基于DDS的跨域數據同步研究*

王品德

(西南電子電信技術研究所,四川 成都 610041)

基于DDS的跨域數據同步研究*

王品德

(西南電子電信技術研究所,四川 成都 610041)

數據分發服務(DDS)是由OMG組織發布的一種數據傳輸規范，可提供實時、高效、可靠的數據傳輸功能。為適應實時、非實時等各類數據的跨域數據同步需求，實現分布式系統中各個節點間的信息共享和協同工作，設計了一種基于DDS的跨域數據同步系統，給出了系統架構和系統組成，并詳細介紹了進行全網配置信息同步和業務數據同步的工作原理。為其在分布式系統中的應用提供了一種切實可行的解決方案。

數據分發服務; 跨域; 數據同步

0 引 言

在大規模分布式系統中，為了支持各個節點之間的資源共享、信息共享和協同工作，需要系統提供一個全局的數據空間[1]，負責系統中各類資源信息和業務數據的管理和維護。為確保系統用戶在任意一個節點上能夠共享全局的數據，必須實現一個具有高吞吐量、低響應時間、高可靠性和高準確性的數據同步系統。

目前實現的數據同步系統，大多數都是針對數據庫同步或者文件同步進行設計[2]，能夠保證各個節點的數據庫表和文件列表能夠實時的同步，采用的方法主要為數據復制，能夠很好的解決了數據同步過程中的數據沖突問題，但對于各個節點實時生成信息的同步，以及節點分域情況下跨域同步組[3]的數據同步研究較少。多數同步研究主要在集中在處理通信問題，而研究同步控制的較少。

數據分發服務(DDS)是對象管理組織(OMG)發布的一種分布式實時通信規范，提供豐富的QoS服務質量策略，在不同的網絡上都具有較高的數據傳輸性能[4]。針對分布式系統內各個節點的網絡情況和同步需求，本文采用DDS作為同步服務通信的基礎環境，重點針對廣域網上多節點分域情況下跨域數據同步的需求，設計了基于DDS的跨域數據同步系統，并詳細介紹了系統的工作原理。

1 數據同步需求

在大規模分布式系統中，由于節點數量很多，為簡化設計、提高同步效率，一般將各節點按照地理位置、網絡連接情況和歸屬單位等因素劃分為多個域。跨域數據同步系統工作的拓撲結構如圖1所示。圖中的交換節點和同步節點共同構成了一個同步域，域中可包含多個同步節點，但是只能有一個交換節點。交換節點的作用是負責域間數據的同步，域內的同步節點與域外的同步節點同步數據必須通過交換節點。同步節點和交換節點都部署同步服務軟件，實現數據同步數據發送和接收。在跨域的同步節點之間可以設置同步組，以明確數據同步的范圍。系統內同步的數據包括全局業務工作信息、全局數據資源信息和設備資源狀態信息[5]。

圖1 跨域數據同步拓撲結構

系統內各類用戶均可以發起數據同步，也可接收其他用戶同步到本地的數據。當有外部系統如用戶管理服務發起用戶信息同步請求時，數據同步系統的運行過程如下：①用戶管理服務A調用同步節點內部部署的同步服務軟件，將同步數據發送到同步節點；②同步節點根據同步組的設置明確需要將同步數據同步到用戶管理服務B所在的同步節點；③用戶管理服務A所在的同步節點找到交換節點2查詢到用戶管理服務B的路由；④交換節點2和交換節點3完成兩個域間數據的同步，并最終將數據同步到用戶管理服務B所在的同步節點；⑤同步節點的同步服務收到數據后將其發送給用戶管理服務B從而完成用戶管理信息的同步過程。

數據同步系統既要保證各節點間的配置信息同步，同時還要保證準確無誤地傳輸上層應用的同步數據，因此系統要求具有很高的可靠性和穩定性，在數據通信上尤其要保證實時性和靈活性。

2 跨域數據同步系統架構設計

根據跨域數據同步系統的需求，系統要實現的功能包括同步節點配置、同步交換管理、同步狀態監視、全局同步信息統計、配置信息同步、通信路由管理等功能。為了將數據通信從數據同步系統中獨立出來，上層的同步邏輯不需要了解通信的細節并確保通信可靠，本文利用DDS的強大共享數據分發能力和開放的體系結構，基于DDS設計了同步服務軟件和交換服務軟件，分別部署到同步節點和交換節點上，同步服務軟件之間協同工作完成數據同步，交換服務在同步服務軟件的基礎上增加路由管理、跨域配置信息同步和同步數據交換的功能。同步服務和交換服務均可以配置其工作域和工作組。系統整體上設計為無中心的架構，整體架構如圖2所示。

圖2 系統分層架構

圖2中同步服務與交換服務采用了統一的體系架構設計，“路由管理”等三個部分為交換服務特有的功能，其它的功能為兩者都具有的功能。為了確保軟件內部功能的松耦合，軟件采用了分層的設計方法，劃分了應用層、業務邏輯層、服務層和數據通信層。

