周 雋,劉海峰,林福良

(北京控制與電子技術(shù)研究所 信息系統(tǒng)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100038)

1 引言

隨著現(xiàn)代軍事科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,指控系統(tǒng)的系統(tǒng)復(fù)雜度和研發(fā)規(guī)模迅速擴(kuò)大,系統(tǒng)集成的難度和風(fēng)險(xiǎn)都在大幅度提高.DDS以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)/訂閱模型很好的實(shí)現(xiàn)了分布式系統(tǒng)在空間、時(shí)間、數(shù)據(jù)流上的低耦合性為解決指控系統(tǒng)中各種異構(gòu)節(jié)點(diǎn)的集成問題,以及指控系統(tǒng)的擴(kuò)展性,抗毀傷能力的提高提供了良好的解決方案.然而指控系統(tǒng)作為一種特殊的實(shí)時(shí)分布式系統(tǒng),其還存在網(wǎng)絡(luò)帶寬不一,帶寬較小且利用率低,信道傳輸不穩(wěn)定,通信控制復(fù)雜等諸多特點(diǎn).市面上完全按照標(biāo)準(zhǔn)DDS規(guī)范開發(fā)的商用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)系統(tǒng)軟件是無法滿足指控系統(tǒng)的需求的,必須對其提出一些改進(jìn)才能滿足指控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)的特殊需求.

2 傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信模型[1]

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信模型主要包括三種.

(1)點(diǎn)對點(diǎn)模型(如圖1):點(diǎn)對點(diǎn)模型是通信模型中最簡單的形式,其只支持一對一的連接通信,傳統(tǒng)的電話網(wǎng)絡(luò)是點(diǎn)對點(diǎn)模型的一個(gè)典型例子.該模型顯然無法滿足作戰(zhàn)指控系統(tǒng)中多節(jié)點(diǎn)間同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的需求.

圖1 點(diǎn)對點(diǎn)模型示意圖

(2)客戶端/服務(wù)器(C/S)模型:針對點(diǎn)對點(diǎn)模型的可擴(kuò)展性差問題產(chǎn)生了客戶端/服務(wù)器模型,如圖2所示.客戶端/服務(wù)器模型指定一個(gè)特殊的服務(wù)器節(jié)點(diǎn),它可以同時(shí)連接多個(gè)客戶端節(jié)點(diǎn),是一個(gè)“多對一”的架構(gòu).C/S模型很好的解決了點(diǎn)對點(diǎn)模型的擴(kuò)展性問題,但C/S模型存在單點(diǎn)失效和服務(wù)器瓶頸等問題,從而導(dǎo)致其無法滿足作戰(zhàn)指控系統(tǒng)對于大規(guī)模數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)的發(fā)送/接收以及對抗毀傷性強(qiáng)等要求.

圖2 客戶端/服務(wù)器模型示意圖

(3)發(fā)布/訂閱 (P/S)模型:如圖 3 所示,發(fā)布/訂閱模型是一種典型的分布式模型.該模型中各通信節(jié)點(diǎn)主要通過關(guān)聯(lián)主題(Topic,即數(shù)據(jù)的名稱和定義)來進(jìn)行通信,各通信節(jié)點(diǎn)只需申明其要發(fā)布和訂閱的Topic即可進(jìn)行通信,無需知道對方的其他信息,發(fā)布/訂閱的數(shù)據(jù)在發(fā)布者和訂閱者之間直接傳遞,省去了服務(wù)器節(jié)點(diǎn).從而有效的降低了系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間,空間,數(shù)據(jù)流的耦合度.能夠很好的滿足對數(shù)據(jù)具有高實(shí)時(shí)性,大數(shù)據(jù)量,可擴(kuò)展性強(qiáng)等要求的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng).

圖3 發(fā)布/訂閱模型示意圖

3 數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)(DDS)規(guī)范概述

DDS規(guī)范是一個(gè)由對象管理組織(OMG)發(fā)布的基于發(fā)布/訂閱模型的分布式實(shí)時(shí)應(yīng)用系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?guī)格說明書.DDS規(guī)范描述了兩個(gè)獨(dú)立的層次接口:一層是低層的以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布/訂閱 (DCPS)層;另一層是一個(gè)高層的數(shù)據(jù)本地重構(gòu)層 (DLRL),這一層是可選的.DCPS模型層是DDS規(guī)范的核心,為應(yīng)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)布/訂閱提供了基本的架構(gòu),以及確保數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確有效地傳輸給適當(dāng)?shù)慕邮照?并提供了一個(gè)與平臺(tái)無關(guān)的數(shù)據(jù)模型[2].

