OPC UA (OPC Unified Architecture) هي بنية اتصالات مستقلة عن النظام الأساسي وموجهة نحو الخدمة ومفتوحة وآمنة. فهو يتيح إمكانية التشغيل البيني لأجهزة وأنظمة وتطبيقات البرمجيات الصناعية من بائعين مختلفين. يحدد نموذج معلومات OPC UA الرموز والتنسيقات الخاصة بتبادل البيانات باستخدام بروتوكولات النقل المختلفة.
قامت نفس المؤسسة بتطوير OPC UA وسابقتها Open Platform Communications (OPC)، لكنهما مختلفان بشكل كبير. تواصل المؤسسة تطوير OPC UA لإنشاء بنية مرغوبة أكثر من اتصالات OPC الأصلية وأكثر انسجامًا مع احتياجات الأتمتة الصناعية المتطورة.
أصدرت مؤسسة OPC الإصدار الأول من مواصفات OPC UA في عام 2006، واعتبارًا من اليوم، أصبحت OPC UA في الإصدار 1.05. بالإضافة إلى نموذج خادم العميل (الاشتراكات)، يتضمن OPC UA آلية Pub-Sub، والتي تسمح بدفع مواصفات JSON (أيضًا باستخدام المواصفات الثنائية المحددة قياسيًا - UADP) عبر بروتوكول UDP، بروتوكول MQTTالطرق أو بروتوكول AMQP.
من خلال قناة النقل السريعة والآمنة والموثوقة التي تقدمها بروتوكول MQTT، يمكن لـ OPC UA استخدام الإنترنت مباشرة لنقل البيانات مع الاحتفاظ بالمزايا الرئيسية للأمان الشامل لـ OPC UA ونمذجة البيانات الموحدة.
مميزات OPC UA
- التكافؤ الوظيفي - جميع مواصفات OPC Classic مرتبطة بـ UA، وتتضمن OPC UA وظائف DA وA&E وHDA الموجودة في OPC Classic:
| الية عمل سفينة نوح | أوصاف |
|---|---|
| الاكتشاف | ابحث عن خوادم OPC المتاحة على جهاز الكمبيوتر المحلي و/أو الشبكة |
| مساحة العنوان | يتم تمثيل جميع البيانات بشكل هرمي (مثل الملفات والمجلدات)، مما يسمح لعملاء OPC باكتشاف واستخدام هياكل البيانات البسيطة والمعقدة |
| على الطلب | قراءة وكتابة البيانات/المعلومات بناءً على حقوق الوصول |
| الاشتراك | مراقبة البيانات/المعلومات والإبلاغ عن الاستثناءات عندما تتغير القيم بما يتجاوز إعدادات العميل |
| الحدث/الفعالية | تقوم الإعدادات المستندة إلى العميل بإعلامك بالمعلومات المهمة |
| خدمة التوصيل | يمكن للعملاء تنفيذ البرامج بناءً على الأساليب المحددة على الخادم، وما إلى ذلك. |
- حماية – تشفير الرسائل والمصادقة عليها وتدقيقها، يعد الأمان أحد أهم الاعتبارات بالنسبة للمؤسسة عند اختيار معيار تكنولوجي. يعالج OPC UA الأمان من خلال توفير مجموعة من عناصر التحكم عند المرور عبر جدران الحماية:
| الية عمل سفينة نوح | أوصاف |
|---|---|
| المواصلات والنقل | يتم تعريف عدد من البروتوكولات، مما يوفر خيارات مثل عمليات النقل الثنائية OPC فائقة السرعة أو SOAP-HTTPS الأكثر عمومية |
| تشفير الجلسة | يتم نقل المعلومات بشكل آمن بمستويات تشفير 128 بت أو 256 بت |
| توقيع الرسالة | يجب أن يكون التوقيع متطابقًا عند استلام الرسالة كما هو الحال عند إرسالها. |
| حزم البيانات التسلسلية | تم القضاء على هجمات إعادة تشغيل الرسائل المحددة من خلال التسلسل |
| مصادقة | يتم تعريف كل عميل وخادم UA من خلال شهادة OpenSSL، والتي توفر التحكم في كيفية اتصال التطبيقات والأنظمة ببعضها البعض. |
| تحكم المستخدم | يمكن أن تتطلب التطبيقات مصادقة المستخدم (بيانات اعتماد تسجيل الدخول، والشهادات، وما إلى ذلك) ويمكنها تقييد أو تعزيز وصول المستخدم إلى الأذونات و"عروض" مساحة العنوان. |
| المراجعات | تسجيل نشاط المستخدم و/أو النظام لتوفير مسار تدقيق الوصول |
- نمذجة المعلومات الشاملة: يقوم إطار عمل نمذجة المعلومات OPC UA، المستخدم لتحديد المعلومات المعقدة، بتحويل البيانات إلى معلومات. فهو يسمح بنمذجة وتوسيع حتى الهياكل متعددة المستويات الأكثر تعقيدًا من خلال وظائف موجهة بالكامل للكائنات، مع القدرة على تحديد أنواع البيانات والهياكل في ملفات التكوين.
نموذج المعلومات لـ OPC UA
نموذج معلومات OPC UA، مساحة العنوان، عبارة عن شبكة من العقد والمراجع التي تشكل رسمًا بيانيًا منظمًا.
