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| # OPC UA 协议 |
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| ## 1. 功能概述 |
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| 本文档介绍了 IoTDB 与 OPC UA 协议集成的两种独立工作模式，请根据您的业务场景进行选择： |
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| * **模式一：数据订阅服务 (IoTDB 作为 OPC UA 服务器)**：IoTDB 启动内置的 OPC UA 服务器，被动地允许外部客户端（如 UAExpert）连接并订阅其内部数据。这是传统用法。 |
| * **模式二：数据主动推送 (IoTDB 作为 OPC UA 客户端)**：IoTDB 作为客户端，主动将数据和元数据同步到一个或多个独立部署的外部 OPC UA 服务器。 |
| > 注意：该模式从 V2.0.8 起支持。 |
| |
| **注意：模式互斥** |
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| 当 Pipe 配置中指定了 `node-urls` 参数（模式二），IoTDB 将不会启动内置的 OPC UA 服务器（模式一）。两种模式在同一 Pipe 中**不可同时使用**。 |
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| ## 2. 数据订阅 |
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| 本模式支持用户以 OPC UA 协议从 IoTDB 中订阅数据，订阅数据的通信模式支持 Client/Server 和 Pub/Sub 两种。 |
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| 注意：本功能并非从外部 OPC Server 中采集数据写入 IoTDB |
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|  |
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| ### 2.1 OPC 服务启动方式 |
| #### 2.1.1 语法 |
| |
| 启动 OPC UA 协议的语法： |
| |
| ```SQL |
| create pipe p1 |
| with source (...) |
| with processor (...) |
| with sink ('sink' = 'opc-ua-sink', |
| 'sink.opcua.tcp.port' = '12686', |
| 'sink.opcua.https.port' = '8443', |
| 'sink.user' = 'root', |
| 'sink.password' = 'TimechoDB@2021', //V2.0.6.x 之前默认密码为root |
| 'sink.opcua.security.dir' = '...' |
| ) |
| ``` |
| |
| #### 2.1.2 参数 |
| |
| | **参数** | **描述** | **取值范围** | **是否必填** | **默认值** | |
| | ------------------------------------ |-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| -------------------- |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| |
| | sink | OPC UA SINK | String: opc-ua-sink | 必填 | | |
| | sink.opcua.model | OPC UA 使用的模式 | String: client-server / pub-sub | 选填 | client-server | |
| | sink.opcua.tcp.port | OPC UA 的 TCP 端口 | Integer: [0, 65536] | 选填 | 12686 | |
| | sink.opcua.https.port | OPC UA 的 HTTPS 端口 | Integer: [0, 65536] | 选填 | 8443 | |
| | sink.opcua.security.dir | OPC UA 的密钥及证书目录 | String: Path，支持绝对及相对目录 | 选填 | 1. iotdb 相关 DataNode 的 conf 目录下的 `opc_security` 文件夹 `/<httpsPort:tcpPort>`。2. 如无 iotdb 的 conf 目录（例如 IDEA 中启动 DataNode），则为用户主目录下的 `iotdb_opc_security` 文件夹 `/<httpsPort:tcpPort>` | |