3.1 DCPS的工作原理

DCPS模型(如圖4)通過構(gòu)建一個(gè)共享的“全局?jǐn)?shù)據(jù)空間”的概念,所有的數(shù)據(jù)都存在于此空間中,各分布式節(jié)點(diǎn)通過簡單的讀,寫操作便可以訪問這些數(shù)據(jù)對象.DCPS模型中主要包括以下實(shí)體:Publisher(數(shù)據(jù)發(fā)布者),Subscriber(數(shù)據(jù)訂閱者),DataWriter(數(shù)據(jù)寫者),DataReader(數(shù)據(jù)讀者),Topic(主題).

Publisher是負(fù)責(zé)實(shí)際數(shù)據(jù)發(fā)布的DCPS對象.Publisher擁有和管理DataWriter.當(dāng)應(yīng)用程序想要發(fā)布數(shù)據(jù)時(shí),就通過Publisher將數(shù)據(jù)通過相對應(yīng)Topic的DataWriter進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)布.一個(gè)Publisher可以擁有多個(gè)DataWriter,但一個(gè)DataWriter只能被一個(gè)Publisher所擁有,且一個(gè)DataWriter只能發(fā)布一種特定Topic的數(shù)據(jù).

Subscriber是對發(fā)布者發(fā)布的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)際接收的DCPS對象.Subscriber擁有和管理DataReader.一個(gè)Subscriber可以擁有多個(gè)不同Topic的DataReader,一個(gè)DataReader只能被一個(gè)Subscriber所擁有.當(dāng)應(yīng)用程序想要接收某個(gè)Topic的數(shù)據(jù)時(shí)就通過相應(yīng)Topic的DataReader獲取接收到的數(shù)據(jù).

Topic是發(fā)布和訂閱應(yīng)用程序間互動(dòng)的基本方法,在Publisher和Subcriber之間提供基本連接點(diǎn).DataWriter對象和DataReader對象通過Topic進(jìn)行關(guān)聯(lián),每個(gè)DataReader和DataWriter只能關(guān)聯(lián)一種特定的Topic,且發(fā)布端的DataReader和訂閱端的DataWriter在發(fā)布和訂閱數(shù)據(jù)時(shí)必須是關(guān)聯(lián)相同的Topic.

圖4 以數(shù)據(jù)為中心發(fā)布/訂閱(DCPS)概念模型[3]

3.2 QoS控制

QoS(服務(wù)質(zhì)量)用于發(fā)布/訂閱雙方詳細(xì)描述服務(wù)的行為.為滿足各種實(shí)體(包括Topic、DataWriter、DataReader、DomianParticipant、Publisher、Subscriber等)對通信服務(wù)質(zhì)量的不同需求,以及保證通信雙方對服務(wù)質(zhì)量的統(tǒng)一要求,DDS中引入了QOS服務(wù)模型.該模型中對不同的服務(wù)需求進(jìn)行了建模,通過對各實(shí)體進(jìn)行簡單的QOS設(shè)置,實(shí)現(xiàn)不同場景的通信訴求.QoS服務(wù)模型為數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、可靠性等提供了有效的支持.

4 DDS在指控系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)想

基于標(biāo)準(zhǔn)的DDS規(guī)范開發(fā)的商業(yè)DDS產(chǎn)品,并不能很好的適應(yīng)指控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)的特殊要求,其主要存在如下問題:

(1)中間件龐大,復(fù)雜,帶寬利用率低,實(shí)時(shí)性差等問題,如Open Splice DDS軟件的代碼規(guī)模達(dá)到18 M,最大占有帶寬達(dá)到15 K,不能適用低帶寬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境.

(2)對于不穩(wěn)定信道,信息傳輸可靠性差,特別是傳輸數(shù)據(jù)量較大的情況,不能保證傳輸數(shù)據(jù)的可達(dá)性和完整性.

(3)不能支持異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和大文件可靠傳輸.

(4)缺乏自主可控性,對跨平臺(tái)性的支持有限.

