CCS N 10
中华人民共和国国家标准
GB/T45110.1—2024
OPC统一架构与5G 集成技术规范
第1部分:通用要求
TechnicalspecificationforOPCunifiedarchitectureand5Gintegration—
Part1:Generalrequirements
2024-12-31发布2025-07-01实施
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会发布
目 次
前言………………………………………………………………………………………………………… Ⅲ
引言………………………………………………………………………………………………………… Ⅳ
1 范围……………………………………………………………………………………………………… 1
2 规范性引用文件………………………………………………………………………………………… 1
3 术语和定义……………………………………………………………………………………………… 1
4 缩略语…………………………………………………………………………………………………… 1
5 集成总体要求…………………………………………………………………………………………… 2
5.1 物理架构…………………………………………………………………………………………… 2
5.2 集成架构…………………………………………………………………………………………… 3
5.3 集成流程…………………………………………………………………………………………… 4
6 连接管理集成要求……………………………………………………………………………………… 4
6.1 概述………………………………………………………………………………………………… 4
6.2 连接建立…………………………………………………………………………………………… 5
6.3 连接释放…………………………………………………………………………………………… 5
6.4 时间同步…………………………………………………………………………………………… 5
7 数据传输集成要求……………………………………………………………………………………… 5
7.1 概述………………………………………………………………………………………………… 5
7.2 数据传输映射……………………………………………………………………………………… 6
7.3 数据传输状态获取………………………………………………………………………………… 6
7.4 数据包冗余识别…………………………………………………………………………………… 7
7.5 数据订阅分组……………………………………………………………………………………… 7
8 网络管理集成要求……………………………………………………………………………………… 7
8.1 概述………………………………………………………………………………………………… 7
8.2 工业5G网络运维管理…………………………………………………………………………… 7
8.3 工业5G网络连接管理…………………………………………………………………………… 8
9 集成应用模型要求……………………………………………………………………………………… 8
10 集成安全要求…………………………………………………………………………………………… 8
附录A (资料性) OPCUA连接管理集成流程示例…………………………………………………… 9
参考文献…………………………………………………………………………………………………… 12
Ⅰ
GB/T45110.1—2024
前 言
本文件按照GB/T1.1—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 文件是GB/T45110《OPC统一架构与5G 集成技术规范》的第1部分。GB/T45110已经发布
了以下部分:
———第1部分:通用要求。
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。
本文件由中国机械工业联合会提出。
本文件由全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会(SAC/TC124)归口。
本文件起草单位:机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、中国科学院沈阳自动化研究所、华为技
术有限公司、中国移动通信集团有限公司、中国移动通信有限公司研究院、施耐德电气(中国)有限公司、
西安华云智联信息科技有限公司、北京小米移动软件有限公司、重庆邮电大学、上海交通大学、大连理工
大学、重庆大学、清华大学、北京大学、沈阳新松机器人自动化股份有限公司、北京云智软通信息技术有
限公司、深圳艾灵网络有限公司、四川安控科技股份有限公司、菲尼克斯(中国)投资有限公司、中冶赛迪