| | opcua.security-policy | OPC UA 连接使用的安全策略，不区分大小写。可以配置多个，用`,`连接。配置一个安全策略后，client 才能用对应的策略连接。当前实现默认支持`None`和`Basic256Sha256`策略，应该默认改为任意的非`None`策略，`None`策略在调试环境中单独配置，因为`None`策略虽然不需移动证书，操作方便，但是不安全，生产环境的 server 不建议支持该策略。注意：V2.0.8 起支持该参数，且仅支持 client-server 模式 | String（安全性依次递增）:<br>`None`<br>`Basic128Rsa15`<br>`Basic256`<br>`Basic256Sha256`<br>`Aes128_Sha256_RsaOaep`<br>`Aes256_Sha256_RsaPss` | 选填| `Basic256Sha256`,`Aes128_Sha256_RsaOaep`,`lAes256_Sha256_RsaPss` | |
| | sink.opcua.enable-anonymous-access | OPC UA 是否允许匿名访问 | Boolean | 选填 | true | |
| | sink.user | 用户，这里指 OPC UA 的允许用户 | String | 选填 | root | |
| | sink.password | 密码，这里指 OPC UA 的允许密码 | String | 选填 | TimechoDB@2021（V2.0.6.x 之前默认密码为root） | |
| | opcua.with-quality | OPC UA 的测点发布是否为 value + quality 模式。启用配置后，系统将按以下规则处理写入数据：<br>1. 同时包含 value 和 quality，则直接推送至 OPC UA Server。<br>2. 仅包含 value，则 quality 自动填充为 UNCERTAIN（默认值，支持自定义配置）。<br>3. 仅包含 quality，则该写入被忽略，不进行任何处理。<br>4. 包含非 value/quality 字段，则忽略该数据，并记录警告日志（日志频率可配置，避免高频干扰）。<br>5. quality 类型限制：目前仅支持布尔类型（true 表示 GOOD，false 表示 BAD）； 注意：V2.0.8 起支持该参数，且仅支持 client-server 模式 | Boolean | 选填 | false | |
| | opcua.value-name | With-quality 为 true 时生效，表示 value 测点的名字。 注意：V2.0.8 起支持该参数，且仅支持 client-server 模式 | String | 选填 | value | |
| | opcua.quality-name | With-quality 为 true 时生效，表示 quality 测点的名字。 注意：V2.0.8 起支持该参数，且仅支持 client-server 模式 | String | 选填 | quality | |
| | opcua.default-quality | 没有 quality 时，可以通过 SQL 参数指定`GOOD`/`UNCERTAIN`/`BAD`。 注意：V2.0.8 起支持该参数，且仅支持 client-server 模式 | String:`GOOD`/`UNCERTAIN`/`BAD` | 选填 | `UNCERTAIN` | |
| | opcua.timeout-seconds | Client 连接 server 的超时秒数，仅在 IoTDB 为 client 时生效 注意：V2.0.8 起支持该参数，且仅支持 client-server 模式 | Long | 选填 | 10L | |
| |
| #### 2.1.3 示例 |
| |
| ```Bash |
| create pipe p1 |
| with sink ('sink' = 'opc-ua-sink'， |
| 'sink.user' = 'root', |
| 'sink.password' = 'TimechoDB@2021');//V2.0.6.x 之前默认密码为root |
| start pipe p1; |
| ``` |
| |
| #### 2.1.4 使用限制 |
| 1. 启动协议之后需要写入数据，才能建立连接，且仅能订阅建立连接之后的数据。 |
| 2. 推荐在单机模式下使用。在分布式模式下，每一个 IoTDB DataNode 都作为一个独立的 OPC Server 提供数据，需要单独订阅。 |
| |
| ### 2.2 两种通信模式示例 |
| #### 2.2.1 Client / Server 模式 |
| |
| 在这种模式下，IoTDB 的流处理引擎通过 OPC UA Sink 与 OPC UA 服务器（Server）建立连接。OPC UA 服务器在其地址空间(Address Space) 中维护数据，IoTDB可以请求并获取这些数据。同时，其他OPC UA客户端（Client）也能访问服务器上的数据。 |
| |
| * 特性： |
| * OPC UA 将从 Sink 收到的设备信息，按照树形模型整理到 Objects folder 下的文件夹中。 |
| * 每个测点都被记录为一个变量节点，并记录当前数据库中的最新值。 |
| * OPC UA 无法删除数据或者改变数据类型的设置 |
| |
| ##### 2.2.1.1 准备工作 |
| 1. 此处以UAExpert客户端为例，下载 UAExpert 客户端：https://www.unified-automation.com/downloads/opc-ua-clients.html |
| 2. 安装 UAExpert，填写自身的证书等信息。 |
| |
| ##### 2.2.1.2 快速开始 |
| ###### 2.2.1.2.1 支持 None 安全策略的场景 |
| 1. 使用如下 sql，启动 OPC UA 服务。详细语法参见上文：[IoTDB OPC Server语法](./Programming-OPC-UA_timecho.md#_2-1-语法) |
| |
