金驥+于秋野

摘要：DDS（數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)）標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)象管理組織OMG于2004年發(fā)布的通信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，是為分布式實(shí)時(shí)計(jì)算環(huán)境提供數(shù)據(jù)交互的服務(wù)模型。較傳統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)體系結(jié)構(gòu)具有更好的靈活性、實(shí)時(shí)性和可拓展性。本文分析了DDS的基本模型、處理機(jī)制以及DDS應(yīng)用在雷達(dá)系統(tǒng)上的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，作者設(shè)計(jì)了一種基于DDS的雷達(dá)多站協(xié)同通信軟件，并對(duì)具體設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)進(jìn)行闡述。經(jīng)仿真環(huán)境驗(yàn)證：該軟件的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性滿足實(shí)際的工程需求。

引言

DDS通信服務(wù)模型是向分布式系統(tǒng)提供可靠、高效、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)為基本目標(biāo)，是為簡(jiǎn)化一對(duì)多的數(shù)據(jù)傳輸要求而設(shè)計(jì)的。網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)設(shè)備只是簡(jiǎn)單的發(fā)布或訂閱數(shù)據(jù)，通信雙方只需要知道彼此通信的消息“主題”即消息類型，不需要知道彼此的地址。相比以往的通信方式，有以下方面有突出的優(yōu)勢(shì)：1.設(shè)備組網(wǎng)方式可以更加靈活；2.支持多種數(shù)據(jù)流類型，可以更加靈活的進(jìn)行QOS管理；3.網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備以及消息主題可以動(dòng)態(tài)加入，滿足可在線擴(kuò)展和在線維護(hù)的要求。目前在金融、電力、交通、醫(yī)療等行業(yè)已經(jīng)出現(xiàn)較多基于DDS技術(shù)的解決方案，相關(guān)科研人員也在逐步探索其在軍事裝備領(lǐng)域的應(yīng)用前景。本文的設(shè)計(jì)即是將DDS技術(shù)引入多站雷達(dá)系統(tǒng)通信處理，設(shè)計(jì)了一種基于DDS的雷達(dá)多站協(xié)同通信處理軟件。

1.DDS原理介紹

DDS標(biāo)準(zhǔn)包含數(shù)據(jù)本地重構(gòu)層（Data Local Reconstruction Layer，DLRL）和以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布——訂閱層（Data-centric Publish-Subscribe，DCPS）。其中DCPS層是DDS的核心和基礎(chǔ)，它的主要功能是將數(shù)據(jù)發(fā)布者高效準(zhǔn)確的傳遞給數(shù)據(jù)訂閱者。為了保證不同廠商的DDS可以實(shí)現(xiàn)互通，OMG組織與2006年制定一個(gè)互操作協(xié)議——RTPS（Real-Time Publish-Subcribe）協(xié)議，該協(xié)議封裝了底層網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，RTPS協(xié)議運(yùn)行在UDP之上。DDS模型的層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

DCPS是一種以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布/訂閱服務(wù)模型。DCPS模型定義域（Domain）為系統(tǒng)發(fā)布/訂閱的通信范圍，域中定義6種實(shí)體，分別為域參與者、發(fā)布者、訂閱者、數(shù)據(jù)寫入者、數(shù)據(jù)讀出者以及主題，以下對(duì)這些概念進(jìn)行闡述：

1）DDS將通信網(wǎng)絡(luò)從邏輯上劃分成多個(gè)域[2]，不同域嚴(yán)格隔離。應(yīng)用程序首先通過(guò)創(chuàng)建發(fā)布者和訂閱者加入一個(gè)域，然后就可以與加入同一域的其它應(yīng)用程序進(jìn)行通信。

2）發(fā)布者（Publisher）是主題提供方，其通過(guò)創(chuàng)建數(shù)據(jù)寫入者將主題內(nèi)容寫入DCPS，并根據(jù)其相應(yīng)的Qos策略發(fā)布相應(yīng)類型的數(shù)據(jù)。一個(gè)發(fā)布者可以發(fā)布多個(gè)不同的主題。

3）訂閱者（Subscriber）是主題請(qǐng)求方，通過(guò)創(chuàng)建數(shù)據(jù)讀取者從DCPS中讀取主題內(nèi)容給應(yīng)用程序。一個(gè)訂閱者可以訂閱多個(gè)不同的主題。

