CN104350724A - 客户端借助于opc-ua对服务的访问 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于使客户端(1，2，3)借助于OPC-UA访问网络中的服务器(4)的服务的方法，其中服务为客户端(1，2，3)提供至少一个变量(var1)的改变的数值。客户端(1，2，3)通过其将用于服务的订阅通知(5.1，5.2，5.3)发送给服务器(4)来为服务进行登记。服务器(4)为服务设置具有单一的订阅ID的订阅结构(S1，S2，S3)和具有单一的多路广播地址的与所述订阅结构(S1，S2，S3)相关联的TCP/IP多路广播组(9)，并且将多路广播地址和订阅ID告知给每个通过订阅通知(5.1，5.2，5.3)用于为服务登记的客户端(1，2，3)。服务器(4)借助于多路广播消息(8)经由网络将服务的每个变量(var1)的数值的每个数值变化发送给多路广播地址，使得全部为服务所登记的客户端(1，2，3)接收相同的多路广播消息(8)。

Description

客户端借助于OPC-UA对服务的访问
技术领域
本发明涉及一种用于使客户端借助于OPC-UA访问网络中的服务器的服务的方法。
背景技术
OPC-UA(＝OPC Unified Architecture(统一结构))是用于不同的自动化技术部件(设备)通信的信息模型和通信协议，参见http://www.opcfoundation.org。
在OPC-UA中在两个端点之间双边地进行全部通信往来。在此，OPC-UA客户端将通信通道构建成OPC-UA服务器，并且这两者的总体通信在该通道中进行。特别地，这适用于全部读写访问，这因此包括所谓的订阅，其中客户端告知变量的数值变化。
在实际中，通常出现下述情况：多个客户端对服务的相同的信息抱有兴趣。因此，在OPC-UA中，每个客户端构建到服务器的双边的通信，并且询问与其他客户端相同的数值。其中出现下述情况，显示出服务器状态的相同观察角度的多个HMI设备(HMI＝人机界面)是历史应用、请求联机、状态监控和并行的KPI建立(KPI＝关键绩效指标)。
发明内容
本发明基于下述目的：提出一种用于使客户端借助于OPC-UA访问网络中的服务器的服务的方法。此外，本发明基于下述目的：提供用于执行改进的方法的硬件。
根据本发明，所述目的在方法方面通过权利要求1的特征并且在硬件方面通过权利要求8至10的特征来实现。
本发明的有利的设计方案是从属权利要求的主题。
在用于使客户端借助于OPC-UA访问网络中的服务器的服务的方法中，客户端通过其将用于服务的订阅通知发送给服务器来登记用于服务的客户端。服务器为服务设置具有单一的订阅ID、即单一的标识符的订阅结构和具有单一的多路广播地址的与所述订阅结构相关联的TCP/IP(TCP＝Transmiss Control Protocol(传输控制协议)，IP＝Internet Protocol(网际协议))多路广播组，并且将多路广播地址和订阅ID告知给每个通过订阅通知用于为服务登记的客户端。服务器借助于多路广播消息经由网络将服务的每个变量的数值的每个数值变化发送给多路广播地址，使得全部为服务所登记的客户端接收相同的多路广播消息。
在此，由用于不同的所询问的这种服务(订阅)、即用于具有不同变量的服务的服务器分别设定单独的订阅结构和单独的TCP/IP多路广播组，其中不同服务的多路广播地址和订阅ID彼此不同。
在此，此处和在下文中将客户端总是理解为OPC-UA客户端，并且将服务器总是理解为OPC-UA服务器。
根据本发明的方法在OPC-UA中称作订阅的服务方面扩展常规的OPC-UA的规定，其中客户端告知变量的数值变化，所述变量由服务器提供，并且针对所述变量在服务器中登记客户端。服务器在此根据本发明构建用于不同的客户端，所述客户端针对相同的订阅、即针对相同的变量登记，并且分别将多路广播消息形式的所述变量的数值变化发送给多路广播组，使得全部为相应的订阅所登记的客户端获得相同的多路广播消息。
因此，服务器借助于唯一的多路广播消息告知全部所等级的客户端的变量的数值变化，而所述服务器在常规的OPC-UA中对于客户端的询问(即对于所谓的“Polled Refresh Request(轮询刷新询问)”，客户端借助于轮询刷新询问来询问服务器中的一个或多个变量的数值)将单独的消息发送给每个所登记的客户端。这有利地降低服务器和网络的负荷，并且提高了订阅相对于常规的OPC-UA的效率。
