數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)在無(wú)人機(jī)地面站系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

柴毅哲，楊任農(nóng)，鄔蒙，張歡（空軍工程大學(xué)航空航天工程學(xué)院，西安710038）

數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)在無(wú)人機(jī)地面站系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

柴毅哲，楊任農(nóng)，鄔蒙，張歡
（空軍工程大學(xué)航空航天工程學(xué)院，西安710038）

0　引言

隨著信息科技的飛速發(fā)展的同時(shí)，國(guó)家的軍隊(duì)建設(shè)也在不斷壯大，海量的數(shù)據(jù)傳輸和安全高效的通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋是軍隊(duì)建設(shè)的必然發(fā)展趨勢(shì)。而傳統(tǒng)的通信架構(gòu)和傳輸協(xié)議，如CORBA技術(shù)，它是采用面向過(guò)程的客戶端/服務(wù)器通信模式，其通信過(guò)程比較復(fù)雜，在建立鏈接的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)，且數(shù)據(jù)傳輸效率低，存在掉線的問(wèn)題，而且不能滿足系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的需求；再如分布式共享內(nèi)存技術(shù)，它是以數(shù)據(jù)為中心的通信模式，由于該模式執(zhí)行效率低，靈活性差，很難滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性需求。因此，這些傳統(tǒng)的通信模式不能應(yīng)用于航電系統(tǒng)、空管系統(tǒng)、指揮訓(xùn)練系統(tǒng)等對(duì)分布式系統(tǒng)的通信可靠性、實(shí)時(shí)性、靈活性要求較高的領(lǐng)域。

為了更好的解決上述問(wèn)題，在數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（Data Distribution Service，DDS）［1］中建立一種以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布/訂閱（P/S）模型，DDS是由對(duì)象管理組織（Object Management Group，OMG）針對(duì)發(fā)布訂閱模型頒布的一種規(guī)范，P/S模型與CORBA［2-3］技術(shù)或其他模型相比，具有較好的實(shí)時(shí)性、靈活性和可靠性。本文研究的無(wú)人機(jī)地面站系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)將以RTI-DDS作為通信基礎(chǔ)中間件，然后設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)適合本系統(tǒng)的通信機(jī)制，以滿足通信中的實(shí)時(shí)性、可靠性、靈活性等數(shù)據(jù)分發(fā)需求。

1　DDS原理與通信模式

數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（DDS）是由對(duì)象管理組織（OMG）針對(duì)分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)發(fā)布/訂閱（P/S）模型頒布的一種新的規(guī)范，該規(guī)范包含兩層機(jī)構(gòu)，分別是底層的以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布/訂閱 （Data-Centric Publish-Subscribe，DCPS）層和高層的數(shù)據(jù)本地重構(gòu) （Data Local Reconstruction Layer，DLRL）層［4］。采用以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布/訂閱通信模式，將數(shù)據(jù)資源、資源期待值、網(wǎng)絡(luò)情況等用服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）參數(shù)描述，是一種輕便的，能提供實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)分發(fā)的數(shù)據(jù)通信規(guī)范，可用于空天防御、仿真、工業(yè)自動(dòng)化、控制、機(jī)械化、通信等領(lǐng)域。

數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（DDS）模型的基本體系框架如圖1所示，主要包括：數(shù)據(jù)發(fā)布者Publisher、數(shù)據(jù)訂閱者Subscriber、數(shù)據(jù)寫DataWriter、和數(shù)據(jù)讀DataReader、主題Topic。

Publisher通過(guò)創(chuàng)建不同的DataWriter發(fā)布數(shù)據(jù)，不同的數(shù)據(jù)類型用不同的Topic標(biāo)識(shí)，Publisher不直接分發(fā)數(shù)據(jù)，只負(fù)責(zé)創(chuàng)建和管理DataReader，DataReader負(fù)責(zé)發(fā)布主題，接收主題訂閱信息，并分發(fā)數(shù)據(jù)給Subscriber；Subscriber負(fù) 責(zé) 創(chuàng) 建 和 管 理 DataReader，DataReader負(fù)責(zé)訂閱數(shù)據(jù)；Topic起到關(guān)聯(lián)DataWriter 和DataReader的作用，DataWriter告知DDS或其他應(yīng)用它擁有的數(shù)據(jù)類型的Topic，DataReader則會(huì)告知DDS它想要得到的數(shù)據(jù)的 Topic。DataWriter和DataReader之間進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)與Topic密切相關(guān)。當(dāng)DataReader訂閱的主題與DataWriter發(fā)布的主題相同，且二者QoS參數(shù)匹配時(shí)，即建立發(fā)布-訂閱關(guān)系并進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)。