| ```SQL |
| create pipe p1 with sink ('sink'='opc-ua-sink', 'opcua.security-policy'='AES128_SHA256_RSAOAEP, AES256_SHA256_RSAPSS, BASIC256SHA256, NONE'); |
| ``` |
| 注意：在 2.0.8.1 及以上版本中，默认不再支持 `None`，如需使用必须通过 `security-policy` 参数手动开启，如上所示。 |
| |
| 2. 写入部分数据。 |
| |
| ```SQL |
| insert into root.test.db(time, s2) values(now(), 2); |
| ``` |
| |
| 3. 在 UAExpert 中配置 iotdb 的连接，其中 password 填写为上述参数配置中 sink.password 中设定的密码（此处用户名、密码以2.3小节示例中配置的 root/root 为例）： |
| |
| <div align="center"> |
| <img src="/img/OPCUA03.png" alt="" style="width: 60%;"/> |
| </div> |
| |
| <div align="center"> |
| <img src="/img/OPCUA04.png" alt="" style="width: 60%;"/> |
| </div> |
| |
| 4. 信任服务器的证书后，在左侧 Objects folder 即可看到写入的数据。 |
| |
| <div align="center"> |
| <img src="/img/OPCUA05.png" alt="" style="width: 60%;"/> |
| </div> |
| |
| <div align="center"> |
| <img src="/img/OPCUA06.png" alt="" style="width: 60%;"/> |
| </div> |
| |
| 注意：由于此处配置的 `SecurityPolicy` 为 `None`，因此不需要相互信任证书。生产环境建议使用非 `None` 的 `SecurityPolicy` 进行连接，此时需要相互信任证书，操作步骤可以见下文 `Pub/Sub` 模式，在 `Client/Server` 的证书目录下（可以在打印的日志中找 keyStore 关键词），将 reject 的内容挪到 `trusted/certs`下即可，采用连接、移动 server 目录、连接、移动 client 目录、连接的顺序。 |
| |
| 5. 可以将左侧节点拖动到中间，并展示该节点的最新值： |
| |
| <div align="center"> |
| <img src="/img/OPCUA07.png" alt="" style="width: 60%;"/> |
| </div> |
| |
| ###### 2.2.1.2.2 不支持 None 安全策略的场景 |
| 1. 使用如下 sql，创建并启动 OPC UA 服务。 |
| ```SQL |
| create pipe p1 with sink ('sink'='opc-ua-sink'); |
| ``` |
| 注意：从 2.0.8.1 版本开始，`OpcUaSink` 出于安全考虑，默认不再支持 `None` 模式。 |
| |
| 2. 写入部分数据。 |
| ```SQL |
| insert into root.test.db(time, s2) values(now(), 2); |
| ``` |
| |
| 3. 在 UAExpert 中配置 IoTDB 连接： |
| - 不可直接访问 `URL`，必须通过 `Discover` 方式发现端点 |
| - 客户端会先使用 `None` 策略发送 `GetEndpoints` 请求获取端点列表 |
| - 再根据配置的 `Basic256Sha256 + SignAndEncrypt` 选择对应加密端点建立加密连接 |
| |
|  |
| |
| 4. 用户名密码配置同上，点击相关的连接模式后（`Sign` / `Sign & Encrypt`），如果出现以下内容，点 `Ignore` 直接连。 |
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|  |
| |
| #### 2.2.2 Pub / Sub 模式 |
| |
| 在这种模式下，IoTDB的流处理引擎通过 OPC UA Sink 向OPC UA 服务器（Server）发送数据变更事件。这些事件被发布到服务器的消息队列中，并通过事件节点 (Event Node) 进行管理。其他OPC UA客户端（Client）可以订阅这些事件节点，以便在数据变更时接收通知。 |
| |
| * 特性： |
| * 每个测点会被 OPC UA 包装成一个事件节点（EventNode）。 |
| * 相关字段及其对应含义如下： |
| |
| | 字段 | 含义 | 类型（Milo） | 示例 | |
| | ------------ | ------------------ | --------------- | ----------------------- | |
| | Time | 时间戳 | DateTime | 1698907326198 | |
| | SourceName | 测点对应完整路径 | String | root.test.opc.sensor0 | |
| | SourceNode | 测点数据类型 | NodeId | Int32 | |
| | Message | 数据 | LocalizedText | 3.0 | |
