一種面向OPC UA消息通信的多優(yōu)先級動態(tài)調(diào)度算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馬 躍，何雨婷，尹震宇，李明時(shí)，柴安穎

(中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

(中國科學(xué)院 沈陽計(jì)算技術(shù)研究所，沈陽 110168)

1 引 言

隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，基于信息化與產(chǎn)業(yè)化高度融合的智能制造先進(jìn)理念已在工業(yè)制造領(lǐng)域引發(fā)影響深遠(yuǎn)的產(chǎn)業(yè)變革，也將引領(lǐng)未來全球制造業(yè)發(fā)展模式的前進(jìn)與革新.目前德、美、韓、日等工業(yè)強(qiáng)國正積極推進(jìn)以工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)為主導(dǎo)的第4次工業(yè)革命.OPC UA提供了一種工業(yè)數(shù)據(jù)交換的規(guī)范，通過OPC UA協(xié)議，工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備不僅能夠進(jìn)行同層設(shè)備間的信息交互，同時(shí)也能夠縱向通信，將設(shè)備信息集成至更高層的設(shè)備層中，位于工業(yè)系統(tǒng)不同層次的設(shè)備信息的交換和集成，使設(shè)備間的互操作性得到進(jìn)一步提升[1].

OPC UA各方面研究成為研究熱點(diǎn).趙悅琪[2]設(shè)計(jì)了一種基于雙向身份認(rèn)證的OPC UA認(rèn)證方式，對基本安全模型進(jìn)行了優(yōu)化，加強(qiáng)了用戶信息保密、防止重放攻擊、防止冒充等安全性能；黃惠群[3]研究了一種基于OPC UA技術(shù)的盾構(gòu)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其采集層以O(shè)PC UA解決方案來完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和存儲；魏旻[4]利用OPC UA提供的安全模型，設(shè)計(jì)了一種基于隱式證書的認(rèn)證及密鑰協(xié)商機(jī)制，完成安全通道建立，為OPC UA客戶端與服務(wù)器之間建立安全會話提供保證；閔曉霜[5]基于國產(chǎn)化軟硬件平臺，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種OPC UA服務(wù)器，并在PLC控制系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用.柴處處[6]提出了基于OPC UA技術(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)，解決了數(shù)據(jù)采集平臺中信息模型的一致問題，為處于智能制造體系中基礎(chǔ)層的數(shù)據(jù)采集平臺提供了一個(gè)開放的高效的通信服務(wù).

然而在自動化系統(tǒng)中交互數(shù)據(jù)頻繁，網(wǎng)絡(luò)帶寬資源有限，對網(wǎng)絡(luò)資源的有效利用已成為重要研究內(nèi)容.在工業(yè)控制系統(tǒng)中，重要的設(shè)備狀態(tài)信息不能夠及時(shí)傳遞到系統(tǒng)，會造成服務(wù)質(zhì)量下降甚至產(chǎn)生嚴(yán)重的生產(chǎn)問題，OPC UA服務(wù)質(zhì)量的問題仍等待解決.本文在對OPC UA規(guī)范進(jìn)行研究，分析了多種隊(duì)列調(diào)度算法的特點(diǎn)，提出了一種結(jié)合復(fù)雜優(yōu)先級調(diào)度算法的OPC UA消息發(fā)送隊(duì)列，并加以驗(yàn)證.

2 OPC UA相關(guān)研究

2.1 OPC UA概述

OPC UA是一種獨(dú)立于平臺的標(biāo)準(zhǔn)，通過這種標(biāo)準(zhǔn)，各種系統(tǒng)和設(shè)備可以通過各種類型的網(wǎng)絡(luò)在客戶機(jī)和服務(wù)器之間發(fā)送消息進(jìn)行通信.OPC UA可以映射到各種通信協(xié)議中，數(shù)據(jù)可以以各種方式編碼，以權(quán)衡可移植性和效率[7].OPC UA協(xié)議具有傳統(tǒng)OPC不同方面的功能，同時(shí)還講Web服務(wù)進(jìn)行，同時(shí)規(guī)范復(fù)雜地址空間并構(gòu)建統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，這也為協(xié)議實(shí)現(xiàn)、信息建模和服務(wù)器模型設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐，如圖1所示.

