一，openDDS及相关产品介绍

OpenDDS是分布式应用程序的实时通信网络中间件,  主要用于实时数据分发服务。是分布式系统实时应用程序的网络中间件，它遵循对象管理组织(OMG)中实时系统数据分发服务DDS的标准，并且是全球DDS标准最可靠、最灵活和最高性能的实现。

DDS是位于网络协议栈最上层的软件，它屏蔽底层网络代码，代之以通用的、基于标准的应用程序接口(API)。通过API提供易于理解、基于发布/订阅的通讯模式，这种模式定义了两类基本角色：

• 发布者：创建数据，给数据命名(称为主题Topic)，并将数据分发给感兴趣的订阅者
• 订阅者：注册感兴趣的主题，并在主题数据有变化时接收数据

任意一个节点可以成为发布者、订阅者或两者皆是，并可拥有多个主题。DDS处理所有的网络输入输出，管理可靠和透明的传输，如消息寻址、数据组合和分散、流控制、重试等等。所有这些都不需要应用程序干预，大大降低了用户的工作量，用户可以把精力花在应用程序的设计上。

常见的设计模式

DDS经常被用于三种设计和应用环境，包括：

• 数据苛刻性场合的应用
• 多个数据源需要连接到多个数据接收点的应用程序
• 系统结构动态需要发生变化的应用程序

• 数据苛刻性场合

  数据关键的应用就是对应用来说时间基线、可靠性、可获得性和性能都非常重要，但是由于物理定律的存在，设计者必须在这些需求中有所取舍。

  DDS允许系统设计者设定所有系统组件之间的约束，指定如何、何时、何处的数据被传送。openDDS为开发者提供了超过20种QoS参数，通过使用这些参数，可以优化应用程序的数据通过率、性能和应答能力。例如，GPS传感器给订阅者位置信息，但是如果传感器停止工作(例如在隧道里)，系统可以根据当前速度和方向估算出结果来替代，而数据消费者不会发觉这种替换的发生。这种"透明"是因为DDS提供了标准的API接口，弱化了数据的传输和使用的关系。应用程序只需要解决应用层面的问题而不用关心数据传输问题。

  DDS的使用范围是那些需要快速、灵活实现以数据为中心的发布/订阅通讯网络，这种实现完全透明，并与操作系统和编程环境无关。

  DDS概述

  消息中间件包括点到点、消息队列和发布/订阅三种工作模式。点到点摸式具有很强的时间和空间耦合性，使得通信灵活性受到很大限制。消息队列模式通过一个消息队列来传递消息，解决了通信双方时间和空间松耦合的问题，但不能实现消息消费者通信的异步，并且还存在服务器瓶颈和单点失效的问题，可靠性得不到保障。发布/订阅模型中发布者和订阅者通过主题相关联，双方不必知道对方在何处。也不必同时在线，实现了通信双方时间、空间和数据通信的多维松耦合。

  DDS规范

  DDS(DataDistribution Service数据分发服务)是对象管理组织OMG的有关分布式实时系统中数据发布的一个较新的规范(2004年12月发布1.0版，2007年1月发布1.2版)。DDS规范采用了发布/订阅体系结构，对实时性要求提供更好的支持。DDS是以数据为中心的发布/订阅通信模型，针对强实时系统进行了优化，提供低延迟、高吞吐量、对实时性能的控制级别，从而使DDS能够广泛应用于航空、国防、分布仿真、工业自动化、分布控制、机器人、电及网络化的消费电器等多个领域。

  DDS标准规范了实时分布式系统中数据发布、传递和接收的接口和行为，定义了以数据为中心的发布/订阅机制。DDS规范使用UML语言描述服务，提供了一个与平台无关的数据模型(这个模型能够映射到各种具体的平台和编程语言)，使得实时分布式系统中数据能够高效、可靠地发布，它主要应用在要求高性能、可预见性和对资源有效使用的关键任务领域。

  DDS规范列举并正式定义了一整套全面的QoS策略，能利用QoS进行系统控制。每一个DCPS实体都有自身的QoS策略，而且在每一对发布者和订阅者之间又都可以建立独立的QoS协定。这使得DDS可以很好地配置和利用系统资源，协调可预言性与执行效率间的平衡，并能支持复杂多变的数据流需求。