| |
| - Event 仅会发送给所有已经监听的客户端，客户端未连接则会忽略该 Event。 |
| - 如果数据被删除，信息则无法推送给客户端。 |
| |
| |
| ##### 2.2.2.1 准备工作 |
| |
| 该代码位于 iotdb-example 包下的 [opc-ua-sink 文件夹](https://github.com/apache/iotdb/tree/master/example/pipe-opc-ua-sink/src/main/java/org/apache/iotdb/opcua)中 |
| |
| 代码中包含： |
| |
| - 主类（ClientTest） |
| - Client 证书相关的逻辑（IoTDBKeyStoreLoaderClient） |
| - Client 的配置及启动逻辑（ClientExampleRunner） |
| - ClientTest 的父类（ClientExample） |
| |
| ##### 2.2.2.2 快速开始 |
| |
| 使用步骤为： |
| |
| 1. 打开 IoTDB 并写入部分数据。 |
| |
| ```SQL |
| insert into root.a.b(time, c, d) values(now(), 1, 2); |
| ``` |
| |
| 此处自动创建元数据开启。 |
| |
| 2. 使用如下 sql，创建并启动 Pub-Sub 模式的 OPC UA Sink。详细语法参见上文：[IoTDB OPC Server语法](./Programming-OPC-UA_timecho.md#_2-1-语法) |
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| ```SQL |
| create pipe p1 with sink ('sink'='opc-ua-sink', 'sink.opcua.model'='pub-sub'); |
| start pipe p1; |
| ``` |
| |
| 此时能看到服务器的 conf 目录下创建了 opc 证书相关的目录。 |
| |
| <div align="center"> |
| <img src="/img/OPCUA08.png" alt="" style="width: 60%;"/> |
| </div> |
| |
| 3. 直接运行 Client 连接，此时 Client 证书被服务器拒收。 |
| |
| <div align="center"> |
| <img src="/img/OPCUA09.png" alt="" style="width: 60%;"/> |
| </div> |
| |
| 4. 进入服务器的 sink.opcua.security.dir 目录下，进入 pki 的 rejected 目录，此时 Client 的证书应该已经在该目录下生成。 |
| |
| <div align="center"> |
| <img src="/img/OPCUA10.png" alt="" style="width: 60%;"/> |
| </div> |
| |
| 5. 将客户端的证书移入（不是复制） 同目录下 trusted 目录的 certs 文件夹中。 |
| |
| <div align="center"> |
| <img src="/img/OPCUA11.png" alt="" style="width: 60%;"/> |
| </div> |
| |
| 6. 再次打开 Client 连接，此时服务器的证书应该被 Client 拒收。 |
| |
| <div align="center"> |
| <img src="/img/OPCUA12.png" alt="" style="width: 60%;"/> |
| </div> |
| |
| 7. 进入客户端的 <java.io.tmpdir>/client/security 目录下，进入 pki 的 rejected 目录，将服务器的证书移入（不是复制）trusted 目录。 |
| |
| <div align="center"> |
| <img src="/img/OPCUA13.png" alt="" style="width: 60%;"/> |
| </div> |
| |
| 8. 打开 Client，此时建立双向信任成功， Client 能够连接到服务器。 |
| |
| 9. 向服务器中写入数据，此时 Client 中能够打印出收到的数据。 |
| |
| <div align="center"> |
| <img src="/img/OPCUA14.png" alt="" style="width: 60%;"/> |
| </div> |
| |
| |
| #### 2.2.3 注意事项 |
| |
| 1. **单机与集群**：建议使用1C1D单机版，如果集群中有多个 DataNode，可能数据会分散发送在各个 DataNode 上，无法收听到全量数据。 |
| |
| 2. **无需操作根目录下证书**：在证书操作过程中，无需操作 IoTDB security 根目录下的 `iotdb-server.pfx` 证书和 client security 目录下的 `example-client.pfx` 目录。Client 和 Server 双向连接时，会将根目录下的证书发给对方，对方如果第一次看见此证书，就会放入 reject dir，如果该证书在 trusted/certs 里面，则能够信任对方。 |
| |
