OPC UA (OPC Unified Architecture) è un'architettura di comunicazione indipendente dalla piattaforma, orientata ai servizi, aperta e sicura. Consente l'interoperabilità di dispositivi, sistemi e applicazioni software di automazione industriale di diversi fornitori. Il modello informativo OPC UA definisce i codici e i formati per lo scambio di dati utilizzando diversi protocolli di trasporto.
La stessa base ha sviluppato OPC UA e il suo predecessore, Open Platform Communications (OPC), ma sono significativamente diversi. La fondazione continua a sviluppare OPC UA per creare un'architettura più desiderabile rispetto alle comunicazioni OPC originali e più in linea con le esigenze dell'automazione industriale in evoluzione.
La OPC Foundation ha rilasciato la prima versione della specifica OPC UA nel 2006 e ad oggi OPC UA è alla versione 1.05. Oltre al modello Client-Server (Subscriptions), OPC UA include un meccanismo Pub-Sub, che consente di eseguire il push delle specifiche JSON (utilizzando anche la specifica binaria definita dallo standard – UADP) sul protocollo UDP, Protocollo MQTT, o protocollo AMQP.
Attraverso il canale di trasporto veloce, sicuro e affidabile fornito da Protocollo MQTT, OPC UA può utilizzare direttamente Internet per il trasferimento dei dati mantenendo i principali vantaggi della sicurezza end-to-end e della modellazione dei dati standardizzata di OPC UA.
Caratteristiche dell'OPCUA
- Equivalenza funzionale – Tutte le specifiche OPC Classic sono mappate su UA e OPC UA include le funzionalità DA, A&E e HDA presenti in OPC Classic:
Funzionalità | descrizioni |
---|---|
Ricerca e Sviluppo | Trova i server OPC disponibili sul tuo PC locale e/o sulla rete |
Spazio indirizzi | Tutti i dati sono rappresentati gerarchicamente (ad esempio file e cartelle), consentendo ai client OPC di scoprire e utilizzare strutture di dati semplici e complesse |
Su richiesta | Leggere e scrivere dati/informazioni in base ai diritti di accesso |
Sottoscrizione | Monitora dati/informazioni e segnala eccezioni quando i valori cambiano oltre le impostazioni del cliente |
Evento | Le impostazioni basate sul client notificano informazioni importanti |
metodo | I client possono eseguire programmi in base a metodi definiti sul server, ecc. |
- Sicurezza – Crittografia, autenticazione e controllo dei messaggi: una delle considerazioni più importanti per un'organizzazione quando sceglie uno standard tecnologico è la sicurezza. OPC UA affronta la sicurezza fornendo una serie di controlli quando si attraversano i firewall:
Funzionalità | descrizioni |
---|---|
Trasporti | Sono definiti numerosi protocolli che forniscono opzioni come trasferimenti binari OPC ultraveloci o il più generale SOAP-HTTPS |
Crittografia della sessione | Le informazioni vengono trasmesse in modo sicuro con livelli di crittografia a 128 bit o 256 bit |
Firma del messaggio | La firma deve essere identica al momento della ricezione del messaggio e al momento dell'invio. |
Sequenziamento dei pacchetti di dati | Attacchi di riproduzione dei messaggi identificati eliminati tramite sequenziamento |
autenticare | Ogni client e server UA è identificato da un certificato OpenSSL, che fornisce il controllo sul modo in cui le applicazioni e i sistemi si connettono tra loro. |
Controllo dell'utente | Le applicazioni possono richiedere l'autenticazione dell'utente (credenziali di accesso, certificati, ecc.) e possono limitare o migliorare ulteriormente l'accesso dell'utente alle autorizzazioni e alle "visualizzazioni" dello spazio degli indirizzi. |
Audit | Registrazione dell'attività dell'utente e/o del sistema per fornire una traccia di controllo degli accessi |
- Modellazione completa delle informazioni: L'OPC UA Information Modeling Framework, utilizzato per definire informazioni complesse, converte i dati in informazioni. Consente di modellare ed estendere anche le strutture multilivello più complesse attraverso funzionalità completamente orientate agli oggetti, con la capacità di definire tipi di dati e strutture nei file di configurazione.
Modello informativo per OPC UA
Il modello informativo OPC UA, lo spazio degli indirizzi, è una rete di nodi e riferimenti che formano un grafico strutturato.
Gli oggetti in una forma standard sono rappresentati nello spazio degli indirizzi, dove gli elementi del modello sono chiamati nodi. Lo spazio degli indirizzi rappresenta gli oggetti e i loro componenti come una raccolta di nodi, descritti da attributi e collegati da riferimenti. La modellazione OPC UA riguarda la creazione di nodi e riferimenti tra i nodi.