圖1　DDS模型的基本體系框架

（1）DCPS通信模型

底層的DCPS層是DDS的核心和基礎(chǔ)，提供了通信的基本架構(gòu)，確保將相應(yīng)信息傳遞給對(duì)該信息“感興趣”的接收者，該層建立了一個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)空間（Global Data Space，GDS）的概念［5］。發(fā)布者（Publisher）在全局?jǐn)?shù)據(jù)空間中創(chuàng)建數(shù)據(jù)，并給數(shù)據(jù)設(shè)定主題（Topic），然后將數(shù)據(jù)分發(fā)給訂閱該數(shù)據(jù)的訂閱者，訂閱者（Subscriber）通過(guò)注冊(cè)主題訂閱自己“感興趣”的數(shù)據(jù)，然后當(dāng)該數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)接收數(shù)據(jù)，訂閱者可以通過(guò)兩種通信方式接收數(shù)據(jù)，一種是異步存取方式，另一種是同步條件存取方式。

訂閱完成后通過(guò)通信中間件處理，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)，即將傳統(tǒng)的客戶端/服務(wù)端（C/S）模式轉(zhuǎn)換為以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布/訂閱（P/S）模式。需要注意的一點(diǎn)是，DCPS通信模型［6］構(gòu)建在全局?jǐn)?shù)據(jù)空間（GDS）之上，所有數(shù)據(jù)對(duì)象都包含于全局?jǐn)?shù)據(jù)空間中，但并不是所有數(shù)據(jù)都已經(jīng)寫入計(jì)算機(jī)內(nèi)存地址中，只有各分布式節(jié)點(diǎn)在啟動(dòng)后聲明需要的數(shù)據(jù)才會(huì)存在于內(nèi)存地址空間中，這一設(shè)計(jì)大大提高了DDS通信的效率。DCPS通信模型如圖2所示。

圖2　DCPS通信模型

本文數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù) （DDS）主要由Publisher、Data Writer、Subscriber、DataReader和GDS共同實(shí)現(xiàn) Topic的創(chuàng)建和數(shù)據(jù)的分發(fā)功能。下面從數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕嵌葋?lái)闡述DDS的工作流程。

（1）發(fā)布過(guò)程

如圖3所示為數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（DDS）發(fā)布/訂閱消息工作流程。當(dāng)某個(gè)分布式節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送消息時(shí)，由Publisher創(chuàng)建一個(gè)DataWriter，然后DataWriter將該消息的Topic和其提供的QoS參數(shù)發(fā)送給其他各個(gè)分布式節(jié)點(diǎn)的全局?jǐn)?shù)據(jù)空間 （GDS）上，發(fā)送完成后DataWriter保持阻塞狀態(tài)直到有數(shù)據(jù)需要發(fā)布時(shí)才被激活。同時(shí)，各個(gè)分布式節(jié)點(diǎn)在其GDS中的發(fā)布主題表中添加該條發(fā)布信息。

（2）訂閱過(guò)程

當(dāng)訂閱者需要訂閱某個(gè)Topic的數(shù)據(jù)時(shí)，首先由Subscriber創(chuàng)建一個(gè)DataReader，然后DataReader在其所在的分布式節(jié)點(diǎn)的GDS中的發(fā)布主題表中查找到所有Topic相同且QoS參數(shù)匹配的Publisher，然后選擇一個(gè)作為訂閱對(duì)象，并將數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的Topic和QoS策略發(fā)送到該P(yáng)ublisher所在分布式節(jié)點(diǎn)的GDS中，然后Subscriber保持阻塞狀態(tài)直到有數(shù)據(jù)需要接收時(shí)才被激活。當(dāng)某個(gè)分布式節(jié)點(diǎn)收到來(lái)自DataReader的訂閱信息時(shí)，首先更新GDS中的訂閱登記表的記錄信息。然后查找發(fā)布主題表中的被訂閱信息并將數(shù)據(jù)發(fā)送給訂閱者。