| 3. **建议使用** **Java 17+**：在 JVM 8 的版本中，可能会存在密钥长度限制，报 Illegal key size 错误。对于特定版本（如 jdk.1.8u151+），可以在 ClientExampleRunner 的 create client 里加入 `Security.`*`setProperty`*`("crypto.policy", "unlimited");` 解决，也可以下载无限制的包 `local_policy.jar` 与 `US_export_policy `解决替换 `JDK/jre/lib/security `目录下的包解决，下载网址：https://www.oracle.com/java/technologies/javase-jce8-downloads.html。 |
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| 4. **连接问题**：如果报错为 Unknown host，需要修改 IoTDB DataNode 所在机器的 etc/hosts 文件，加入目标端机器的 url 和 hostName。 |
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| ## 3. 数据推送 |
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| 在此模式下，IoTDB 通过 Pipe 扮演 OPC UA 客户端角色，主动将选定的数据连同质量码(`quality`)一并推送到一个或多个外部 OPC UA 服务器。外部服务器会自动按 IoTDB 的元数据动态创建目录树和节点。 |
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|  |
| |
| ### 3.1 OPC 服务启动方式 |
| |
| #### 3.1.1语法 |
| |
| 启动 OPC UA 协议的语法： |
| |
| ```SQL |
| create pipe p1 |
| with source (...) |
| with processor (...) |
| with sink ('sink' = 'opc-ua-sink', |
| 'opcua.node-url' = '127.0.0.1:12686', |
| 'opcua.historizing' = 'true', |
| 'opcua.with-quality' = 'true' |
| ) |
| ``` |
| |
| #### 3.1.2 参数 |
| |
| | **参数** | **描述** | ** 取值范围 ** | **是否必填** | **默认值** | |
| |-----------------------| ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | -------------------- | -------------------- | |
| | sink | OPC UA SINK | String: opc-ua-sink | 必填 | | |
| | opcua.node-url | 逗号分隔，可以配置单个 OPC UA 的 tcp port，当存在该参数时，不会启动本机 server，而是发送到配置的 OPC UA Server。 | String | 选填 | `''` | |
| | opcua.historizing | 自动创建目录及叶子节点时，新节点是否存变量的历史数据。 | Boolean | 选填 | false | |
| | opcua.with-quality | OPC UA 的测点发布是否为 value + quality 模式。启用配置后，系统将按以下规则处理写入数据：<br>1. 同时包含 value 和 quality，则直接推送至 OPC UA Server。<br>2. 仅包含 value，则 quality 自动填充为 UNCERTAIN（默认值，支持自定义配置）。<br>3. 仅包含 quality，则该写入被忽略，不进行任何处理。<br>4. 包含非 value/quality 字段，则忽略该数据，并记录警告日志（日志频率可配置，避免高频干扰）。<br>5. quality 类型限制：目前仅支持布尔类型（true 表示 GOOD，false 表示 BAD）； | Boolean | 选填 | false | |
| | opcua.value-name | With-quality 为 true 时生效，表示 value 测点的名字。 | String | 选填 | value | |
| | opcua.quality-name | With-quality 为 true 时生效，表示 quality 测点的名字。 | String | 选填 | quality | |
| | opcua.default-quality | 没有 quality 时，可以通过 SQL 参数指定`GOOD`/`UNCERTAIN`/`BAD`。 | String:`GOOD`/`UNCERTAIN`/`BAD` | 选填 | `UNCERTAIN` | |
| | opcua.security-policy | OPC UA client 连接使用的安全策略，不区分大小写，网址为：`http://opcfoundation.org/UA/SecurityPolicy#<policy_name>`，例如http://opcfoundation.org/UA/SecurityPolicy#Aes128_Sha256_RsaOaep | String（安全性依次递增）:<br>`None`<br>`Basic128Rsa15`<br>`Basic256`<br>`Basic256Sha256`<br>`Aes128_Sha256_RsaOaep`<br>`Aes256_Sha256_RsaPss` | 选填| `Basic256Sha256` | |
