English
Українська

---

Страница заморожена, актуальная тут.

Модули "OPC-UA", подсистем "Сбор данных" и "Транспортные протоколы"

Введение

OPC (OLE for Process Control) — это семейство протоколов и технологий, предоставляющих единый интерфейс для управления объектами автоматизации и технологическими процессами. Создание и поддержку спецификаций OPC координирует международная некоммерческая организация OPC Foundation, созданная в 1994 году ведущими производителями средств промышленной автоматизации.

В виду того, что значительное влияние в организации OPC Foundation имеет корпорация Microsoft, протоколы OPC до последнего времени были одноплатформенными и закрытыми, по причине привязки к закрытым технологиям MS Windows. Однако, с недавних пор, организацией OPC Foundation были созданы такие многоплатформенные решения, как OPC XML-DA и OPC-UA. Наибольший интерес из них представляет OPC-UA, как унифицирующий все протоколы ранних версий в рамках открытых и многоплатформенных технологий.

Данный модуль реализует поддержку интерфейса и протокола OPC-UA как в виде клиентского сервиса, так и в виде сервера OPC-UA. Клиентский сервис OPC-UA реализуется одноимённым модулем подсистемы "Сбор данных", а сервер реализуется модулем подсистемы "Протоколы". Весь код реализации этим модулем специфики протокола OPC-UA был вынесен, по просьбе пользователей, в отдельную библиотеку, которая распространяется под лицензией LGPL3.

В текущей версии данных модулей и библиотеки реализуются бинарная часть протокола и базовые сервисы в небезопасном режиме и безопасных режимах политик "Base128Rsa15" и "Base256". В последствии планируется расширение модуля для работы через HTTP/SOAP и реализации остальных сервисов OPC-UA, по потребности.

Хотя протокол OPC-UA и является многоплатформенным, его спецификация и SDK не являются свободнодоступными, а предоставляются только членам организации OPC Foundation. По этой причине реализация данных модулей столкнулась со значительными препятствиями и проблемами.

Во первых, протокол OPC-UA сложен и реализация его вообще без спецификации крайне трудоёмка. По этой причине работы над данными модулями долгое время не начиналась, и только благодаря спонсорской помощи одной из организаций-члена OPC Foundation проект OpenSCADA получил документацию спецификации. При этом SDK и исходные тексты ANSIС-API протокола OPC-UA получены не были по причине несовместимости их лицензии с GPL и, как следствие, потенциальной угрозы нарушения лицензии при работе с исходными текстами, что могло привести к последующим юридическим проблемам при свободном распространении данных модулей.

Во вторых, даже наличие спецификации не позволяет решить ряд технических вопросов без примеров реализации и возможности проверки на рабочем прототипе клиента и сервера OPC-UA. Например, именно технические особенности реализации алгоритмов симметричного шифрования и получения ключей для них не позволили реализовать поддержку политик безопасности сразу.

Для отладки функционирования модулей использовалось демонстрационное ПО фирмы Unified Automation, в составе OPC-UA клиента — UAExpert и сервера — "OPC-UA Demo Server", из пакета SDK. В виду постоянного развития самого клиента "UAExpert", в плане интерпретации спецификации OPC-UA, новые его версии часто имеют проблемы при работе с сервером OPC-UA от OpenSCADA. В целом результаты совместимости работы с клиентами и серверами различных производителей можно получить в приложении.

1. Протокол OPC-UA

OPC-UA — это платформо-независимый стандарт, с помощью которого системы и устройства различного типа могут взаимодействовать путём отправки сообщений между клиентом и сервером через различные типы сетей. Протокол поддерживает безопасное взаимодействие путём валидации клиентов и серверов, а также противодействия атакам. OPC-UA определяет понятие Сервисы, которые сервера могут предоставлять, а также сервисы, которые сервер поддерживает для клиента. Информация передаётся в виде типов данных, определённых OPC-UA и производителем, кроме того сервера определяют объектную модель, для которой клиенты могут осуществлять динамический обзор.

OPC-UA предоставляет совмещение интегрированного адресного пространства и сервисной модели. Это позволяет серверу интегрировать данные, нарушения (Alarms), события (Events) и историю в этом адресном пространстве, а также предоставлять доступ к ним посредством интегрированных сервисов. Сервисы также предоставляют интегрированную модель безопасности.

OPC-UA позволяет серверам предоставлять для клиентов определения типов, для доступа к объектам из адресного пространства. OPC-UA допускает предоставление данных в различных форматах, включая бинарные структуры и XML-документы. Через адресное пространство клиенты могут запросить у сервера метаданные, которые описывают формат данных.

OPC-UA добавляет поддержку множественной связности между узлами вместо простого ограничения иерархичностью. Такая гибкость в комбинации с определением типов позволяет применять OPC-UA для решения задач в широкой проблемной области.

OPC-UA спроектирован для обеспечения надёжной выдачи данных. Основная особенность всех OPC серверов — способность выдавать данные и события.

OPC-UA спроектирован для поддержки широкого диапазона серверов, от простых ПЛК до промышленных серверов. Эти сервера характеризуются широким спектром размеров, производительности, платформ исполнения и функциональной ёмкости. Следовательно, OPC-UA определяет исчерпывающее множество возможностей, и сервер может имплементировать подмножества этих возможностей. Для обеспечения совместимости OPC-UA определяет подмножества, именуемые Профилями, которые сервера могут указывать для согласования. Клиенты могут в последствии выполнять обзор профилей сервера и пробрасывать взаимодействие с сервером, основанном на профилях.

OPC-UA спецификация спроектирована как ядро в слое, изолированном от подлежащих компьютерных технологий и сетевых транспортов. Это позволяет OPC-UA при необходимости расширяться на будущие технологии без отторжения основы дизайна. На данный момент спецификацией определены два способа кодирования данных: XML/text и UA Binary. В дополнение, определено два типа транспортного слоя: TCP и HTTP/SOAP.

OPC-UA спроектирован как решение для миграции с OPC клиентов и серверов, которые основаны на Microsoft COM технологиях. OPC COM сервера (DA, HDA и A&E) могут быть легко отражены в OPС-UA. Производители могут самостоятельно осуществлять такую миграцию или же рекомендовать пользователям использовать обёртки и конверторы между этими протоколами. OPC-UA унифицирует предыдущие модели в едином адресном пространстве с единым множеством сервисов.