針對商用DDS軟件中包含的問題,需要有一個(gè)能夠滿足指控系統(tǒng)應(yīng)用需求的DDS軟件中間件平臺(tái)就必須基于標(biāo)準(zhǔn)OMG DDS(V1.4)并針對指控系統(tǒng)的特殊需求對DDS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行精簡和拓展.為此以DCPS信息分發(fā)模型為基礎(chǔ),并采用了以下幾種方法來滿足指控系統(tǒng)的特殊需求.

4.1 應(yīng)用級(jí)QoS控制

在整個(gè)指控系統(tǒng)中,各異構(gòu)節(jié)點(diǎn)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊笫遣煌?有的傳輸要求時(shí)間的實(shí)時(shí)性和低延遲,對傳輸?shù)目煽啃砸蟛桓?而有的場景要求較高的傳輸可靠性,即保證數(shù)據(jù)能夠完整的傳輸,而對于傳輸時(shí)間以及傳輸延遲沒有太高的要求.因此,需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的不同狀況動(dòng)態(tài)的進(jìn)行QoS配置.

為了滿足不同傳輸場景的需求,對服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行的不同等級(jí)的劃分,同時(shí)抽象出獨(dú)立的QoS策略對象,專門負(fù)責(zé)整個(gè)通信系統(tǒng)中不同節(jié)點(diǎn)、場景下通信質(zhì)量的控制、調(diào)節(jié).其實(shí)現(xiàn)機(jī)制就是:通過進(jìn)行適當(dāng)?shù)貐?shù)設(shè)置可以自由的進(jìn)行QoS切換.相關(guān)的QoS參數(shù)主要包括:

Reliability:數(shù)據(jù)的可靠性,數(shù)據(jù)傳輸可以在最可靠(RELIABLE確保所有數(shù)據(jù)按照順序被接收)與最高效(BEST_EFFORT不保證數(shù)據(jù)是否能被接收到,在沒有高可靠性需求的應(yīng)用中減少額外的開銷)之間作選擇.

Durability:數(shù)據(jù)的持久度,發(fā)送的數(shù)據(jù)不被保存(VOLATILE)、保存在內(nèi)存中(TRANSIENT_LOCAL)或永久性保存(PERSISTENT)在數(shù)據(jù)庫中.

History:數(shù)據(jù)的歷史記錄,全部保持(KEEP_ALL在可用資源的限制內(nèi),在隊(duì)列中保存所有的數(shù)據(jù))或保持最后N個(gè).

Ownership:數(shù)據(jù)的所有權(quán),缺省情況下對于同一個(gè)主題,可以存在多個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送者.但主題所有權(quán)也可以設(shè)置為互斥,根據(jù)所有權(quán)的權(quán)重來仲裁哪個(gè)發(fā)布者具有主題所有權(quán).高權(quán)重的發(fā)布者失效后,低權(quán)重的可以取得所有權(quán).

Topic-Priority:發(fā)送優(yōu)先級(jí)控制,不同主題的優(yōu)先級(jí)發(fā)送控制.

4.2 帶寬自適應(yīng)性

指控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜多變,由高/低帶寬、高/低延遲的網(wǎng)絡(luò)混合而成.節(jié)點(diǎn)之間需要進(jìn)行狀態(tài)信息搜集以及控制信息交互,而受到網(wǎng)絡(luò)帶寬的影響,節(jié)點(diǎn)交互頻率應(yīng)該是動(dòng)態(tài)的.

為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性,提出帶寬自適應(yīng)的“心跳”信號(hào)機(jī)制監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中各DDS節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài),把新狀態(tài)提交給DDS應(yīng)用實(shí)例.圖5給出了帶寬自適應(yīng)心跳工作原理.所謂帶寬自適應(yīng)的“心跳”信號(hào)是指各DDS節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境會(huì)產(chǎn)生(收到)不同頻率的“心跳”信號(hào).局域網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)之間可以一秒產(chǎn)生若干次心跳,以便迅速發(fā)現(xiàn)故障、主備切換;而上下級(jí)通過無線窄帶跨網(wǎng)路由時(shí)可以間隔若干秒產(chǎn)生一次心跳,減少帶寬占用、防止故障誤判.通過“心跳”信號(hào)發(fā)現(xiàn)故障節(jié)點(diǎn),進(jìn)而通知DDS實(shí)例注銷與故障節(jié)點(diǎn)相關(guān)的發(fā)布、訂閱信息,必要時(shí),進(jìn)行節(jié)點(diǎn)切換.

