ICS 35.100 CCS L 79
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T42563—2023
信息技术 系统间远程通信和信息交换 OPC统一架构与时间敏感网络融合映射
Information technology-Telecommunications and information exchange between systemsFusionmappingof objectlinkingand embeddingfor
process control unified architecture and time sensitive network
2023-12-01实施
2023-05-23发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会 发布 GB/T42563—2023
目 次
前言
范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义
1
A
缩略语 5 OPCUA与TSN融合映射协议栈架构 6 OPCUA与TSN融合的通信机制
5
OPCUAPubSub与TSN的映射配置 7.1映射配置过程 7.2OPCUAPubSub流到TSN流的映射配置附录A（资料性） OPCUAPubSub和TSN映射描述符
7
10 GB/T42563—2023
前言
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件由全国信息技术标准化技术委员会（SAC/TC28)提出并归口。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任，本文件起草单位：中国电子技术标准化研究院、华中科技大学、上海芯问科技有限公司、江苏赛西科
技发展有限公司、深圳赛西信息技术有限公司、之江实验室、北京赛西科技发展有限责任公司、上海交通大学、上海格麟倍科技发展有限公司、西安航天自动化股份有限公司、北京智芯微电子科技有限公司、重庆邮电大学、北京固源网络科技有限公司、苏芯物联技术（南京)有限公司、中铁工程服务有限公司。
本文件主要起草人：杨宏、王婷、郭雄、陈冰、韩丽、崔自赏、卓兰、韩世豪、孙旭、胡琳、陈纲、傅洛伊、 陈页、郭瑞、魏曼、李波、刘绥美、 GB/T 42563—2023
信息技术系统间远程通信和信息交换 OPC统一架构与时间敏感网络融合映射
1范围
本文件提出了OPCUA与TSN融合协议栈架构，规定了OPCUA与TSN融合的通信机制和 OPCUAPubSub与TSN的映射配置。
本文件适用于OPCUA与TSN融合系统的设计、开发和应用。
2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T33863.6一2017OPC统一架构第6部分：映射 ISO/IEC/IEEE8802-1AS信息技术系统间的远程通信和信息交换局域网和城域网特定
要求第1AS部分：桥接局域网用时间敏感应用的定时和同步（Informationtechnology一Telecommu- nications and information exchange between systemsLocal and metropolitan area networksPart 1AS: Timing and synchronization for time-sensitive applications in bridged local area networks)
ISO/IEC/IEEE8802-1CB信息技术系统间的远程通信和信息交换局域网和城域网特定要求第1CB部分：可靠性的顿复制和消除（Informationtechnology一Telecommunicationsandinfor mation exchangebetween systemsLocal and metropolitan area networksSpecific requirements- Part 1CB: Frame replicaton and elimination for reliability)
ISO/IEC/IEEE8802-1Q：2020信息技术系统间远程通信和信息交换局域网和城域网的要求第1Q部分：网桥和桥接网络（Telecommunicationsandexchangebetweeninformationtechnology systems—Requirements for local and metropolitan area networks—Part 1Q:Bridges and bridged net works)
ISO/IEC/IEEE8802-3：2021信息技术系统间远程通信和信息交换局域网和城域网要求第3部分：以太网标准（Telecommunicationsandexchangebetweeninformationtechnologysystems Requirements for local and metropolitan area networks—Part 3:Standard for Ethernet)
IEC62541-14OPC统—架构第14部分：PubSub（OPCUnifiedArchitecture—Part14：Pub- Sub)
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
映射配置管理器 mapping configurationmanager 用于管理时间敏感网络和OPC统一架构之间映射配置。
1 GB/T 42563—2023
3.2
网络消息 networkmessage OPC统一架构发布/订阅映射到时间敏感网络的消息。
3.3
TSN流 time-sensitivestream 需要以有限的时延传递的数据帧流。 ［来源：ISO/1EC/IEEE8802-1Q：2020，3.238
4缩略语
下列缩略语适用于本文件。 CNC集中式网络配置（centralizednetworkconfiguration） CUC 集中式用户配置（centralizeduserconfiguration） GCL 门控制列表（gatecontrollist) ID序列号（identity） IP互联网协议（internetprotocol) MAC媒体访问控制（mediaaccesscontrol) OPC用于过程控制的对象连接与嵌人（objectlinkingandembeddingforprocesscontrol) OPCUAOPC统一架构（OPCunifiedarchitecture) OPCUAPubSub-TSNOPCUAPubSub映射到TSN(OPCUAPubSubmappingTSN) PCP优先级代码（prioritycodepoint） PubSub发布/订阅（publisher/subscriber） QoS服务质量（qualityof service） TCP传输控制协议（transmissioncontrolprotocol） TSN时间敏感网络（timesensitivenetwork） UADPUA数据包协议（UAdatagramprotocol) UDP用户数据报协议（userdatagramprotocol） UNI用户网络配置接口（usernetworkinterface） VLAN虚拟局域网（virtuallocalareanetwork）
OPCUA与TSN融合映射协议栈架构
O
OPCUA与TSN融合映射协议栈架构见图1，TSN网络提供实时通信机制，OPCUA可提供统的语义级通信（不具备实时性要求），通过OPCUA与TSN融合可实现发布者和订阅者之间实时通信。 OPCUA的通信机制包括客户端/服务端（Client/Server）通信机制和PubSub通信机制，OPCUA与 TSN融合包括Client/Server和TSN融合映射、PubSub和TSN融合映射两种方式。
OPCUAClient/Server通信机制没有特定QoS需求，TSN可直接实现Client/Server流的传输，OPCUAClient/Server可通过TCP/IP直接与TSN网络进行映射。
OPCUAPubSub通信机制有优先级QoS的通信需求，需要通过与TSN映射实现实时通信，Pub Sub先映射到UDP，UDP多播通信再映射到TSN层。可将OPCUAPubSub映射为TSN流的 QoS需求，在映射过程中应对TSN网络进行配置以满足OPCUA的QoS需求
2 GB/T42563—2023
OPC CA PubSub
OPC UA Clien/Server
应用层
UADP
UAIP
传输层/网路层
TCP/IP
UDP/IP
TSN (ISO:IEC/IEEE 8802 - 1Q:2020、TSO:IEC/TEEE 8802 - 1AS, ISO/IEC/IEEE 8802 - ICB)
链路层/物理层
以:网(JSO/IEC/[EEE8802-3:2021)
图1OPCUA与TSN融合映射协议栈架构
OPCUA与TSN融合的通信机制
6
OPCUA和TSN融合的通信机制可通过映射配置过程实现，在映射配置过程时，集中式或分布式
的TSN部署在TSN交换机上，映射配置过程收集OPCUA的通信需求，并把OPCUA通信需求转化为TSN流，从而实现OPCUA的实时通信机制。OPCUAClient/Server与TSN融合通信机制见图2，OPCUAPubSub与TSN融合通信机制见图3。
发布若
汀贸者
-
1SN变换机
TSV变烫机
发布者
订阅者
TSN交换
1
TSN
发布者
创原
图2OPCUAClient/Server与TSN融合通信机制
3 GB/T42563—2023
client（客户
蹈)
TSN交换机
TSN交换机
seiver（服务
client（客户端）
)
TSN交换机
TSN
elient （户
端)
图3OPCUAPubSub与TSN融合通信机制
OPCUAPubSub与TSN的映射配置
7
7.1 映射配置过程
在OPCUAPubSub具有QoS需求时，TSN可提供允余机制，OPCUAPubSub和TSN的映射可实现OPCUA的QoS需求。OPCUAPubSub-TSN映射配置管理器可集成TSNCUC功能，负责创建和管理映射配置过程。OPCUAPubSub的通信需求提交给映射配置管理器，映射配置管理器通过描述符表管理所有的OPCUAPubsub通信需求并转化为TSN流需求发送给CNC,CNC完成网络配置后，由CNC生成网络设备配置参数并部署到TSN设备中，TSN再把相应的TSN流配置信息发送给映射配置管理器，映射配置管理器更新描述符表中的描述符相应字段，再下发到各个OPCUAPubSub 流的发布者和订阅者。
映射配置过程见图4，如下： a） 映射配置管理器创建描述符表，收集通信需求填写描述符的内容； b) 映射配置管理器把QoS通信需求发送给CNC，并获取TSN配置结果； c) 映射配置管理器把TSN流配置信息返回给OPCUAPubSub的发布者/订阅者，完成整个映
射配置。 GB/T 42563—2023
OPCUAPubSub的发布者/订阅者
+
QoS需求信息
TSN流配置信息
映射配置管理器
创建维护 + 描述符表
.
QaS通信需求 TSN流配置信息
+
TSN的CNC
图4OPCUAPubSub与TSN映射配置过程
TSN的配置由CNC实现，CNC与TSN交换机之间采用网络配置（NETCONF）协议，基于 ISO/IEC/IEEE8802-1Q：2020中规定的YANG模型进行网络配置。CNC收到映射配置管理器发送的PubSub的QoS需求，通过TSN网桥和TSN流将PubSub的QoS需求传输给一个或者多个接收端，再把完成的TSN流配置信息发送给映射配置管理器，流配置管理器对描述符表中字段进行更新，对于集中式网络配置，一个TSN域具有一个唯一的映射配置管理器。 7.2OPCUAPubSub流到TSN流的映射配置 7.2.1流的映射配置过程
OPCUAPubSub到TSN流的映射过程的实现，应先建立从OPCUAPubSub网络消息到TSN 顿的映射，OPCUAPubSub流的发布者把数据集封装到网络消息，此网络消息映射到TSN流，该网络消息的订阅者也是TSN中的TSN流接收端，接收端从接收到的TSN流中获得网络消息，并提取数据集，根据数据信息得到具有语义信息的过程变量数据值。
OPCUAPubSub流在TSN中的映射配置过程如下： a) OPCUA系统配置工程软件配置生成多个OPCUAPubSub流信息和初始参数，提供给映射
配置管理器；
b) 映射配置管理器从OPCUAPubSub流的发布者和订阅者收集OPCUAPubSub流信息； c) 映射配置管理器把OPCUAPubSub流的QoS需求传送给CNC，使用User/Network配置接
口协议（UNI协议）； d) CNC进行计算，包括计算传输调度，确定数据路径等，并符合QoS需求； e) CUC判断TSN是否符合QoS需求； f) TSN如不符合QoS需求，CNC将结果反馈给映射配置管理器； g) TSN如符合QoS需求，CNC配置TSN交换机将TSN流配置信息返回给映射配置管理器，映
射配置管理器更新TSN流的描述符表，把TSN流配置信息发送给OPCUAPubSub流的发
5