2. OPC UA基础架构

OPC UA 的架构设计兼顾了传统工业控制中的请求-响应模式与新兴物联网场景下的事件驱动模式。理解其两大通信模型和核心数据组织方式，是进行安全配置与高效数据采集的前提。

2.1 客户端/服务器（C/S）模型

这是 OPC UA 最经典的交互模式，适用于点对点、高可靠性的实时数据访问场景，如 PLC 与 SCADA 之间的周期性变量读取。

2.1.1 通信流程

1. 发现端点：客户端通过 DiscoveryUrl 获取服务器支持的端点列表（协议、安全策略）。
2. 创建通道：基于安全策略（如 Basic256Sha256）建立加密通信通道。
3. 创建会话：客户端发送 CreateSessionRequest，服务器返回 SessionId 与认证令牌。
4. 激活会话：客户端提供用户身份令牌（匿名、用户名/密码、证书）完成激活。
5. 数据交互：执行 Read、Write、Browse、Subscribe 等服务调用。
6. 关闭会话：客户端主动调用 CloseSession 或超时断开。

2.1.2 适用场景对比

2.2 发布/订阅（Pub/Sub）模型

Pub/Sub 模型是 OPC UA 规范第 14 部分定义的新一代通信模式，专为大规模分布式系统和物联网边缘计算设计。它解耦了数据生产者和消费者，支持 MQTT 和 AMQP 作为底层传输协议。

2.2.1 核心角色

• 发布者（Publisher）：负责采集数据并按照配置的 DataSet 周期发布消息。
• 订阅者（Subscriber）：接收并处理发布者发送的消息，无需知道发布者地址。
• 消息中间件（Broker）：可选组件，用于消息路由、缓存和转发，典型实现如 Mosquitto、RabbitMQ。

2.2.2 工作模式

2.3 地址空间与节点概念

OPC UA 地址空间（AddressSpace）是服务器端所有可用数据的结构化组织方式。它采用全连接图（Fully Meshed Graph）模型，所有信息都以节点（Node）的形式存在，并通过引用（Reference）相互关联。

2.3.1 节点（Node）

节点是地址空间中的基本单元，每个节点都有一个唯一的 NodeId（由 NamespaceIndex + Identifier 组成）。节点分为以下核心类型：

2.3.2 引用（Reference）

引用是连接两个节点的有向边，它定义了节点之间的语义关系。常见的引用类型包括：

• Organizes：用于构建层次结构（如文件夹包含子对象）。
• HasComponent：表示整体与部件的关系（如电机包含温度传感器）。
• HasProperty：表示属性关系（如变量具有 EngineeringUnits 属性）。
• HasTypeDefinition：表示实例与类型的关系。

2.3.3 地址空间浏览示例

以下代码展示了使用 OPC UA .NET 客户端浏览地址空间根节点下第一级子节点的基本操作：

// 连接到服务器并浏览根节点
var session = await client.ConnectAsync(endpointUrl);

// 获取 Objects 文件夹节点（NodeId=ObjectsFolder）
var objectsFolderId = ObjectIds.ObjectsFolder;

// 浏览子节点
var references = await session.BrowseAsync(
    nodeId: objectsFolderId,
    nodeClassMask: (uint)NodeClass.Object,
    resultMask: (uint)BrowseResultMask.All
);

foreach (var ref in references)
{
    Console.WriteLine($"DisplayName: {ref.DisplayName.Text}, NodeId: {ref.NodeId}");
}

2.4 模型选择与数据采集策略

在实际的工业物联网项目中，两种模型往往混合使用：

• 边缘层：使用 C/S 模型从 PLC、CNC 等控制器采集实时数据，保证低延迟和确定性。
• 平台层：使用 Pub/Sub 模型将边缘处理后的数据上报到云端或企业级平台，实现大规模数据汇聚。