圖1 OPC UA體系圖

2.2 OPC UA服務(wù)

OPC UA規(guī)范根據(jù)不同的用例定義了多種服務(wù)，如表1所示.這些服務(wù)由請求和應(yīng)答消息組成，使用了Web服務(wù)的請求和應(yīng)答機(jī)制.客戶端需要發(fā)送一個(gè)請求給服務(wù)器，才能在服務(wù)器調(diào)用所請求的服務(wù).服務(wù)器處理完請求后，會給客戶端發(fā)送一個(gè)響應(yīng)消息返回.由于消息是異步傳輸?shù)?，所有服?wù)的調(diào)用都被定義成異步的，接受到的數(shù)據(jù)根據(jù)序列號排序還原[8].

表1 按用例劃分的OPC UA服務(wù)

OPC UA的數(shù)據(jù)通信在不同系統(tǒng)間進(jìn)行的數(shù)據(jù)交換，客戶端和服務(wù)器運(yùn)行在不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上或不同的進(jìn)程中，所以對于錯(cuò)誤的探測和處理也很重要.基于這個(gè)原因，客戶端對每個(gè)服務(wù)的調(diào)用都設(shè)置自己的超時(shí)時(shí)間(timeout).同時(shí)，超時(shí)時(shí)間隨請求發(fā)送到服務(wù)器，用于探測超時(shí)不再需要返回的消息.

2.3 通信上下文

OPC UA服務(wù)器首先需要建立通信上下文，這使得OPC UA服務(wù)是有狀態(tài).正是由于這個(gè)原因，在OPC UA消息中不僅有傳遞設(shè)備數(shù)據(jù)的服務(wù)還有用于創(chuàng)建、保持以及修改通信上下文的服務(wù)，通信上下文層次如圖2所示.

圖2 通信上下文層次

安全通道以初始連接為基礎(chǔ)，用于建立通信和消息交互所需的安全環(huán)境；會話是客戶端程序與服務(wù)器程序相互連接的渠道，在安全通道中創(chuàng)建，位于安全通道的上層；訂閱是服務(wù)器和客戶端之間數(shù)據(jù)變化和通知的上下文，在一個(gè)會話中可以創(chuàng)建多個(gè)訂閱；客戶端需要進(jìn)行監(jiān)視數(shù)據(jù)變化的節(jié)點(diǎn)和需要收到通知的事件源綁定于訂閱項(xiàng)中，一個(gè)訂閱中可以創(chuàng)建多個(gè)監(jiān)視項(xiàng).

2.4 OPC UA信息

OPC UA規(guī)范定義的服務(wù)中，用來交換不同類型信息的服務(wù)如表2所示，其中有16個(gè)服務(wù)用來進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備信息數(shù)據(jù)交互[9].

表2 OPC UA信息服務(wù)

3 OPC UA消息通信的多優(yōu)先級動態(tài)調(diào)度算法

在本節(jié)中，分析了OPC UA通信及服務(wù)的特點(diǎn)，提出了一種基于多優(yōu)先級最早時(shí)限優(yōu)先的多級反饋隊(duì)列算法(Multi-Layer Feedback Queue based on Earliest Deadline First with Multi Priority，MLFQ-EDF-MP)，并根據(jù)該算法進(jìn)行OPC UA消息隊(duì)列設(shè)計(jì)，最后提出了適用于該算法的評價(jià)方法.

3.1 OPC UA服務(wù)分類

OPC UA是建立在TCP基礎(chǔ)上的應(yīng)用層協(xié)議，OPC UA棧用來處理OPC UA通信的3種必須任務(wù)，即數(shù)據(jù)編碼、安全通信和數(shù)據(jù)傳輸.OPC UA二進(jìn)制編碼、UA-SecureConversation安全協(xié)議和UA TCP協(xié)議完成了客戶端與服務(wù)器的通信.

通信時(shí)客戶端與服務(wù)器分別建立TCP、安全信道以及應(yīng)用程序?qū)拥倪B接.建立過程如圖3所示.TCP層次的初始連接需要打開socket套接字并通過UA TCP協(xié)議發(fā)送HEL/ACK報(bào)文進(jìn)行兩次握手；安全信道層的連接通過安全信道服務(wù)驗(yàn)證雙方身份信息；應(yīng)用層通過會話服務(wù)建立并激活會話.以上3層連接的建立構(gòu)成了OPC UA的通信上下文，基于OPC UA通信上下文的數(shù)據(jù)通信才能確可擴(kuò)展性、可靠性和安全性[10].所有OPC UA的信息交互服務(wù)都建立于會話上.

