服务器端或是客户端,其架构上都有分层的结构。  有些部分和以往的COM Proxy/Stubs相等,由OPC协会提供。可移植性级别(portability level)是新的,简化了引入UA ANSI C通讯协定栈的程序,也简化了移植到其他平台的的难度。OPC协会也提供了针对Window及Linux的port layer。
title: UA安全性.
content: UA安全性包括了认证、授权、加密以及透过签名实现的资料整合性。针对Web服务会使用WS-SecureConversation,可以和.NET和其他以SOAP实现的软件相容。若是二进制的版本,也会依循WS-SecureConversation的算法,转换为二进制的版本,称为 UA Secure Conversation。  有另外一个混合的版本,程序是二进制的,而其传输层是用SOAP。这是在二进制的效率以及对防火墙友善的传输之间的妥协。因为是二进制的程序,会需要使用UA Secure Conversation。 其认证只使用X.509认证,是靠程序开发者决定UA应用程序要使用哪一个证书存储区。例如,也可能使用Active Directory中的公开金钥基础建设(PKI)。
title: OPC UA API.
content: 在许多程序语言中都有UA的API。在C、C++、Java及.NET中有商业的SDK。而至少在C、C++、Java、Javascript(node)及Python中有其开源的通讯协定栈。
title: .NET下的OPC UA.
content: .NET版本的实现在底层用ANSI C,其余部分使用.NET。因此只有网络端点的处理以及消息分块的取得是从ANSI C的通讯栈处理的。反序列化直接在.NET中进行,会直接转换为.NET的结构及物件。因此其效能会比先反序列化成C语言结构,再复制到.NET结构的效率要好。
title: Java下的OPC UA.
content: 有许多Java语言的通讯栈,类似.NET,Java语言的通讯栈分为三种:  也有一些简单的变体只支援WebService协定,此情形下,需要有可以支援WS-Security的SOAP Toolkit。
title: Python下的OPC UA.
content: FreeOpcUa专案提供了以Python程序语言实现的OPC UA(和Python 2, 3 及pypy相容),也提供了OPC-UA客户及服务器的高层次抽象化,可以用在客户的应用中,或是渐渐延伸到客户的应用。
title: IEC 62541.
content: IEC 62541是OPC UA的标准

Summary: OPC UA的全名是OPC Unified Architecture(OPC统一架构)。是OPC基金会应用在自动化技术的机器对机器网络传输协议。有以下的特点:

OPC Unified Architecture: OPC Unified Architecture (OPC UA) is a machine to machine communication protocol for industrial automation developed by the OPC Foundation. Distinguishing characteristics are: