分享一篇相对完整的DDS中间件技术方案。
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系统概述
引用文档
术语定义及说明
设计目标及原则
系统功能需求
软件方案设计
关键技术
总结
1 系统概述
DDS 通信中间件项目完成了 DDS 通信中间件、DDS 数据监控工具的开发及测试验证环境的软、硬件平台构建工作。基于以上工作的开展，甲方可在本项目最终研发成果支撑下面向雷达系统、声呐系统、气象系统、星载系统及无人机等领域的数据通信进行高效的开发。
为满足 DDS 通信中间件对于软件的灵活性、开放性和易升级、易扩展、易移植、可重构的需求，使底层软件与上层应用软件相对隔离，实现软件设计模块化，保证程序的可靠性、提供未来软件的可维护性和可移植性，并提高开发效率、简化开发过程、节约开发成本，需开发基于模块化分层架构理念的 DDS 通信中间件，实现以下功能：
- 应用软件与操作系统以及硬件系统物理拓扑结构之间的隔离；
- 为应用软件提供消息管理、策略配置、数据监控与记录等功能；
- 提供 DDS 数据监控工具，用于监控并展示整个网络环境中 DDS 应用的配置属性、关联状态以及数据信息。
2 引用文档
《Data Distribution Service for Real-time Systems Version 1.2》
3 术语定义及说明
- DCPS：以数据为中心的发布 - 订阅模型（Data Centric Publish Subscribe）
- QoS：服务质量策略
- RTPS：实时发布 - 订阅协议（Real-Time Publish-Subscribe）
- 节点：每一个使用 DDS 中间件的应用程序为一个节点
4 设计目标及原则
4.1 设计目标
中间件是介于应用程序和操作系统之间的软件层，它提供了编程抽象以及对底层网络、硬件、操作系统和编程语言异构性的屏蔽，同时还为服务器和分布式应用开发人员提供一致性的计算模型。
网络中间件将应用程序与底层计算机体系结构、操作系统和网络堆栈的细节隔离开来，能够很好地完成异构分布系统的集成、互操作，允许应用程序发送和接收信息，而无需使用底层协议（如套接字、TCP/UDP/IP 等）进行编程，从而简化分布式系统开发。
基于上述需求，结合研发团队在 DDS 通信中间件方面的技术积累，DDS 通信中间件将实现以下目标：
- 提供平台适配服务，包括操作系统层（OSL）和模块支持层（MSL）等适配功能
- 提供网络适配服务，为用户应用软件屏蔽物理网络平台
- 提供路由管理服务，自动判断通信通道并实现节点互联
- 提供消息管理服务，支持发布 - 订阅消息传输机制与多种 QoS 策略
- 提供节点检测服务，支持节点上线、离线发现机制
4.2 实施原则
- 遵循 OMG 提出的基于主题的发布 - 订阅数据模型标准
- 向下屏蔽硬件平台、操作系统及通信协议，向上提供 OMG 标准 DDS 接口
- 可适配 Windows、Linux、VxWorks 等多种操作系统
5 系统功能需求
5.1 DDS 通信中间件
- 提供平台适配服务
- 提供网络适配服务
- 提供路由管理服务
- 提供消息管理服务
- 提供节点检测服务
5.2 DDS 数据监控工具
提供可视化图形界面，获取 DDS 运行状态、联通关系、配置属性，并实时更新各节点信息。
6 软件方案设计
6.1 DDS 通信中间件
6.1.1 体系架构
DDS 通信中间件自底向上包括：
- 异构资源屏蔽层
- RTPS 互联互通层
- 发布订阅逻辑层
- 用户接口层
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DDS 中间件采用发布 / 订阅机制：
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6.1.2 功能模块
6.1.2.1 用户接口层
包含五大模块：
- 基础模块
- 主题模块
- 发布模块
- 订阅模块
- Domain 模块
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6.1.2.2 发布订阅逻辑层
发布 / 订阅数据模型
DDS 实现全局数据空间，按<数据类型-主题>组织数据，完成松耦合分发。
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QoS 抽象
QoS 策略用于控制数据生命周期、资源占用与传输行为。
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6.1.2.3 RTPS 互联互通层
RTPS 层包含四大模块：
- 结构定义模块
- 报文定义模块
- 行为模块
- 发现模块
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6.1.2.4 异构资源屏蔽层
- 操作系统资源屏蔽模块：线程、同步、内存、IO 封装
- 网络资源屏蔽模块：以太网、RapidIO、FC 封装
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6.2 DDS 数据监控工具
6.2.1 节点信息交互模块
获取 DDS 节点 Monitor 报文，解析后供界面展示。
6.2.2 用户界面模块
- 资源监控列表
- 属性面板
- 发布 - 订阅数据显示
- 发布订阅关系图
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6.3 DDS 测试验证环境
6.3.1 以太网环境
4 台 PC 机，Windows 10，i7-7700，≥16GB 内存。
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6.3.2 RapidIO 环境
6 台 PC 机，Windows 7，i7-5700，≥16GB 内存，底层使用 RapidIO 驱动。
6.3.3 653 系统仿真环境
Windows 平台下模拟 653 分区操作系统运行环境，提供分区调度、APEX 接口、分区间通信等机制。
7 关键技术
7.1 DCPS 模型
DCPS 是 DDS 核心，以数据为中心，实现松耦合发布 / 订阅。
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7.1.1 成员说明
- Domain：域，隔离通信环境
- DomainParticipant：域参与者，应用入口
- Topic：主题，匹配发布与订阅
- Publisher：发布者
- DataWriter：数据写者
- Subscriber：订阅者
- DataReader：数据读者
7.1.2 发布订阅流程
- 初始化 DCPS 信息仓库
- 注册主题、配置 QoS，匹配后建立连接
- DataWriter 发布数据，DataReader 接收数据
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7.2 RTPS 协议
RTPS 是 DDS 互操作协议，基于 UDP 实现可靠发布 - 订阅通信。
包含四大模块：
- 结构模块
- 消息模块
- 行为模块
- 发现模块
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7.3 QoS 服务质量
关键 QoS 策略：
- DURABILITY（持久性）
- PRESENTATION（呈现）
- DEADLINE（截止时间）
- OWNERSHIP（所有权）
- LIVELINESS（存活检测）
- TIME_BASED_FILTER（时间过滤）
- PARTITION（分区）
- RELIABILITY（可靠性）
- DESTINATION_ORDER（数据排序）
- HISTORY（历史缓存）
- RESOURCE_LIMITS（资源限制）
8 总结
项目技术方案满足功能需求，IASE 中间件可提供平台适配、网络适配、路由管理、消息管理、节点管理、监控管理等完整能力；配置数据管理工具满足 IMA 系统软件集成的构型、路由、数据、网络等配置生成与管理需求。