圖3　DDS數(shù)據(jù)分發(fā)工作流程圖

（3）數(shù)據(jù)分發(fā)過(guò)程

當(dāng)某個(gè)分布式節(jié)點(diǎn)中有數(shù)據(jù)需要發(fā)布時(shí)，DataWriter被激活，然后GDS在訂閱登記表中進(jìn)行查找，看是否有QoS參數(shù)匹配且Topic相同的DataReader存在。 若存 在 DataReader，則 DataWriter就 跟DataReader建立發(fā)布/訂閱關(guān)系，然后，GDS將訂閱登記表中的訂閱相關(guān)信息傳輸給DataWriter，同時(shí)激活DataReader，激活完成后DataWriter根據(jù)接收到的訂閱相關(guān)信息將數(shù)據(jù)發(fā)送給DataReader，然后繼續(xù)保持激活狀態(tài)直到下次有數(shù)據(jù)需要接收時(shí)才被激活。DataReader接收到DataWriter傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后繼續(xù)保持阻塞狀態(tài)直到下次有數(shù)據(jù)需要接收時(shí)才被激活。若不存在DataReader，則DataWriter繼續(xù)保持阻塞狀態(tài)繼續(xù)等待下次被激活。

數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（DDS）模型通過(guò)將發(fā)布者所提供數(shù)據(jù)信息的狀況，訂閱者對(duì)所需數(shù)據(jù)的期望等信息用服務(wù)質(zhì)量（QoS）策略描述，通信中間件按照提供的QoS參數(shù)要求選擇最合適的數(shù)據(jù)發(fā)布/訂閱方式，從而既達(dá)到了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，也提高了通信靈活性，實(shí)現(xiàn)了可靠穩(wěn)定的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)。

（1）RTI-DDS通信中間件的通信過(guò)程

①發(fā)布過(guò)程

首先創(chuàng)建域參與者（Domain Participation），并用該域參與者注冊(cè)所需數(shù)據(jù)類型，然后為注冊(cè)的數(shù)據(jù)類型設(shè)定主題，接著創(chuàng)建Publisher，并用Publisher為Topic創(chuàng)建一個(gè)DataWriter，然后需要將創(chuàng)建的DataWriter強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為所注冊(cè)數(shù)據(jù)類型的DataWriter。轉(zhuǎn)換完成后，開(kāi)始在主題實(shí)例中存儲(chǔ)所注冊(cè)數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)，最后調(diào)用所注冊(cè)數(shù)據(jù)類型的DataWriter進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)布。

②訂閱過(guò)程

首先創(chuàng)建域參與者（Domain Participation），并用該域參與者注冊(cè)所需數(shù)據(jù)類型，然后為注冊(cè)的數(shù)據(jù)類型設(shè)定主題，接著創(chuàng)建Subscriber，并用Subscriber為Topic創(chuàng)建一個(gè) DataReader，然后需要將創(chuàng)建的DataReader強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為所注冊(cè)數(shù)據(jù)類型的DataReader。轉(zhuǎn)換完成后，在Subscriber或者DataReader上安裝監(jiān)聽(tīng)（Listener），然后當(dāng)有數(shù)據(jù)存在時(shí)，RTI-DDS通信中間件自動(dòng)處理接收到的數(shù)據(jù)，然后在on_data_aviliable（）函數(shù)內(nèi)部獲取數(shù)據(jù)。

（2）DDS可靠通信

為了保證通信的可靠性，RTI-DDS有兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，一種是盡力傳輸方式（Best-effort），在缺省的情況下使用，另一種方式是可靠傳輸方式（Reliable），使用Best-effort方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不在乎個(gè)別數(shù)據(jù)的丟失，可以保證傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性傳輸，但同時(shí)也會(huì)降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕褂肦eliable方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，確保所有傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確到達(dá)，可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕瑫r(shí)會(huì)產(chǎn)生延時(shí)。不管采用哪種傳輸方式，都不能同時(shí)使實(shí)時(shí)性和可靠性均達(dá)到最佳效果，所以，可以根據(jù)不同的數(shù)據(jù)通信需求靈活選擇數(shù)據(jù)傳輸方式。本文重點(diǎn)分析RTI-DDS的Reliable傳輸方式。