特别地，轮询刷新询问能够取消用于服务的变量的在服务中登记的客户端，即所述客户端在服务器中不再需要询问变量的当前的数值，因为借助于多路广播消息自动地并且同时全部为服务所登记的客户端，服务器告知服务的变量的数值变化。
客户端的产生用于服务的变量的轮询刷新询问的应用因此相对于常规的OPC-UA不需要发生改变，因为所述轮询刷新询问能够由客户端的OPC-UA通信堆栈来识别和询问，使得并不将所述轮询刷新询问提供给服务器。因此，客户端的OPC-UA通信堆栈优选构成用于识别和询问这种由客户端的应用产生的轮询刷新询问。
此外，本发明实现：在下述位置使用OPC-UA，在所述位置这借助常规的OPC订阅是不可行的，例如在如今仅能够借助时钟脉冲的通信实现的一些情况中是不可行的，因为多路广播消息的自动发送能够通过服务器来匹配相应的时钟脉冲。
在本发明的一个优选的设计方案中，由服务器发送的多路广播消息是UDP(UDP＝User Datagram Protocol(用户数据报协议))报文。
UDP是简单的且无连接的网络协议，并且由此尤其有利地适合于简单且快速地传输多路广播消息。
本发明的另一优选的设计方案提出：为了登记用于服务的客户端，客户端的OPC-UA通信堆栈将数据插入到发送至服务器的登记数据中，所述数据证实作为支持多路广播订阅的客户端的客户端。
通过数据，能够为了参与多路广播组而将客户端准备就绪告知给服务器。通过客户端的OPC-UA通信堆栈插入数据是有利的，因为由此根据本发明的订阅方法能够对于客户端的应用而保持为是透明的，使得所述应用不需要相对于常规的OPC-UA来改变。OPC-UA的根据本发明的扩展由此能够在客户端侧上限制于扩展其OPC-UA通信堆栈的功能。
优选地，服务器还在一次性地接收用于服务的订阅通知之后产生订阅结构和TCP/IP多路广播组。
由此，以需要的方式产生订阅结构和TCP/IP多路广播组。这是有利的，因为通常不能够预见：由客户端询问何种订阅，并且尤其不设定不需要的订阅结构和TCP/IP多路广播组。
此外，服务器优选在获得用于服务的客户端的订阅通知之后检查：对于服务是否已经存在订阅结构，并且仅在还没有存在用于服务的订阅结构的情况下设定用于服务的订阅结构。
以该方式有利地避免，多层地设定订阅结构并且不必负载服务器和网络。
在本发明的另一设计方案中，多路广播消息多次地由服务器发送。
这首先当多路广播消息以不保险的方式传递时是有利的，其中接受个别多路广播消息的损失并且不进行检查。多路广播消息的多次发送在这种情况下能够有利地提高多路广播消息的输送的安全性。
本发明的另一设计方案提出：由服务器将服务的变量的集形成为由变量组成的并集，所述变量包含在与由服务器所接收的订阅通知不同的客户端中。
由此能够有利地考虑：通常多个客户端并不刚好需要相同的订阅。仅少量(在少量变量方面)区分的订阅在此能够通过形成变量的并集来组合，使得为其设定共同的订阅结构和多路广播组。在此优选地，确定不同订阅的统一度，直到将其组合成所述订阅的并集或者在其之上设定新的订阅结构和新的多路广播组。
根据本发明的硬件设计用于执行具有前述优点的根据本发明的方法。
与此相应地，根据本发明的客户端具有OPC-UA通信堆栈，其构成用于：为了登记用于所述服务的所述客户端，将数据插入在发送至所述服务器的登记数据中，所述数据证实作为支持多路广播订阅的客户端的所述客户端。
根据本发明的服务器具有OPC-UA服务器堆栈，其构成用于：为服务设置具有单一的订阅ID的订阅结构和具有单一的多路广播地址的与订阅结构相关联的TCP/IP多路广播组，多路广播地址和订阅ID告知给每个通过用于服务的订阅通知来用于登记的客户端，并且，借助于多路广播消息将服务的每个变量的数值的每个数值变化发送给多路广播地址。
根据本发明的OPC-UA客户端和服务器因此与常规的OPC-UA客户端和服务器的区别仅在于其OPC-UA通信堆栈的附加功能。这具有下述优点：常规的OPC-UA客户端和服务器的附加功能完全地向下兼容并且是透明的，以及客户端和服务器的应用不需要相对于OPC-UA改变。
根据本发明的网络包括至少一个根据本发明的客户端和至少一个根据本发明的服务器。
附图说明