圖3 通信連接過程

OPC UA消息由服務(wù)器調(diào)用不同的服務(wù)生成，經(jīng)過通信棧的編碼和加密后通過網(wǎng)絡(luò)連接發(fā)送.OPC UA消息結(jié)構(gòu)如圖4所示.每個(gè)OPC UA消息的消息頭(Message Header)中包含了消息的時(shí)間戳，超時(shí)時(shí)間以及消息的服務(wù)類型等.

圖4 OPC UA消息結(jié)構(gòu)

根據(jù)OPC UA的服務(wù)類型和應(yīng)用場景，可以將OPC UA規(guī)范定義的消息分為兩類：信息消息(Information Message，IM)和通信上下文消息(Communication Context Message，CCM)，其中IM消息為工業(yè)系統(tǒng)中用于傳輸設(shè)備信息的消息.根據(jù)不同的實(shí)時(shí)性可以分為4類，每種類型的消息如下：

1) CCM：其他信息發(fā)送的基礎(chǔ)，其中包括建立初始連接(HEL/ACK消息)和返回錯(cuò)誤的消息(ERR消息)以及建立通信上下文的消息(OpenSecureChannel，CreateSession，CreateMonitorItems，CreateSubscription)等；

2) PHM：實(shí)時(shí)性較強(qiáng)、優(yōu)先級(Priority)較高的消息，如Event Publish消息；

3) PLM：具有較低的優(yōu)先級和較低的實(shí)時(shí)性，在OPC UA消息中除了CCM、PHM和TCM外都是此類消息；

4) TCM：具有最低的優(yōu)先級，為周期性發(fā)送的本地狀態(tài)信息，如DataChange Publish消息.

3.2 基于MLFQ-EDF-MP算法的消息隊(duì)列設(shè)計(jì)

本文提出的MLFQ-EDF-MP算法是一種適用于OPC UA通信的動態(tài)隊(duì)列調(diào)度算法，為了實(shí)現(xiàn)對OPC UA消息隊(duì)列的差異化管理和調(diào)度，本算法將消息時(shí)限、消息優(yōu)先級以及消息應(yīng)用場景作為參考因素，對消息進(jìn)行分類和排序.

OPC UA是有狀態(tài)的服務(wù)，通信上下文的改變會影響IM消息的交互.CCM和IM消息需以MLFQ算法進(jìn)行調(diào)度[11，12]，這兩種消息在產(chǎn)生后分別進(jìn)入服務(wù)保證隊(duì)列和盡力服務(wù)隊(duì)列.CCM消息的優(yōu)先性最高，進(jìn)入消息隊(duì)列后搶占所有發(fā)送資源，只有CCM消息全部處理完成后才能調(diào)度IM消息.CCM在調(diào)度時(shí)采用先進(jìn)先出(FIFO)的資源調(diào)度方式，以保證通信上下文的構(gòu)建.

一種EDF-MP算法用來對IM消息進(jìn)行調(diào)度.EDF-MP算法根據(jù)該權(quán)值(Weight)將各個(gè)隊(duì)列進(jìn)行調(diào)整并衡量每個(gè)隊(duì)列的發(fā)送能力，消息權(quán)值根據(jù)消息優(yōu)先級和消息時(shí)限等因素計(jì)算得出.不同優(yōu)先級的隊(duì)列都有不同的隊(duì)列管理機(jī)制，IM消息進(jìn)入各自消息隊(duì)列后有不同的調(diào)度方式.由于該算法的變量為時(shí)限和優(yōu)先級，可以避免低時(shí)限低優(yōu)先級消息將高優(yōu)先級消息無限擠占而造成的超時(shí)現(xiàn)象[13，14].

