【DDS 数据分发服务】Blue DCS 分布式数据连接解决方案

Blue DCS 分布式数据连接解决方案

Blue DDS及全流程工具软件集组成的分布式数据连接解决方案。

1. 面临问题

随着计算机技术的飞速发展，应用系统的规模日趋庞大，结构和功能也日趋复杂，系统在集成过程中面临如下问题：

• 大型系统中数量众多的异构计算设备存在高性能数据通信的需求，目前缺乏面向大型系统的自主可控的实时数据交互解决方案；
• 系统规模急剧增长时，传统的拓扑结构（如点对点、C/S拓扑等）存在如性能瓶颈、维护难度大等问题，导致可扩展性较差；
• 网络环境中丢包、延迟、传输顺序出错、受限的带宽等问题，极大影响了信息系统的正常运行，缺少适应多种通信场景的高品质数据交互解决方案；
• 传统的通信方案往往需要软件与IP等硬件信息绑定，而在硬件统一化、硬件虚拟化等趋势下，软件面临灵活重组的需求，要求数据交互方案实现松耦合；
• 对于信息系统特别是分布式信息系统的设计建模、数据传输状态的监控、记录与管理，缺乏全流程的辅助工具。

2. 产品描述

Blue DCS（Blue Data Connect Service）是由一套逻辑相互关联、功能各有侧重的数据分发中间件Blue DDS及工具集组成的数据交互解决方案，面向分布式系统应用领域的特点，为用户提供高效、可靠的开发/部署/集成大规模分布式实时系统的手段。

图1 Blue DCS组成
DDS（Data Distribution Service，数据分发服务）是由对象管理组织（OMG）在HLA及CORBA等标准的基础上制定的新一代分布式实时通信中间件技术规范，Blue DDS中间件是一套符合DDS规范的高性能自主可控的数据交互中间件，是一款经过实际应用验证的成熟产品，目前已应用于多型装备型号。

图2·BlueDDS数据交互示意
Blue DDS为应用程序提供主题创建、数据发布/订阅、QoS策略配置等接口，为系统提供实时、高效、灵活的数据交互手段；允许应用程序跨操作系统、语言和处理器体系结构交换信息，支持对异构系统的综合集成。

图3·BlueDDS中间件与其他层的关系

3. 产品功能

3.1 中间件

1、发布/订阅功能

发布/订阅功能使应用程序将消息按照特定的主题甚至内容进行分发，而应用程序也可以根据主题或内容接收到所需要的消息。发布/订阅功能使得发送者和接收者之间的耦合关系变得更为松散，发送者不必关心接收者的目的地址，而接收者也不必关心消息的发送地址，仅需根据消息的主题进行消息的收发。
使用Blue DDS的应用程序可在网络上实现节点之间的相互发现，并交换各自的订阅信息、发布信息，建立起订阅者与发布者之间的对应关系，自动完成分布式订阅与发布之间的动态匹配。

2、应用数据过滤

• Key机制：用户可将主题中任意字段设置为Key，Blue DDS只将与用户设定的Key值相同的数据实例提交给订阅者。
• ContentFilter机制：用户可通过条件表达式设置某一主题中符合何种条件的数据实例是被关心的，Blue DDS只将符合条件的数据提交给订阅者。

3、QoS

为满足用户在不同应用场景下对信息交互的特殊需求，Blue DDS提供不同的服务质量（QoS，Quality of Service）：如可靠性、持久性、紧迫度等，可单独或组合使用，常见的QoS示例如下：

• Reliability（可靠性）：是否确保数据可靠地传递，可配置为可靠方式（RELIABLE）或尽力而为（BEST_EFFORT）的方式。
• Deadline（截止时间）：数据发送者在每一个数据周期的截止时间内发送数据，而数据接收者希望在在每一个数据周期的截止时间内接收到数据。
• Durability（持久性）：描述Blue DDS是否将之前可用的历史数据再次发送给系统中新加入的数据读取者，以及历史数据的存储方式。

3.2 工具集

3.2.1系统架构和接口设计工具（BLUE ICD）

为用户进行信息系统的架构和接口设计提供一种建模手段，可实现数据模型的统一化、设计数据的可视化，确保设计数据的准确性。ICD工具将传统的文档设计方式转变为基于模型的设计方式，以“树”+“图”+“表”的方式提供统一的可视化的设计环境，并内置了有效的检验手段，保证设计的有效性和准确性，同时支持设计结果以word或xml文件的形式直接导出，辅助用户完成协同编辑。

3.2.2 协议编辑管理工具（Blue IDL Manager）

支持用户使用统一的接口定义语言（IDL）开展系统接口协议的设计、实现及管理工作。主要包括IDL协议文件的编辑、语法检查、过程版本的管理和控制功能，同时提供了选择性编译和实现功能，用户可依据具体的筛选条件输出所需的协议文件。

3.2.3 辅助开发工具（Blue Developer）

为用户的开发及测试环境提供一种可视化的配置手段，工具可依据用户配置的参数信息及接口定义文件，自动生成符合Blue DDS编程规范的C/C++代码框架，供用户进行应用程序的开发。同时，工具可自动生成与应用程序相匹配的Blue DDS的接口测试环境，便于用户快速开展接口测试，可缩短故障定位时间，提高用户的开发效率。