2. Модуль реализации сервера

Модуль сервера содержит код реализации серверной части OPC-UA — серверных сервисов, в части специфичной для OpenSCADA, и используя библиотеку для OPC-UA специфичной части. Для построения OPC-UA сервера достаточно создать входящий транспорт, обычно это TCP-транспорт модуля Sockets, и выбрать в нём модуль данного протокола, а также сконфигурировать хотя бы один конечный узел модуля протокола, о чём ниже.

2.1. Обслуживание запросов по протоколу OPC-UA

Входящие запросы к модулю-протоколу обрабатываются модулем в соответствии со сконфигурированными конечными узлами OPC-UA (EndPoints) (рис.1).

Рис.1. Конечные узлы протокола.

Конечный узел протокола OPC-UA это фактически объект сервера OPC-UA. Конечные узлы в OPC-UA могут быть как локальными, так и удалёнными. Локальный конечный узел предназначен для предоставления ресурсов станции OpenSCADA по протоколу OPC-UA, в тоже время удалённые конечные узлы служат для выполнения как сервиса обзора доступных OPC-UA узлов, так и для шлюзования запросов к удалённым станциям. В данной версии модуля поддерживается только конфигурация локальных конечных узлов.

Общая конфигурация конечного узла осуществляется на главной вкладке страницы конечного узла (рис.2) параметрами:

• Состояние узла, а именно: статус, "Включен" и имя БД, содержащей конфигурацию.
• Идентификатор, имя и описание узла.
• Состояние, в которое переводить узел при загрузке: "Включен".
• Тип кодирования протокола. На данный момент это только "Бинарный".
• URL конечной точки.
• Сертификат сервера в формате PEM.
• Приватный ключ в формате PEM.
• Политики безопасности сервера.

Рис.2. Главная вкладка страницы конечного узла.

3. Модуль сбора данных

Модуль сбора данных предоставляет возможность опроса и записи атрибутов значения(13) узлов типа "Переменная".

3.1. Объект контроллера данных

Для добавления источника данных OPC-UA создаётся и конфигурируется объект контроллера в системе OpenSCADA. Пример вкладки конфигурации объекта контроллера данного типа изображен на рисунке 3.

Рис.3. Вкладка конфигурации объекта контроллера.

С помощью этой вкладки можно установить:

• Состояние контроллера, а именно: Статус, "Включен", Запущен" и имя БД, содержащей конфигурацию.
• Идентификатор, имя и описание контроллера.
• Состояние, в которое переводить контроллер при загрузке: "Включен" и "Запущен".
• Имя таблицы для хранения конфигурации параметров контроллера.
• Политика планирования и приоритет задачи сбора данных.
• Период синхронизации конфигурации атрибутов параметров с удалённой станцией, а также время повтора попыток восстановления подключения.
• URL конечного узла удалённой станции — сервера OPC-UA. Вначале этот адрес можно указать в виде "opc.tcp://{IP|name}:{port}", после чего, в случае включения объекта контроллера и наличия указанного OPC-UA узла, появится возможность выбрать уточнённый адрес.

Часто встречается ситуация, когда уточнённый адрес является символьным, который в этой сети не резолвится, из-за некорректной настройки сервера. В таких случаях нужно оставить исходный IP-адрес или имя которое резолвится в IP правильно.

• Политика безопасности и режим безопасности сообщения.
• Сертификат клиента и приватный ключ в формате PEM.
• Пользователь и пароль для аутентификации на сервере. Пустое значение включает анонимный доступ.
• Ограничение числа атрибутов в параметре.

С целью облегчения идентификации узлов на удалённой станции, а также выбора их для вставки в объекте параметра контроллера, в самом объекте контроллера предусмотрена вкладка навигации по узлам удалённой станции "Обзор узлов сервера", где можно пройти по дереву объектов и ознакомится с их атрибутами (рис.4).

Рис.4. Вкладка "Обзор узлов сервера" страницы объекта контроллера.

3.2. Параметры

Модуль сбора данных предоставляет только один тип параметров — "Стандарт". Дополнительным конфигурационным полем параметра данного модуля (рис.5) является перечень узлов OPC-UA и поле однострочной навигации по узлам OPC-UA для вставки выбранных узлов типа "Переменная" в указанный перечень. Атрибут в этом перечне записывается следующим образом: {ns}:{id}.
Где:

Примеры:

Рис.5. Вкладка конфигурации объекта параметра.

Узлы типа "Переменная" со значением в виде структуры прочитать целиком обычно нельзя поэтому необходимо её элементы вставлять в перечень узлов чтения отдельно.

В соответствии с указанным списком узлов выполняется опрос и создание атрибутов параметра (рис.6).

Рис.6. Вкладка атрибутов параметра.

4. Библиотека libOPC_UA

Основываясь на наработках данного модуля протокольный код OPC-UA был вынесен в отдельную библиотеку и опубликован под лицензией LGPLv3. Данные действия выполнены с целью предоставить возможность простого добавления поддержки протокола OPC-UA сторонними проектами. Библиотека представлена двумя файлами libOPC_UA.h, libOPC_UA.cpp; поддерживается и содержится в составе данного модуля, т.е. последнюю версию Вы можете загрузить здесь: http://oscada.org/svn/trunk/OpenSCADA/src/moduls/daq/OPC_UA/libOPC_UA.

Библиотека, как и данный модуль, написан на языке программирования C++. Статическая диаграмма классов, отражающая архитектуру библиотеки, приведена на рисунке 7. Согласно диаграмме классов библиотека выполнена в области имён "OPC", а архитектурно её можно разделить на клиентскую "Client" и серверную "Server" части, которые унаследованы от общего класса протокола "UA". Кроме непосредственно классов протокола "OPC-UA" библиотека включает в себя набор функций и классов для обработки или хранения данных протокола, отдельно из которых нужно отметить класс узла языка XML "XML_N", используемый для унификации обращений к API библиотеки.

Рис.7. Статическая диаграмма классов библиотеки libOPC_UA.

Использование библиотеки, в целом, заключается в наследовании от класса "Client" и/или "Server", согласно с функциями конечной программы, и последующей реализации виртуальных функций свойств клиента/сервера, в контексте протокола OPC-UA, а также транспортной части коммуникации, т.е. подключение/открытие к TCP-сокету и передачу/чтение неструктурированного потока данных. Последующие запросы и обработка запросов данных (для сервера) осуществляются через вызов функции reqService(), запрос к сервису, и/или обработкой виртуальной функции reqData() запроса к данным, т.е. по сути интеграция в модель данных приложения.

