OPC UA 协议

OPC UA 协议

OPC UA（Open Platform Communications Unified Architecture）是一种在自动化领域用于不同设备和系统之间进行通信的技术规范，用于实现跨平台、跨语言和跨网络的操作，为工业物联网提供一个可靠和安全的数据交换基础。本文将详细介绍OPC UA协议在IoTDB中的应用，包括其两种通信模式、服务器启动方式及参数配置，并提供具体的操作示例。

OPC UA 协议

2024年11月19日大约 7 分钟

1. OPC UA

OPC UA 是一种在自动化领域用于不同设备和系统之间进行通信的技术规范，用于实现跨平台、跨语言和跨网络的操作，为工业物联网提供一个可靠和安全的数据交换基础。IoTDB 中支持 OPC UA协议， IoTDB OPC Server 支持 Client/Server 和 Pub/Sub 两种通信模式。

1.1 PC UA Client/Server 模式

• Client/Server 模式：在这种模式下，IoTDB 的流处理引擎通过 OPC UA Sink 与 OPC UA 服务器（Server）建立连接。OPC UA 服务器在其地址空间(Address Space) 中维护数据，IoTDB可以请求并获取这些数据。同时，其他OPC UA客户端（Client）也能访问服务器上的数据。

• 特性：
• OPC UA 将从 Sink 收到的设备信息，按照树形模型整理到 Objects folder 下的文件夹中。
• 每个测点都被记录为一个变量节点，并记录当前数据库中的最新值。

1.2 OPC UA Pub/Sub 模式

• Pub/Sub 模式：在这种模式下，IoTDB的流处理引擎通过 OPC UA Sink 向OPC UA 服务器（Server）发送数据变更事件。这些事件被发布到服务器的消息队列中，并通过事件节点 (Event Node) 进行管理。其他OPC UA客户端（Client）可以订阅这些事件节点，以便在数据变更时接收通知。

• 特性：

• 每个测点会被 OPC UA 包装成一个事件节点（EventNode）。

• 相关字段及其对应含义如下：

  字段	含义	类型（Milo）	示例
  Time	时间戳	DateTime	1698907326198
  SourceName	测点对应完整路径	String	root.test.opc.sensor0
  SourceNode	测点数据类型	NodeId	Int32
  Message	数据	LocalizedText	3.0

• Event 仅会发送给所有已经监听的客户端，客户端未连接则会忽略该 Event。

2. IoTDB OPC Server 启动方式

2.1 语法

创建该 Sink 的语法如下：

create pipe p1 
    with source (...) 
    with processor (...) 
    with sink ('sink' = 'opc-ua-sink', 
               'sink.opcua.tcp.port' = '12686', 
               'sink.opcua.https.port' = '8443', 
               'sink.user' = 'root', 
               'sink.password' = 'root', 
               'sink.opcua.security.dir' = '...'
              )  

2.2 参数

2.3 示例

create pipe p1 
    with sink ('sink' = 'opc-ua-sink'，
               'sink.user' = 'root', 
               'sink.password' = 'root');
start pipe p1;  

2.4 使用限制

1. 必须存在 DataRegion：在 IoTDB 有 dataRegion 时，OPC UA 的服务器才会启动。因此，对于一个空的 IoTDB，需要写入一条数据，OPC UA 的服务器才有效。
2. 需连接才有数据：每一个订阅该服务器的客户端，不会收到 OPC Server 在连接之前写入IoTDB的数据。
3. 多 DataNode 会有分散发送 / 冲突问题：

• 对于有多个 dataRegion，且分散在不同 DataNode ip上的 IoTDB 集群，数据会在 dataRegion 的 leader 上分散发送。客户端需要对 DataNode ip 的配置端口分别监听。
• 建议在 1C1D 下使用该 OPC UA 服务器。

4. 不支持删除数据和修改测点类型：在Client Server模式下，OPC UA无法删除数据或者改变数据类型的设置。而在Pub Sub模式下，如果数据被删除了，信息是无法推送给客户端的。

