分层数据总线：现代分布式体系架构的根基

 

世界是以数据为中心的。

当今的应用程序运行于数据（大量数据）上。跨网络，跨不同的传输协议以及跨地理分布的设备的大量数据流的连续流，以确保应用程序按设计运行。这些连接的系统通常需要诸如容错，可伸缩性，低延迟和子系统隔离之类的功能，当然还有互操作性，以便数据到达所需的位置，何时到达的位置。

从传统系统过渡到现代系统的一种流行软件协议是以数据为中心的数据总线，该数据总线建立在Data Distribution Service™（DDS）标准之上。DDS通过集中式数据总线提供通信层，该总线使运动中的数据能够按需流动。这是一个高度可扩展，高效的架构，并通过工业网络协会推荐®其工业网络的参考架构（IIRA）1建筑纲领性文件。

与处理静态数据的数据库不同，DDS数据总线处理动态数据。您可以将其视为共享的全球空间，在该空间中，数据在发布者及其匹配的订阅者之间不断流动，可扩展到成百上千个端点。数据总线已用于数千个系统中，以解决日益复杂的设计集成难题，而无需自定义编码。工程师可以创建多个基于DDS的层（数据总线）以分离，隔离和有选择地共享通信。分层的数据总线体系结构可以通过一组令人印象深刻且灵活的机制来做到这一点，特别是服务质量（QoS），过滤，自动发现和安全性。

尽管利用系统中的多个数据总线可以实现许多强大的功能，但它也带来了一些挑战，例如何时需要在这些数据总线之间共享信息。这是分层数据总线发挥作用的地方。一个分层的数据总线架构创建一个虚拟插件和播放的通信平台，以现代化和扩大传统应用程序和系统。当需要连接新的子系统时，它不需要重新编译，重建，重新验证和重置专有的整体系统。

分层DDS数据总线可解决复杂的扩展和可伸缩性问题，而无需牺牲复杂的互连设计所需的粒度和控制能力。分层的数据总线体系结构使专有系统与新系统互操作变得相对容易。层是透明的并自动运行：它们根据域发布者和订阅者的需求进行分离和共享。

 

分层数据总线的工作方式

在工业系统中，一种常见的架构模式由通信QoS和数据模型需求分层的多个数据总线组成。通常，数据总线将在系统的边缘实现，它通常表示从作为复杂系统一部分（例如汽车，石油钻机或医院）运行智能机或低级子系统的传感器或设备中收集的数据）。

在另一个层次结构级别上，可以存在一个或多个集成了其他机器或系统的数据总线，以促进高层控制中心或后端系统之间以及内部的数据通信。后端或控制中心层可能是系统中的最高层数据总线，但是肯定可以有超过这三层。
 

分层数据总线的优势

分层数据总线可以大大简化潜在的复杂性。具体地说，工程师经常在寻找一种实现可伸缩性的方法，以在不增加复杂性的情况下支持数十万个设备和应用程序。分层数据总线提供了简化大规模数据交换的框架。它可以支持数十万个设备和应用程序。分层数据总线的其他好处包括：

• 快速的设备到设备集成，交付时间以毫秒或微秒为单位
• 数据总线之间以及之间的自动数据和应用程序发现
• 可扩展的集成，包括成千上万的域参与者
• 自然冗余，以实现极高的可用性和弹性
• 分层子系统隔离可实现复杂系统设计的开发
• 可通过任何标准API定制的强大安全性，并可在任何类型的传输上运行

分层数据总线体系结构的另一个主要优点是它能够将未开发的系统与传统设计实践集成在一起。分层数据总线回答了如何创建一个通讯平台的问题，该通讯平台使遗留系统能够扩展以满足现代工业网络不断增长的需求。

                                     

      Figure 1: Sample layered databus architecture used in an autonomous vehicle scenario.

分层数据总线架构的实际应用

现代交通架构融合了自主和非自主元素。分层数据总线巧妙地桥接了这些不同的元素。车对车通信，车队管理通信等可以有其他层次。

在此示例中，第1层可用作提供自主功能所需的较低带宽旧系统和较高带宽传感器之间的通信平台。

第2层也可能在车辆内。在此示例中，第2层支持远程信息处理。请注意，两层之间有一个网关（RTI路由服务）。网关的重要作用之一是将流经第1层的关键安全相关数据与第2层中的非关键远程信息处理隔离开。设计目标是，远程信息处理中的任何故障都不会影响车辆的安全运行。DDS数据总线具有内置的安全性，可以保护系统免受未经授权的流量的侵害。

第三层为市政云提供了通信平台。这些基于云的服务提供了与第2层的关键通信。这种持续不断的双向通信提供了有关道路状况，天气模式，事故和弯路等的重要信息。

利用统一的数据模型，工程团队可以使用一致的数据模型，从汽车中最小的传感器到云。相反，专有实现可能有不同的团队从事不同的协议和接口。统一的数据模型不仅消除了这种资源消耗，还意味着如果平台，协议或体系结构发生了变化，这并不意味着重新设计应用程序。

 

 

原文链接：https://www.rti.com/blog/the-layered-databus-foundation-of-a-modern-distributed-architecture