4.1. Служебные объекты, функции и класс UA

Данные

Типы реализаций (enum — SerializerType):

• ST_Binary = 0 — бинарный.

Тип запроса открытия канала безопасности (enum — SC_ReqTP):

• SC_ISSUE = 0 — исходный;
• SC_RENEW = 1 — обновляющий.

Режим безопасности сообщения (enum — MessageSecurityMode):

• MS_None = 1 — без безопасности;
• MS_Sign = 2 — подпись;
• MS_SignAndEncrypt = 3 — подпись и шифрование;

Тип аутентификации (enum — AuthTp):

• A_Anon = 0 — анонимно;
• A_UserNm = 1 — пользователь+пароль;
• A_Cert = 2 — сертификат.

Классы узлов (enum — NodeClasses):

• NC_Object = 1 — объект;
• NC_Variable = 2 — переменная;
• NC_Method = 4 — метод;
• NC_ObjectType = 8 — тип объекта;
• NC_VariableType = 16 — тип переменной;
• NC_ReferenceType = 32 — тип ссылки;
• NC_DataType = 64 — тип данных;
• NC_View = 128 — вид.

Направление обзора (enum — BrowseDirection):

• BD_FORWARD = 0 — вперёд;
• BD_INVERSE = 1 — назад;
• BD_BOTH = 2 — вперёд и назад.

Возвратная метка времени (enum — TimestampsToReturn):

• TS_SOURCE = 0 — источника;
• TS_SERVER = 1 — сервера;
• TS_BOTH = 2 — источника и сервера;
• TS_NEITHER = 3 — отсутствует.

Доступ (enum — Access):

• ACS_Read = 0x01 — чтение;
• ACS_Write = 0x02 — запись;
• ACS_HistRead = 0x04 — чтение истории;
• ACS_HistWrite = 0x08 — запись истории;
• ACS_SemChange = 0x10 — ?.

Элементы маски описания обзорного запроса (enum — RefDscrResMask):

• RdRm_RefType = 0x01 — тип ссылки;
• RdRm_IsForward = 0x02 — направление;
• RdRm_NodeClass = 0x04 — класс узла;
• RdRm_BrowseName = 0x08 — имя обзора;
• RdRm_DisplayName = 0x10 — имя отображения;
• RdRm_TypeDef = 0x20 — тип определения.

Идентификаторы атрибутов узла (enum — AttrIds):

• Aid_Error = 0 — ошибка;
• AId_NodeId = 1 — идентификатор узла;
• AId_NodeClass = 2 — класс узла;
• AId_BrowseName = 3 — имя обзора;
• AId_DisplayName = 4 — имя отображения;
• AId_Descr = 5 — описание;
• AId_WriteMask = 6 — маска записи;
• AId_UserWriteMask = 7 — маска записи пользователя;
• AId_IsAbstract = 8 — абстрактность;
• AId_Symmetric = 9 — симметричность;
• AId_InverseName = 10 — инверсное имя;
• AId_ContainsNoLoops = 11 — несодержание петлей;
• AId_EventNotifier = 12 — уведомление событий;
• AId_Value = 13 — значение;
• AId_DataType = 14 — тип данных;
• AId_ValueRank = 15 — ранг значения;
• AId_ArrayDimensions = 16 — размерность массива;
• AId_AccessLevel = 17 — уровень доступа;
• AId_UserAccessLevel = 18 — уровень доступа пользователя;
• AId_MinimumSamplingInterval = 19 — минимальный интервал измерений;
• AId_Historizing — архивирование;
• AId_Executable — исполняемый;
• AId_UserExecutable — исполняемый пользователем.

Состояние подписки (enum — SubScrSt):

• SS_CUR = 0 — текущее (не менять командой);
• SS_CLOSED = 1 — закрыто;
• SS_CREATING = 2 — создание;
• SS_NORMAL = 3 — нормальный;
• SS_LATE = 4 — запоздалый;
• SS_KEEPALIVE = 5 — сохранение живым.

Режимы мониторинга (enum — MonitoringMode):

• MM_CUR = -1 — текущее (не менять командой);
• MM_DISABLED = 0 — отключено;
• MM_SAMPLING = 1 — измерение;
• MM_REPORTING = 2 — отчётность.

Внешние функции

В библиотеку включен ряд внешних функций объекта TSYS ядра OpenSCADA, для упрощения и унификации ряда внутренних операций:

• int64_t curTime( ); — Текущее время в микросекундах с начала эпохи Unix (01.01.1970).
• string int2str( int val ); — Преобразование целого знакового в строку, в десятичном представлении.
• string uint2str( unsigned val ); — Преобразования целого беззнакового в строку, в десятичном представлении.
• string ll2str( int64_t val ); — Преобразования длинного целого (64бит) в строку, в десятичном представлении.
• string real2str( double val, int prec = 15, char tp = 'g' ); — Преобразования вещественного с точностью prec знаков и типом tp в строку.
• string strParse( const string &path, int level, const string &sep, int *off = NULL, bool mergeSepSymb = false ); — Разбор строки path на составляющие, отделённые разделителем sep, объединяя односимвольные mergeSepSymb, начиная со смещения off и контролируя смещение конца элемента в нём же.
• string strMess( const char *fmt, ... ); — Формирование стоки по шаблону fmt и аргументам. Реализован на основе "printf".

Объект автоматического разблокирования POSIX мютекса для OPC (OPCAlloc)

Этот объект управления мютексом является копией объекта "MtxAlloc" для ядра OpenSCADA.

Публичные методы:

• OPCAlloc( pthread_mutex_t &iM, bool ilock = false ); — Инициализация объекта автоматического разблокирования мютекса iM, созданного ранее. С блокированием при создании по lock.
• int lock( ); — Захват ресурса. Возврат нуля при успешном выполнении.
• int unlock( ); — Освобождение ресурса. Возврат нуля при успешном выполнении.
• int tryLock( ); — Проба захвата ресурса, без ожидания освобождения. Возврат нуля при успешном выполнении.

Ошибка OPC (OPCError)

Объект ошибки "OPCError" является урезанной копией объекта "TError" ядра OpenSCADA.