OPC UA消息隊(duì)列構(gòu)建時(shí)的基本思想就是在OPC UA服務(wù)接口和OPC UA棧之間將生成的消息根據(jù)服務(wù)分成不同的類型，進(jìn)入不同的隊(duì)列，對每個(gè)消息隊(duì)列實(shí)施不同的管理方式[15].OPC UA通信棧在接收到消息時(shí)就根據(jù)消息頭中的時(shí)間戳(timestamp)、服務(wù)ID(serviceid)以及超時(shí)時(shí)間(timeout)對消息進(jìn)行分類，并按照響應(yīng)的流量控制策略將消息組包并由OPC UA通信棧出口送至網(wǎng)絡(luò)中.

根據(jù)OPC UA服務(wù)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了如圖5所示的OPC UA消息隊(duì)列模型，共由4種隊(duì)列組成，即3個(gè)盡力服務(wù)隊(duì)列(Q1，Q2，Q3)和一個(gè)保證服務(wù)隊(duì)列(Q0)，其中CCM消息進(jìn)入保證服務(wù)隊(duì)列Q0，PHM類消息進(jìn)入盡力服務(wù)隊(duì)列Q1，PLM類消息進(jìn)入盡力服務(wù)隊(duì)列Q2，TCM類消息進(jìn)入盡力服務(wù)隊(duì)列Q3.

圖5 OPC UA消息隊(duì)列結(jié)構(gòu)

OPC UA與其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議類似，有最大消息負(fù)載，超過負(fù)載的消息會被切塊，同一待發(fā)送消息的消息塊通過消息指針連接成一個(gè)消息體.消息隊(duì)列的公共屬性有：隊(duì)列長度、隊(duì)列容量和指向消息體的隊(duì)列頭尾指針，盡力服務(wù)隊(duì)列的屬性還包含當(dāng)前最大權(quán)值.CCM消息體由待發(fā)消息組成，PHM消息體和PLM消息類似，包括待發(fā)送消息、TTL和權(quán)值.

1) 權(quán)值：權(quán)值的計(jì)算函數(shù)為Fn(XTTL，XPri，XOverStack)(n=1，2，3)，同類消息積壓數(shù)量、消息優(yōu)先級以及生存時(shí)限等因素都會影響權(quán)值的大小，在設(shè)置函數(shù)時(shí)應(yīng)該注意一下幾個(gè)要點(diǎn)：

i.TTL相同且優(yōu)先級相同時(shí)，權(quán)值相同；

ii.TTL相同但優(yōu)先級不同時(shí)，WPHM>WPLM>WTCM；

iii.Fn為分段函數(shù).

2) TTL：消息剩余的有效時(shí)間.

在同組TCM信息中，能夠反映設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)的最新信息最重要，同組消息數(shù)和同組消息指針是TCM消息體中特有的屬性，用來標(biāo)記最后進(jìn)入隊(duì)列的消息.

3.3 算法描述

基于MLFQ-EDF-MP算法的隊(duì)列調(diào)度流程如圖6所示，實(shí)現(xiàn)過程分為以下幾個(gè)步驟：

圖6 MLFQ-EDF-MP算法流程

Step1.隊(duì)列初始化：首先建立并初始化3個(gè)盡力服務(wù)隊(duì)列(Q1，Q2，Q3)和一個(gè)保證服務(wù)隊(duì)列(Q0)用于存放不同類型的消息；

Step2.消息入隊(duì)：進(jìn)入通信棧的消息分類后鏈入相應(yīng)的隊(duì)尾.特別的是，TCM消息體鏈入該隊(duì)列同組消息隊(duì)尾，并更新這組消息本組消息數(shù)；

Step3.隊(duì)列選擇：首先判斷保證服務(wù)隊(duì)列Q0中是否有未發(fā)送的消息體，如果存在未發(fā)消息，則選擇保證服務(wù)隊(duì)列的第1個(gè)消息，進(jìn)入Step 6；如果保證服務(wù)隊(duì)列Q0為空，則進(jìn)入Step 4；

Step4.隊(duì)列更新：更新盡力服務(wù)隊(duì)列中消息體的TTL值，丟棄預(yù)發(fā)送TTL不大于0的消息體；根據(jù)權(quán)重更新函數(shù)(W= XPri * XOverStack / XTTL)更新隊(duì)列中消息體的權(quán)值并調(diào)整隊(duì)列中消息順序；

Step5.全局擇優(yōu)：取3個(gè)盡力服務(wù)隊(duì)列中權(quán)值最大的消息體Elemax發(fā)送，重新整理發(fā)送隊(duì)列；

Step6.發(fā)送：將獲取的OPC UA消息體傳組包并發(fā)送，發(fā)送成功后，回到Step 3重新選擇待發(fā)送消息.