4）數(shù)據(jù)寫入者（Data Writer）將訂閱者發(fā)布的主題登記到發(fā)布者——主題表中，并將主題中的數(shù)據(jù)放置到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，一旦發(fā)現(xiàn)域中存在訂閱該主題的訂閱者，數(shù)據(jù)寫入者即將主題內(nèi)容信息發(fā)送給對(duì)方。每個(gè)數(shù)據(jù)寫入者（Data Writer）和數(shù)據(jù)讀取者需要并且只能關(guān)聯(lián)唯一一個(gè)主題。

5）數(shù)據(jù)讀取者（Data Reader）負(fù)責(zé)從域中讀取與它關(guān)聯(lián)主題的數(shù)據(jù)。

6）主題（Topic）用于聯(lián)系發(fā)布方和訂閱方，在同一域內(nèi)主題是唯一的。發(fā)布方發(fā)布一個(gè)主題后，訂閱方檢查發(fā)布方發(fā)布的主題是否滿足訂閱方的要求，并檢查其Qos策略是否兼容，以此確定是否在發(fā)布方和訂閱方之間建立連接并進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。

2.雷達(dá)多站協(xié)同系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)組成

本文提出的基于DDS的雷達(dá)多站協(xié)同通信處理軟件依托仿真平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。仿真場(chǎng)景為由一個(gè)指揮、六部雷達(dá)共七個(gè)分系統(tǒng)組成的雷達(dá)偵測(cè)網(wǎng)系統(tǒng)。各分系統(tǒng)需要完成的主要功能有：

1）指揮所向各雷達(dá)下發(fā)作戰(zhàn)任務(wù)和引導(dǎo)信息；

2）雷達(dá)站需要上報(bào)偵測(cè)結(jié)果、系統(tǒng)各部件運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境監(jiān)控畫面；

3）各雷達(dá)站之間需要互相發(fā)送引導(dǎo)信息。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

按照發(fā)布/訂閱服務(wù)先后步驟設(shè)計(jì)接口函數(shù)如下：

1）DDS接口初始化。完成域參與者的創(chuàng)建、QoS參數(shù)配置腳本讀取和設(shè)置，注冊(cè)域內(nèi)時(shí)間消息回調(diào)函數(shù)。在有通信節(jié)點(diǎn)加入或退出通信主題時(shí)，回調(diào)函數(shù)可獲取本應(yīng)用所有主題 相關(guān)方的信息。

InitiaDDS（）

2）創(chuàng)建訂閱者。完成與一個(gè)指定主題關(guān)聯(lián)的訂閱者的創(chuàng)建并注冊(cè)消息回調(diào)。當(dāng)域內(nèi)有該主 題信息發(fā)布時(shí)，回調(diào)函數(shù)將接收到的主題內(nèi)容送給上層應(yīng)用軟件。

regSubscriber（topicName）

3）創(chuàng)建發(fā)布者并發(fā)布主題內(nèi)容。

reportData（topicName，data，length）

4）資源釋放。

dispose（）

2.3 仿真結(jié)果展示

1.功能測(cè)試結(jié)果

建立仿真場(chǎng)景：指揮所IP地址192.168..62.3，6部雷達(dá)的地址分別為192.168.62.11～192.168.62.16。指揮所以主題CENTER_RADAR_ALL_PLAN給所有雷達(dá)發(fā)布作戰(zhàn)計(jì)劃。

1）指揮所通過(guò)該主題發(fā)現(xiàn)域內(nèi)6個(gè)訂閱者。

2）以雷達(dá)1為例，通過(guò)該主題發(fā)現(xiàn)發(fā)布者。

3）指揮所發(fā)送作戰(zhàn)計(jì)劃成功。

2.性能測(cè)試結(jié)果：

1）雷達(dá)多站協(xié)同通信系統(tǒng)可連續(xù)穩(wěn)定720小時(shí)，滿足穩(wěn)定性要求。

2）各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)主機(jī)配置在CPU 3.0GHz以上，內(nèi)存4G以上，網(wǎng)絡(luò)可用帶寬1000M的配置場(chǎng)景下，網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)流服務(wù)傳輸數(shù)據(jù)包速率均值大于500Mb/s。

3）在網(wǎng)間通信時(shí)，延遲不超過(guò)同大小Ping包延遲的兩倍。

測(cè)試結(jié)果說(shuō)明該系統(tǒng)能夠滿足實(shí)際應(yīng)用要求。

參考文獻(xiàn)：

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