應用層：主要負責界面展示，包括同步服務和交換服務的運行參數配置、導入導出、申請加入和退出同步系統、同步數據的查詢瀏覽、服務運行狀態查詢等功能界面。

業務邏輯層：完成同步服務和交換服務的核心業務邏輯實現，與同步數據業務相關的包括同步信息配置、同步交換管理、以及同步出現錯誤后的二次同步和定時同步等功能；與服務狀態監視相關的包括服務狀態管理和日志管理，完成本地服務狀態的收集與存儲上報；與全局數據同步業務相關的包括全局同步信息統計和全局同步配置信息管理，負責協同全網各域的同步服務，保持同步配置信息的一致，并且匯總整個系統的數據同步情況。

服務層：為業務邏輯層功能的實現提供各種服務，包括存儲類的數據訪問、文件存儲服務；數據通信類的數據收發、消息通信服務和配置信息分發。

數據通信層：完成底層的路由管理和數據通信。采用DDS作為底層的通信中間件，同步服務之間、同步服務與交換服務之間的所有數據都基于DDS的主題進行收發。路由管理負責維護交換節點之間的路由關系和本域內同步服務的路由關系，確保不同域的同步服務可以通過路由中轉進行通信。

3 系統組成及工作原理

3.1 系統組成

本系統劃分了用戶界面、同步配置、路由管理、同步交換管理、服務狀態管理、日志服務、文件存儲服務、數據訪問、消息通信服務和DDS通信等功能模塊，如圖3所示。

圖3 系統組成

其中，同步交換管理是核心模塊，主要完成同步數據的收發、同步異常處理和沖突處理，以及同步服務和交換服務軟件的運行管理。

3.2 全網配置信息同步

在同步服務的部署和配置發生變化時使用，如數據同步系統中新增一個同步服務，或者某一個同步服務配置了一個新的同步組時，都需要將自身的變化信息進行全網同步，以確保其他同步服務能夠按照最新的配置進行協同工作。在整個數據同步系統中設置了一個主控節點，用于進行接收變化信息，并通知其他同步服務或交換服務同步更新配置。主控節點從交換服務中進行選取，當一個交換服務失效后，系統將在剩下的交換服務中自動換取一個作為主控節點。同步過程如圖4所示。

圖4 全網配置信息同步過程

圖4中有三個節點參與了配置信息全網同步的過程，其中S和D為同步服務，C為主控的交換服務。具體的同步過程如下：

1)同步服務S的配置信息變化后，發起全網同步，將最新的配置信息通過DDS發送到主控服務。

2)主控服務C通過DDS接收到S同步服務發送的配置信息后，首先將新的配置信息與舊的配置信息進行對比，篩選出新添加的服務(也可能是新的能通信的服務)，發起全網同步，并等待其他服務返回更新情況。

3)主控服務C通知其他在線的同步服務有新的配置信息，并通過DDS發送新配置信息，同步服務D接收到新配置信息后，對同步配置進行修改，并返回更新情況。

4)主控服務C收到D反饋的更新情況，確認是否已完成全網同步，如果沒有完成則繼續等待，等待超時后，將向更新失敗的節點重發配置信息，如果依然發送不成功，則提示用戶同步節點配置信息同步不成功，需要人工干預。

5)主控服務收到所有服務同步完成的結果時，將結束等待，從而完成整個同步過程。

需要說明的是在主控服務C向同步服務D發送同步配置時，如果D和C同屬于一個域，那么可以直接發送同步配置信息，否則需要進行跨域的同步；主控服務C需要通過路由服務找到同步服務D所在域的交換服務，通過交換服務進行配置信息的域內同步。此外，同步配置失敗需要在同步服務中設置失敗重試次數，在設置次數內可進行重試，一旦超過設置的次數，則不再進行同步，最后通過人工盤點方式重新取出配置信息進行全網同步。

3.3 業務數據同步

業務數據同步是整個同步系統對外提供的核心功能。為了更好的簡化同步數據的交換過程，在同步服務中對DDS的通信進行了封裝，外部應用調用封裝DLL提供的接口函數，即可實現將數據提交到同步服務或交換服務。外部應用與同步服務、同步服務與交換服務、同步服務之間都通過DDS進行同步數據的收發。數據進行同步前，需要針對各種數據類型定義相應的數據同步組，外部應用提交需要同步的數據后，同步服務會根據該數據定義的同步組，將數據同步到組內所有同步服務，同步過程如圖5所示。

