我们邀请到工业通信领域的两位专家——Softing公司的Hans-Werner Auberg和TTTech公司的Georg Stöger，来探讨OPC UA发布/订阅模式、实时需求和IEEE TSN（时间敏感网络）标准等问题。

我们首先探讨一下OPC UA。OPC UA具体是什么，有什么用途？

Auberg:OPC在工业通信市场已有20年历史，它在SCADA系统、MAS 系统、现场应用和车间应用中是广受认可的工业通信平台。但我们也知道它在系统上存在一些局限，例如它依赖于微软的DCOM功能。为此，我们启用了一个新的协议，一个新的架构，叫做OPC UA，其目前已完全独立于任何操作系统，完全基于TCP/IP，未来还会基于UDP。所以现在我们不仅能够把这个开放标准运用到SCADA系统，还可以再向下运用到设备或控制器，我们可以基于UA创建一个全分布控制系统。所以OPC UA是一个非常好的工业数据管理平台，也是一个链接IT世界的标准连接器，我认为它是唯一对所有人都开放标准，不论是IT人员还是控制人员，都可以使用。

Stöger: OPC UA是一个工业控制系统的数据管理平台。它不依赖于工业和应用，重要的是，它不依赖于厂家。OPC UA不属于任何人；它是一个开放标准，具有广阔而快速健全的生态系统。当PROFINET等其他平台的解决方案不够强大时，它还可以支持云到机器或云到工厂的连接等解决方案用例。同时，它还提供当今所有必要的服务——像加密与安全、浏览与服务发现、数据记录与历史功能。但就目前来说，它还缺少一项功能，即机器到机器和机器到雾连接及数据管理的实时功能。

Georg，你刚才提到实时功能，能解释一下实时功能如何与OPC UA相结合吗？

Stöger: 对机器制造者而言，实时是其关键属性之一。在控制、运动，甚至在过程中，都需要一定的实时性。即使速度不快，实时也是必要的，因为你要对世界的物理属性作出响应。在IT世界情况则完全不同，性能虽然很重要，但实时并不是一个标准，所以任何东西，只要快就好，而慢很可能让人讨厌，但准时并不是硬性要求。实时概念在运动和自动化系统里非常普遍，然而在IT世界却不适用。因此，任何管理系统，包括OPC UA，如果要结合这两个不同的世界，就必须敏锐地察觉双方的要求。直到现在，OPC UA还没有提供实时功能，但随着OPC群体开始要求把实时功能加入OPC UA，软件中以及网络上的实时行为也就突然成为一项要求。以前不是这样的，但现在已经成为一种趋势，所以在OPC UA的规格和实施这两个框架内都需要引入新的概念。

Auberg: 不仅如此，实时并不意味着性能最好，而是意味着确定性。我们谈的不是等时通信，你需要同步非常快，我们说的是标准实时，也就是你只需要在一个时间窗内完成。以前OPC没有实时需求，因为一切都是用户驱动。我们来想一下传统的SCADA系统，它有一定的控制性，可以通过可视化看到系统中的某些行为，但这与其余进程完全不同步，所以如果所有东西都不同步，你也就不需要实时了。但是现在，如果你考虑到物联网和机对机通信的话，我们就需要去交换数据，就像PROFINET或EtherNet/IP这样，这时你就有实时需求了。实时意味着需要在确定的时帧中执行，工业通信若没有实时就100%无法工作。所以如果我们不想替换现在的工业互联网架构，而是为其增加额外功能，我们就需要在OPC UA中加入实时功能。

OPC UA用户可能听说过发布/订阅通信模式。可以跟我们说说发布/订阅通信模式是什么吗，它对OPC UA有什么作用？

Auberg: 我们谈OPC UA的时候，有一个主从式架构，服务器一部分用于提供数据，另一部分用于获取数据，总是呈现固定的点对点的关系。这一过程是不同时的——当一部分处于获取和循环阶段时，另一部分则在把某个时间点将数据移出系统。现在有了发布/订阅后，你就增加了一个功能，可以定义固定的时间窗交换数据，不是点对点而是通过UDP多点连接。这会给你一个通信帧，定址于其他许多而非单个PLC。它最大的优点就是你有一个确定的时间帧，且拥有多个寻址。

Stöger: 稍微补充一点，举个日常生活中的例子。如果你想知道某个具体电话号码，你可以打给电话公司查询。这完全是用户驱动的，你不会太关心对方是否会及时回应，因为你想要的只是信息。然而，如果有一个报时服务，用于校准时间，这就需要进行广播，这样所有感兴趣的人都能同时听见。这种多路广播也需要时刻在线才能随时进行同步。所以，客户端与服务器之间的按需信息交换与发布/订阅这类多路广播建立的服务有着巨大的差异。发布端不一定每次都需要提供实时服务，但是我们知道无数工业用例都要求有实时机制。

