基于OPC UA的无线现场设备服务化开放互联技术研究

发布时间：2017-08-12 16:31

  本文关键词：基于OPC UA的无线现场设备服务化开放互联技术研究

  更多相关文章： OPC UA协议 6LoWPAN协议 报文压缩 休眠代理 物联网

【摘要】：受到先进信息通信技术的驱动,制造业正进行着第四次工业革命(工业4.0),这要求在工厂中实现更广泛的信息共享。OPC UA(OPC Unified Architecture,OPC统一架构)作为用于工业通讯的基于面向服务架构的数据交互规范,解决了工厂中数据通信的访问统一性与标准化问题,满足了企业信息高度连通的需求。本文将OPC UA协议延伸到工业系统中的底层物联网,实现现场设备与后台管理系统之间的信息集成以及底层物联网与互联网的无缝融合。由于底层物联网中设备资源和通信资源相对受限,OPC UA协议不适宜直接应用于无线现场设备。因此,本文对OPC UA应用于无线现场设备,实现无线现场设备的服务化开放互联进行研究。主要工作包括:1.研究实现无线现场设备服务化开放互联的关键技术,包括支持现场设备服务化的OPC UA协议和支持无线现场设备开放互联的6LoWPAN技术。2.针对无线现场设备的资源受限性,对OPC UA服务器资源占用进行优化,设计并开发了一种适用于无线现场设备的Nano OPC UA服务器;根据IEEE 802.15.4网络的低功耗有损特性,对OPC UA网络传输报文进行优化,设计并开发了一种支持对OPC UA网络传输载荷的压缩与解压缩机制,使得在保留OPC UA核心功能的情况下适配无线现场设备。3.针对无线现场设备对功耗的敏感性,以及OPC UA协议不支持设备休眠功能的问题,设计并开发了一种OPC UA休眠代理机制。该机制可满足无线现场设备的休眠需求以延长网络的生存期,同时解决了设备休眠时数据不能访问的问题。4.使用Contiki物联网操作系统为软件平台及实验室研发的底层物联网设备为硬件平台的无线现场设备,对设计的Nano OPC UA服务器、传输报文压缩机制和休眠代理机制进行了实现,并构建测试系统进行测试与验证。测试结果表明,本文设计的Nano OPC UA服务器实现了OPC UA的核心功能,满足实际应用需求;本文设计的OPC UA压缩方案能够有效地对网络传输载荷进行压缩和解压,提高了网络传输效率;本文设计的休眠代理机制能够有效地满足设备休眠需求。本文的研究工作,对于将OPC UA协议延伸到底层物联网,实现无线现场设备的服务化开放互联具有较高的参考价值。
【关键词】：OPC UA协议 6LoWPAN协议 报文压缩 休眠代理 物联网
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.44;TN929.5
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 注释表10-11
• 第1章 引言11-19
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-17
• 1.2.1 OPC UA研究现状13-15
• 1.2.2 6LoWPAN技术研究现状15-17
• 1.3 论文主要工作17
• 1.4 论文组织结构17-19
• 第2章 无线现场设备服务化开放互联技术关键技术研究19-32
• 2.1 基于OPC UA的底层物联网服务化开放互联架构19-20
• 2.2 OPC UA关键技术研究20-25
• 2.2.1 OPC UA协议规范20-21
• 2.2.2 OPC UA服务器结构21-24
• 2.2.3 OPC UA通信栈和报文格式24-25
• 2.3 6LoWPAN关键技术研究25-31
• 2.3.1 6LoWPAN网络协议栈架构26
• 2.3.2 6LoWPAN适配层26-27
• 2.3.3 报文的分片和重组27-28
• 2.3.4 IPv6头部压缩28-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 面向无线现场设备的OPC UA服务化开放互联方法设计与实现32-57
• 3.1 基于OPC UA的无线现场设备服务化需求分析32-33
• 3.2 面向无线现场设备的OPC UA服务器优化设计与实现33-42
• 3.2.1 无线现场设备承担的网络角色33-34
• 3.2.2 适用于无线现场设备的Nano OPC UA服务器设计34-39
• 3.2.3 适用于无线现场设备的Nano OPC UA服务器实现39-42
• 3.3 面向无线现场设备的OPC UA网络传输开销优化设计与实现42-55
• 3.3.1 消息头部压缩42-45
• 3.3.2 消息主体压缩45-53
• 3.3.3 消息压缩与解压缩实现53-55
• 3.4 本章小结55-57
• 第4章 面向无线现场设备的OPC UA休眠代理机制研究与实现57-70
• 4.1 无线现场设备休眠代理机制的需求分析57-58
• 4.2 OPC UA休眠代理机制设计思路58-59
• 4.3 OPC UA休眠代理机制交互设计59-64
• 4.3.1 休眠代理交互机制总体设计59-60
• 4.3.2 休眠握手交互60-62
• 4.3.3 休眠注册交互62-63
• 4.3.4 休眠更新交互63
• 4.3.5 休眠通知交互63-64
• 4.3.6 休眠唤醒通知交互64
• 4.4 休眠代理机制的实现64-69
• 4.5 本章小结69-70
• 第5章 测试与验证70-97
• 5.1 开发与测试平台70-72
• 5.1.1 测试系统构建70-71
• 5.1.2 硬件平台71-72
• 5.1.3 软件平台72
• 5.2 Nano OPC UA服务器测试72-86
• 5.2.1 测试方法与项目72-73
• 5.2.2 服务器功能功能测试73-82
• 5.2.3 服务器性能测试82-86
• 5.3 OPC UA网络传输开销优化测试86-91
• 5.3.1 测试方法与项目86-87
• 5.3.2 OPC UA报文压缩功能测试87-90
• 5.3.3 OPC UA报文压缩性能分析90-91
• 5.4 OPC UA休眠代理机制测试91-96
• 5.4.1 测试方法与项目91-92
• 5.4.2 休眠代理机制功能测试92-96
• 5.5 本章小结96-97
• 第6章 结束语97-99
• 6.1 主要工作与创新点97-98
• 6.2 后续研究工作98-99
• 参考文献99-103
• 致谢103-104
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果104

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 缪学勤;;Industry 4.0新工业革命与工业自动化转型升级[J];石油化工自动化;2014年01期

2 朱晓荣;李凤国;;基于Contiki的6LoWPAN适配层的研究与实现[J];信息通信技术;2013年03期

3 石明明;鲁周迅;;三种无线通信协议综述[J];通信技术;2011年07期

4 陆会明;阎志峰;;OPC UA服务器地址空间关键技术研究与开发[J];电力自动化设备;2010年07期

5 陆会明;殷W，

本文编号：662576