圖5 業務數據同步過程

圖5中有外部應用，同步的源服務S和目的服務D，具體的同步過程如下：

1)外部應用通過DDS把需要同步的數據發送給源同步服務S。

2)同步服務S收到同步數據后，由同步交換管理模塊進行數據的合法性檢測，為確保同步數據不會因程序異常而丟失，在同步完成前先進行同步數據的存儲，數據庫中存儲本次同步的信息包括發送者和數據類型等，文件系統存儲具體的同步數據。

3)S存儲數據后，將根據數據的類型找到相關同步組的同步服務D，并通過DDS把數據發送到D。

4)D收到同步數據后將信息進行存儲并返回同步成功信息，S收到返回信息后將不再等待，并刪除在2)步中存儲的數據，從而完成數據同步的過程。

在需要跨域同步時，需要經過交換服務進行中轉，通信過程類似。在同步服務S未收到同步服務D的回復消息時，將進行超時重發。對于超過重試次數的同步數據，將其存在同步失敗表中，后續通過人工盤點方式重新取出數據進行同步。

4 系統應用示例

跨域數據同步系統，實現了同步服務和交換服務，可將其應用到跨多個域的數據同步中。同步系統能夠按照業務需求實現各類數據的同步，系統典型應用示例如圖6所示。

圖6 系統典型應用示例

圖6中有北京、成都和上海三個節點，每個節點部署同步服務和交換服務。北京和成都兩個節點位于一個同步組，配置同步用戶信息。成都和上海兩個節點位于一個同步組，配置同步設備信息。同步內容如下：

1)將成都節點的用戶管理服務增加的用戶信息同步到北京節點的用戶管理服務。

2)將北京節點的用戶管理服務增加的用戶信息同步到成都節點的用戶管理服務。

3)將上海節點的設備服務寫入的設備信息同步到成都節點的設備服務。

通過在某專用廣域網絡上搭建上述試驗系統進行試驗，證明DDS能夠確保廣域網上可靠的數據通信，同步系統能夠按照配置正確執行數據同步操作，上層應用能夠基于同步服務實現遠程傳遞同步數據，從而保證各個節點數據的完整性和一致性。

5 結 語

本文構建了基于DDS的跨域數據同步系統，包括同步服務和交換服務，以滿足跨域應用間的數據同步需求。由于DDS是成熟的通信中間件，能夠快速應用和部署，并滿足同步數據跨域的可靠通信要求，能應用于數據同步系統研制。但是在實際項目中，由于網絡的不穩定性給數據同步帶來了很大的影響，同步服務和交換服務內部的業務邏輯能否完全適應各種網絡的應用，還需要進一步試驗驗證，從而進一步提升同步系統的穩定性、可靠性和適應性。

[1] 李軍.數據分發服務中的全局數據空間(GDS)的研究與設計[J]. 艦船電子工程,2010,30(04):62-64. LI Jun. Research and Design of“Global Data Space” in Data Distribution Service Specification for Real-time Systems[J].Ship Electronic Engineering,2010,30(04):62-64.

[2] 董立巖,毛銳,余宜誠等.基于分布式多服務系統的數據同步方法[J].吉林大學學報:理學版,2011,49(04):745-749. DONG Li-yan, MAO Rui, YU Yi-cheng,et al. Synchronization Method based on Distributed Multi-service System [J]. Journal of Jilin University (Science Edition), 2011, 49(04):745-749.

[3] 仲維亮,楊斌,雷國志. 基于DDS的傳輸插件的性能比較和分析[J]. 通信技術,2013,46(03):13-15. ZHONG Wei-liang, YANG Bin, LEI Guo-zhi. Comparison and Analysis on Performances of DDS Transmission Plugins [J]. Communications Technology, 2013,46(03):13-15.

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[5] 劉煥敏.分布式裝備管理信息系統的數據同步機制研究與實現[J].火力與指揮控制,2012,37(12):152-154. LIU Huan-min. Study and Application of Data Synchronization Strategies in Distribution Equipment Management Information System[J]. Fire Control & Command Control, 2012, 37(12):152-154.

Cross-Domain Data Synchronization based On DDS

WANG Pin-De

(Southwest Institute of Electronic and Telecommunication Technology，Chengdu Sichuan 610041，China)

DDS (Data Distribution Service),as a data distribution specification published by OMG, can provide real-time, high-efficient and reliable data distribution. In order to adapt the requirement for cross-domain data synchronization with real-time and non-real-time data and implement data sharing and cooperative work between the nodes in distributed system, a cross domain data synchronization system based on DDS is proposed and designed. System architecture and composition are given, and the working principle of configuration-data distribution and business-data distribution also described in detail. Meanwhile, a feasible solution for its application in distributed system is also provided.

DDS; cross-domain; data synchronization

date:2014-10-27；Revised date：2015-02-18

TP391

A

1002-0802(2015)04-0447-06

王品德(1980—)，男，碩士研究生，工程師，主要研究方向為計算機網絡及信息安全。

10.3969/j.issn.1002-0802.2015.04.013

2014-10-27；

2015-02-18