本发明的上面描述的特性、特征和优点以及如何实现其的方式和方法结合实施例的下面的示意描述理解上变得更加清晰和明确，所述实施例结合附图详细阐明。其示出：
图1示出多个客户端借助于根据现有技术的OPC-UA在网络中至服务器的服务的登记，
图2示出变量的数值变化借助于根据现有技术的OPC-UA在网络中告知给服务登记的客户端，
图3示出多个客户端借助于根据本发明的方法的OPC-UA在网络中至服务器的服务的登记，
图4示出变量的数值变化借助于根据本发明的方法的OPC-UA在网络中告知给服务登记的客户端。
在此，为了概览，彼此相应的部件设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出多个客户端1、2、3借助于根据现有技术的OPC-UA进行在网络中至服务器4的服务进行的登记。服务为客户端1、2、3提供一个或多个变量的可变的数值。为了登记至服务，每个客户端1、2、3根据OPC-UA构建了到服务器4的通信通道7.1、7.2、7.3并且经由其通信通道7.1、7.2、7.3将订阅通知5.1、5.2、5.3(订阅者呼叫)发送给服器4。每个通信通道7.1、7.2、7.3在此构成为TCP连接。
订阅通知5.1、5.2、5.3通过下述方式限定所询问的服务：即其包含变量和上传速率，客户端1、2、3对于所述变量的数值变化感兴趣，并且所述上传速率说明所述变量的数值更新之间的期望时间区间。为此，订阅通知5.1、5.2、5.3调用服务器4中的方法CreateSubscription，并且将该变量和上传速率给出为方法的自变量。对于三个变量var1、var2、var3和250ms的上传速率而言，订阅通知5.1、5.2、5.3例如包含方法调用CreateSubscription(var1，var2，var3，250ms)。
在图1中这针对第一客户端1以更多细节示出。第一客户端1的应用1.1产生第一客户端1的订阅通知5.1的请求，并且将其传递给第一客户端1的OPC-UA通信堆栈1.2，所述第一客户端然后将订阅通知5.1发送给服务器4。相应地，产生和发送另外的客户端2、3的订阅通知5.2、5.3。
服务器4经由服务器堆栈4.1接收客户1、2、3的订阅通知5.1、5.2、5.3，针对每个在服务上登记的客户端1、2、3设定单独的订阅结构S1、S2、S3并且对其进行管理。服务器4借助订阅结构S1、S2、S3为每个在服务上登记的客户端1、2、3产生用于服务的单独的订阅ID，并且经由相应的通信通道7.1、7.2、7.3借助于单独的订阅消息6.1、6.2、6.3(订阅者响应)将所述订阅ID发送给相应的客户端1、2、3。
如在图1中又以第一客户端1的实例示出，第一客户端1的OPC-UA通信堆栈1.2接收服务器4的发送给第一客户端1的订阅消息6.1并且将包含在订阅消息6.1中的订阅ID传输给第一客户端1的请求订阅消息5.1的应用1.1。相对的内容适用于另外的为服务所登记的客户端2、3。
图2示例地示出将变量var1的数值变化借助于根据现有技术的OPC-UA告知给登记到服务的客户端1、2、3。服务器4确定与数值改变相关的订阅结构S1、S2、S3并且经由相应的通信通道7.1、7.2、7.3将单独的TCP数值改变消息(用户公布)确定与数值改变相关的订阅结构S1、S2、S3，所述TCP消息为客户端1、2、3告知第一变量var1的数值变化。
图3示出多个客户端1、2、3借助于根据本发明的方法的OPC-UA在网络中至服务器4的服务的登记。如在根据图1和2描述的常规的方法中那样，服务为客户端1、2、3提供一个或多个变量的变化的数值。为了登记至服务，每个客户端1、2、3又根据OPC-UA构建到服务器4的构成为TCP连接的通信通道7.1、7.2、7.3并且经由通信通道7.1、7.2、7.3将订阅通知5.1、5.2、5.3(用户呼叫)发送给服务器4。
订阅通知5.1、5.2、5.3通过下述方式同样如在常规的方法中那样限定所询问的服务，即其包含变量和上传速率，客户端1、2、3对于所述变量的数值变化令人感兴趣，并且所述上传速率说明所述变量的数值的更新之间的期望的时间区间。为此，订阅通知5.1、5.2、5.3调用服务器4中的方法CreateSubscription，并且将该变量和上侧速率轨道为方法的自变量。对于三个变量var1、var2、var3和250ms的上传速率而言，订阅通知5.1、5.2、5.3例如包含方法调用CreateSubscription(var1，var2，var3，250ms)。
