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DDS 数据分发服务

什么是 DDS

DDS(英文全称:Data Distribution Service),即数据分发服务。是一种分布式实时通信中间件协议,采用发布/订阅体系架构,强调以数据为中心,提供丰富的 QoS 服务质量策略,以保障数据进行实时、高效、灵活地分发,可满足各种分布式实时通信应用需求。

DDS 最早应用在美国海军系统,用于解决军舰系统复杂网络环境中大量软件升级的兼容性问题。

  • 在机器人领域,在 ROSCon 2014 上,新一代基于 DDS 的 ROS 的设计架构(Next-generation ROS: Building on DDS)正式公布,也就是后来的 ROS2
  • 在汽车领域,2018年 Adaptive AUTOSAR 引用了 DDS,作为可选择的通信方式之一。目前国内已有主机厂开始研究,主要针对自动驾驶相关需求,工具方面,在汽车电子领域常用的工具厂商也在开发这部分内容。

DDS 规范

DDS 规范是由 OMG(Object Management Group)对象管理组织发布的。OMG 组织是一个国际性、开放性、非盈利性技术标准联盟,由供应商、终端用户、学术机构、政府机构推动,已经有 31 年的历史;OMG 工作组针对各种技术和行业制定企业集成标准,并开发可为数千个垂直行业提供现实价值的技术标准。

DDS 的相关标准包括核心协议(DDSI-RTPS、DDS-XTypes、DDS-Security、Interface Definition Language (IDL)…)、API(DDS C++ API、DDS Java API)、拓展协议(DDS-RPC、DDS-XML…)等 13 份协议集合。

DDS 架构

在分布式系统中,DDS 作为以数据为中心的连接中间件,位于操作系统和应用程序之间,它支持多种底层协议,并支持多种编程语言,向上提供统一的 API 标准。使得使系统的各个组件能够更容易地通信和共享数据,让软件开发人员专注于应用程序的业务功能,而不是在应用程序和系统之间传递信息的机制,从而简化了分布式系统的开发。

总的来说,DDS 将系统的组件集成在一起,提供低延迟的数据连接、极高的可靠性,以及业务和关键任务物联网(IoT)应用程序所需的可伸缩架构。

DDS 基本概念

  • Domain:代表一个通信域空间,由 Domain ID 唯一标识,只有在同一个域内的通信实体才可以通信。你可以根据产品特性只划分1个 Domain,也可以按照交互规则或其他规则,定义多个 Domain。
  • Domain Participant:标识域内通信的应用程序的本地成员身份。
  • Topic:标识数据的主题,是数据的抽象概念,由 TopicName 标识。
  • DataWriter:数据写入者,类似缓存,把需要发布的主题数据从应用层写入到 DataWriter 中。
  • DataReader:数据读取者,同样可以理解为一种缓存,从订阅者得到主题数据,随之传给应用层。
  • Publisher:发布者,发布主题数据,至少与1个 DataWriter 关联,通过调用 DataWriter 的相关函数将数据发出去。
  • Subscriber:订阅者,订阅主题数据,至少与1个 DataReader 关联,支持同步访问和异步通知两种情况。

DDS 通信模型

DDS 的核心是“发布-订阅模型”(Data-Centric Publish-Subscribe,简称 DCPS)。在 DDS 中,数据通过主题(Topic)进行标识,发布者根据主题发布数据,订阅者根据自己感兴趣的主题订阅数据。

下面是 DDS 的通信模式示例,相关名词可以对照上面的 DDS 基本概念。

参考