3.4 評價(jià)方法

OPC UA消息隊(duì)列對服務(wù)器服務(wù)質(zhì)量(QoS)的影響因素有消息的丟包率和消息的優(yōu)先調(diào)度性[16].消息的發(fā)送在網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和帶寬固定的情況下會相互制約，即一類消息對網(wǎng)絡(luò)的占用會對其他消息的發(fā)送產(chǎn)生影響，所以該OPC UA消息隊(duì)列評估環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)是相同的.

OPC UA客戶端對各類消息的接收情況為該消息隊(duì)列模型的第一個(gè)評估標(biāo)準(zhǔn).可以通過該評估指標(biāo)計(jì)算各類消息在OPC UA客戶端中的接受占比，從而觀測出該隊(duì)列模型對高優(yōu)先級消息的優(yōu)先發(fā)送特性，同時(shí)反映出優(yōu)先級消息發(fā)送的公平性是否兼顧.

第2個(gè)評估標(biāo)準(zhǔn)為服務(wù)器的服務(wù)質(zhì)量.利用分值獎(jiǎng)懲機(jī)制對各優(yōu)先級消息的發(fā)送情況進(jìn)行評估[17]，如表3所示.因 CCM、PHM、PLM 和 TCM 各隊(duì)列的消息價(jià)值不同，則對每個(gè)隊(duì)列發(fā)送消息的獎(jiǎng)勵(lì)和懲罰額度都要進(jìn)行區(qū)分.CCM類消息為其他消息的交互構(gòu)建基本通信環(huán)境，它的發(fā)送獎(jiǎng)勵(lì)和丟棄懲罰分?jǐn)?shù)最高，其他消息依次排序，即A1>B1>C1>D1，A2>B2>C2>D2.

表3 獎(jiǎng)懲機(jī)制

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境及數(shù)據(jù)

在該實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)環(huán)境依賴于小型智能產(chǎn)線.根據(jù)該小型智能產(chǎn)線進(jìn)行信息建模，將產(chǎn)線節(jié)點(diǎn)集成到OPC UA服務(wù)器的地址空間.實(shí)際工業(yè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)往往TCM消息產(chǎn)生的頻率高于其他幾類消息，這會導(dǎo)致測試的結(jié)果隨機(jī)性較強(qiáng)，不具有普遍性，且觀測困難，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)需要固定消息的配比.測試執(zhí)行過程如下：

1) 使測試OPC UA客戶端與服務(wù)器建立基礎(chǔ)通信上下文，包括初始連接、安全信道和會話；

2) 訂閱目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)變化和事件通知；

3) 通過節(jié)點(diǎn)數(shù)值變化以及模擬事件觸發(fā)訂閱；

4) 讀寫與瀏覽地服務(wù)器地址空間中的節(jié)點(diǎn)信息；

5) 對客戶端接收到的消息進(jìn)行分析并得出結(jié)論.

4.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)

以泊松分布在發(fā)送能力150%的壓力下對改進(jìn)后的OPC UA服務(wù)器進(jìn)行測試，觀測客戶端對每種類型消息的接受情況，根據(jù)評價(jià)指標(biāo)計(jì)算OPC UA服務(wù)器的服務(wù)質(zhì)量.

在實(shí)驗(yàn)中，將3種消息(PHM、PLM、TCM)的生成比例設(shè)置為1∶1∶2；服務(wù)質(zhì)量評估分?jǐn)?shù)A1、A2均設(shè)置為2，B1、B2設(shè)置為0.5，C1、C2設(shè)置為0.1，D1、D2設(shè)置為0.02；OPC UA消息隊(duì)列算法生成函數(shù)如公式(1)所示：

(1)

4.3 通信和上下文連接測試

通過捕獲的客戶端服務(wù)器通信消息記錄，觀察建立連接和通信上下文情況，如圖7所示.可以觀察到，首先OPC UA初始連接通過HEL和ACK消息建立，在此基礎(chǔ)上建立安全信道(OpenSecureChannel)、創(chuàng)建會話(CreateSession)、打開會話(ActivateSession)以及創(chuàng)建訂閱(CreateMonitoredItems)，通信上下文構(gòu)建完成，證明了該算法對CCM類信息的最優(yōu)搶占調(diào)度性.

