OPC UA 服务器的动态扩展方法

最近看到一个 PCT 国际标准，主要理念是根据OPC UA客户端的用户身份和证书信息确定能在服务器中访问的数据，通过负载均衡和服务编排动态创建 OPC UA 服务和地址空间数据，提供数据给客户端，从而可以提升OPC UA服务器扩展性。

这个专利的整体方案如下：

在这个方案中，后台系统是数据源，它可以是中心化的数据分析服务器，给各个工厂提供数据，而每个工厂是一个客户端，只能访问有权限读取的数据。它也可以是其他数据服务器，每个客户端会访问数据服务器的一部分数据。

具体实现来说，客户端通过网络中的多个OPC UA服务器实例访问后台系统数据。服务器动态生成地址空间，负载均衡器分发工作负载给各个服务器。专利中指出 OPC UA 服务器都具有相似的功能和性能。因此，也可以通过容器的方式管理 OPC UA 服务器。这时候，可以用多种容器编排的方式进行动态扩展。

负载均衡器管理服务器的生命周期。如果每个服务器的负载都超出了额定能力，则创建一个新的服务器接受会话请求。如果某个服务器超出一定时间没有活跃会话，则被负载均衡器移除，以释放资源。

对于均衡器来说，最佳的负载均衡机制就是把新的OPC UA客户端通讯会话转发到已建立的工作会话最少的服务端。其他的负载均衡机制还有以轮询（round robin）的方式分发客户端会话请求。

为了简化负载均衡器的工作，提升其工作效率，OPC UA 服务器的性能可以通过添加新的实例的方式进行横向扩展。也就是说，每一个服务器都可以提供相同的地址空间信息。而所有这些地址空间信息都是通过一个共同的后端系统提供。然而，服务器不一定暴露完整的地址空间，可以根据客户端的需要提供地址空间的切片。而且这个切片也可以动态变化，以满足不同客户端的需求。服务端提供切片的依据可以是客户端用户凭证，或客户端应用证书。

以上流程图就是均衡器响应OPC UA客户端请求的过程。

均衡器收到来自客户端的服务请求，查询是否有服务器能提供地址空间实例，如果没有，则根据客户端的请求动态地创建地址空间实例。

如果没有，就自动扩展OPC UA服务器资源。动态管理OPC UA提供的地址空间（Address Space）。动态创建的地址空间发送地址空间请求到后端系统，并且从接收来自后端的地址空间信息。

负载均衡器是客户端和服务器之间的一个透明路由，在以下任何情况下，客户端不与服务器建立直接连接，只通过负载均衡器与服务器建立连接，包括

• 建立会话、
• 会话操作、
• 会话结束。

负载均衡器则只负责转发客户端和服务器之间的通讯，不关心通信内容。

这个专利的应用价值：

• 通过多个服务器保障平滑的功能扩展
• 可以利用服务编排工具满足零停机（zero downtime）需求
• 通过自动添加服务器满足服务性能要求，且不影响已经建立的链接