信息技术(重庆)有限公司、吉林吉大通信设计院股份有限公司、鞍钢集团自动化有限公司、天津城建大
学、天津九天工业控制系统股份有限公司。
本文件主要起草人:于海斌、王振、许驰、刘丹、陈晓光、庞伶俐、公彦杰、赵军、赵艳领、王锐、邢源日、
任志刚、曾鹏、谭斌、张永靖、李栋、孔令和、杨玮玮、韩丹涛、郑秋平、胡永康、高晓浓、魏旻、张亚苹、
戈文祺、黄迪、李志、孙小东、夏锡刚、韩伟、张龙、俞一帆、高峰、林恺、蔡岳平、许辰人、李邦宇、苏炎召、
王煦、汪长海、潘学龙、刘斌、李方健、王里程、宋岩峰。
Ⅲ
GB/T45110.1—2024
引 言
第五代移动通信技术(简称:5G)具有大带宽、广联接和低时延的特性,基于5G 的工业无线通信能
满足工业场景中数目众多的进行柔性组网的通信需求。例如,制造商通过5G 将制造装备和其他机器、
工具、工厂和仓库中的资产连接起来,或将信息系统与各种设备相连,为相关各方提供更丰富的可操作、
可追溯、可定位的信息,助力工业向数字化、信息化和智能化的转型。
5G作为新兴技术,缺少应用层语义交互的统一描述语言,OPC统一架构和5G 无线通信技术的融
合应用,在应用层提供了5G的使用规范,提高了5G的易用性和交互能力,是实现5G 工业设备集成互
联互通、语义互操作、柔性可重构等关键技术的重要支撑,赋能工业应用场景更多的可能性。
本文件是指导OPC统一架构与工业5G 网络集成应用的通用技术标准,旨在提出OPC统一架构
与工业5G网络集成应用的通用架构及基本要求,为工业用户、系统集成商、系统供应商、运营商等提供
应用指导,简化集成复杂度。GB/T45110《OPC统一架构与5G集成技术规范》拟由五个部分构成。
———第1部分:通用要求。目的在于规定OPC统一架构与工业5G 网络集成应用的总体要求、连
接管理集成要求、数据传输集成要求、网络管理集成要求、集成应用模型要求和集成安全要
求,为工业用户、系统集成商、系统供应商和网络提供商等提供OPC统一架构与工业5G 网络
集成应用的指导。
———第2部分:应用规范。目的在于规定OPC统一架构与工业5G 网络集成应用中连接管理、数
据传输和网络管理等应用模型,支持OPC统一架构与工业5G网络的快速集成应用。
———第3部分:管理规范。目的在于规定OPC统一架构与工业5G 网络集成应用中运维管理、网
络连接管理等要求,支持OPC统一架构和工业5G网络的集成适配管理。
———第4部分:测试规范。目的在于规定OPC统一架构与工业5G 网络集成应用中连接管理、数
据传输和网络管理等应用模型的一致性,应用规范、管理规范各项要求的符合性。
———第5部分:安全规范。目的在于规定OPC统一架构与工业5G 网络集成应用中业务运行和管
理的安全要求。
Ⅳ
GB/T45110.1—2024
OPC统一架构与5G 集成技术规范
第1部分:通用要求
1 范围
本文件规定了OPC统一架构与工业5G 网络集成应用的总体要求、连接管理集成要求、数据传输
集成要求、网络管理集成要求、集成应用模型要求和集成安全要求。
本文件适用于为工业用户、系统集成商、系统供应商和网络提供商等提供OPC 统一架构与工业
5G网络集成应用的指导。
2 规范性引用文件
本文件没有规范性引用文件。
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
生存时间 survivaltime
工业应用在没有收到预期消息的情况下能继续运行的时间。
[来源:GB/T42126.1—2022,3.11]
3.2
工业5G 网络 industrial5Gnetwork
基于第五代移动通信技术(5G)的工业无线通信网络。
4 缩略语
下列缩略语适用于本文件。
AF:应用功能(ApplicationFunction)
AMBR:聚合最大比特速率(AggregateMaximumBitRate)
ARP:分配和预留优先级(AllocationandRetentionPriority)
CPU:中央处理器(CentralProcessingUnit)
CRM:客户关系管理(CustomerRelationshipManagement)
C/S:客户端/服务器(Client/Server)
DCS:分布式控制系统(DistributedControlSystem)
ERP:企业资源计划(EnterpriseResourcePlanning)
GFBR:保证流比特率(GuaranteedFlowBitRate)
HMI:人机接口(HumanMachineInterface)
IGMP:因特网组管理协议(InternetGroupManagementProtocol)
IGMPSnooping:互联网组管理协议窥探(InternetGroupManagementProtocolSnooping)
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GB/T45110.1—2024
IP:网际互连协议(InternetProtocol)
MAC:媒体存取控制位址(MediaAccessControlAddress)