| | opcua.timeout-seconds | Client 连接 server 的超时秒数，仅在 IoTDB 为 client 时生效 | Long | 选填 | 10L | |
| |
| > **参数命名注意**：以上参数均支持省略 `opcua.` 前缀，例如 `node-urls` 和 `opcua.node-urls` 等价。 |
| > |
| > **参数支持说明**：V2.0.8 起支持以上`opcua. `相关参数，且仅支持` client-server` 模式 |
| |
| #### 3.1.3 示例 |
| |
| ```Bash |
| create pipe p1 |
| with source (...) |
| with processor (...) |
| with sink ('sink' = 'opc-ua-sink', |
| 'node-urls' = '127.0.0.1:12686', |
| 'historizing' = 'true', |
| 'with-quality' = 'true' |
| ) |
| ``` |
| |
| #### 3.1.4 使用限制 |
| |
| 1. 当前模式**仅支持`client-server`****模式和树模型数据**。 |
| 2. 不支持一台机器上配置多个 DataNode，避免抢占相同的端口。 |
| 3. 不支持`OBJECT` 类型的数据推送。 |
| 4. 当某条时间序列改名后，将会联动修改 OPC UA Sink 删除对应的老路径，向新路径推送数据。 |
| 5. 生产环境强烈建议使用非`None`的安全策略（如`Basic256Sha256`），并正确配置证书双向信任。 |
| |
| ### 3.2 外置 OPC UA 服务器项目 |
| |
| IoTDB 支持单独的外部 Server 项目。该 Server 的实现及配置项与 IoTDB 目前的内置 Server 相同，但是需要额外支持新增目录及叶子节点，保证可以自动按照 IoTDB 写入中的元数据创建目录及叶子节点。 |
| |
| 该 Server 的相关配置在启动 Server 时，需通过命令行的 args 注入，暂不支持 yml、xml 等配置文件。启动参数的键名与 IoTDB OPC Server 配置项对应，其中配置项中的点（.）和短划线（-）需替换为下划线（\_）。 |
| |
| 例如： |
| |
| ```SQL |
| .\start-IoTDB-opc-server.sh -enable_anonymous_access true -u root -pw root -https_port 8443 |
| ``` |
| |
| 其中，`user` 和 `password` 可简写为 `-u`、`-p`，其余参数键名均与配置项保持一致。请注意，`userName` 不能作为参数键名，仅支持 `user`。 |
| |
| ### 3.3 场景示例 |
| |
| **目标**：将多个数据源的数据，按区域汇聚到3个外部OPC Server，供监控中心统一访问。 |
| |
|  |
| |
| 1. **准备**：在三台服务器 (`ip1`, `ip2`, `ip3`) 上分别启动外部 OPC UA Server（端口12686）。 |
| 2. **配置Pipe**：在 IoTDB 中创建3个 Pipe，使用`processor`或`source`中的路径模式过滤，将不同区域的数据推送到对应的 Server。 |
| ```SQL |
| -- 启动和连接 IoTDB |
| .\start-standalone.sh |
| |
| -- 启动三个 OPC UA Server |
| -- ip1、ip2、ip3 执行三次，端口为默认，12686 |
| .\start-IoTDB-external-opc-server.sh -enable-anonymous-access true -u root -pw root |
| |
| -- 创建三个 Pipe |
| .\start-cli.sh |
| create pipe p1 |
| with source (<ip1相关的用户名和密码>) |
| with processor (...) |
| with sink ('sink' = 'opc-ua-sink', |
| 'node-urls' = 'ip1:12686', |
| 'historizing' = 'true', |
| 'with-quality' = 'true' |
| ); |
| create pipe p1 |
| with source (<ip2相关的用户名和密码>) |
| with processor (...) |
| with sink ('sink' = 'opc-ua-sink', |
| 'node-urls' = 'ip2:12686', |
| 'historizing' = 'true', |
| 'with-quality' = 'true' |
| ); |
| create pipe p1 |
| with source (<ip3相关的用户名和密码>) |
| with processor (...) |
| with sink ('sink' = 'opc-ua-sink', |
| 'node-urls' = 'ip3:12686', |
| 'historizing' = 'true', |
| 'with-quality' = 'true' |
| ); |
| ``` |
| 3. **效果**：监控中心只需连接 `ip1`, `ip2`, `ip3` 这三个Server，即可获取所有区域的完整数据视图，且数据附带质量信息。 |