Публичные методы:

• OPCError( const char *fmt, ... ); — Конструктор типовой ошибки, без кода.
• OPCError( int cod, const char *fmt, ... ); — Конструктор типовой ошибки, c кодом ошибки.

Публичные атрибуты:

• int cod; — Код ошибки.
• string mess; — Текст ошибки.

XML-тег (XML_N)

Объект "XML_N" является урезанной копией объекта XMLNode ядра OpenSCADA.

Публичные методы:

• XML_N( const string &name = "" ); — Инициализация тега с именем name.
• XML_N( const XML_N &nd ); — Копирующий конструктор.
• XML_N &operator=( const XML_N &prm ); — Копирование ветки XML-дерева из prm.
• string name( ) const; — Имя тега.
• XML_N* setName( const string &s ); — Установка имени тега в s.
• string text( bool childs = false, bool recursive = false ) const; — Текст тега. childs — для получения текста из специализированных узлов текста.
• XML_N* setText( const string &s, bool childs = false ); — Установка текста тега в s. childs — для установки текста в специализированный узел текста.
• void attrList( vector<string> & list ) const; — Список атрибутов list в теге.
• XML_N* attrDel( const string &name ); — Удаление атрибута name.
• void attrClear( ); — Очистка атрибутов тега.
• string attr( const string &name, bool caseSens = true ) const; — Получение атрибута name.
• XML_N* setAttr( const string &name, const string &val ); — Установка/создание атрибута name со значением val.
• XML_N* clear( ); — Очистка тега (рекурсивно, включая все вложения).
• bool childEmpty( ) const; — Проверка на отсутствие вложенных тегов.
• unsigned childSize( ) const; — Количество вложенных тегов.
• void childAdd( XML_N *nd ); XML_N* childAdd( const string &name = "" ); — Добавление вложенного тега.
• int childIns( unsigned id, XML_N *nd ); — Вставка вложенного тега nd в позицию id. Отрицательное значение id отсчитывает с конца.
• XML_N* childIns( unsigned id, const string &name = "" ); — Вставка вложенного тега с именем name в позицию id. Отрицательное значение id отсчитывает с конца.
• void childDel( const unsigned id ); — Удаление вложенного тега id. Отрицательное значение id отсчитывает с конца.
• void childDel( XML_N *nd ); — Удаление вложенного тега по его адресу nd.
• void childClear( const string &name = "" ); — Очистка вложенного тега name.
• XML_N* childGet( const int, bool noex = false ) const; — Получение вложенного тега по порядковому номеру.
• XML_N* childGet( const string &name, const int numb = 0, bool noex = false ) const; — Получение вложенного numb порядкового тега по имени тега name. noex указывает на запрет генерации исключения в случае отсутствия тега.
• XML_N* childGet( const string &attr, const string &name, bool noex = false ) const; — Получение вложенного numb порядкового тега по значению name атрибута attr. noex указывает на запрет генерации исключения в случае отсутствия тега.
• XML_N* getElementBy( const string &attr, const string &val ); — Поиск вложенного узла по значению val атрибута attr.
• XML_N* parent( ); — Родительский тег данного тега.
• XML_N* root( ); — Корневой тег данного тега.

Объект узла OPC-UA (NodeId)

Данные:
Типы данных (enum — NodeId::Type):

• NodeId::Numeric — номер.
• NodeId::String — строка.
• NodeId::Guid — глобальный уникальный идентификатор.
• NodeId::Opaque — opaque.

Публичные методы:

• NodeId( uint32_t in, uint16_t ins = 0 ); — Численный инициирующий конструктор, для числа in в области имён ins.
• NodeId( const string &istr, uint16_t ins = 0, Type tp = String ); — Строковый инициирующий конструктор, для строки istr в области имён ins, с типом tp.
• NodeId( const NodeId &node ); — Копирующий конструктор объекта.
• NodeId( ); — Деструктор.
• NodeId &operator=( const NodeId &node ); — Копирование объекта.
• Type type( ) const; — Тип узла.
• bool isNull( ) const; — Узел нулевой — неинициализированный.
• uint16_t ns( ) const; — Область имён.
• uint32_t numbVal( ) const; — Числовое значение.
• string strVal( ) const; — Строковое значение.
• void setNs( uint16_t ins ); — Установка области имён в ins.
• void setNumbVal( uint32_t in ); — Установка числового значения in.
• void setStrVal( const string &istr, Type tp = String ); — Установка строкового значения istr с типом tp.
• static NodeId fromAddr( const string &strAddr ); — Формирование объекта узла из адреса strAddr.
• string toAddr( ) const; — Получение адреса объекта узла.

Корневой объект протокола OPC-UA (UA)

Публичные методы:

• virtual string lang2CodeSYS( ); — двух-символьный код языка окружения.
• virtual void debugMess( const string &mess ) — размещение отладочных сообщений.
• virtual uint32_t rcvBufSz( ); — размер буфера приёмника, больше 8192.
• virtual uint32_t sndBufSz( ); — размер буфера передатчика, больше 8192.
• virtual uint32_t msgMaxSz( ); — максимальный размер сообщения, 0 для отсутствия ограничения.
• virtual uint32_t chunkMaxCnt( ); — максимальное количество кусков, 0 для отсутствия ограничения.
• static string iErr( const string &buf, int &off ); — чтение ошибки из потока buf по смещению off.
• static const char *iVal( const string &buf, int &off, char vSz ); — чтение значения размером vSz, как участок данных, из потока buf по смещению off.
• static int64_t iN( const string &rb, int &off, char vSz ); — чтение знакового целого размером vSz (1, 2, 4, 8) из потока rb по смещению off.
• static uint64_t iNu( const string &rb, int &off, char vSz ); — чтение беззнакового целого размером vSz (1, 2, 4, 8) из потока rb по смещению off.
• static double iR( const string &rb, int &off, char vSz = 4 ); — чтение вещественного размером vSz (4, 8) из потока rb по смещению off.
• static string iS( const string &buf, int &off ); — чтение строки из потока buf по смещению off.
• static string iSl( const string &buf, int &off, string *locale = NULL ); — чтение локализованной locale строки из потока buf по смещению off.
• static string iSqlf( const string &buf, int &off, uint16_t *nsIdx = NULL ); — чтение строки с квалификатором nsIdx из потока buf по смещению off.
• static int64_t iTm( const string &buf, int &off ); — чтение времени, с преобразованием в эпоху UNIX, из потока buf по смещению off.
• static NodeId iNodeId( const string &buf, int &off ); — чтение идентификатора узла из потока buf по смещению off.
• static string iVariant( const string &buf, int &off, uint8_t *tp = NULL ); — чтение типа вариант из потока buf по смещению off. Возвращает вариант в строковом виде для типа tp.
• static void iDataValue( const string &buf, int &off, XML_N &nVal ); — чтение комплексного значения (структура DataValue) в nVal из потока buf по смещению off.
• static void oN( string &buf, int64_t val, char sz, int off = -1 ); — запись знакового целого val размером sz (1, 2, 4, 8) в поток buf по смещению off.
• static void oNu( string &buf, uint64_t val, char sz, int off = -1 ); — запись беззнакового целого val размером sz (1, 2, 4, 8) в поток buf по смещению off.
• static void oR( string &buf, double val, char sz = 4 ); — запись вещественного val размером sz (4, 8) в поток buf по смещению off.
• static void oS( string &buf, const string &val, int off = -1 ); — запись строки val в поток buf по смещению off.
• static void oSl( string &buf, const string &val, const string &locale = "" ); — запись локализованной locale строки val в поток buf по смещению off.
• static void oSqlf( string &buf, const string &val, uint16_t nsIdx = 0 ); — запись строки val с квалификатором nsIdx в поток buf по смещению off.
• static void oTm( string &buf, int64_t val ); — запись времени val, в эпохе UNIX, в поток buf по смещению off.
• static void oNodeId( string &buf, const NodeId &val ); — запись идентификатора узла val в поток buf по смещению off.
• static void oRef( string &buf, uint32_t resMask, const NodeId &nodeId, const NodeId &refTypeId, bool isForward, const string &name, uint32_t nodeClass, const NodeId &typeDef ); — запись в поток buf описателя обзора (структура ReferenceDescription) для маски результата resMask, узла nodeId, типа ссылки refTypeId, направления isForward, имени name, класса узла nodeClass, типа определения typeDef.
• void oDataValue( string &buf, uint8_t eMsk, const string &vl, uint8_t vEMsk = 0, int64_t srcTmStmp = 0 ); — запись комплексного значения (структура DataValue) в поток buf для маски кодирования eMsk, значения vl, маски значения vEMsk, времени источника srcTmStmp.
• static string randBytes( int num ); — генерация потока случайных данных в количестве num.
• static string certPEM2DER( const string &certPem ); — преобразование сертификата из формата PEM certPem в формат DER.
• static string certDER2PEM( const string &certDer ); — преобразование сертификата из формата DER certDer в формат PEM.
• static string certThumbprint( const string &certPem ); — получение подписи из сертификата PEM certPem.
• static string asymmetricEncrypt( const string &mess, const string &certPem, const string &secPolicy ); — асимметричное кодирование потока сообщения mess сертификатом certPem (открытым ключом) для политики secPolicy.
• static string asymmetricDecrypt( const string &mess, const string &pvKeyPem, const string &secPolicy ); — асимметричное декодирование потока сообщения mess ключом pvKeyPem для политики secPolicy.
• static bool asymmetricVerify( const string &mess, const string &sign, const string &certPem ); — асимметричная верификация подписи sign сообщения mess сертификатом certPem.
• static string asymmetricSign( const string &mess, const string &pvPem ); — получение асимметричной подписи закрытым ключом сертификата pvPem для сообщения mess.
• static int asymmetricKeyLength( const string &keyCertPem ); — получение длины ключа сертификата keyCertPem.
• static string deriveKey( const string &secret, const string &seed, int keyLen ); — извлечение ключа размером keyLen из секрета secret и seed.
• static string symmetricEncrypt( const string &mess, const string &keySet, const string &secPolicy ); — симметричное шифрование потока сообщения mess ключом keySet для политики secPolicy.
• static string symmetricDecrypt( const string &mess, const string &keySet, const string &secPolicy ); — асимметричное дешифрирование потока сообщения mess ключом keySet для политики secPolicy.
• static string symmetricSign( const string &mess, const string &keySet, const string &secPolicy ); — получение симметричной подписи ключом keySet для сообщения mess и политики secPolicy.

Включенный объект параметров безопасности (SecuritySetting)

Публичные данные:

• string policy — политика безопасности;
• MessageSecurityMode messageMode — режим сообщения;

Публичные методы:

• SecuritySetting( const string &iplc, int8_t imMode ) — конструктор объекта с политикой безопасности iplc и режимом сообщения imMode.
• SecuritySetting( ) — конструктор объекта с политикой безопасности "None" и режимом сообщения MS_None.

4.2. Основной объект клиента (Client->UA)

Применение: Прямо наследуется пользовательским объектом — клиент OPC-UA.

Публичные методы:

• virtual string applicationUri( ) = 0; — URI приложения.
• virtual string productUri( ) = 0; — URI продукта.
• virtual string applicationName( ) = 0; — имя приложения.
• virtual string sessionName( ) = 0; — имя сеанса.
• virtual string endPoint( ) = 0; — конечная точка.
• virtual string secPolicy( ) = 0; — политика безопасности.
• virtual int secMessMode( ) = 0; — режим безопасности сообщения.
• virtual string cert( ) = 0; — сертификат.
• virtual string pvKey( ) = 0; — приватный ключ.
• virtual string authData( ) = 0; — данные аутентификации:
  • "<Empty>" — анонимный;
  • "{User}\n{Password}" — по пользователю и паролю.
• virtual int messIO( const char *oBuf, int oLen, char *iBuf = NULL, int iLen = 0 ) = 0; — обмен сообщения, передача запроса и ожидание ответа.
• virtual bool connect( int8_t est = -1 ); — получение статуса подключения, установка подключения для est = 1, отключение для est = 0.
• virtual void protIO( XML_N &io ); — обработка запроса к протоколу.
• virtual void reqService( XML_N &io ); — запрос сервиса.

Защищённые атрибуты:

• SClntSess sess; — данные сеанса.

