[发明专利]一种支持缓存管理的OPC UA多服务器聚合方法

权利要求书

1.一种支持缓存管理的开放平台通信统一架构OPC UA多服务器聚合方法，其特征在于：OPC UA多服务器聚合包括通信接口管理、聚合数据处理、管理配置和安全配置；

通信接口管理为对上负责与上层OPC UA客户端连接的建立，对下负责与底层服务器连接的建立；

聚合数据处理为收集从底层服务器读取的信息，并统一对上层客户端提供接口服务；

管理配置为配置需要连接的底层服务器；

安全配置为负责OPC UA信息传输的安全性保障；

该方法包括以下步骤：

S1：上层客户端与多服务器聚合平台连接的建立；

S2：多服务器聚合平台对请求信息的处理；

S3：多服务器聚合平台返回客户端请求响应；

在步骤S1中，客户端与服务器通过接口提供服务，客户端通过OPC UA定义的查找服务集查找可利用的OPC UA服务器，获取服务器端点信息，并打开安全通道，创建并活跃会话，并浏览服务器地址空间后正常的进行信息交互；

所述管理配置具体为：

1)管理配置模块在本地的XML配置文件中没有对应的服务器URL信息，则多服务器聚合软件不主动聚合底层服务器而是等待上层客户端的请求；

2)管理配置模块在本地的XML配置文件中有对应的服务器URL信息，则当多服务器聚合软件启动时主动优先聚合本地配置中出现的服务器数据；

在管理配置模块中，配置人员可手动配置需要聚合的服务器的URL地址；

所述安全配置为定义OPC UA通用的三层安全结构：

1)套接字连接负责发送和接收的数据；

2)通过应用数字签名维护交互信息的完整性，在会话中使用身份验证和授权的机制；

3)定义生存期保持的间隔，服务器会周期性地发出生存期保持的消息，客户端及时地检测到服务器通信的状态；

所述聚合数据处理需要对多服务器聚合部分的信息模型进行扩展，信息模型的部分扩展类型表示为：

1)OPC UA服务器类型：表示OPC UA服务器；

2)被聚合服务器类型：继承1)中的OPC UA服务器类型，指向服务器类型对象的引用；

3)可用服务器配置类型：包含可以被聚合的OPC UA服务器的引用；

4)被聚合服务器配置类型：包含对被聚合服务器的引用，并且提供OPC UA的方法获取OPC UA服务器对象的节点ID；

在步骤S2中，每个服务器都有自己对应的地址空间，聚合平台每次连接后都浏览对应服务器的地址空间，通过自定义的映射规则将多个地址空间中的节点数据映射到聚合软件中的统一的地址空间中，以供上层客户端建立通信连接和浏览以及读写数据的请求；

在自定义的映射规则中，将聚合的映射模型分解为以下模块：

1)聚合节点管理器的配置：负责聚合服务器的地址空间的节点的管理，将上层客户端的请求消息更新和转发到对应的底层服务器中，也将读取到的底层服务器的通信消息更新回聚合服务器的地址空间中，同时聚合节点管理器负责对每个需要的底层服务器创建对应的客户端完成浏览服务器相关功能；

2)节点工厂管理的配置：节点信息需要映射，需要真正的代理来完成，利用节点工厂的代理完成代理节点的创建，节点工厂只负责创建节点，具体的映射信息和配置由聚合节点管理器来完成；

3)类型映射规则：底层不同服务器中有许多语义相同的类型，这些类型有不同的节点ID或者浏览名，在地址空间中唯一确定相关节点的标识；

4)类型管理器：节点管理器中包含类型管理器，负责匹配类型映射规则将底层服务器的类型节点进行合并处理；

在步骤S3中，针对数据的存储优化，在数据响应前引入缓存管理；

聚合平台第一次接收上层客户端发送的读数据请求后，在向底层服务器设备转发读请求时，在请求参数的头部中增加服务参数maxAge来向服务器指定读取值的最大老化时间；客户端下次请求服务器数据时，通过以下步骤完成：

S11：客户端的数据请求时间点在maxAge规定时间点之内，直接返回保存的缓存数据；

S12：客户端的数据请求时间点在maxAge规定时间点之后，聚合平台再次读取底层服务器数据；

在步骤S2中，底层服务器会直接读取数据源最新的数据并返回和更新缓存；

当上层客户端需要读取多个数据时，重复步骤S11-S12所述的步骤，直接返回缓存的没过期数据，过期数据重新从底层服务器数据源重新获取并返回；

在所述方法中，缓存同时会带来旧数据的丢弃处理问题，需要制定丢弃处理策略，采用的方式包括：

1)先进先出：判断被存储时间，离现在最远的优先淘汰；

2)最近最少使用：判断最近被使用的时间，目前最远的优先淘汰；

3)最不经常使用：一段时间内，数据被使用次数最少的优先淘汰。