يتم تمثيل الكائنات في النموذج القياسي في مساحة العنوان، حيث تسمى عناصر النموذج بالعقد. تمثل مساحة العنوان الكائنات ومكوناتها كمجموعة من العقد، الموصوفة بالسمات والمتصلة بالمراجع. تدور نمذجة OPC UA حول إنشاء العقد والمراجع بين العقد.
نموذج الكائن
يستخدم OPC UA الكائنات كأساس لتمثيل البيانات والأنشطة في نظام المعالجة. ترتبط المتغيرات والأحداث والأساليب عن طريق المرجع داخل الكائنات.
نموذج العقدة
- تصف السمات العقد، وفئات العقد المختلفة لها مجموعات مختلفة من السمات. يتضمن تعريف فئة العقدة تعريف السمات، وبالتالي فإن مساحة العنوان لا تتضمن السمات.
- يمثل المرجع العلاقة بين العقد. يحدد مثيل العقدة من نوع المرجع الموجود في مساحة العنوان مرجعًا.
- الخصائص العامة لنموذج العقدة
النموذج المرجعي
العقدة المصدر هي العقدة التي تحتوي على المرجع، والعقدة الهدف هي العقدة المشار إليها. يمكن أن تكون العقدة الهدف المشار إليها في نفس مساحة العنوان مثل العقدة المصدر، أو في مساحة العنوان لخادم OPC آخر، أو حتى العقدة الهدف يمكن أن تكون غير موجودة.
أنواع العقدة
أهم فئات العقد في OPC UA هي الكائنات والمتغيرات والأساليب.
- عقد الكائن: يستخدم المستخدمون عقد الكائنات لتكوين مساحات العناوين، ولا تحتوي هذه العقد على بيانات. يستخدمون المتغيرات لكشف قيم الكائنات. يمكن للمستخدمين استخدام عقد الكائنات لتجميع كائنات الإدارة أو المتغيرات أو الأساليب؛ تنتمي المتغيرات والأساليب دائمًا إلى كائن ما.
- العقدة المتغيرة: العقدة المتغيرة تمثل قيمة. يعتمد نوع بيانات القيمة على المتغير. يمكن للعميل قراءة القيمة وكتابتها والاشتراك فيها.
- عقدة الطريقة: تمثل عقدة الطريقة طريقة في الخادم يستدعيها العميل ويتلقى النتيجة. تكون معلمات الإدخال ونتائج الإخراج في شكل متغيرات كجزء من عقدة الطريقة. يحدد العميل معلمات الإدخال ويحصل على نتيجة الإخراج بعد المكالمة.
لماذا أقوم بتوصيل OPC UA إلى MQTT؟
MQTT هو بروتوكول مراسلة خفيف الوزن وفعال وموثوق لإنترنت الأشياء، يستخدم نموذج النشر والاشتراك لدعم الاتصال في الوقت الفعلي. يعتبر MQTT مناسبًا تمامًا للبيئات المحدودة الموارد، وخاصة السيناريوهات التي تتطلب استخدامًا فعالاً للطاقة وعرض النطاق الترددي.
يضمن SparkplugB، المبني على MQTT 3.1.1، وضع نماذج بيانات أساسية مرنة وفعالة لإنترنت الأشياء الصناعي من خلال مواصفات محددة في الصناعة. يحقق SparkPlugB إمكانية تشغيل تفاعلي قوية ووعيًا بحالة الشبكة، وذلك بفضل التصميم الممتاز لـ MQTT.
تتمتع كل من OPC UA وMQTT بدرجة معينة من التداخل الوظيفي، لكن استخدامهما للسيناريوهات مختلف تمامًا:
- تعمل OPC UA على تسهيل الاتصال السلس بين المعدات والأنظمة المتنوعة في الصناعة باستخدام لغة موحدة.
- يتعامل MQTT بكفاءة مع بيانات المستشعر في الوقت الفعلي عبر الإنترنت، ويعالج النطاق الترددي المنخفض وظروف الشبكة غير الموثوقة في تطبيقات إنترنت الأشياء. توفر آلية القراءة/النشر الخاصة بها مرونة ملحوظة في الاستخدام.
في السيناريوهات الصناعية، تتفوق MQTT في المراسلة في الأنظمة الموزعة، بينما تركز OPC UA على توفير إمكانية التشغيل البيني. تقوم OPC UA باستخلاص بيانات الأعمال وتجميعها، بينما تعمل MQTT على تسهيل تبادل البيانات الموزعة والسلسة من خلال إمكانات الاتصال القوية الخاصة بها.
OPC UA عبر MQTT
يسمح نموذج Pub-Sub الذي اقترحته مؤسسة OPC في أحدث مواصفات OPC UA بدفع تغييرات البيانات إلى المشتركين باستخدام MQTT Broker.
يعد أمان Pub-Sub أكثر تعقيدًا قليلاً من أمان العميل/الخادم، والمواصفات ليست مفصلة. في شبكة MQTT، يعتمد الأمان على SSL/TLS، ويمكن للوسيط تحديد المصادقة على مستوى التطبيق بالإضافة إلى تمكين SSL/TLS للنقل.
من حيث المبدأ، تكون نماذج الأمان هذه إما كل شيء أو لا شيء لكل مشترك وناشر يمكنه الانضمام إلى الشبكة. لا يزال التوحيد المستمر لـ OPC UA عملاً قيد التقدم، ولا يزال من غير الواضح كيفية رسم خريطة أفضل لنموذج معلومات OPC UA الغني لـ MQTT.
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://www.iotforall.com/opc-ua-protocol-features-information-models-mqtt-synergy
