CN109672668A - 一种gda接口与opc ua服务的映射方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种GDA接口与OPC UA服务的映射方法，1、建立GDA接口和OPC UA服务名的映射关系，实现GDA接口到OPC UA服务名的对应；2、封装OPC UA服务参数；3、传输实现OPC UA服务消息。本发明数据访问一致，真正实现了OPC UA对IEC61970 CIS接口规范的替代，解决了CIS规范中模型、实时、事件及历史等各类数据分立描述、分立访问，导致客户端数据集成困难的问题；本发明防火墙穿越能力强，OPC UA在获取数据变化及事件通知时采用客户端轮询机制，这种机制无需复杂配置即可穿越防火墙。

Description

一种GDA接口与OPC UA服务的映射方法
技术领域
本发明属于电力系统数据通信技术领域，具体涉及一种IEC61970 GDA接口与OPCUA服务的映射方法
背景技术
IEC61970是国际电工委员会负责电力系统控制及通信相关标准的第57技术委员会第13工作组(IEC TC57 WG13)负责制定的与EMS相关的系列标准，它涵盖了公共信息模型(common information model，简称CIM)和组件接口规范(component interfacespecification，简称CIS)，CIM描述了交换数据需要的公用信息模型，CIS定义了如何交换信息。
OPC(OLE for Process Control)用于过程控制的OLE(OLE是Object Linking andEmbedding的缩写，即对象连接和嵌入技术，它是一种面向对象的技术，利用这种技术可开发重复使用的COM组件)，是OPC基金会提出的工控领域的数据交换规范。它包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统。OPC UA(OPC UnifiedArchitecture)，是OPC基金会推出的用于替代OPC的新标准协议。它是一套安全的、可靠的并且独立于制造商和平台的数据交互规范。该规范使得不同操作系统和不同制造商的设备之间可以进行数据交互。
IEC TC57已经采纳OPC UA(IEC 62541)标准作为新一代的组件接口规范，即通过OPC UA实现公共信息模型和基于公共信息模型的电网模型、实时数据、历史数据的访问。其接口能力覆盖原有CIS规范并有一定程度的提升，成为电力系统管理及其信息交换领域被认可的标准，也是电力应用系统需要支持的接口规范。
OPC UA的优点是它提供了一个一致的、完整的地址空间和服务模型，可用来将电网运行数据中心的所有电网运行数据，包括电网描述数据、实时数据、报警与事件以及它们的历史信息统一到一个OPC UA服务器地址空间里，并且以一套统一的服务为它们向外提供接口，避免了CIS规范中模型、实时数据、事件及历史等各类数据分立描述、分立访问从而导致客户端数据集成困难的问题。
OPC UA是一种通用的工业控制自动化应用间接口标准，并非专门针对电力自动化应用制订。因此如何协调CIM与OPC UA地址空间模型的集成、以及如何映射CIS接口与OPCUA服务集是电力系统应用中需要解决的两个问题。目前，IEC TC57并未对这两个问题进行额外的定义，已有文献给出如何在OPC UA服务器地址空间里对CIM模型进行映射和管理，但是还没有相关文献提出CIS接口与OPC UA服务集的映射方法。
发明内容
CIS规范主要包括通用数据访问(GDA)、高速数据访问(HSDA)、通用事件与订阅(GES)、时序数据访问(TSDA)等接口。为解决上述技术问题，本发明提出一种GDA接口与OPCUA服务的映射实现方法，来解决利用OPC UA规范实现对电网模型数据的访问和管理。本发明遵循OPC UA标准规定的服务规范，实现IEC 61970标准中定义的GDA接口，包括具体的接口类型、请求参数及服务器的应答结果、错误处理等内容的对应，完成GDA接口到OPC UA服务的映射，结合已有的CIM和OPC UA地址空间模型的映射技术，真正实现OPC UA对IEC61970CIS接口规范的替代，实现对电网模型数据的访问和管理，这在电力自动化系统及其信息交互领域中有广阔应用前景。本发明所采用的技术方案如下：