Включенный объект сеанса клиента (SClntSess)

Публичные данные:

• string endPoint; — конечная точка;
• XML_N endPointDscr; — описание активной конечной точки;
• uint32_t secChnl; — индекс канала безопасности;
• uint32_t secToken; — талон безопасности сеанса;
• uint32_t sqNumb; — номер последовательности;
• uint32_t sqReqId; — порядковый номер запроса;
• uint32_t reqHndl; — хандлер запроса;
• int secLifeTime; — время жизни канала безопасности;
• string sesId; — идентификатор сеанса;
• string authTkId; — талон аутентификации;
• int64_t sessOpen; — время открытия сеанса;
• double sesLifeTime; — время жизни сеанса;
• string servCert; — сертификат сервера;
• string secPolicy; — политика безопасности;
• char secMessMode; — режим безопасности сообщения;
• string clKey, servKey; — ключи клиента и сервера.

Публичные методы:

• void clearSess( ) — очистка сеанса.
• void clearFull( bool inclEPdescr = false ) — полная очистка сеанса, включая описание конечной точки inclEPdescr.

4.3. Основной объект сервера (Server->UA)

Применение: Прямо наследуется пользовательским объектом — сервер OPC-UA.

Публичные методы:

• virtual bool debug( ); — активирована отладка.
• virtual string applicationUri( ) = 0; — URI приложения.
• virtual string productUri( ) = 0; — URI продукта.
• virtual string applicationName( ) = 0; — имя приложения.
• virtual uint32_t clientRcvBufSz( const string &inPrtId ) = 0; — полученный от клиента размер буфера приёмника, для подключения inPrtId.
• virtual uint32_t clientSndBufSz( const string &inPrtId ) = 0; — полученный от клиента размер буфера передатчика, для подключения inPrtId.
• virtual uint32_t clientMsgMaxSz( const string &inPrtId ) = 0; — полученный от клиента максимальный размер сообщения, для подключения inPrtId.
• virtual uint32_t clientChunkMaxCnt( const string &inPrtId ) = 0; — полученное от клиента максимальное количество кусков, для подключения inPrtId.
• virtual void discoveryUrls( vector<string> &ls ) = 0; — URLы серверов обзора в ls.
• virtual bool inReq( string &request, const string &inPrtId, string *answ = NULL ); — обработчик входящих запросов request экземпляра протокола inPrtId и ответа в answ.
• virtual int writeToClient( const string &threadId, const string &data ) = 0; — прямая запись подключенному клиенту.
• virtual string clientAddr( const string &threadId ) = 0; — адрес клиента.
• virtual void clientRcvBufSzSet( const string &inPrtId, uint32_t vl ) = 0; — установка полученного от клиента размера буфера приёмника в значение vl, для подключения inPrtId.
• virtual void clientSndBufSzSet( const string &inPrtId, uint32_t vl ) = 0; — установка полученного от клиента размера буфера передатчика в значение vl, для подключения inPrtId.
• virtual void clientMsgMaxSzSet( const string &inPrtId, uint32_t vl ) = 0; — установка полученного от клиента максимального размера сообщения в значение vl, для подключения inPrtId.
• virtual void clientChunkMaxCntSet( const string &inPrtId, uint32_t vl ) = 0; — установка полученного от клиента максимального количества кусков в значение vl, для подключения inPrtId.
• int chnlSet( int cid, const string &iEp, int32_t lifeTm = 0, const string& iClCert = "", const string &iSecPolicy = "None", char iSecMessMode = 1, const string &iclAddr = "", uint32_t iseqN = 1 ); — установка канала безопасности с идентификатором cid (ненулевое значение для обновления) для конечной точки iEp, времени жизни lifeTm, клиентского сертификата iClCert, политики безопасности iSecPolicy, режима безопасности сообщения iSecMessMode, адреса клиента iclAddr, номера последовательности пакета iseqN.
• void chnlClose( int cid ); — закрытие канала безопасности cid.
• SecCnl chnlGet( int cid ); SecCnl &chnlGet_( int cid ); — получение копии и доступа к объекту канала безопасности cid.
• void chnlSecSet( int cid, const string &servKey, const string &clKey ); — установка для канала безопасности cid серверного servKey и клиентского clKey ключа.
• static string mkError( uint32_t errId, const string &err = "" ); — формирование ошибки с идентификатором errId и сообщением err.

Защищённые методы:

• virtual void epEnList( vector<string> &ls ) = 0; — обработчик запроса перечня конечных узлов.
• virtual EP *epEnAt( const string &ep ) = 0; — обработчик запроса объекта конечной точки.

Включенный объект канала безопасности (SecCnl)

Публичные методы:

• SecCnl( const string &iEp, uint32_t iTokenId, int32_t iLifeTm, const string &iClCert, const string &iSecPolicy, char iSecMessMode, const string &iclAddr, uint32_t isecN ); — конструктор объекта канала безопасности для: конечной точки iEp, талона безопасности iTokenId, времени жизни iLifeTm, клиентского сертификата iClCert, политики безопасности iSecPolicy, режима безопасности сообщения iSecMessMode, адреса клиента iclAddr, номера последовательности создания канала безопасности isecN.

Публичные атрибуты:

• string endPoint; — конечная точка;
• string secPolicy; — политика безопасности;
• char secMessMode; — режим безопасности сообщения;
• int64_t tCreate; — время создание;
• int32_t tLife; — время жизни;
• uint32_t TokenId, TokenIdPrev; — текущий и предыдущий идентификаторы талона;
• string clCert, clAddr; — сертификат и адрес клиента;
• string servKey, clKey; — ключ сервера и клиента;
• uint32_t servSeqN, clSeqN, startClSeqN; — текущий серверный, клиентский и стартовый номер последовательности.

Включенный объект сеанса (Sess)

Публичные методы:

• Sess( const string &iName, double iTInact ); — конструктор объекта для имени iName и таймаута неактивности iTInact.

Публичные атрибуты:

• string name, inPrtId, idPolicyId, user; — имя, идентификатор входящего протокола, идентификатор политики безопасности и пользователь;
• vector<uint32_t> secCnls; — перечень каналов безопасности;
• double tInact; — время неактивности;
• int64_t tAccess; — время доступа;
• string servNonce; — случайная последовательность сервера;
• map<string, ContPoint> cntPnts; — точки продолжения запроса обзора;
• deque<string> publishReqs; — перечень запросов публикации.