MES:制造执行系统(ManufacturingExecutionSystem)
NETCONF:网络配置协议(NetworkConfigurationProtocol)
OPC:开放平台通信(OpenPlatformCommunications)
OPCUA:开放平台通信统一架构(OpenPlatformCommunicationsUnifiedArchitecture)
PIM:组播路由协议(ProtocolIndependentMulticast)
PLC:可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController)
PubSub:发布订阅(PublishSubscribe)
QoS:服务质量(QualityofService)
RESTCONF:RESTful配置协议(RepresentationalStateTransferConfigurationProtocol)
RESTful:表示层状态转移(RepresentationalStateTransfer)
RSRP:参考信号接收功率(ReferenceSignalReceivingPower)
SCADA:数据采集与监视控制系统(SupervisoryControlAndDataAcquisition)
SIM:用户身份模块(SubscriberIdentityModule)
SINR:信号与干扰加噪声比(SignaltoInterferenceplusNoiseRatio)
TCP:传输控制协议(TransmissionControlProtocol)
UA:统一架构(UnifiedArchitecture)
UDP:用户数据报协议(UserDatagramProtocol)
WMS:仓储管理系统(WarehouseManagementSystem)
3GPP:第三代合作伙伴计划(3rdGenerationPartnershipProject)
5G:第五代移动通信技术(5th GenerationMobileCommunicationTechnology)
5GC:5G核心网(5GCoreNetwork)
5QI:5G服务质量标识(5GQoSIdentifier)
5 集成总体要求
5.1 物理架构
OPCUA 和工业5G网络集成的物理架构如图1所示。其中,UA 有线设备是支持OPCUA 应用
并通过工业有线网络连接的工业设备,UA-5G设备是支持OPCUA 应用并通过工业5G网络连接的工
业设备,可工作于工厂中企业层、车间层、监视控制层、基本控制层和设备层。OPCUA 和工业5G 网络
集成支持以下通信方式:
———UA-5G设备与UA 有线设备经过工业5G网络和工业有线网络进行通信;
———UA-5G设备之间经过工业5G网络进行通信。
2
GB/T45110.1—2024
图1 OPCUA 和5G 集成的物理架构示意图
5.2 集成架构
OPCUA 和5G集成架构如图2所示,OPCUA 功能应用应包括连接管理、应用数据传输和网络管
理,5G系统包括控制面、用户面和管理面,工业5G 网络访问子层(简称“访问子层”)包括连接管理单
元、数据传输单元和网络管理单元,实现OPCUA 功能应用和工业5G 网络的集成适配。OPCUA 和
工业5G网络集成包括如下。
———连接管理集成:OPCUA 连接管理通过访问子层的连接管理单元与5G 控制面共同实现连接
的创建和释放等,5G控制面是工业5G网络内部对数据传输通道进行控制的逻辑功能集合。
———数据传输集成:OPCUA 数据传输通过访问子层的数据传输单元与5G 用户面共同实现OPC
UA 应用数据传输,支持OPCUAC/S和PubSub两种数据传输模式,5G 用户面是5G 系统
内部数据传输的逻辑功能集合。
———网络管理集成:OPCUA 网络管理通过访问子层的网络管理单元与5G 管理面共同实现工业
5G的网络管理,包括建立工业5G网络的信息模型等,5G 管理面是管理5G 系统的逻辑功能
集合。
3
GB/T45110.1—2024
图2 OPCUA 和5G 集成架构示意图
5.3 集成流程
OPCUA 和5G集成流程如图3所示,包括如下。
———UA-5G设备配置:完成此设备的输入/输出数据、优先级、通信周期等参数的配置。
———连接建立:将UA-5G设备网络相关配置传给5G网络控制面,建立工业5G 网络连接,可根据
工业5G网络能力对UA-5G设备配置参数进行调整,并同步更新至OPCUA 连接管理器。
———应用数据传输:基于工业5G网络连接,UA-5G设备按照优先级、通信周期等参数要求进行应
用数据传输。OPCUA 连接管理器可根据应用需要对OPCUA 连接进行添加或删除操作。
———系统管理:基于OPCUA 建立的5G 系统模型,监视网络拓扑、网络状态、网络能力等,并告知
5G系统以进行配置。
图3 OPCUA 与5G 集成流程
6 连接管理集成要求
6.1 概述
连接管理集成通过访问子层的连接管理单元实现,如图4所示,包括连接建立、连接释放和时间同