Modello di oggetti
OPC UA utilizza gli oggetti come base per rappresentare dati e attività nel sistema di elaborazione. Variabili, eventi e metodi sono interconnessi tramite riferimento all'interno degli oggetti.
Modello del nodo
- Gli attributi descrivono i nodi e diverse classi di nodi hanno diversi insiemi di attributi. La definizione di una classe di nodo include la definizione di attributi, quindi lo spazio degli indirizzi non include attributi.
- Un riferimento rappresenta una relazione tra i nodi. Un'istanza di un nodo del tipo riferimento che esiste nello spazio degli indirizzi definisce un riferimento.
- Proprietà generiche del modello del nodo
Modello di riferimento
Il nodo di origine è il nodo contenente il riferimento e il nodo di destinazione è il nodo di riferimento. Il nodo di destinazione a cui si fa riferimento può trovarsi nello stesso spazio di indirizzi del nodo sorgente, o nello spazio di indirizzi di un altro server OPC, o anche il nodo di destinazione può essere inesistente.
Tipi di nodo
Le categorie di nodi più importanti in OPC UA sono oggetti, variabili e metodi.
- Nodi oggetto: gli utenti utilizzano i nodi oggetto per formare spazi di indirizzi e questi nodi non contengono dati. Usano le variabili per esporre i valori degli oggetti. Gli utenti possono utilizzare i nodi oggetto per raggruppare oggetti, variabili o metodi di gestione; variabili e metodi appartengono sempre a un oggetto.
- Nodo variabile: Il nodo variabile rappresenta un valore. Il tipo di dati del valore dipende dalla variabile. Il client può leggere, scrivere e sottoscrivere il valore.
- Nodo Metodo: Il nodo del metodo rappresenta un metodo nel server che il client chiama e riceve il risultato. I parametri di input e il risultato di output sono sotto forma di variabili come parte del nodo del metodo. Il client specifica i parametri di input e ottiene il risultato di output dopo la chiamata.
Perché collegare OPC UA a MQTT?
MQTT è un protocollo di messaggistica leggero, efficiente e affidabile per l'IoT, che utilizza un modello di pubblicazione e sottoscrizione per supportare la comunicazione in tempo reale. MQTT è particolarmente adatto per ambienti con risorse limitate, in particolare scenari che richiedono un utilizzo efficiente di energia e larghezza di banda.
Basato su MQTT 3.1.1, SparkplugB garantisce una modellazione dei dati di base flessibile ed efficiente per l'IoT industriale attraverso una specifica consolidata nel settore. SparkPlugB raggiunge una forte interoperabilità e consapevolezza dello stato della rete, grazie all'eccellente design di MQTT.
OPC UA e MQTT hanno un certo grado di sovrapposizione di funzionalità, ma il loro utilizzo degli scenari è molto diverso:
- OPC UA facilita la comunicazione senza soluzione di continuità tra diverse apparecchiature e sistemi del settore utilizzando un linguaggio standardizzato.
- MQTT gestisce in modo efficiente i dati dei sensori in tempo reale su Internet, affrontando la larghezza di banda ridotta e le condizioni di rete inaffidabili nelle applicazioni IoT. Il suo meccanismo di lettura/pubblicazione offre una notevole flessibilità di utilizzo.
Negli scenari industriali, MQTT eccelle nella messaggistica nei sistemi distribuiti, mentre OPC UA si concentra sulla fornitura di interoperabilità. OPC UA astrae e aggrega i dati aziendali e MQTT facilita lo scambio di dati distribuito e senza soluzione di continuità grazie alle sue potenti capacità di connettività.
OPC UA su MQTT
Il modello Pub-Sub proposto dalla OPC Foundation nelle ultime specifiche di OPC UA consente di inviare le modifiche ai dati agli abbonati utilizzando il broker MQTT.
La sicurezza Pub-Sub è un po' più complessa di quella client/server e le specifiche non sono così dettagliate. In una rete MQTT, la sicurezza si basa su SSL/TLS e il broker può definire l'autenticazione a livello di applicazione oltre ad abilitare SSL/TLS per il trasporto.
In linea di principio, questi modelli di sicurezza sono tutto o niente per ogni abbonato ed editore che può aderire alla rete. La standardizzazione in corso di OPC UA è ancora un lavoro in corso e non è chiaro come mappare al meglio il ricco modello di informazioni OPC UA su MQTT.
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