一种GDA接口与OPC UA服务的映射方法，包括以下步骤：
步骤1、建立GDA接口和OPC UA服务名的映射关系，实现GDA接口到OPC UA服务名的对应；
步骤2、封装OPC UA服务参数；
步骤3、传输实现OPC UA服务消息。
优选地，步骤1所述的建立GDA接口和OPC UA服务名的映射关系的具体方法是：
GDA读访问接口中的获取指定资源的性质取值映射为OPC UA服务中的读服务；
GDA读访问接口中的获取范围内多资源的性质取值映射为OPC UA服务中的浏览服务、读服务；
GDA读访问接口中的关联资源数据查询映射为OPC UA服务中的翻译浏览路径到节点标识服务、读服务；
GDA读访问接口中的关联资源推演查询映射为OPC UA服务中的翻译浏览路径到节点标识服务、读服务；
GDA读访问接口中的模式资源查询映射为OPC UA服务中的浏览服务、读服务；
GDA读访问接口中的资源过滤查询映射为OPC UA服务中的翻译浏览路径到节点标识服务、浏览服务、读服务；
GDA写访问接口中的更新接口方法分别映射为OPC UA服务中的添加节点服务、添加引用服务、删除节点服务、添加引用服务、写服务；
GDA接口中的改变事件通知接口分别映射为OPC UA服务中的监视项和订阅服务、创建监视项服务、创建订阅服务、发布服务、重新发布服务。
优选地，步骤2所述的封装OPC UA服务参数的具体方法是：对比两种接口的请求及应答参数结构定义，有效地将GDA接口参数封装到OPC UA服务参数中，实现GDA接口的业务功能。
优选地，GDA接口参数到OPC UA服务参数的封装，不仅要完成两种接口中方法的请求和应答参数的转换，还需要填充OPC UA的其他公共请求和应答参数。
本发明的有益效果：
1)数据访问一致：GDA接口到OPC UA服务的映射，结合已有的CIM和OPC UA地址空间模型的映射技术，真正实现了OPC UA对IEC61970CIS接口规范的替代，OPC UA可以把电网描述数据、实时数据、报警与事件以及它们的历史信息统一到一个OPC UA服务器地址空间里，并且以一套统一的服务为它们向外提供接口，从而解决了CIS规范中模型、实时、事件及历史等各类数据分立描述、分立访问，导致客户端数据集成困难的问题。
2)防火墙穿越能力强：在CIS中，数据变化及事件的通知是通过客户端实现的回调接口实现数据传输的，而OPC UA在获取数据变化及事件通知时采用客户端轮询机制，这种机制无需复杂配置即可穿越防火墙。
附图说明
图1是GDA读访问接口与OPC UA服务的映射关系示意图；
图2是GDA写访问接口与OPC UA服务的映射关系示意图；
图3是GDA改变事件通知接口和OPC UA服务的映射关系示意图。
图4是GDA中ResourceQueryService的get_values接口示意图；
图5是get_values接口的请求参数和响应参数的关系示意图；
图6是OPC UA Read接口示意图；
图7是Read接口请求参数和响应参数的关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图，具体说明本发明的实施方式。
CIS中的GDA(通用数据访问)定义了一般请求-应答型数据访问机制，用于初始化和信息同步非实时地访问复杂结构的数据，如CIM数据，包括对象数据和模型数据。GDA通用数据访问包括读访问、写访问和改变事件通知。
OPC UA服务定义应用层的数据通信，UA客户端通过调用服务的方法，访问OPC UA服务器提供的数据。OPC UA服务集精简成了一个通用的方法集合，其中一共有16个服务用于客户端和服务器之间交换不同类型的信息。
一种GDA接口与OPC UA服务的映射方法，包括以下步骤：
步骤1、建立GDA接口和OPC UA服务名的映射关系，实现GDA接口到OPC UA服务名的对应。
GDA接口定义了读访问、写访问和改变事件通知三种通用数据访问模块，每个模块都定义了多个具体的方法进行数据访问，而OPC UA的服务集是精简成了一个通用的方法集合，因此，两种接口之间不是一一对应关系，需要根据具体的业务进行对应。根据二者定义的不同接口内容，制定以下对应关系：