步等。其中,连接管理单元既能集成于OPCUA 应用侧,也能集成于工业5G网络侧。
4
GB/T45110.1—2024
图4 连接管理集成示意图
6.2 连接建立
访问子层的连接管理单元应支持基于OPCUA 的C/S和PubSub等通信模式获取应用需求,应用
需求可包括发送周期、数据包大小、数据包内冗余量(即数据包padding的位数)、传输时延、时延抖动、
时间同步精度、生存时间、数据包到达时刻和通信可用性等。
访问子层的连接管理单元宜支持获取OPCUA 应用数据包到达时刻列表,工业5G 网络应在数据
包到达时刻列表中选择期望的数据包到达时刻。
访问子层的连接管理单元宜支持获取OPCUA 应用连接释放超时时间,并发送给工业5G网络。
访问子层的连接管理单元宜支持获取工业5G 网络期望的数据包到达时刻,并发送给OPC UA
应用。
访 问子层的连接管理单元宜支持将OPC UA 应用的需求映射为工业5G 网络的传输参数,工业
5G网络的传输参数可包括5QI、ARP、AMBR、GFBR等。
访问子层的连接管理单元应支持将OPCUA 应用需求或映射后的工业5G 网络传输参数发送给
工业5G网络,该发送的接口宜为RESTful、NETCONF。
附录A 给出了OPCUA 应用连接管理集成流程示例。
6.3 连接释放
访问子层的连接管理单元应支持获取OPCUA 应用的连接释放通知,并将OPCUA 连接释放通
知发送给工业5G网络。
访问子层的连接管理单元宜支持将OPCUA 应用连接释放异常(如OPCUA 应用发送数据间隔
超过连接释放超时时间等)发送给工业5G网络。
6.4 时间同步
访问子层的连接管理单元宜支持OPCUA 与工业5G 网络的时间同步功能,可在工业5G 网络的
覆盖范围内提供统一的高精度时钟源。
7 数据传输集成要求
7.1 概述
数据传输集成通过访问子层的数据传输单元实现,如图5所示,包括数据传输映射、数据传输状态
5
GB/T45110.1—2024
获取、数据包冗余识别以及数据订阅分组等。其中,数据传输单元集成于OPC UA 应用或工业5G
网络。
图5 数据传输集成示意图
7.2 数据传输映射
访问子层的数据传输单元应支持在OPC UA 应用和工业5G 网络之间交互IP报文或Ethernet
帧,OPCUA 与5G数据传输集成模型如图6所示,包括:
———在C/S和PubSub通信模式下,OPCUA 应用数据可封装到IP报文中;
———在PubSub通信模式下,OPCUA 应用数据可封装到Ethernet帧中。
图6 OPCUA 与5G 数据传输集成模型
7.3 数据传输状态获取
访问子层的数据传输单元宜支持获取OPC UA 应用数据包的剩余生存时间并发送给工业5G
网络。
访 问子层的数据传输单元宜在OPCUA 应用数据包的生存时间小于一定门限时将业务数据包的
生存时间发送给工业5G网络。
6
GB/T45110.1—2024
7.4 数据包冗余识别
访问子层的数据传输单元可支持指示填充比特数大小。
访问子层的数据传输单元可支持指示和前一数据包载荷相同。
7.5 数据订阅分组
访问子层的数据传输单元应支持获取UA-5G 设备或UA 有线设备增加、移除组播组(Multicast
Group)的信息并发送给工业5G网络。
工业5G网络宜支持PIM、IGMP和IGMPsnooping协议。
8 网络管理集成要求
8.1 概述
网络管理集成通过访问子层的网络管理单元实现,如图7所示包括工业5G 网络运维管理和工业
5G网络连接管理等。其中,网络管理单元可集成于OPCUA 应用或工业5G网络。
图7 OPCUA 与5G 网络管理集成模型
8.2 工业5G 网络运维管理
工业5G网络运维管理包括以下规定。
———访问子层的网络管理单元宜支持获取工业5G网络的服务能力:
● SIM 卡的号码及激活状态信息查询;
● 计费信息查询。
———访问子层的网络管理单元宜支持获取工业5G网络的运维管理能力:
● 网络拓扑展示能力,拓扑信息包括工业5G 网络的组网连接信息及网络的基础信息,宜包
含UA-5G设备地址、UA-5G设备状态(离线、在线)、UA-5G 设备分布、小区数量、小区状
态等;
● 网络性能展示能力,宜包含网元CPU 及内存,小区级或切片级的端口流量流速、上行端口
速率、下行端口速率、负荷、用户数、发射功率、上下行吞吐量、接入成功率、掉话率、在线用
户数、拥塞情况等;
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● 网络告警展示能力,宜包含网元的宕机、负荷过高、CPU 负载过高、瞬时接入业务数突增告
警、被攻击告警、小区负载过高、切换异常告警、异常掉话告警、时钟失步等;
● UA-5G 设备信息展示能力,宜包含UA-5G 设备的位置、在网时长、累计流量、群组信息、
性能指标(时延、抖动、通信可靠性等)、信号质量(RSRP、SINR 等)、定界/定位的故障信
息等。
———宜支持非UA-5G设备信息展示。
8.3 工业5G 网络连接管理
访问子层的网络管理单元宜支持获取工业5G网络链路的QoS信息,包括:
———逻辑链路拓扑信息,包括业务传输路径上的各网元的逻辑连接;
———逻辑链路QoS信息,包括时延、拥塞、上下行码流、告警信息等。
9 集成应用模型要求
OPCUA 与5G的集成应用模型,实现5G系统的透明化管理和应用,应满足以下要求:
———支持连接管理信息模型、数据传输信息模型、网络管理信息模型等;
———支持层级、并列、引用等方式组织模型的应用;
———支持5G参数在线监视、修改等;
———支持分级管理、权限设置等。
10 集成安全要求
OPCUA 与工业5G网络集成应满足信息安全、接入安全等要求。
8
GB/T45110.1—2024
附 录 A
(资料性)
OPCUA 连接管理集成流程示例
A.1 业务场景概述
在控制器和控制器通信场景下,OPC UA 应用和工业5G 网络集成的物理部署示意图如图A.1
所示。
图A.1 集成物理部署示意图
其中,PLCA 设备和PLCB设备均为支持UA-5G设备,通过工业5G网络设备完成数据的传输。
工业5G网络访问子层的连接管理单元在工业5G 网络中的AF实体实现,可通过3GPP定义的
N5或者N86接口和工业5G网络核心网设备中的控制面实体相连。
A.2 连接建立流程
A.2.1 建立流程
PLCA 设备、PLCB设备连接建立流程见图A.2。
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GB/T45110.1—2024
图A.2 连接建立流程图
A.2.2 UA-5G 设备配置
组态过程完成PLCA 设备、PLCB设备的配置,以触发工业5G网络为PLCA 设备和PLCB设备
建立应用数据传输通道。触发过程包含找到AF,图A.2中以AF周期性广播的方式供PLCA 设备和
PLCB设备找到AF,具体服务包括如下。
———服务宣告:AF周期性宣告自己的服务地址。
———服务宣告响应:接收到服务宣告消息的PLCA 设备和PLCB设备返回设备信息,包括MAC
地址、IP地址等。
A.2.3 连接建立过程
连接建立包含以下过程。
———工业5G网络应用需求获取,即AF获取PLCA 设备和PLCB设备的应用需求。获取服务
包含:
● 通信特征查询:AF分别查询PLCA 设备和PLCB设备的通信关系;
● 通信特征查询响应:PLCA 设备和PLCB设备分别返回通信关系参数,包括发送周期、数
据包大小、数据包内冗余量(即数据包padding的位数)、传输时延、生存时间等。
———OPCUA 应用需求确定,即根据通信模式的不同,OPCUA 应用向AF的访问子层的连接管
理单元提供不同应用需求描述信息:
● A 类:基于TCP/IP的C/S通信模式,基于UDP/IP的PubSub通信模式,适用于对实时
性、确定性不高的应用场景,应用需求描述信息包含:数据包大小、传输时延、时延抖动;
● B类:基于Ethernet的PubSub通信模式,适用于对实时性、确定性要求较高的应用场
景,应用需求描述信息包含:发送周期、数据包内冗余量(即数据包padding的位数)、应用
数据包期望发送时刻列表、时间同步精度、生存时间和传输可用性等。
———OPCUA 应用需求配置,即AF的连接管理单元在获取B类OPCUA 应用数据包期望发送时
刻列表后,对小区内所有B类OPCUA 应用的访问子层发送分配的应用数据包发送时刻表。
B类OPCUA 应用按照分配的应用数据包发送时刻表,发送应用数据。
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———OPCUA 应用传输通道建立,即AF将获取的应用需求信息发送给工业5G 网络,该信息发送
接口可为RESTCONF或NETCONF接口。基于该信息工业5G 网络为PLCA 设备和PLC
B设备的应用数据传输准备传输资源,并基于3GPP规定的传输承载建立流程,为PLCA 设
备和PLCB设备的应用数据传输建立通道。
A.2.4 应用数据传输
基于建立的传输通道,PLCA 设备和PLCB设备进行数据传输。在应用数据传输过程中,如果
PLCA 设备和PLCB设备的应用需求有变化,及时将变化信息发送到AF,并传递给工业5G 网络设
备,以便工业5G网络设备能根据变化及时调整传输通道的参数,具体的参数包含如下。
———通信特征变化:PLCA 设备或PLCB设备将变化的应用需求参数发送给到工业5G网络。
———数据传输状态获取:PLCA 设备或者PLCB设备监测到OPCUA 应用数据包的生存时间小
于设定值时,将业务数据包的剩余生存时间发送给工业5G网络。
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参 考 文 献
[1] GB/T33863(所有部分) OPC统一架构
[2] GB/T42126.1—2022 基于蜂窝网络的工业无线通信规范 第1部分:通用技术要求
[3] GB/T42126.5—2024 基于蜂窝网络的工业无线通信规范 第5部分:应用要求
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