基于opc ua的无线现场设备服务化开放互联技术研究

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1、分类号TP393密级公开UDC004.7学位论文编号D-10617-30852-(2016)-03019重庆邮电大学硕士学位论文中文题目基于OPCUA的无线现场设备服务化开放互联技术研究英文题目ResearchofService-orientedOpenInterconnectionTechnologyforOPCUAbasedWirelessFieldDevices学号S130331020姓名蒲宬亘学位类别工程硕士学科专业控制工程指导教师王平教授王恒教授完成日期2016年5月28日重庆邮电大学硕士论文摘要摘要受到先进信息通信技术的驱动

2、，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。OPCUA（OPCUnifiedArchitecture，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OPCUA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，OPCUA协议不适宜直接应用于无线现场设备。因此，本文对OPCUA应用于无线现场设备，实现无

3、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OPCUA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OPCUA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NanoOPCUA服务器；根据IEEE802.15.4网络的低功耗有损特性，对OPCUA网络传输报文进行优化，设计并开发了一种支持对OPCUA网络传输载荷的压缩与解压缩机制，使得在保留OPCUA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

4、功耗的敏感性，以及OPCUA协议不支持设备休眠功能的问题，设计并开发了一种OPCUA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NanoOPCUA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NanoOPCUA服务器实现了OPCUA的核心功能，满足实际应用需求；本文设计的OPCUA压缩方案能够有效地对网络传输载

5、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OPCUA协议延伸到底层物联网，实现无线现I重庆邮电大学硕士论文摘要场设备的服务化开放互联具有较高的参考价值。关键词：OPCUA协议，6LoWPAN协议，报文压缩，休眠代理，物联网II重庆邮电大学硕士学位论文AbstractAbstractDrivenbyadvancedinformationandcommunicationtechnologies,manufacturingisonthefourthindustrialrevo

6、lution(Industrie4.0),whichrequiresmoreextensiveinformationsharinginthefactory.Asadataexchangespecificationforindustrialcommunication,OPCUnifiedArchitecture(OPCUA)solvestheaccessuniformityproblemandstandardizationproblemofdatacommunicationbetweenthefactoryfloorandenterpri

7、selevel,andmeetstheneedofenterpriseinformationinahighdegreeofconnectivity.ThisthesisattendstoextendtheOPCUAprotocoltothelowlayeroftheindustrialwirelesssystem,andachievestheseamlessintegrationbetweenthelow-levelInternetofThings(IOT)andtheInternet,aswellasthefileddevicesan

8、dthebackgroundmanagementsystem.However,duetotherelativelimitationofequipmentresourcesandcommunicationre