使用Reliable傳輸方式，可以保證數(shù)據(jù)被準(zhǔn)確有序發(fā)布，每個(gè)分布式節(jié)點(diǎn)或應(yīng)用的DataWriter有一個(gè)可調(diào)整大小的發(fā)布隊(duì)列空間，DataReader也有一個(gè)可調(diào)整大小的接收隊(duì)列空間，發(fā)送隊(duì)列空間和接收隊(duì)列空間用來(lái)臨時(shí)存放數(shù)據(jù)直到數(shù)據(jù)被確保完全正確發(fā)送。對(duì)于發(fā)送隊(duì)列空間，只有當(dāng)數(shù)據(jù)被正確發(fā)送給所有的Subscriber，才會(huì)從發(fā)送隊(duì)列空間中將該數(shù)據(jù)移除，如果發(fā)送隊(duì)列空間已滿，數(shù)據(jù)將會(huì)在發(fā)送隊(duì)列空間中保存一定時(shí)間然后被刪除。對(duì)于接收隊(duì)列空間，當(dāng)用戶已經(jīng)獲取接收到的數(shù)據(jù)時(shí)，才將該數(shù)據(jù)從接收隊(duì)列空間中刪除，如果接受隊(duì)列空間已滿，則會(huì)放棄接收新數(shù)據(jù)，直到有空間時(shí)才會(huì)繼續(xù)接收。

當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，DataWriter可以被設(shè)置為需要等待有可用的隊(duì)列空間時(shí)才去發(fā)送數(shù)據(jù)，這種情況下，發(fā)送線程將會(huì)處于阻塞狀態(tài)，只有當(dāng)存在可用隊(duì)列空間時(shí)才被激活。若DataWriter被設(shè)置為忽略隊(duì)列空間是否已滿隨時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，這種情況下，已經(jīng)存在于隊(duì)列空間中的舊數(shù)據(jù)可能會(huì)在沒(méi)有被所有的DataReader接收完時(shí)被擠出隊(duì)列空間。此時(shí)，DataReader會(huì)被告知數(shù)據(jù)已丟失，RTI-DDS會(huì)發(fā)送ACK信息確保可靠通信［7］。需要注意的是，DataWriter使用write（）寫入數(shù)據(jù)返回成功的返回值時(shí)，并不代表數(shù)據(jù)已被DataReader獲取，只是表明數(shù)據(jù)已被加入發(fā)送隊(duì)列空間中。用戶可以通過(guò)查看RELIABLE_WRITE_CACHE_CHANGED狀態(tài)集中是否含有NACK消息得知是否數(shù)據(jù)已被所有DataReader獲取。

通過(guò)上述分析可知，隊(duì)列空間的大小對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男视泻艽蟮挠绊懀瑸榱烁咝нM(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，RTIDDS采用RTPS（實(shí)時(shí)發(fā)布/訂閱）協(xié)議來(lái)保證可靠通信。當(dāng)DataWriter使用write（）寫入數(shù)據(jù)時(shí)響應(yīng)該協(xié)議，該協(xié)議通過(guò)不同消息類型傳遞相應(yīng)信息來(lái)保證通信的可靠性，包括DATA消息，ACKNACK消息，HB消息等。DATA消息由傳輸數(shù)據(jù)值和序列號(hào)組成，序列號(hào)時(shí)唯一的，是該消息的標(biāo)識(shí)。ACKNACK消息是DataReader收到數(shù)據(jù)后告知DataWriter其是否成功接收到數(shù)據(jù)的消息。HB消息包括 DataWriter告知DataReader其接收到的數(shù)據(jù)的序列號(hào)的范圍消息和DataReader反饋給DataWriter的確認(rèn)消息。