3. IoTDB OPC Server 示例

3.1 Client / Server 模式

准备工作

1. 此处以UAExpert客户端为例，下载 UAExpert 客户端：https://www.unified-automation.com/downloads/opc-ua-clients.html
2. 安装 UAExpert，填写自身的证书等信息。

快速开始

1. 使用如下 sql，创建并启动 client-server 模式的 OPC UA Sink。详细语法参见上文：IoTDB OPC Server语法

create pipe p1 with sink ('sink'='opc-ua-sink');  

1. 写入部分数据。

insert into root.test.db(time, s2) values(now(), 2)  

此处自动创建元数据开启。

1. 在 UAExpert 中配置 iotdb 的连接，其中 password 填写为上述参数配置中 sink.password 中设定的密码（此处以默认密码root为例）：

2. 信任服务器的证书后，在左侧 Objects folder 即可看到写入的数据。

3. 可以将左侧节点拖动到中间，并展示该节点的最新值：

3.2 Pub / Sub 模式

准备工作

该代码位于 iotdb-example 包下的opc-ua-sink 文件夹中
代码中包含：

• 主类（ClientTest）
• Client 证书相关的逻辑（IoTDBKeyStoreLoaderClient）
• Client 的配置及启动逻辑（ClientExampleRunner）
• ClientTest 的父类（ClientExample）

3.3 快速开始

使用步骤为：

1. 打开 IoTDB 并写入部分数据。

insert into root.a.b(time, c, d) values(now(), 1, 2);  

此处自动创建元数据开启。

1. 使用如下 sql，创建并启动 Pub-Sub 模式的 OPC UA Sink。详细语法参见上文：IoTDB OPC Server语法

create pipe p1 with sink ('sink'='opc-ua-sink', 
                          'sink.opcua.model'='pub-sub');
start pipe p1;  

此时能看到服务器的 conf 目录下创建了 opc 证书相关的目录。

1. 直接运行 Client 连接，此时 Client 证书被服务器拒收。

2. 进入服务器的 sink.opcua.security.dir 目录下，进入 pki 的 rejected 目录，此时 Client 的证书应该已经在该目录下生成。

3. 将客户端的证书移入（不是复制） 同目录下 trusted 目录的 certs 文件夹中。

4. 再次打开 Client 连接，此时服务器的证书应该被 Client 拒收。

5. 进入客户端的 <java.io.tmpdir>/client/security 目录下，进入 pki 的 rejected 目录，将服务器的证书移入（不是复制）trusted 目录。

6. 打开 Client，此时建立双向信任成功， Client 能够连接到服务器。

7. 向服务器中写入数据，此时 Client 中能够打印出收到的数据。

3.4 注意事项

1. 单机与集群：建议使用1C1D单机版，如果集群中有多个 DataNode，可能数据会分散发送在各个 DataNode 上，无法收听到全量数据。
2. 无需操作根目录下证书：在证书操作过程中，无需操作 IoTDB security 根目录下的
   iotdb-server.pfx
   证书和 client security 目录下的
   example-client.pfx
   目录。Client 和 Server 双向连接时，会将根目录下的证书发给对方，对方如果第一次看见此证书，就会放入 reject dir，如果该证书在 trusted/certs 里面，则能够信任对方。
3. 建议使用Java 17+：在 JVM 8 的版本中，可能会存在密钥长度限制，报 Illegal key size 错误。对于特定版本（如 jdk.1.8u151+），可以在 ClientExampleRunner 的 create client 里加入
   Security.
   setProperty
   ("crypto.policy", "unlimited");
   解决，也可以下载无限制的包
   local_policy.jar
   与
   US_export_policy
   解决替换
   JDK/jre/lib/security
   目录下的包解决，下载网址：https://www.oracle.com/java/technologies/javase-jce8-downloads.html。