工业4.0通信技术研究现状-新.docx

1 DDS实时系统
传统通信模型大多是基于客户端/服务器(Client/Server,C/S)的通信模型,模型中通信的双方通过远程调用的方式进行数据通信。但随着分布式系统的广泛应用,各分部节点之间的信息交换需求提升以及信息交换的质量要求越来越高,传统基于C/S架构的以业务流程为中心的分布式软件系统难以满足日益提升的需求。这种架构下系统大多采用远程过程调用协议(Remote Procedure Call ,RPC)来完成节点间的信息交互,但是此种传送方式可传输数据量小、效率低。存在服务器瓶颈以及单点失效等问题。因此对象管理组织(Object Management Group,OMG)在《Data Distribution Service for Real-time System》发布了数据分布服务(Data Distribution Service,DDS)。DDS是一种面向实时系统的数据分布式服务规范,该规范描述了分布式实时系统中数据的发布、传输和接受的接口和行为。
从系统结构分析,DDS为双层框架结构,分别是数据本地重构层(data local reconstruction layer,DLRL)和以数据位中心的发布—订阅机制(data-centric publish/subscribe,DCPS)。
DCPS层是DDS的核心和基础。DCPS层提供了数据发布的基础架构,确保正确有效的传输适当的信息给适当的接收者。该机制模型建立了“全局数据空间”的概念,信息的发布者和订阅者在全局空间中分别发布和订阅自己所需要的数据类型,该数据经过中间件处理之后进行传送,将传统的C/S模式转化为以数据为中心的服务模式。DCPS
层将用户对资源的需求情况和资源的可用情况均转化为服务质量(Quality of Service,QoS)的参数,QoS包含多种策略形式,每种策略通过与一个被赋值的名字关联来描述服务的行为;同时,QoS贯穿整个DDS通信过程,开发者通过预先确定系统所需的QoS来对其进行设定,从而程序化服务器行为。
DLRL作为数据本地重构层,其本身是可供选择的,通过DCPS提供的服务,简化编程实现工作,将服务整合到应用层,方便用户直接访问变更的数据,从而达到与本地语言结构无缝连接的目的。具体实现机制为:通过类的形式封装DCPS层提供的服务,并建立每个类与DCPS层相应服务的映射关系,然后通过本地语言结构对DLRL层的类进行操纵,让用户能够方便快捷地访问数据。DLRL层可以将更新后的本地数据自动重组,然后中间件发消息给所有已经订阅过该数据的订阅者更新本地的拷贝信息。
从系统功能分析,DDS需要满足以下技术:包含链路建立和删除的链路动态管理;采用队列技术、定时器技术以及锁机制的数据高效管理;保证分布式节点之间数据实时传输的系统实时性。
由于DDS系统出身于美国军方,目前标准和产品大部分为美国公司和组织把持和主导,DDS主要应用于军事设备,诸如美国海上战争中心(NSWC)的高性能分布式计算系统(HiPer-D),HiPer-D可以同时跟踪成千上万个目标,并能完成多艘舰船的几百个计算机之间的协同通讯;洛马美国海军Aegis(宙斯盾)开发是构架武器系统;波音公司扫描鹰无人机侦查及地面控制系统;德国RoboScout机器人侦察车内部通讯系统
等。如今在军事领