4.3 可擴(kuò)展二進(jìn)制變長編碼

為減少網(wǎng)絡(luò)中信息編碼的長度、減少數(shù)據(jù)發(fā)送量,以及提升編碼的可擴(kuò)展性,該平臺(tái)針對不同的任務(wù),設(shè)計(jì)了可擴(kuò)展二進(jìn)制變長消息協(xié)議.可擴(kuò)展二進(jìn)制變長消息編碼用多字節(jié)表示數(shù)字,值越小的數(shù)字使用越少的字節(jié)數(shù),這種表示法既能減少用來表示數(shù)字的字節(jié)數(shù),又可以減少發(fā)送數(shù)據(jù)量,從而提高傳輸速 度;此外,采用Key-value(鍵值)對的方法,將key和value編碼到二進(jìn)制流中,解碼時(shí)可以忽略不認(rèn)識(shí)的鍵值對,這樣可以將新的鍵值對插入不認(rèn)識(shí)這些字段的程序消息中,以提升消息的可擴(kuò)展性.

圖5 帶寬自適應(yīng)“心跳”示意圖

圖6給出了可擴(kuò)展二進(jìn)制變長編碼的結(jié)構(gòu).消息中的每個(gè)字段都是由鍵/值對組成的.這是一個(gè)多字節(jié)的編碼方式.值用多個(gè)字節(jié)來表示,其中每個(gè)字節(jié)的高字節(jié)代表下一個(gè)字節(jié)是否屬于該數(shù)值,如果為1,則表示下一個(gè)字節(jié)也是該數(shù)值的一部分,為0表示當(dāng)前字節(jié)是該數(shù)值的最后一個(gè)字節(jié).另外,鍵用一個(gè)字節(jié)進(jìn)行編碼,其中低3位代表了數(shù)據(jù)類型,而高5位則表示了數(shù)據(jù)的序號(hào).

圖6 可擴(kuò)展二進(jìn)制變長編碼示意圖

這種編碼方式相對于固定長度的編碼方式可以有效的減少編碼的長度,從而起到壓縮數(shù)據(jù)的效果,間接的提升了數(shù)據(jù)的發(fā)送速度.另一方面,由于采用了鍵值對的形式,可以根據(jù)需求的不同,向消息中插入新定義的鍵值,舊的應(yīng)用可以跳過不識(shí)別的新鍵值,這樣大大提高了擴(kuò)展性和靈活性.

4.4 多線程信息發(fā)送及多優(yōu)先級(jí)隊(duì)列

對于同一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)布者要發(fā)布的多個(gè)數(shù)據(jù)隊(duì)列,根據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)送的QoS設(shè)置、數(shù)據(jù)類型等信息,產(chǎn)生多個(gè)(數(shù)量可配置)獨(dú)立的線程并發(fā)讀取消息隊(duì)列,使得數(shù)據(jù)在消息隊(duì)列中的等待時(shí)間進(jìn)一步減少,如圖7所示.

此外,根據(jù)發(fā)送方和訂閱者對數(shù)據(jù)的QoS需求,設(shè)置多種優(yōu)先級(jí)隊(duì)列,避免一個(gè)隊(duì)列的情況下,由于多個(gè)線程并發(fā)訪問而對采用的互斥鎖加鎖解鎖帶來的延遲.

圖7 多優(yōu)先級(jí)隊(duì)列與多線程信息發(fā)送示意圖

4.5 信息實(shí)時(shí)可靠傳輸

在指控系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)效性,可靠性有很高要求.為此當(dāng)系統(tǒng)中某節(jié)點(diǎn)失效時(shí)必須能夠進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的無縫切換,信道中斷時(shí)能夠進(jìn)行主備切換.此外,當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸丟失時(shí),需要采取重傳等措施保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?

