摘 要： 介紹了對象管理組織發(fā)布的數據分發(fā)服務(DDS)新規(guī)范，描述了DDS規(guī)范兩個層次的接口DCPS和DLRL，闡述了DDS數據分發(fā)的基本思想，分析了QoS策略及其特征，探討了DDS適用的場合和未來的發(fā)展。
關鍵詞： 中間件；數據分發(fā)服務；發(fā)布/訂閱；服務質量
網絡經濟時代的來臨使企業(yè)面臨信息化的挑戰(zhàn)，如何利用信息技術，將不同的應用系統集成為一個高效的整體，采納現代的管理理念和方法，消除信息孤島現象，及時將關鍵信息服務送到一線工作人員的手中，成為企業(yè)提高市場競爭力的關鍵。在傳統的以平臺為中心的系統中，各個應用之間直接通信，形成了復雜的連接關系，而這種系統往往要求以有限的資源滿足通信的確定性、多種QoS[1]特性、系統可伸縮性和靈活性。實踐證明，傳統的分布式共享內存模型完成了以數據為中心的交換功能，但是效率較低，無法滿足可伸縮性、靈活性的要求。此外，目前較為成熟的中間件產品并不能很好地解決通信的實時性、快捷性和靈活性問題。因此，在數據發(fā)布服務(DDS)[2]中建立了另外一種模型，即以數據為中心的發(fā)布/訂閱(DCPS)模型。DCPS層是DDS規(guī)范的核心，它提供了數據發(fā)布的基礎架構，確保正確有效地將信息傳輸給適當的接收者。本文將對DDS進行較為詳細的分析和研究。
1 DDS體系結構
通常使用的網絡模型有三種：點到點模型、服務器-客戶端模型和出版/訂閱模型。而DDS數據分發(fā)服務采用的是以數據為中心的發(fā)布/訂閱模型。通過圖1可以直觀的看出三者的差別。
1.1 點到點模型
點到點模型模型一般適用在電話和TCP串行連接，是面向連接的通信，缺點是裁剪性差。
1.2 服務器-客戶端(C/S)模型
服務器-客戶端(C/S)模型適用于文件系統、數據庫及遠端請求，它以服務為中心，服務器提供服務，而客戶接收這些服務；通行是由客戶端主動發(fā)起的，它必須綁定到服務器上，并通過調用特定的操作來更改或獲取信息。另外其是面向連接的通信，存在單點失敗的可能，并且存在性能瓶頸。CORBA、DCOM及RPC就使用這一模型。
1.3 出版/訂閱模型
DDS規(guī)范標準化了分布式實時系統[4]中的數據分布，DDS規(guī)范的目的是簡化分布式系統中數據的有效發(fā)布，它主要應用在要求高性能、可預見性和對資源有效使用的關鍵任務領域。
DDS規(guī)范分為DCPS和DLRL兩層，其中，DCPS處于底層，提供通信的基本服務，DLRL封裝DCPS的服務并提供給應用層。DCPS如同總線，各個應用掛接在總線(全局數據空間和主題)上互相通信。DCPS層是DDS規(guī)范的核心，它提供了數據發(fā)布的基礎架構。DLRL層建立在DCPS基礎之上，主要是規(guī)定了應用層和DCPS層之間的接口，該接口將接收到的數據進行融合并傳遞給應用層，通過底層的DCPS提供服務，簡化了編程工作。
分布式共享內存[3](Distributed Shared Memory)是一種以數據為中心的經典模型。該模型基于全局數據空間的概念，所有對該空間中的數據感興趣的應用程序都可以接入。想要向這個數據空間提供信息的應用程序聲明意圖并成為“Publisher”；同樣，想從數據空間中獲取數據的應用程序成為“Subscriber”。每當Publisher將新數據發(fā)送到這個全局數據空間時，中間件就會把信息傳播給所有感興趣的Subscriber。Publisher/Subscriber模型如圖2所示。
2 DDS的QoS策略
應用程序可以使用服務質量(QoS)策略來控制、管理和優(yōu)化在網絡中傳輸的數據流。DDS標準提供的QoS參數可以對數據流(如數據的持久度、數據的傳輸方式、容錯性)進行常規(guī)控制。DDS提供商可以提供擴展的QoS策略以實現更深層次的控制，例如對發(fā)現過程控制，對系統使用的資源控制(如限制使用資源的大小，對傳輸途徑配置等)[4-5]。QoS的策略的特征有可靠性、數據的持久度、數據的歷史記錄、周期數據的超時、基于時間的過濾、數據的有效期、數據的所有權、分區(qū)以及資源限制等。
開發(fā)人員可以基于DDS標準設定多種QoS參數，如發(fā)布、訂閱速率以及合法通過網絡的數據長度等。數據發(fā)送設備成為發(fā)布者并且僅與規(guī)定的通信數據類型相關；需要特定信息的設備成為訂閱者并且僅需知道所希望接收數據的內容。
較好的QoS控制策略可能是DDS標準最重要的特征。QoS在DDS規(guī)范中得到了普遍而深入的使用，用于配置系統以及在每對Publisher/Subscriber之間建立獨立的QoS協議，而QoS協議能夠實時提供系統所要求的性能可預測性和資源可控性，并且能夠保證發(fā)布/訂閱模型的模塊性、可量測性和魯棒性[6]。因此，DDS能夠滿足非常復雜、非常靈活的數據流要求。QoS可以理解為數據提供者和接收者之間的合約，設計的中間件必須確保收發(fā)雙方的QoS策略相互兼容。圖3為在發(fā)布者之間建立QoS協議。
通過分析可以看出，DDS信息分發(fā)中間件是一種輕便的、能夠提供實時信息傳送的中間件技術。全球80%以上的網絡中間件都采用DDS方案，包括航空、航天、船舶、國防、金融、通信、汽車等領域。此外，在作戰(zhàn)系統、船舶導航和控制系統、船舶防御系統、無人機駕駛系統和地面控制系統、裝甲車輛控制系統、仿真和培訓系統、雷達處理和空中交通管理系統、金融系統，也由DDS中間件提供底層的信息通信服務，實現各個作戰(zhàn)指揮系統的互通和相互操作。
DDS利用DCPS模型的功能為實時與嵌入式系統提供高質量的運行保障，盡可能降低了數據復制的需要，從而提高了系統性能。同時DDS還允許應用預分配資源，提高了可靠性和實時確定性。
QoS策略是DDS的最大亮點。它將資源的可用情況、提供方對資源的占有程度及請求方對資源的期待程度分別程序化為主題QoS、發(fā)布者QoS和訂閱者QoS。通過QoS策略大大增加了通信的靈活性。
參考文獻
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