圖7 上下文連接信息記錄

4.4 信息消息調(diào)度測試

對各類消息的發(fā)送情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并與采用OPC UA規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器通信時(shí)的客戶端接受消息情況進(jìn)行對比.未改進(jìn)的OPC UA服務(wù)器對消息處理的原則為先到先處理，即先進(jìn)先出(FIFO).

實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置的消息生成符合泊松流，消息發(fā)送配比為1∶1∶2，可知原OPC UA客戶端接受到的各種類型消息分布比例為1∶1∶2.

圖8為客戶端接收信息中PHM消息所占比例，客戶端接受到的PHM消息占比為58.6%.此時(shí)網(wǎng)絡(luò)壓力為正常通信時(shí)的150%，OPC UA消息隊(duì)列中積壓的PHM消息得到了優(yōu)先調(diào)度導(dǎo)致該類消息發(fā)送占比升高.通過此結(jié)果可知，該算法對PHM消息的優(yōu)先調(diào)度性，使得PHM消息具有最小的響應(yīng)時(shí)間.

圖8 PHM消息接收情況

圖9為客戶端接收信息中PLM消息所占比例，客戶端接受到的PLM消息占比為28.91%.在設(shè)置算法生成函數(shù)時(shí)，PLM消息的優(yōu)先級低于PHM消息，導(dǎo)致消息調(diào)度的優(yōu)先性PLM低于PHM，因此客戶端對PLM消息的接收量相比于PHM消息的接收量低.

圖9 PLM消息接收情況

圖10為客戶端接收信息中TCM消息所占比例，客戶端接收到的TCM消息占比為12.49%.由于TCM消息的優(yōu)先級最低，且只發(fā)送相同訂閱項(xiàng)同組消息中當(dāng)前最新生成的消息，導(dǎo)致TCM類消息占比最低.

圖10 TCM消息接收情況

4.5 服務(wù)質(zhì)量測試

根據(jù)分值獎(jiǎng)懲機(jī)制對該OPC UA消息隊(duì)列的丟包和發(fā)送情況進(jìn)行評估，客戶端接收消息量為6000時(shí)的得分結(jié)果如表4所示.證明服務(wù)器的服務(wù)質(zhì)量有明顯提升，高優(yōu)先級消息的丟包率和發(fā)送率有較大程度改善.但該消息隊(duì)列的時(shí)間復(fù)雜度有所上升，隊(duì)列的處理時(shí)間增加.

表4 獎(jiǎng)懲機(jī)制

5 總 結(jié)

本文分析了OPC UA通信架構(gòu)及OPC UA規(guī)范定義的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)，根據(jù)服務(wù)的應(yīng)用和實(shí)時(shí)性需求等特征進(jìn)行分析，將OPC UA消息歸納為4種不同的類型，并提出一種面向OPC UA消息通信的多優(yōu)先級動態(tài)調(diào)度算法——MLFQ-EDF-MP算法.并基于該算法設(shè)計(jì)了OPC UA消息隊(duì)列模型，差異性管理消息發(fā)送隊(duì)列.提出了兩種對該算法的評價(jià)方法.根據(jù)已有小型智能產(chǎn)線設(shè)備節(jié)點(diǎn)情況進(jìn)行信息建模，將該智能產(chǎn)線節(jié)點(diǎn)集成到OPC UA服務(wù)器的地址空間，生成實(shí)施生產(chǎn)信息進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.實(shí)驗(yàn)證明，該算法能夠適用于OPC UA通信，在OPC UA通信棧中應(yīng)用的基于該算法的消息隊(duì)列對差異化服務(wù)消息的調(diào)度起到了較好的調(diào)節(jié)作用.在構(gòu)建了OPC UA通信上下文環(huán)境后，高實(shí)時(shí)性消息得到了優(yōu)先處理，實(shí)時(shí)性消息也能夠避免被無差別擠占無法發(fā)送的現(xiàn)象，這使得OPC UA服務(wù)器的服務(wù)質(zhì)量得到了進(jìn)一步提升.然而，該算法的時(shí)間空間復(fù)雜度高于優(yōu)化前，對該算法的時(shí)空復(fù)雜度研究還有待研究.