OPC UA 技术解决工业现场数据通信标准不统一的问题，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，是实现工业4.0不可或缺的一环。
多年来，虹科工业物联网团队学习钻研国际先进OPC UA相关技术，已有丰富知识和经验， 为行业内诸多用户提供OPC/OPC UA从硬件到软件的不同方案，并致力于服务智能工厂和工业4.0升级改造项目。
Pub/Sub模式是什么
当OPC UA使用Pub / Sub（发布订阅）模式来进行通讯时，OPC UA程序之间不再直接建立连接并相互发送请求和响应，而是采用如下的方式进行通讯：
其中提供数据的OPC UA程序作为发布者，将消息发送到面向消息的中间件，而无需知道订阅方是谁；而对其中特定类型的数据感兴趣的另一方OPC UA程序，则作为订阅者订阅对应消息，并通过处理消息获取到想要的数据，在这个过程中，同样无需知道发布方是谁。
而这里的“面向消息的中间件”，指的是在分布式系统中支持收发消息的软件或硬件基础设施。至于具体来说是软件还是硬件，是什么软件，或者是什么硬件，就要看这个分布式系统是如何组织起来的了。
对于大部分使用场景，中间件的表现形式可以分为截然不同的两种：
- 无代理形式，此时中间件是支持转发相关数据消息的网络基础设施，这种形式的典型通讯协议为UDP多播。
- 有代理形式，此时中间件就是其中的消息代理，发布方和订阅方分别使用比如AMQP、MQTT等标准的消息协议与消息代理进行通讯。所有发布的消息会进入消息代理的特定队列，而订阅方通过监听这些队列获取消息。此外发布方和订阅方可能使用不同的通讯协议，在这种情况下，消息代理将充当翻译的角色。
为什么使用Pub/Sub模式
总的来说，在Pub / Sub模式下，作为发布方和订阅方的OPC UA程序在网络上被解耦开来，无论多少个订阅者对同一发布者进行订阅，都不会对发布者本身造成影响。这一特性使得Pub / Sub模式特别适合于那些在地理位置上需要独立性，或者对扩展性有要求的应用场景。
上面这样讲，大家可能还是有点懵，那我们就来假设一个具体的场景：我们有4个支持OPC UA的PLC设备，另外有两个边缘设备（我们假设都是边缘网关）需要分别和这4个PLC进行连接通讯，那么如果我们采用传统的C/S模式进行连接，连接关系将如下图所示：
图中每一条绿线代表一个基于TCP的OPC UA连接，采用传统的C/S模式时，每个服务端需要分别与每个客户端建立连接。在4个服务端与2个客户端之间建立连接，就已经需要建立4×2 = 8个连接了。可想而知，如果实际情况是两个边缘网关连着几十个PLC，那么将需要建立上百个连接，若画成图，线就恐怕多到看不清了。
建立与维护这种级别的连接数量对于配置较为现代的工控机来说，不是太大的问题，但对于性能有限的嵌入式设备，如PLC和小型边缘网关，又或者较老的工控机来说，这将是一笔不小的性能开销，进而又会对系统采样率造成负面影响。
此外，如此之多的连接，也会对管理带来额外的成本，比如说，当我们需要更换一个边缘网关时，就可能需要重新配置数十个PLC的OPC UA连接。
而如果采用新的Pub / Sub模式，那将会是下图这种效果：
此时作为发布端的每个PLC只需要配置好与中间件的连接，并设定好一个“话题”，而作为订阅端的边缘网关，同样只需要连上中间件，即可在相应的“话题”下获取到对应数据。
在Pub / Sub模式下，对于每个PLC而言，无论有多少个设备订阅它发布的信息，都不会增加其性能负荷（当然，相应地中间件性能负荷会增大）。
如此一来，便可以实现网络上的解耦，轻松实现点对多点的数据传输，降低系统的建立与维护成本，同时为未来的扩展提供极大的便利性：比如将来需要建立PLC到PLC的直接通信（M2M），则只需要为PLC更新固件，使得PLC除了发布信息外能够从中间件订阅信息即可，无需增加链路，也无需对网络其他部分进行改变。
此外，Pub / Sub模式也并非与原本的C/S模式互斥，同一个设备可以同时与别的设备建立C/S模式和Pub / Sub模式的连接。下面，我们借用OPC基金会规范说明书中的图来进行说明。
上图中，最下方的大方框是一个设备，同时充当了Pub / Sub模式连接的发布端和C/S模式连接的服务器端，OPC UA程序管理着一片地址空间，通过C/S模式与客户端A进行连接时，需要建立一个会话，并且为这个客户端特地准备一份它感兴趣的数据；而通过Pub / Sub模式和其他设备进行通讯时，则先将所有需要发布的数据统一发布到中间件，然后各个订阅设备则按需获取自己感兴趣的内容。
怎么实现OPC UA Pub/Sub模式
在讨论具体操作之前，我们应当注意，OPC UA规范中的PubSub模型，按照采用不同的中间件，有4种不同的实现方式：分别是UDP、专用以太网帧、AMQP、MQTT。
UDP指的是通过UDP的单播、多播、广播方式传输UADP（UA DatagramPacket，一种OPC UA专有的二进制数据格式数据包）；专用以太网帧则顾名思义使用特殊的以太网报文类型来传输UADP；AMQP和MQTT则分别利用标准的AMQP和MQTT协议中间件传输数据。
目前直接支持OPC UA Pub / Sub模式的软硬件较少，若需实现，一般需要通过支持Pub / Sub模式的OPC UA SDK开发相应固件或软件来实现。
目前来说，开源的open62541 SDK在1.0以上版本有限地支持了该特性，仅支持UDP这一种方式，并且尚未通过OPC基金会的认证，因此仅建议在学习、科研等非生产环境使用。对于实际工业生产环境的客户，我们更加推荐使用商业版的SDK。
新品预告
广州虹科将于5月正式推出新版本的Matrikon UA FLEX SDK，该版本SDK将支持Pub/Sub模式的开发，具体来说包含了UDP和MQTT两种协议的实现方式，且通过了OPC基金会的认证，这使得原本就以高性能、低占用、高稳定性而著称的Matrikon UA FLEX SDK能拥有更强大的功能性和扩展性。
届时，您可以联系广州虹科获取为期一个月的新版SDK免费试用。基于MQTT协议的Pub/Sub模式实现，也使得OPC UA能利用上现有丰富的MQTT生态环境，进一步加快OPC UA乃至工业4.0的推广。
转载：https://blog.csdn.net/Hongke_IIOT/article/details/114261312