基于DDS的雷達多站協同系統設計

金驥+于秋野

摘要：DDS（數據分發服務）標準是對象管理組織OMG于2004年發布的通信標準規范，是為分布式實時計算環境提供數據交互的服務模型。較傳統的分布式數據分發服務體系結構具有更好的靈活性、實時性和可拓展性。本文分析了DDS的基本模型、處理機制以及DDS應用在雷達系統上的技術優勢。在此基礎上，作者設計了一種基于DDS的雷達多站協同通信軟件，并對具體設計細節進行闡述。經仿真環境驗證：該軟件的實時性、穩定性滿足實際的工程需求。

引言

DDS通信服務模型是向分布式系統提供可靠、高效、實時的數據分發服務為基本目標，是為簡化一對多的數據傳輸要求而設計的。網絡中的各個設備只是簡單的發布或訂閱數據，通信雙方只需要知道彼此通信的消息“主題”即消息類型，不需要知道彼此的地址。相比以往的通信方式，有以下方面有突出的優勢：1.設備組網方式可以更加靈活；2.支持多種數據流類型，可以更加靈活的進行QOS管理；3.網絡中的設備以及消息主題可以動態加入，滿足可在線擴展和在線維護的要求。目前在金融、電力、交通、醫療等行業已經出現較多基于DDS技術的解決方案，相關科研人員也在逐步探索其在軍事裝備領域的應用前景。本文的設計即是將DDS技術引入多站雷達系統通信處理，設計了一種基于DDS的雷達多站協同通信處理軟件。

1.DDS原理介紹

DDS標準包含數據本地重構層（Data Local Reconstruction Layer，DLRL）和以數據為中心的發布——訂閱層（Data-centric Publish-Subscribe，DCPS）。其中DCPS層是DDS的核心和基礎，它的主要功能是將數據發布者高效準確的傳遞給數據訂閱者。為了保證不同廠商的DDS可以實現互通，OMG組織與2006年制定一個互操作協議——RTPS（Real-Time Publish-Subcribe）協議，該協議封裝了底層網絡的實現細節，RTPS協議運行在UDP之上。DDS模型的層次結構如圖1所示。

DCPS是一種以數據為中心的發布/訂閱服務模型。DCPS模型定義域（Domain）為系統發布/訂閱的通信范圍，域中定義6種實體，分別為域參與者、發布者、訂閱者、數據寫入者、數據讀出者以及主題，以下對這些概念進行闡述：

1）DDS將通信網絡從邏輯上劃分成多個域[2]，不同域嚴格隔離。應用程序首先通過創建發布者和訂閱者加入一個域，然后就可以與加入同一域的其它應用程序進行通信。

2）發布者（Publisher）是主題提供方，其通過創建數據寫入者將主題內容寫入DCPS，并根據其相應的Qos策略發布相應類型的數據。一個發布者可以發布多個不同的主題。

3）訂閱者（Subscriber）是主題請求方，通過創建數據讀取者從DCPS中讀取主題內容給應用程序。一個訂閱者可以訂閱多個不同的主題。

4）數據寫入者（Data Writer）將訂閱者發布的主題登記到發布者——主題表中，并將主題中的數據放置到數據緩沖區中，一旦發現域中存在訂閱該主題的訂閱者，數據寫入者即將主題內容信息發送給對方。每個數據寫入者（Data Writer）和數據讀取者需要并且只能關聯唯一一個主題。

5）數據讀取者（Data Reader）負責從域中讀取與它關聯主題的數據。

6）主題（Topic）用于聯系發布方和訂閱方，在同一域內主題是唯一的。發布方發布一個主題后，訂閱方檢查發布方發布的主題是否滿足訂閱方的要求，并檢查其Qos策略是否兼容，以此確定是否在發布方和訂閱方之間建立連接并進行點對點的數據傳輸。

2.雷達多站協同系統設計

2.1 系統組成

本文提出的基于DDS的雷達多站協同通信處理軟件依托仿真平臺進行實驗驗證。仿真場景為由一個指揮、六部雷達共七個分系統組成的雷達偵測網系統。各分系統需要完成的主要功能有：

1）指揮所向各雷達下發作戰任務和引導信息；

2）雷達站需要上報偵測結果、系統各部件運行狀態、環境監控畫面；

3）各雷達站之間需要互相發送引導信息。

2.2 軟件設計

按照發布/訂閱服務先后步驟設計接口函數如下：

1）DDS接口初始化。完成域參與者的創建、QoS參數配置腳本讀取和設置，注冊域內時間消息回調函數。在有通信節點加入或退出通信主題時，回調函數可獲取本應用所有主題 相關方的信息。

InitiaDDS（）

2）創建訂閱者。完成與一個指定主題關聯的訂閱者的創建并注冊消息回調。當域內有該主 題信息發布時，回調函數將接收到的主題內容送給上層應用軟件。

regSubscriber（topicName）

3）創建發布者并發布主題內容。

reportData（topicName，data，length）

4）資源釋放。

dispose（）

2.3 仿真結果展示

1.功能測試結果

建立仿真場景：指揮所IP地址192.168..62.3，6部雷達的地址分別為192.168.62.11～192.168.62.16。指揮所以主題CENTER_RADAR_ALL_PLAN給所有雷達發布作戰計劃。

1）指揮所通過該主題發現域內6個訂閱者。

2）以雷達1為例，通過該主題發現發布者。

3）指揮所發送作戰計劃成功。

2.性能測試結果：

1）雷達多站協同通信系統可連續穩定720小時，滿足穩定性要求。

2）各個通信節點主機配置在CPU 3.0GHz以上，內存4G以上，網絡可用帶寬1000M的配置場景下，網內數據流服務傳輸數據包速率均值大于500Mb/s。

3）在網間通信時，延遲不超過同大小Ping包延遲的兩倍。

測試結果說明該系統能夠滿足實際應用要求。

參考文獻：

[1]曹萬華，謝蓓，吳海昕，等.基于DDS發布/訂閱中間件的設計[C]//中國造船工程學會.中國造船工程學會電子技術學術委員會第七屆會員代表大會暨電子技術學術年會.2006-08-01，貴州，貴陽.北京：中國造船工程學會，2007.

[2]陳開放，李匯云，劉松，周純杰.基于DDS艦載通信系統的信息安全分析研究[J].信息安全網絡，2016，3：585-589.