在图3中这针对第一客户端1以更多细节示出。第一客户端1的应用1.1产生第一客户端1的订阅通知5.1的请求并且将其传递给第一客户端1的OPC-UA通信堆栈1.2。与常规的方法的区别为，第一客户端1的OPC-UA通信堆栈1.2为订阅通知5.1添加数据，所述数据证实作为一个客户端1、2、3的支持多路广播订阅的第一客户端1，并且将所述数据连同订阅通知5.1一起然后发送给服务器4。相应地，产生另外的客户端2、3的订阅通知5.2、5.3，以便补充数据，所述数据证实相应的客户端2、3的多路广播订阅的支持并且发送给服务器4。
服务器4经由服务器堆栈4.1接收客户1、2、3的订阅通知5.1、5.2、5.3。在一次性地接收用于服务的订阅通知5.1、5.2、5.3之后，服务器4根据证实多路广播订阅的支持的数据识别发送订阅通知5.1、5.2、5.3的客户端1、2、3的扩展的功能，随后设定用于服务的具有单一的订阅ID的订阅结构S1和具有单一的多路广播地址的与其相关联的TCP/IP多路广播组9，并且将所述订阅ID和多路广播地址借助于订阅消息6(用户响应)在登记的客户端1、2、3上经由所述通信通道7.1、7.2、7.3发送给服务器4。
当服务器4接收用于相同服务的另外的订阅通知5.1、5.2、5.3时，其并不产生另外的订阅结构S1、S2、S3，而是经由相应的通信通道7.1、7.2、7.3借助于订阅消息6将已经设定的订阅结构S1和相关联的多路广播分组9的多路广播地址告知给每个另外的为服务登记的客户端1、2、3。
与常规的方法的区别在于：服务器4因此在根据本发明的方法中仅产生用于服务的唯一的订阅结构S1并且针对为服务登记的客户端1、2、3设定多路广播组9。因此，发送给客户端1、2、3的订阅消息6包含用于标识服务或订阅结构S1的所有相同的订阅ID和配属的多路广播组9的相同的多路广播地址。
如在图3中以第一客户端1的实例示出，第一客户端1的OPC-UA通信堆栈1.2接收服务器4的发送给第一客户端1的订阅消息6，并且将包含在订阅消息6中的订阅ID传输给第一客户端1的请求订阅消息5.1的应用1.1。多路广播地址相反不告知给应用1.1，即对于应用1.1隐藏，即仅产生订阅结构S1。因此，对于应用1.1，在常规的和根据本发明的订阅方法之间不存在区别，使得其在应用根据本发明的订阅方法中相对于常规的订阅方法不必以任何方式进行改变。相对的内容适用于另外的为服务所登记的客户端2、3。
图4示出变量var1的数值变化借助于根据本发明的方法的OPC-UA在网络中告知给的登记到服务的客户端。
服务器4确定与数值改变相关的订阅结构S1，其中在该实例中仅一个订阅结构S1相关。对于每个所确定的相关的订阅结构S1，服务器4刚好产生一个多路广播消息8(订阅者公布)，所述多路广播消息包含变量var1的数值变化并且构成为UDP报文。所述多路广播消息8发送给那些与相应的订阅结构S1相关联的多路广播组9的多路广播地址，使得全部倾听所述多路广播组9的客户端1、2、3接收相同的多路广播消息8。
因此，通过唯一的多路广播消息8将变量var1的数值变化发送给全部要登记至服务的客户端1、2、3，而服务器4在常规的方法中将单独的TCP数值变化消息发送给每个要登记至服务的客户端1、2、3。
尽管详细地通过优选的实施例详细阐明和描述本发明，那么本发明不通过所公开的实例来限制并且能够由本领域技术人员从中推导出其他的变型形式，而没有偏离本发明的保护范围。
附图标记列表
1、2、3          客户端
1.1              应用
1.2              OPC-UA通信堆栈
4                服务器
4.1              服务器堆栈
5.1、5.2、5.3    订阅通知
6、6.1、6.2、6.3 订阅消息
7.1、7.2、7.3    通信通道
8                多路广播消息
9                多路广播组
S1、S2、S3       订阅结构
var1             变量。

Claims (10)

1.一种用于使客户端(1，2，3)借助于OPC-UA访问网络中的服务器(4)的服务的方法，其中