OPC UA用户可能也知道即将推出的IEEE TSN标准。相比当前的工业以太网解决方案，它对OPC UA具有哪些影响？

Stöger: OPC UA是一个分布式平台，所以无时无刻都会有网络连接存在。然而OPC UA本身并不依赖特定的网络。所以，不同的网络大小、网络拓扑、网速、网络技术都可以使用，OPC UA支持任何一种网络。一旦我们对OPC UA架构有了之前讨论的实时要求，我们使用的网络类型就变得相关了。OPC UA通常运行于基于IP的标准以太网络，虽然性能出众且灵活度很高，但却完全无法保证实时行为。所以受到网络负载、网络拓扑以及当前网络中活跃组件数量的影响，相同的以太网速时快时慢，作为OPC UA服务的用户，你无法确定下次需要时网络会有怎样的表现。工业以太网发明之初就是用于支持实时需求的，但在灵活性上一直表现不佳。所以，架构不错又能满足特定机器或特定应用需求的网络往往没有标准以太网的高灵活性，OPC UA通常在标准以太网上运行。IEEE 802中对时间敏感网络标准化的努力正把实时功能引入标准以太网。有了TSN，标准以太网首次可以保障及时消息送达。这对其他基于标准以太网的应用都是兼容的，对更高层级也是透明的，可以用于保障网络中特定信息的实时传输。基于这些原因，TSN可以作为OPC UA发布/订阅实时用例的平台。

Auberg: TSN专家非常专业，但我要补充一点，因为开始你问到工业以太网，在目前的工业以太网世界，有优点也有缺点。基本优点是人们可以在一个控制器和众多设备间运行一个控制回路，控制只由唯一的系统发出。这些系统的缺点在于控制器对控制器的通信，因为那不是他们关注的重点。纯控制器对控制器通信在这些系统中无法预见，需要应急解决方案。OPC UA更多来自于控制器对ERP或IT连接，这意味着控制器对控制器通信存在用例。但即使在那里，我们也需要同步控制器，所以我们在当中需要一些时间标记，我们有一些确定性要求，而这是对工业以太网系统最大的挑战。通常它们束手无策，例如PROFINET有一些缺点，目前仍在想办法解决。有了TSN，通过集成IP/IT世界，我们可以解决这一问题并轻松建立双主站、控制器对控制器通信，在我看来，这是OPC UA和TSN相结合的一个优势。

你们对这些新标准的采用有什么期待？

Auberg: 期待一个标准化的世界，使用标准以太网而无须任何特别组件。将来会有使用TCP/IP的标准芯片，以低廉的成本提供确定性网络，为客户提供非常简单的入口点。目前的现状是，特殊以太网协议实施于较低层，1级到2级，最多4级，这样就需要客户掌握特定的知识。有了TSN和发布/订阅，我们只要使用配备标准OPC UA的标准以太网就可以解决这一问题。

Stöger: 我想节省成本将会是这个领域创新的一个主要驱动力。工业以太网解决方案是专为这一需求而量身定制的，且效果显著。但正如我们听说的，其缺点是，这些解决方案无法完美解决其他问题，甚至无法用于其他网络需求类型。所以，以太网的任何优点——像网速进入1G或10G范围、发明新的物理层、配置和管理更为容易——都无法进入今天的工业以太网世界，因为工业以太网是特制的，难以进行修改来获取这些新的优点。如果一个东西属于标准以太网但同时也具有工业网络要求的确定性属性，那么获取这些优点将会容易得多，因此也会便宜得多。

感谢Hans-Werner Auberg（Softing Industrial Automation常务董事）和 Georg Stöger（TTTech工业项目与产品总监）拨冗回答问题。

Hans-Werner Auberg, Softing Industrial Automation常务董事 Auberg 2006年加入Softing，职责包括工业以太网战略营销、工厂自动化产品管理。目前担任常务董事，主要负责工厂与流程自动化的产品管理。他的团队专门负责工业通信、网络诊断、资产管理和数据集成。Softing Industrial Automation在20多年来一直推动OPC技术的发展。Auberg现居Augsburg，在德国慕尼黑Haarb.工作。

Georg Stöger, TTTech工业产品与项目总监Director Products & Projects Industrial - TTTech Stöger计算机专业硕士，1998年加入TTTech，负责内容包括嵌入式软件设计、架构咨询、实时控制网络技术培训以及时间触发协议和系统的规格。目前担任TTTech工业事业部产品与项目总监一职。他的团队专门负责确定性网络和增强分布式控制系统的开发与服务。他生活、工作于奥地利维也纳。