圖4　無(wú)丟包可靠通信過(guò)程

如圖4是無(wú)丟包的可靠通信過(guò)程，在發(fā)送隊(duì)列空間中，每個(gè)待發(fā)送的數(shù)據(jù)都有一個(gè)唯一的序列號(hào)，DataWriter將消息發(fā)送給DataReader，然后數(shù)據(jù)被存入接收隊(duì)列空間中，DataReader通過(guò)序列號(hào)得知沒(méi)有丟包數(shù)據(jù)，然后告知用戶可以處理數(shù)據(jù)。DataWriter向DataReader發(fā)送HB（1）消息，DataReader確認(rèn)已經(jīng)接收到該序列號(hào)代表的數(shù)據(jù)后向DataWriter返回 ACKNACK（2）消息，即已經(jīng)正確接收該序列號(hào)之前的全部消息，DataWriter收到反饋信息后即可獲知數(shù)據(jù)已被準(zhǔn)確發(fā)送。

3　無(wú)人機(jī)地面站系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)面臨問(wèn)題

無(wú)人機(jī)地面站系統(tǒng)共有10個(gè)模塊構(gòu)成，該系統(tǒng)基于松耦合架構(gòu)設(shè)計(jì)，分為基礎(chǔ)服務(wù)框架和業(yè)務(wù)組件。其中基礎(chǔ)服務(wù)框架包含控制管理模塊、安全監(jiān)視模塊、數(shù)據(jù)備份模塊；業(yè)務(wù)組件包括任務(wù)情報(bào)模塊、導(dǎo)航模塊、合成視景模塊、飛機(jī)狀態(tài)顯示模塊、通信鏈路模塊、實(shí)時(shí)音視頻回放模塊、任務(wù)規(guī)劃模塊。基礎(chǔ)服務(wù)框架部分提供數(shù)據(jù)服務(wù)、安全服務(wù)和系統(tǒng)控制功能。系統(tǒng)邏輯架構(gòu)如圖5所示。

從系統(tǒng)框圖能夠看出，無(wú)人機(jī)地面站系統(tǒng)各個(gè)模塊之間都要進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，對(duì)數(shù)據(jù)通信的要求很高，需求量很大。包括任務(wù)規(guī)劃模塊內(nèi)部數(shù)據(jù)通信以及與通信鏈路模塊、控制管理模塊和數(shù)據(jù)備份模塊的數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)備份模塊內(nèi)部數(shù)據(jù)通信以及與通信鏈路模塊、導(dǎo)航模塊、任務(wù)規(guī)劃模塊、控制管理模塊的數(shù)據(jù)通信，控制管理模塊與數(shù)據(jù)備份模塊的數(shù)據(jù)通信等。由此可知，系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)通信量大且種類繁雜，普通的數(shù)據(jù)通信技術(shù)不能滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、可靠信、靈活性等方面的要求，因此，我們通過(guò)RTI-DDS作為本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信中間件為系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)可靠的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)。

圖5　無(wú)人機(jī)地面站系統(tǒng)框圖

4　系統(tǒng)驗(yàn)證

RTI-DDS符合對(duì)象管理組織（OMG）頒布的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（DDS）標(biāo)準(zhǔn)，是專為實(shí)時(shí)分布式交互系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)通信的中間件，可以把它當(dāng)作一個(gè)數(shù)據(jù)總線。RTIDDS通信性能良好，且兼容其他通信標(biāo)準(zhǔn)，采用開(kāi)放式架構(gòu)設(shè)計(jì)，可通過(guò)UPD協(xié)議提高數(shù)據(jù)分發(fā)效率，同時(shí)也可以通過(guò)配置服務(wù)質(zhì)量（QoS）參數(shù)確保通信可靠性和穩(wěn)定性，這樣的靈活設(shè)計(jì)方式，可以基本滿足系統(tǒng)的預(yù)期升級(jí)要求。接下來(lái)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試RTI-DDS在實(shí)時(shí)性、吞吐量、可靠性等方面的性能［8］，看其能否滿足無(wú)人機(jī)地面站系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的性能要求。實(shí)驗(yàn)采用的計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)為 Windows 7，CPU為 Intel Core i7 3.4GHz（8 CPUs），內(nèi)存為8G，交換機(jī)采用TP-Link TLSF1024D（10/100Mbps Unmanaged Switch）。