Включенный объект точки продолжения обзора (ContPoint)

Публичные методы:

• ContPoint( const string &i_brNode, const string &i_lstNode, uint32_t i_brDir, uint32_t i_refPerN, const string &i_refTypeId, uint32_t i_nClassMask, uint32_t i_resMask ) — конструктор объекта для узла ветви продолжения обзора i_brNode, узла списка i_lstNode, направления обзора i_brDir, числа ссылок на узел i_refPerN, идентификатора ссылки i_refTypeId, маски класса узла i_nClassMask и маски результата i_resMask.
• bool empty( ) const; — точка продолжения пуста.

Публичные атрибуты:

• uint32_t brDir, refPerN, nClassMask, resMask; — направление обзора, число ссылок на узел, маска класса узла, маска результата;
• string brNode, lstNode, refTypeId; — ветвь узлов, список узла и идентификатор типа ссылки.

Включенный объект подписки (Subscr)

Публичные методы:

• Subscr copy( bool noWorkData = true ); — копия объекта подписки, без рабочих данных noWorkData.
• SubScrSt setState( SubScrSt st = SS_CUR ); — установка состояния в st.

Публичные атрибуты:

• SubScrSt st; — статус подписки;
• int sess; — сеанс подписки;
• bool en; — статус "Включен";
• double publInterv; — интервал публикации (мс);
• uint32_t seqN; — номер последовательности для ответов, заворачивается через 1, не инкрементируется на KeepAlive сообщениях;
• uint32_t cntrLifeTime, wLT; — счётчик, по исчерпанию которого в течении отсутствия уведомления от клиента необходимо удалять данный объект;
• uint32_t cntrKeepAlive, wKA; — счётчик, по исчерпанию которого нужно отправлять пустой ответ публикации и устанавливать StatusChangeNotification в Bad_Timeout;
• uint32_t maxNotPerPubl; — максимальное количество уведомлений на один ответ публикации;
• uint8_t pr; — приоритет;
• vector<MonitItem> mItems; — перечень элементов мониторинга;
• deque<string> retrQueue; — очередь перепосылки; используется запросом перепосылки (Republish); очищается на глубину согласно KeepAlive или прямым запросом в наборе подтверждения.

Включенный объект элемента мониторинга (MonitItem)

Публичные атрибуты:

• MonitoringMode md; — режим мониторинга;
• NodeId nd; — целевой узел;
• uint32_t aid; — идентификатор атрибута узла;
• TimestampsToReturn tmToRet; — метка времени для возврата;
• double smplItv; — интервал измерений;
• uint32_t qSz; — размер очереди;
• bool dO; — отбрасывать старые;
• uint32_t cH; — указатель клиента;
• XML_N fltr; — фильтр;
• int vTp; — тип значений;
• int64_t dtTm; — время последнего значения;
• deque<Val> vQueue; — очередь значений.

Включенный объект элемента значения (Val)

Публичные методы:

• Val( const string &ivl, int64_t itm ) — конструктор объекта значения ivl на время tm.

Публичные атрибуты:

• string vl; — значение;
• int64_t tm; — время значения.

Включенный объект конечной точки (EP)

Публичные методы:

• EP( Server *serv ); — конструктор объекта, привязанного к серверу serv.
• virtual string id( ) = 0; — идентификатор;
• virtual string url( ) = 0; — URL;
• virtual string cert( ) = 0; — сертификат, строкой формата PEM;
• virtual string pvKey( ) = 0; — приватный ключ, строкой формата PEM;
• virtual double subscrProcPer( ) = 0; — общий минимальный период цикла публикации и обработки его данных;
• virtual uint32_t limSubScr( ); — ограничение на количество подписок;
• virtual uint32_t limMonitItms( ); — ограничение количества элементов мониторинга;
• virtual uint32_t limRetrQueueTm( ); — ограничение времени на глубину очереди повторной передачи;
• bool enableStat( ); — состояние "Включено";
• virtual bool publishInPool( ) = 0; — публикация в режиме пула транспорта, иначе из внешней задачи;
• virtual void setEnable( bool vl ); — установить во "Включено";
• virtual void setPublish( const string &inPrtId ); — запустить задачу публикации или вызов subScrCycle() во входном запросе;
• void subScrCycle( unsigned cntr, string *answ = NULL, const string &inPrtId = "" ); — функция вызова цикла обработки подписок на шаге cntr для ответа в answ в режиме пула; inPrtId устанавливается для обработки подписок указанного входного транспорта (подключения) в режиме пула или пустое для обработки всех подписок в специальной задаче;
• int secSize( ); — количество политик безопасности;
• string secPolicy( int isec ); — получение описания политики безопасности isec;
• MessageSecurityMode secMessageMode( int isec ); — режим безопасности сообщения политики безопасности isec;
• int sessCreate( const string &iName, double iTInact ); — создание сеанса с именем iName и таймаутом неактивности iTInact, возвращает идентификатор сеанса;
• void sessServNonceSet( int sid, const string &servNonce ); — установка последовательности безопасности сеанса sid сервера в servNonce;
• virtual uint32_t sessActivate( int sid, uint32_t secCnl, bool check = false, const string &inPrtId = "", const XML_N &identTkn = XML_N() ); — активация сеанса sid для связывания с каналом безопасности secCnl, c проверкой check на возможность-необходимость переназначения, после разрыва предыдущего канала безопасности, возвращает ошибку (0 - ошибки нет);
• void sessClose( int sid ); — закрытие сеанса sid;
• Sess sessGet( int sid ); — получение экземпляра объекта сеанса для sid;
• Sess::ContPoint sessCpGet( int sid, const string &cpId ); — получение точки продолжения браузинга cpId сеанса sid;
• void sessCpSet( int sid, const string &cpId, const Sess::ContPoint &cp = Sess::ContPoint() ); — установка точки продолжения браузинга cp для сеанса sid и идентификатора cpId;
• uint32_t subscrSet( uint32_t ssId, SubScrSt st, bool en = false, int sess = -1, double publInterv = 0, uint32_t cntrLifeTime = 0, uint32_t cntrKeepAlive = 0, uint32_t maxNotePerPubl = OpcUa_NPosID, int pr = -1 ); — установка-создание подписки ssId для: состояния st, включения en, сеанса sess, интервала публикации publInterv, счётчика времени жизни cntrLifeTime, счётчика сохранения "живым" cntrKeepAlive, максимального количества уведомлений в публикации maxNotePerPubl, приоритета pr;
• Subscr subscrGet( uint32_t ssId, bool noWorkData = true ); — получение экземпляра подписки ssId, без рабочих данных noWorkData;
• uint32_t mItSet( uint32_t ssId, uint32_t mItId, MonitoringMode md = MM_CUR, const NodeId &nd = NodeId(), uint32_t aid = OpcUa_NPosID, TimestampsToReturn tmToRet = TimestampsToReturn(-1), double smplItv = -2, uint32_t qSz = OpcUa_NPosID, int8_t dO = -1, uint32_t cH = OpcUa_NPosID, XML_N *fltr = NULL ); — установка-создание элемента мониторинга mItId сеанса ssId для: режима md, узла nd, атрибута aid, профиля метки времени tmToRet, интервала измерения smplItv, размера очереди qSz, отброса старых dO, указателя клиента cH, фильтра fltr;
• Subscr::MonitItem mItGet( uint32_t ssId, uint32_t mItId ); — получение экземпляра элемента мониторинга mItId для сеанса ssId;
• virtual uint32_t reqData( int reqTp, XML_N &req ); — обработчик запроса данных, запрос к дереву узлов сервера.