-所述服务为所述客户端(1，2，3)提供至少一个变量(var1)的改变的数值，
-客户端(1，2，3)通过所述客户端将用于所述服务的订阅通知(5.1，5.2，5.3)发送给所述服务器(4)来为所述服务进行登记，
-所述客户端(4)为所述服务设置具有单一的订阅ID的订阅结构(S1，S2，S3)和具有单一的多路广播地址的与所述订阅结构(S1，S2，S3)相关联的TCP/IP多路广播组(9)，
-所述客户端(4)将所述多路广播地址和所述订阅ID告知给每个通过订阅通知(5.1，5.2，5.3)用于为所述服务登记的客户端(1，2，3)，和
-所述服务器(4)借助于多路广播消息(8)经由所述网络将所述服务的每个变量(var1)的数值的每个数值变化发送给所述多路广播地址，使得全部为所述服务所登记的客户端(1，2，3)接收相同的所述多路广播消息(8)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述服务器(4)发送的所述多路广播消息(8)是UDP报文。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了登记用于所述服务的客户端(1，2，3)，所述客户端(1，2，3)的OPC-UA通信堆栈(1.2)将数据插入到发送至所述服务器(4)的登记数据中，所述数据证实作为支持多路广播订阅的客户端(1，2，3)的所述客户端(1，2，3)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述服务器(4)在一次性地接收用于所述服务的订阅通知(5.1，5.2，5.3)之后，产生所述订阅结构(S1，S2，S3)和所述TCP/IP多路广播组(9)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述服务器(4)在获得用于所述服务的客户端(1，2，3)的订阅通知(5.1，5.2，5.3)之后检查：对于所述服务是否已经存在订阅结构(S1，S2，S3)，并且仅在还没有存在用于所述服务的订阅结构(S1，S2，S3)的情况下设定用于所述服务的订阅结构(S1，S2，S3)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述服务器(4)多次地发送所述多路广播消息(8)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述服务器(4)将所述服务的所述变量(var1)的集形成为由变量(var1)组成的并集，所述变量包含在与由所述服务器(4)所接收的订阅通知(5.1，5.2，5.3)不同的客户端(1，2，3)中。
8.一种用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的客户端(1，2，3)，其中所述客户端(1，2，3)具有OPC-UA通信堆栈(1.2)，所述OPC-UA通信堆栈构成用于：为了登记用于所述服务的所述客户端(1，2，3)，将数据插入在发送至所述服务器(4)的登记数据中，所述数据证实作为支持多路广播订阅的客户端(1，2，3)的所述客户端(1，2，3)。
9.一种用于执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法的服务器(4)，其中所述服务器(4)具有OPC-UA服务器堆栈(4.1)，所述OPC-UA服务器堆栈构成用于：为所述服务设置具有单一的订阅ID的订阅结构(S1，S2，S3)和具有单一的多路广播地址的与所述订阅结构(S1，S2，S3)相关联的TCP/IP多路广播组(9)，以便所述多路广播地址和所述订阅ID告知给每个通过订阅通知(5.1，5.2，5.3)用于为所述服务登记的客户端(1，2，3)，并且，借助于多路广播消息(8)将所述服务的每个变量(var1)的所述数值的每个数值变化发送给所述多路广播地址。
10.一种用于执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法的网络，包括至少一个根据权利要求8所述的客户端(1，2，3)和至少一个根据权利要求9所述的服务器(4)。
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