  DDS的通信模型

  应用程序在处理以数据为中心的分布式系统时，DDS标准中间件可以帮助用户使用更加简单的编程模型，不需要开发特定的事件/消息机制或手动创建封装的CORBA对象来获取远程数据。应用程序可以使用一个简单的主题(Topic)名称来指定它想要读或写的数据，使用以数据为中心的API来直接读写数据。DDS中以数据为中心的发布/订阅(DCPS)模型构建了一个共享的"全局数据空间"的概念，所有的数据对象都存在于此空间中，分布式节点通过简单的读、写操作便可以访问这些数据对象。实际上，数据并非存在于所有计算机的地址空间中，它仅存在于那些对它感兴趣的应用程序的本地缓存中，而这一点正是发布/订阅模型的关键所在。

  DDS的QoS策略

  较好的QoS控制策略可能是DDS标准最重要的特征。QoS在DDS规范中得到了普遍而深入的使用，用于配置系统以及在每对发布者/订阅者之间建立起独立的QoS协定，而QoS协定能够提供实时系统所要求的性能、可预测性和资源可控性，并且能够保证发布/订阅模型的模块性、可量测性和鲁棒性等。因此，DDS能够满足非常复杂和灵活的数据流要求。

  DDS特点

  • DDS是针对网络编程的一个公开标准
  • 是一套支持出版/订阅设计思想的应用程序接口（ API）
  • 体现了以数据为中心进行结构设计的方法学
  • 专为高性能的实时系统设计
  • 可以大大降低用户成本
  • 用户可专注于自己的设计，不需要自己设计系统中所有的组件
  • 降低集成成本，减少首次设计时间和后继测试等时间开销
  • 采用公开标准，减少了被供应商特定技术禁锢的风险

  • RTI公司实现的商业版本DDS应用范围和典型用户

    全球已经有500多个项目和案例成功采用了RTI公司的DDS方案，网络中间的市场占有率高达80%左右。包括航空、航天、船舶、国防、金融、通信、汽车等领域。

    美国海上战争中心(NSWC)高性能分布式计算系统（HiPer-D）

    • 高性能分布式计算(HiPer-D)程序跟踪成千上万个目标、多首船的几百个计算机之间协同通信
    • 满足系统实时性要求(微秒级) 并具有100%时间确定性
    • RTI提供成熟的技术和产品满足分布式计算环境中HiPer-D对实时性和确定性的严格要求

    美国海军 LPD-17 舰内广域网络

    • 美国海军LPD-17舰内广域网络 (SWAN) 包括以下通信系统:
      • 船、机械、检测和掌舵之间的控制系统（shipboard, machinery, damage and steering controls）
      • 使命控制、导航和通信系统（Mission control, navigation and communication systems）
      • 其它很多部件的通信（Many other components）
    • 挑战在于大数量的分离系统之间的协同工作的复杂性
    • RTI是整个SWAN系统同步和管理广域网控制系统的设置的核心

    洛马美国海军Aegis 开发式构架武器系统

    • 第二代美国海军Aegis武器系统
    • 挑战：分布式系统，包括雷达、武器、显控等系统之间时间苛刻性条件下的如何进行数据传输和共享
    • 保持系统最大化的可测试性和灵活性
    • l RTI提供实时通信构架，以及提高基于标准的系统可扩展性

    Insitu 无人机

    • Insitu公司是无人机技术的领先者
    • 下一代无人机包括Scan Eagle和新的平台
    • 挑战：开发一个满足苛刻性要求的无人机，并具备强大的自我调节和可靠的地面控制系统
    • RTI技术的应用使得系统的信息流更加可靠和灵活，并能够和多个地面控制系统无缝集成和可靠通信

    其它系统

    • Navy Open Architecture舰艇自卫系统 (SSDS)
    • 濒海战斗舰 Littoral Combat System (LCS)
    • System(LCS)
    • NavDDS船舶导航系统
    • FFX-1海军战斗机系统
    • AWACS（Airborne Warning and Control System）雷达系统升级
    • DDS B-1B战术系统升级
    • 先进的驾驶舱地面控制站
    • 动力科技船舶仿真Force Technologies Ship Simulations
    • 美国军方和lowa大学驾驶仿真系统
    • CAE SimXXI新一代飞行模拟系统