GDA的读访问要求能够查询实例数据和元数据。在OPC UA中可以利用读(Read)服务和浏览(Browse)服务完成以上要求，读服务用于读取一到多个节点的一个或多个属性，CIM数据映射为OPC UA的节点之后，读服务的输入参数中确定要读取的节点和属性列表，即可返回该节点的属性值列表。浏览服务用来对地址空间进行遍历通过客户端提交的初始节点和浏览过滤条件可返回通过引用连接到初始节点的节点列表，再配合读服务，完成GDA中读访问的要求。如图1所示，是GDA读访问接口与OPC UA服务的映射关系示意图，具体的映射关系如下：
(1)GDA读访问接口中的“获取指定资源的性质取值”映射为OPC UA服务中的“读服务”；
(2)GDA读访问接口中的“获取范围内多资源的性质取值”映射为OPC UA服务中的“浏览服务、读服务”；
(3)GDA读访问接口中的“关联资源数据查询”映射为OPC UA服务中的“翻译浏览路径到节点标识服务、读服务”；
(4)GDA读访问接口中的“关联资源推演查询”映射为OPC UA服务中的“翻译浏览路径到节点标识服务、读服务”；
(5)GDA读访问接口中的“模式资源查询”映射为OPC UA服务中的“浏览服务、读服务”；
(6)GDA读访问接口中的“资源过滤查询”映射为OPC UA服务中的“翻译浏览路径到节点标识服务、浏览服务、读服务”。
GDA的写访问提供操作来更新那些可以通过GDA读访问获取的数据，即实现资源的增加、修改、删除等更新操作。相应地，OPC UA提供了节点服务集用来增加、删除地址空间节点及节点间引用所需的服务，资源的修改则可以通过Write服务写入节点是属性值来完成。如图2所示，是GDA写访问接口与OPC UA服务的映射关系示意图，具体的映射关系如下：
GDA写访问接口中的“更新接口方法”分别映射为OPC UA服务中的“添加节点服务”、“添加引用服务”、“删除节点服务”、“添加引用服务”、“写服务”。
GDA的改变事件通知允许客户订阅对象资源有关的变化事件，通过改变事件通知使数据提供者能及时将数据变化情况通知客户端，从而使客户端与服务器数据保持一致。相应地，OPC UA提供了监视项和订阅服务集，客户端能从OPC UA服务器订阅3种不同类型的信息，分别是变量值、事件和聚合值，完全可以满足GDA的事件服务要求。如图3所示，是GDA改变事件通知接口和OPC UA服务的映射关系示意图，具体的映射关系如下：
GDA接口中的“改变事件通知接口”分别映射为OPC UA服务中的“监视项和订阅服务”、“创建监视项服务”、“创建订阅服务”、“发布服务”、“重新发布服务”。
步骤2、封装OPC UA服务参数，对比两种接口的请求及应答参数结构定义，有效地将GDA接口参数封装到OPC UA服务参数中，实现GDA接口的业务功能。
OPC UA的每个服务根据服务语义定义了自己的请求参数和应答参数，此外每个服务都还包含了公共请求和应答的消息头，在消息头中包含了通用的服务参数，如会话令牌、或服务调用结果等。IEC 61970标准中规定的GDA接口，其请求参数、应答结果和错误处理都有明确的结构定义。因此，GDA接口参数到OPC UA服务参数的封装，不仅要完成两种接口中方法的请求和应答参数的转换，还需要填充OPC UA的其他公共请求和应答参数，以完成有效地OPC UA服务调用，实现GDA接口的业务功能。
步骤3、传输实现OPC UA服务消息。
OPC UA支持两种类型的传输机制：支持高性能企业内部通信，使用优化的二进制TCP；支持防火墙友好的互联网通信，使用类似Web服务的基于XML、HTTP等互联网标准。OPC基金会和一些UA栈开发商提供了合适的UA协议栈，基于OPC UA服务的GDA接口的实现不需要关心底层数据传输细节，只需关注具体的业务逻辑，完成接口到服务名的对应以及服务参数的封装即可。
在这里，服务消息传输方法是公知技术，不再详细叙述。