3.2.4 系统监控工具（Blue Monitor）

为用户提供一种可视化的监控手段，采用多视角从不同维度展示系统网络中Blue DDS应用软件的通信情况，使整个系统的运行状态透明化，便于用户实时掌握系统的动态。系统监控工具主要对网络上使用Blue DDS进行数据交互的应用软件的通信情况进行监控，以树形视图的形式从不同维度展示设备节点、应用软件、域、主题之间的关系；以表格的形式展示发布、订阅的匹配信息及相关的QoS策略等；以折线视图的形式展示设备节点内存占用率、处理器的使用率等。

3.2.5 记录回放工具（Blue Recorder & Replayer）

为用户提供一种数据流现场的保留和重演手段，用户可依据实际的应用场景，自定义需保留或选择重演的数据流信息，辅助用户完成系统的故障定位或相关性能的分析工作。其中， 数据记录功能用于记录网络上使用Blue DDS进行数据交互的应用软件的数据信息，包括主题名、数据类型、开始时间、结束时间等；同时提供的基础信息配置功能可定制记录的配置策略，辅助系统集成人员完成试验现场（数据流）的记录。
数据回放功能可依据数据记录的文件内容完成网络上数据流的回放，辅助系统集成人员完成试验现场（数据流）的恢复，驱动系统进行执行过程回演，用户可灵活控制回放过程的开始、停止、回放速率。

4. 产品特性

4.1、高性能

• 低时延：Blue DDS底层使用UDP协议进行数据传输，通过优化的内核机制，实现微秒级的数据传输；纯分布式的系统结构，保证系统内不存在影响实时性的瓶颈节点。
• 高数据率：Blue DDS通过预分配缓存、预发现全局拓扑等机制，保证数据从应用产生后立即能够发送给所有订阅者，在百兆网络中速率可达90 Mbps。

4.2、可靠性

• Blue DDS提供点到点的信息交互服务，在系统中不存在集中式的代理或服务进程，从而保证整个系统服务不存在单点故障的风险。
  -Blue DDS提供了可靠传输策略（Reliability QoS），通过重发机制确保数据可靠地传输。

4.3、扩展性

• Blue DDS使用“订阅/发布”机制进行数据交互，建立全局的虚拟数据空间，在通信层面将应用逻辑与节点的物理信息解耦合，使系统能够方便的实现节点增减或系统本身的分割/合并，满足系统的扩展性需求。
• 运行时由Blue DDS自动发现并连接设备和应用程序，即插即用，无需系统管理或目录服务。

4.4、灵活性

应用系统可以根据应用场景需求，灵活选择多种Blue DDS提供的应用级QoS策略（例如可靠性传输、数据过滤、优先级排序等等），以满足系统的灵活性需求。

4.5、跨平台

• 支持道、中标麒麟、Windows、Linux、VxWorks等操作系统。
• 支持龙芯、x86、PowerPC、ARM等硬件架构。

4.6、互操作

Blue DDS遵循OMG定义的DDS规范，可与其他DDS产品如美国RTI Connext DDS实现互联互通。

4.7、丰富的工具集

Blue DCS提供了功能丰富的工具集，覆盖分布式数据通信领域从设计建模、辅助开发、分发部署、监控记录、数据分析等全流程，极大提升了系统集成的效率和质量。

4.8、自主可控

Blue DCS完全自主可控，实现了在核心的分布式通信领域的纯国产化，具有重大的战略价值。

5. 应用价值

Blue DCS可支撑兵器军工、航空航天、工业物联网、以及交通、医疗、能源等民用领域的信息集成，实现如下应用价值：

• 为大型系统提供高性能的分布式实时通信解决方案，缩小研发成本，提升系统集成质量；
• 有效实现对信息系统中信息传输多维度的控制，提升系统集成效率；
• 监控等功能可辅助故障定位，提升系统联调的自动化水平；
• 系统记录的大量数据可应用于挖掘分析，实现数据资产的积累，提升智能化的评估和预测能力；
• 具有完全自主知识产权，更大程度保证了网络安全、信息安全。

6. 应用案例

Blue DCS已支撑我国多型装备系统信息集成：

• 中科院声学所
• 中国航天科技集团
• 哈尔滨工程大学
• 中国船舶工业系统工程研究院
• 中船重工集团第705研究所
• 中船重工集团第715研究所
• 中船重工集团第716研究所
• 中船重工集团第717研究所
• 中国电子科技集团第27研究所
• 中国电子科技集团第29研究所
• 中国电子科技集团第36研究所
• 南京科瑞达电子装备有限公司

7. 联系方式

• 杨经理：18911990524
• 陈经理：18911990146

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译文连载

RTPS规范-译文连载：实时发布订阅协议（RTPS）DDS互操作网络协议规范-中文翻译_001

DDS规范-译文连载：DDS (Data Distribution Service) 数据分发服务-规范中文翻译_001

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相关链接

DDS科普：一文读懂DDS（数据分发服务）

DDS定义：什么是DDS？

产品介绍：BLUE DCS分布式数据连接解决方案

产品试用： 海蓝云平台-Blue DCS

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