（1）丟包率測(cè)試

首先對(duì)丟包率進(jìn)行測(cè)試，本文通過(guò)發(fā)送固定大小的同一包數(shù)據(jù)的形式對(duì)RTI-DDS的丟包率進(jìn)行測(cè)試，數(shù)據(jù)包大小不變，可以避免因數(shù)據(jù)包大小對(duì)傳輸效率的影響干擾，發(fā)送同一包數(shù)據(jù)，可以有效避免接收到錯(cuò)誤數(shù)據(jù)包的情況，本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)某種原因造成接收到的數(shù)據(jù)包與發(fā)送的數(shù)據(jù)包不同時(shí)，按照丟包處理。實(shí)驗(yàn)中首先由數(shù)據(jù)發(fā)送者向數(shù)據(jù)接收者發(fā)送數(shù)據(jù)包，并記下發(fā)送數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)，數(shù)據(jù)接收者接收到數(shù)據(jù)包后，先對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性進(jìn)行判斷，確定接收到的數(shù)據(jù)包無(wú)誤后記下接收到的數(shù)據(jù)包總個(gè)數(shù)，然后通過(guò)對(duì)比發(fā)送數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)和接收數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)既可得到本次實(shí)驗(yàn)的丟包率；

（2）實(shí)時(shí)性測(cè)試

測(cè)試延時(shí)值時(shí)，通過(guò)發(fā)送數(shù)據(jù)包的形式進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)中首先由數(shù)據(jù)發(fā)送者向數(shù)據(jù)接收者發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接收者記下接收到數(shù)據(jù)的時(shí)刻，然后立刻把接收到的數(shù)據(jù)返回給發(fā)送者，發(fā)送者隨即記下接收到反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)的時(shí)刻，然后將這兩個(gè)時(shí)刻之間的時(shí)間差折半即為該次發(fā)送數(shù)據(jù)包的時(shí)延。由于發(fā)送一包數(shù)據(jù)的時(shí)延是很小的，我們采用連續(xù)發(fā)送10000包大小為1024B的數(shù)據(jù)包作為一次實(shí)驗(yàn)，取最終的平均時(shí)延作為本次實(shí)驗(yàn)測(cè)得的延時(shí)值大小。

（3）吞吐量測(cè)試

通過(guò)測(cè)試單位時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)分發(fā)量的形式對(duì)RTIDDS的吞吐量進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)中首先測(cè)試數(shù)據(jù)包大小對(duì)吞吐量的影響，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中得知，當(dāng)數(shù)據(jù)包大小大于256B之后，其吞吐量值趨于穩(wěn)定，因此，為排除因數(shù)據(jù)包大小對(duì)吞吐量測(cè)試值的干擾，本次實(shí)驗(yàn)中我們選擇發(fā)送大小為1024B的數(shù)據(jù)包。然后以固定時(shí)間間隔在一分鐘內(nèi)發(fā)送同一大小的數(shù)據(jù)包，并通過(guò)計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)分發(fā)總量的大小測(cè)試吞吐量，所得的測(cè)試吞吐量值作為一次實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

測(cè)試的結(jié)果如表1所示：

表1　RTI-DDS通信中間件傳輸數(shù)據(jù)測(cè)試表

從測(cè)試結(jié)果中可知，不管是采用哪種傳輸方式，其丟包率都非常小，說(shuō)明RTI-DDS在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的穩(wěn)定性非常好；該實(shí)驗(yàn)測(cè)試環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)帶寬是10/100Mbps，理想情況下吞吐量能達(dá)到100Mbps，而在實(shí)際環(huán)境中，由于傳輸介質(zhì)物理受損等因素，其吞吐量一般只能達(dá)到90Mbps左右，從測(cè)試數(shù)據(jù)表中看出，數(shù)據(jù)的傳輸帶寬83Mbps已經(jīng)非常接近實(shí)際帶寬，從而能夠說(shuō)明，限制RTI-DDS傳輸帶寬的因素是傳輸介質(zhì)的帶寬容量，如果傳輸介質(zhì)的帶寬容量增加，則RTI-DDS的吞吐量也會(huì)接近理論值；兩種傳輸方式的平均延時(shí)和最大延時(shí)都是毫秒級(jí)的，非常小，完全能夠滿足分布式綜合系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。總之，該通信中間件完全能夠滿足大型分布式系統(tǒng)的通信性能要求。