以下三个段落举例说明步骤2的封装方法。为更好地理解本发明的实施方式，下面以读访问的资源查询使用服务(ResourceQueryService)中的get_values()方法为例说明OPC UA服务的封装。如图4所示，是GDA中ResourceQueryService的get_values接口示意图；如图5所示，是get_values接口的请求参数和响应参数的关系示意图。get_values()方法获取指定对象的性质取值。用参数resource指明目标查询对象的ID，参数properties指明待查询的性质序列。查询成功，特定对象的性质取值在返回的资源描述结构(ResourceDescription)中。如果数据提供者无法识别Resource资源标识符，数据提供者抛出UnknownResource异常。
从图1中已知get_values()方法映射为OPC UA中的Read服务，如图6所示，是OPCUA Read接口示意图，Read接口请求参数和响应参数的关系如图7所示。Read服务用于读一到多个节点的一个或多个属性，参数ReadRequest指明服务请求参数，其中包括UA服务公共请求头(RequestHeader)、值的最大生存期(MaxAge)、返回时间戳(TimestampsToReturn)以及要读取的节点和属性列表(NodesToRead)，NodesToRead就指明了待读取节点的标识(NodeId)和读取的节点属性的标识(AttributeId)。服务调用成功，返回ReadResponse数据结构，其中包括公共响应头(ResponseHeader)、读取结果(Results)和诊断信息列表(DiagnosticInfos)。其中Results数据中包含读到的属性值以及时间戳等信息，此外还有StatusCode标识服务调用的错误信息。
因此，get_values()方法到read()方法的参数封装，需要将get_values()方法中的resource和properties参数转换成read服务的NodesToRead参数，查询结果ResourceDescription转换成read()方法的Results参数，对于ReadRequest和ReadResponse中其他参数，需要按照OPC UA服务请求参数格式进行填充，以满足OPC UA服务的调用要求。

Claims (4)

1.一种GDA接口与OPC UA服务的映射方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、建立GDA接口和OPC UA服务名的映射关系，实现GDA接口到OPC UA服务名的对应；
步骤2、封装OPC UA服务参数；
步骤3、传输实现OPC UA服务消息。
2.根据权利要求1所述的一种GDA接口与OPC UA服务的映射方法，其特征在于，步骤1所述的建立GDA接口和OPC UA服务名的映射关系的具体方法是：
GDA读访问接口中的获取指定资源的性质取值映射为OPC UA服务中的读服务；
GDA读访问接口中的获取范围内多资源的性质取值映射为OPC UA服务中的浏览服务、读服务；
GDA读访问接口中的关联资源数据查询映射为OPC UA服务中的翻译浏览路径到节点标识服务、读服务；
GDA读访问接口中的关联资源推演查询映射为OPC UA服务中的翻译浏览路径到节点标识服务、读服务；
GDA读访问接口中的模式资源查询映射为OPC UA服务中的浏览服务、读服务；
GDA读访问接口中的资源过滤查询映射为OPC UA服务中的翻译浏览路径到节点标识服务、浏览服务、读服务；
GDA写访问接口中的更新接口方法分别映射为OPC UA服务中的添加节点服务、添加引用服务、删除节点服务、添加引用服务、写服务；
GDA接口中的改变事件通知接口分别映射为OPC UA服务中的监视项和订阅服务、创建监视项服务、创建订阅服务、发布服务、重新发布服务。
3.根据权利要求1或2所述的一种GDA接口与OPC UA服务的映射方法，其特征在于，步骤2所述的封装OPC UA服务参数的具体方法是：对比两种接口的请求及应答参数结构定义，有效地将GDA接口参数封装到OPC UA服务参数中，实现GDA接口的业务功能。
4.根据权利要求3所述的一种GDA接口与OPC UA服务的映射方法，其特征在于，GDA接口参数到OPC UA服务参数的封装，不仅要完成两种接口中方法的请求和应答参数的转换，还需要填充OPC UA的其他公共请求和应答参数。
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