Защищённые методы:

• XML_N *nodeReg( const NodeId &parent, const NodeId &ndId, const string &name, int ndClass, const NodeId &refTypeId, const NodeId &typeDef = 0 ); — регистрация узла ndId в дереве узлов сервера для: родителя parent, класса узла ndClass, идентификатора типа ссылки refTypeId и типа определения typeDef;
• Sess *sessGet_( int sid ); — получение ссылки на объект сеанса sid, доступ не защищён захватом ресурса.

Защищённые атрибуты:

• char mEn; — состояние "Включен";
• uint64_t cntReq; — счётчик запросов;
• vector<SecuritySetting> mSec; — перечень политик безопасности конечного узла;
• vector<Sess> mSess; — перечень открытых сеансов;
• vector<Subscr> mSubScr; — перечень подписок;
• XML_N objTree; — дерево узлов сервера;
• map<string, XML_N*> ndMap; — карта ссылок на узлы дерева;
• pthread_mutex_t> mtxData; — мютекс для блокирования многопоточного доступа;
• Server *serv; — ссылка на сервер, контейнер объекта конечной точки.

5. Приватные ключи и сертификаты

Для работы клиентской и протокольной части OPC-UA необходимо создание и помещение приватного ключа и сертификата в конфигурацию объекта клиента и сервера. В общем случае достаточно создания обычного самоподписанного сертификата и приватного ключа без пароля, однако для исключения предупредительных сообщений необходимо добавить ряд служебных полей в сертификат. Это можно сделать взяв файл конфигурации создания сертификата и выполнить следующую процедуру:
# Создание приватного ключа: $ openssl genrsa -out key_c.pem -des3 -rand /var/log/messages 2048 # Создание приватного ключа без пароля: $ openssl rsa -in key_c.pem -out key_c1.pem # Создание самоподписанного сертификата: $ openssl req -x509 -new -key key_c.pem -out cert_c.pem -config ./openssl_opcua.cnf -days 3650 # Поместить содержимое файла key_c1.pem в поле приватного ключа и cert_c.pem в поле сертификата!

6. Замечания

В процессе реализации модулей поддержки OPC-UA был обнаружен ряд несоответствий официального SDK со спецификацией OPC-UA:

• OPC-UA Part 6 на странице 27 содержит изображение процесса рукопожатия для установления безопасного канала. Пакет создания сессии, исходя из этого процесса, подписывается клиентским симметричным ключём, а кодируется серверным. На самом деле и подпись и шифрование осуществляется серверным ключём.
• OPC-UA Part 4 на странице 141 содержит описание структуры данных подписи, где первыми идут данные подписи, а затем строка алгоритма. На самом деле реализован обратный порядок.

7. Приложение: Таблица совместимости с реализациями OPC-UA других производителей

/Home Page En / Doc / OPCUA  :: (edit)

Software	Core	Browse	Read	Write	Publish	Notes
OpenSCADA parts
OpenSCADA OPC-UA Client (libOPC_UA client part)	+	+	+	+	-	IO requests by XML implemented: HEL (HELLO), OPN (OpenSecureChannel), CLO (CloseSecureChannel), FindServers, GetEndpoints, CreateSession, ActivateSession, CloseSession, Read, Write, Browse
OpenSCADA OPC-UA Server (libOPC_UA server part)	+	+	+	+	+	The requests implemented: HELF, OPNF, CLOF, MSGF: FindServers, GetEndpoints, CreateSession, ActivateSession, CloseSession, CreateSubscription, ModifySubscription, DeleteSubscriptions, MonitoredItems, ModifyMonitoredItems, SetMonitoringMode, DeleteMonitoredItems, SetPublishingMode, TranslateBrowsePathsToNodeIds, RegisterNodes, UnregisterNodes, Browse, BrowseNext, Read, Write, Publish, Republish. Chunks implemented.
Clients
UAExpert 1.2, 1.3	Pass	Pass	Pass	Pass	Pass
Indusoft web studio 7.1	Pass	Pass	Pass	Pass	Pass
Iconics genesis64 10.8	Pass	Pass	Pass	Pass	Pass
Insat masterscada 3.7	Pass	Pass	Pass	Pass	Pass
Sample Applications of Unified Architecture	Pass	Pass	Pass	Not tested	Pass
Wonderware System Platform	Pass	Pass	Pass	Not tested	Pass	Result mask processing fix into the service "Browse" for nodes of OpenSCADA data model. ...
Kepware	Pass	Pass	Pass	Pass	Pass	Specific value types OpcUa_IntAuto and OpcUa_UIntAuto was added for adaptive integer type selection, mostly for provide integer not fixed as int64. Time stamp was removed from "Write" package but the client tell 0x80730000(OpcUa_BadWriteNotSupported)
UAExpert 1.4	Pass	Pass	Pass	Pass	Pass	Packages sequence number split from it's request and set self managing.
Servers
IgnitionOPC_UA	Pass	Pass	Pass	Not tested	NA
B&R Embedded OPC-UA Server	Pass	Pass	Pass	Not tested	NA	The authenticate process fixed by the server provides self specific identifiers to its. The string of bytes wrong interpretation fixed.

/Home Page En / Doc / OPCUA  :: (edit)

Ссылки