open62541(opcua)传输延迟探索小记
阅读原文时间:2021年08月28日阅读:1

将open62541作为中间件使用代替自定义数据的RPC,client通过订阅valueChange来接收数据。使用时发现有一些问题:

  1. 前后两次产生的数据相同时,不会触发valueChange
  2. 如果数据更新较快,client会漏掉其中一些数据

问题1:

  其实不是问题,这是opcua的属性,valueChange是根据采样(sample)来生成的,并不是server执行了writeValue就会触发事件。只能说这种模式不适合这种每次server产生结果都需要client响应的需求。(有一个小问题,是如何快速判断数值变化的?基本类型可以判断是否和原始数据不相等,对于复杂数据,如图片,逐字节比对?)

问题2:

  还是和采样模式相关,如果在两次采样之间数据多次变化是没办法感知的。那就修改采样频率:采样频率同时受server和client的影响,server决定范围,client在范围内决定最终结果。如果client设定为0,则采用server能实现的最快频率。

  改进方式是将结果通过event发送,设置为report模式。数据内容自己填充,相同的数据也不会被过滤掉;主动report,脱离采样的限制(但响应时间还是受publish间隔的约束)。

  event一般是简单消息的通知,承载传递数据的用法不算主流,或许能说明opcua的灵活性吧,不知道这是否存在潜在缺陷。这种模式和pub-sub很类似,不同点在于pub-sub利用的是udp的多播,event还是在server-client的形态下。pub-sub就是为实时性的需求设计的(类似dds),如果只是发送数据,pub-sub会更适合。

  使用event基本能满足需求,但是响应的速度还是不够快。网络上查询说是opcua实时性只能到100ms左右,对于目前应用来说,时间上达不到要求。实际测试发现,publish间隔是关键因素,和sample一样,server决定范围,client决定最终结果。将publish间隔设置到1ms,从server发送event到client接收的延迟终于能达标。官方建议不能低于5ms,但测试设置到0也没什么副作用,一开始考虑可能会cpu空转高占用,但并没有。

  在测试过程中发现在windows平台下,当publish间隔设置为1ms时,本地回环网络还是会有16ms左右的延迟,相同代码在ubuntu下延迟可以稳定在1ms以内。一度为此纠结了很久,一度想换pub-sub甚至dds。后来用asio进行单纯的tcp数据传输测试发现也会有相同的延迟,才确认这是平台的原因(电脑个体差异,待验证?)。Windows下的网络效率不如linux有耳闻,但差距有这么大吗?

    在使用qtopcua作为client的过程中,设置相同的参数(publish间隔通过QOpcUaMonitoringParameters设置),还是会有50-60ms的延迟。网上遍寻无果,官方文档不够详细(qtopcua只包含在收费嵌入式的开发套件中,不知道交钱的文档有没有详细些)。最后无奈啃起qtopcua的源码,收获如下:opcua client执行迭代(UA_Client_run_iterate)才会响应event,qt是一个异步的库,qtopcua通过定时器来执行迭代,默认的超时时间就是50ms。通过QOpcUaProvider创建QOpcUaClient时,将超时时间设置放在backendProperties。正确的设置方式如下:

auto client = QOpcUaProvider::createClient("open62541", QVariantMap({"clientIterateIntervalMs", 1}));

    server设置sample和publish的间隔范围方式如下:

auto config = UA_Server_getConfig(server);
config->publishingIntervalLimits = UA_DurationRange{1.0, 24 * 60 * 60 * 1000};
config->samplingIntervalLimits = UA_DurationRange{1.0, 24 * 60 * 60 * 1000};

    client设置publish间隔的方式如下:

auto request = UA_CreateSubscriptionRequest_default();
request.requestedPublishingInterval = 1.0;

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