5　結(jié)語(yǔ)

基于RTI-DDS的數(shù)據(jù)通信分發(fā)服務(wù)，可以在大型分布式系統(tǒng)中為各分布式節(jié)點(diǎn)之間提供實(shí)時(shí)可靠的數(shù)據(jù)分發(fā)，本文通過(guò)分析無(wú)人機(jī)地面站系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中面臨的問(wèn)題，引出使用RTI-DDS解決大型分布式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信問(wèn)題，然后通過(guò)系統(tǒng)驗(yàn)證，對(duì)RTI-DDS在丟包率、實(shí)時(shí)性、吞吐量等方面的性能進(jìn)行測(cè)試，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠看出，使用RTI-DDS可以滿足無(wú)人機(jī)地面站系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的性能要求，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

［1］Object Management Group（OMG）.Data Distribution Service for Real-time Systems Specification Version 1.2［S］.2007

［2］Object Management Group（OMG）.Real-time CORBA Specification Version1.2［R］.2015，1.

［3］許海濤，張建偉，鄭燦祥.基于CORBA與DDS技術(shù)改進(jìn)DRS系統(tǒng)通信［J］.計(jì)算機(jī)工程與技術(shù)，2012，33（1）：357-361.

［3］XU Hai-tao，ZHANG Jian-wei，ZHANG Can-xiang.Improved communication of DRS system based on CORBA and DDS technology ［J］.Computer Engineering and Design，2012，22（1）：357-361.

［4］張珺，尹遜和.基于RTI-DDS的數(shù)據(jù)分發(fā)中間件的升級(jí)設(shè)計(jì)［J］.北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，35（5）：31-37.

［5］謝陽(yáng)杰，吳家鑄.數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)DDS的研究［C］.全國(guó)第19屆計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（上冊(cè)）.2008：51-56.

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Data Distribution Service；DCPS；Real Time Data Distribution；Distributed System

Research on Communication Network's Data Distribution Technology in UAV's Ground Controlling System

CHAI Yi-zhe，YANG Ren-nong，WU Meng，ZHANG Huan
（Aeronautics and Astronautics Engineering College，Air Force Engineering University，Xi'an 710038）

1007-1423（2015）27-0074-07

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.27.020

柴毅哲（1990-），男，河南鞏義人，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)安全與信息對(duì)抗

楊任農(nóng)（1969-），男，四川彭州人，碩士，教授，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)安全與信息對(duì)抗

鄔蒙（1978-），男，四川成都人，碩士，講師，研究方向?yàn)樾盘?hào)與信息系統(tǒng)

張歡（1989-），男，陜西安康人，在讀博士研究生，研究方向?yàn)槲淦飨到y(tǒng)作戰(zhàn)規(guī)劃與訓(xùn)練評(píng)估

2015-09-12

2015-09-23

對(duì)對(duì)象管理組織（OMG）頒布的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（DDS）進(jìn)行介紹，分析DDS的基本原理、工作流程和通信模式，重點(diǎn)分析RTI-DDS的可靠通信模式，然后以無(wú)人機(jī)地面站系統(tǒng)為例，分析大型分布式系統(tǒng)面臨的數(shù)據(jù)通信問(wèn)題，然后以解決大型分布式綜合系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信為目的對(duì)RTI-DDS的通信性能進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證，最終得出結(jié)論，使用RTI-DDS可以滿足無(wú)人機(jī)地面站系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的性能要求，具有很好的實(shí)用價(jià)值。

數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)；以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布/訂閱；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分發(fā)；分布式系統(tǒng)

Introduces the data distribution service specification，which is defined by Object Management Group.Analyzes the fundamental theory，flow of work，communication model of DDS.It is the key point to analyze the reliable communication model of RTI-DDS.Takes UAV's ground controlling system（GCS）as an example，analyzes about data communication problems of large-scale distributed system.And then takes aim at solving data communication problems of large-scale distributed system，do experiments to test and prove the communication performance of RTI-DDS.It is proved that the requires can be satisfied by using RTI-DDS to solve data communication problems of distributed system，and it is practical.