4.5.1 信息生命周期管理

戰(zhàn)場態(tài)勢瞬息萬變,只有掌握了最新的戰(zhàn)場信息,才能夠做出正確的指揮決策.因此指控系統(tǒng)對信息的時(shí)效性有較高要求.為了保證信息接收者能夠接收到有效的數(shù)據(jù),即具有一定時(shí)效性的數(shù)據(jù),以及信息接收者能夠保證接收到的數(shù)據(jù)仍然在其時(shí)效內(nèi)提出了信息生命周期管理的方案(見圖8).數(shù)據(jù)時(shí)效性的判斷主要與QoS中的History參數(shù)設(shè)置的歷史數(shù)據(jù)數(shù)相關(guān)聯(lián),每當(dāng)應(yīng)用程序有新的數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí),原有的根據(jù)History參數(shù)緩存的數(shù)據(jù)中最老的那個(gè)數(shù)據(jù)即被視為失效,不在保存在緩存中.

對于傳入發(fā)布者的數(shù)據(jù),發(fā)布者在發(fā)送數(shù)據(jù)前對數(shù)據(jù)的時(shí)效性進(jìn)行判斷,如果數(shù)據(jù)沒有失效,那么發(fā)送給相關(guān)的訂閱者;而對于已經(jīng)失效的數(shù)據(jù),則不發(fā)送.訂閱者接收到發(fā)布者發(fā)送的數(shù)據(jù)后,也會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)時(shí)效性判斷,因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延、中斷等原因,訂閱者接收到的數(shù)據(jù)不一定具有時(shí)效性,因此也需要進(jìn)行判定.在時(shí)效期內(nèi)的數(shù)據(jù)提交給用戶,否則直接丟棄.

圖8 信息生命周期管理原理圖

4.5.2 丟包重傳[4]

在指控系統(tǒng)的通信中,對數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃允且粋€(gè)非常重要的指標(biāo),當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤或丟失時(shí),能夠保證數(shù)據(jù)重傳.

數(shù)據(jù)發(fā)布者每發(fā)布一個(gè)新的數(shù)據(jù)包后,都會(huì)將該數(shù)據(jù)包插入數(shù)據(jù)傳輸通道的重發(fā)隊(duì)列中,以便數(shù)據(jù)丟失時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)重傳,且發(fā)布者周期性的發(fā)送心跳信號(hào)(HeartBeat)數(shù)據(jù)包來通知訂閱者,到目前為止已經(jīng)發(fā)送的數(shù)據(jù)包的序列號(hào)范圍.訂閱者在接收到心跳信號(hào)數(shù)據(jù)包之后必須發(fā)送一個(gè)確認(rèn)信號(hào)(Ack)數(shù)據(jù)包來響應(yīng)該心跳信號(hào),告訴發(fā)布者本方到目前為止的數(shù)據(jù)接收的情況,如果在心跳信號(hào)數(shù)據(jù)包所給出的序列號(hào)范圍內(nèi)有數(shù)據(jù)丟失,則在確認(rèn)信號(hào)數(shù)據(jù)包中的相應(yīng)位置進(jìn)行置位,請求丟包重傳.發(fā)布者在接收到訂閱者的確認(rèn)信號(hào)數(shù)據(jù)包后,根據(jù)確認(rèn)信號(hào)數(shù)據(jù)包內(nèi)容確認(rèn)數(shù)據(jù)是否被對方正確接收,如果所有的訂閱者都接收了,則將該數(shù)據(jù)包從重發(fā)隊(duì)列中刪除,如果有訂閱者沒有接收到該數(shù)據(jù)包而請求重傳,則在數(shù)據(jù)發(fā)布方的重發(fā)隊(duì)列中找到該數(shù)據(jù)包,重傳該數(shù)據(jù)包給相應(yīng)訂閱者,直到該數(shù)據(jù)包被所有訂閱者確認(rèn)接收才將其從發(fā)布方的重發(fā)隊(duì)列中刪除.或者因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)原因該數(shù)據(jù)包被重傳多次后,訂閱方仍然沒有接收到,而該數(shù)據(jù)包又在重發(fā)隊(duì)列中失效了,則發(fā)布者向訂閱者發(fā)送失效信號(hào)(GapMsg),來通知對方該數(shù)據(jù)包已經(jīng)失效.訂閱者接收到該失效信號(hào)后,跳過對該數(shù)據(jù)包的處理,并對下一個(gè)到達(dá)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理.具體過程如圖9所示.

圖9 丟包重傳示意圖

4.5.3 斷點(diǎn)續(xù)傳

在指控系統(tǒng)中,由于通信信道的不穩(wěn)定,以及需要傳輸大量數(shù)據(jù)時(shí),往往會(huì)造成數(shù)據(jù)傳輸失敗或不完整.因此,可以引入間斷傳輸技術(shù),當(dāng)通信中斷時(shí)記錄中斷位置,而當(dāng)通信恢復(fù)時(shí),進(jìn)行數(shù)據(jù)續(xù)傳,以支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?

當(dāng)某個(gè)信道(如信道1)通信穩(wěn)定時(shí),利用該信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸.然而,由于干擾等因素,造成信道不穩(wěn)定或通信中斷時(shí),需要搜索新的可用的其他信道(例如信道2),或者等待信道恢復(fù),同時(shí),記錄數(shù)據(jù)中斷位置.若信道恢復(fù)或搜索到新的信道,則利用新的信道或原信道繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)續(xù)傳,從而保證發(fā)布者能夠?qū)?shù)據(jù)完整的發(fā)送給感興趣的訂閱者.如圖10所示.

4.5.4 信道切換

指控系統(tǒng)工作的環(huán)境復(fù)雜,以及通信過程經(jīng)常受到各種干擾,造成通信信道的不穩(wěn)定以及中斷,這就對數(shù)據(jù)能否順利發(fā)送給感興趣的接收者到來困難.因此本文采用了信道切換技術(shù)來保證數(shù)據(jù)的可達(dá)性.當(dāng)信道平穩(wěn)或滿足傳輸要求時(shí),可以在該信道上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸.然而,當(dāng)信道不穩(wěn)定或中斷時(shí),導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法傳輸或傳輸中斷,此時(shí),可切換到其他可用的信道繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,從而保證數(shù)據(jù)能夠順利發(fā)送給接收者,示意圖見圖11.

圖10 斷點(diǎn)續(xù)傳原理示意圖

4.6 應(yīng)用設(shè)想綜合實(shí)現(xiàn)效果

最后在以上各種應(yīng)用設(shè)想的基礎(chǔ)上構(gòu)建一個(gè)實(shí)現(xiàn)了上述設(shè)想的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)原型系統(tǒng),并分別在安裝了Windows7和麒麟Linux操作系統(tǒng)的具有相同硬件條件的PC機(jī)上分別運(yùn)行測試了該系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo),通過與我單位原有應(yīng)用系統(tǒng)(注:該系統(tǒng)使用TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠傳輸)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)方法的應(yīng)用確實(shí)能夠有效的提高作戰(zhàn)指控系統(tǒng)的高效性、擴(kuò)展性、可靠性等性能指標(biāo).兩種系統(tǒng)綜合對比結(jié)果如表1所示,并給出了該系統(tǒng)與現(xiàn)有系統(tǒng)在Win7 OS環(huán)境中不同網(wǎng)絡(luò)帶寬下傳輸不同大小數(shù)據(jù)的平均時(shí)延對比圖(如圖12所示).

圖11 信道切換示意圖

圖12 Win7下平均時(shí)延對比圖

5 總結(jié)

本文在對OMG DDS規(guī)范中以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布/訂閱模型原理的研究基礎(chǔ)上,根據(jù)指控系統(tǒng)的特殊需求,針對商用DDS軟件:數(shù)據(jù)傳輸時(shí)效性,信息傳輸可靠性不足,對跨平臺(tái)性支持不足,缺乏自主可控性,帶寬利用率低,中間件規(guī)模龐大等不足.提出了應(yīng)用帶寬自適應(yīng)性機(jī)制適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性;可擴(kuò)展二進(jìn)制變長編碼技術(shù)來減少網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送的數(shù)據(jù)量,從而提高傳輸效率;采用多線程信息發(fā)送及多優(yōu)先級(jí)隊(duì)列減少數(shù)據(jù)在消息隊(duì)列中等待的時(shí)間;丟包重傳,斷點(diǎn)續(xù)傳,主備切換,信息生命周期管理進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝院涂煽啃?

1任昊利,李旺龍,張少揚(yáng),等.數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)—以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布/訂閱式通信.北京:清華大學(xué)出版社,2014.

2Data distribution service for real-time systems version 1.4.OMG Available Specification,2015.

3曹萬華,謝蓓,吳海昕,等.基于DDS的發(fā)布/訂閱中間件設(shè)計(jì).計(jì)算機(jī)工程,2007,33(18):78-80,83.[doi:10.3321/j.issn:1002-8331.2007.18.026]