CN109547243B - 一种基于dds的跨网段通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于DDS的跨网段通信方法，在处于不同网段内的A、B两台主机上分别建立ID不同的域domain a和domain b，A上创建发布者，B上创建订阅者，注册相同的数据类型，创建相同的主题，A创建数据写入者、写数据，B创建数据读取者、读数据；在有双网卡的电脑C上运行一个domain a的sub和一个domain b的pub；sub接收主机A的pub发布的数据，再通过pub把接收到的数据发布给主机B的sub，实现通信。本发明可以实时、可靠地实现不同网段内主机的跨网段通信，便于系统网络的更好扩展。

Description

一种基于DDS的跨网段通信方法
技术领域
本发明涉及一种跨网段通信方法，尤其涉及一种基于DDS的跨网段通信方法。
背景技术
随着信息化建设的快速发展，人们需要面对越来越多变的海量数据信息，实时、高效、可靠的数据交互就显得至关重要。因此，应当建立实时性强、可靠性高、安全性好的信息传输中间件，这不仅可以提高系统互联能力，满足系统内各种信息交换和共享需求，还能解决应用软件之间的数据共享和集成问题。
数据分发服务(Data Distribution Service，DDS)是对象管理组织(ObjectManagement Group，OMG)继推出CORBA规范后颁布的实现发布/订阅通信模式、满足实时性要求的软件设计标准和规范，该规范对分布式实时系统中数据发布、传递和接收的接口和行为进行了标准化。DDS纯粹以数据为中心来进行数据分发，并将资源状况、对资源的期待程度、网络状况等都用服务质量(Quality of Service，QoS)这一参数来描述，大大增强了通信的实时性和灵活性，简化了分布式系统中数据的有效发布，为实时环境下以数据为中心的分布式应用提供了高效、有用的通信服务。
DDS定义了以数据为中心的发布/订阅通信机制，以数据为中心的发布/订阅模型基于全局数据空间(Global Data Space)的概念，如图1所示。
DDS规范包括域参与者、发布者、订阅者、数据类型、数据写入者、数据读取者、主题、内置主题和QoS等。在具体的产品实现中，DDS处于操作系统之上、用户应用程序之下，可以很好地屏蔽底层系统、总线的异构等细节，向应用数据提供统一的API接口，具体如图2所示。
DDS使用域来划分数据通信的子空间，隶属于同一个域的各个域参与者(Participant)可以互相通信，每个域参与者里面可以有一个或多个发布者(Publisher)或订阅者(Subscriber)，每个发布者里面可以有一个或多个数据写入者(DataWriter)，每个订阅者里面也可以有一个或多个数据读取者(DataReader)。数据写入者通过数据通道将数据发送到相应的数据读取者处，数据读取者则从数据通道中获取自己感兴趣的数据，数据写入者和数据读取者通过主题(Topic)和QoS进行匹配和建立联系，一般每个数据写入者或数据读取者只写入或读取一种类型的数据。
随着DDS越来越多地被使用，各类分布式系统网络的集成和互联将会是常态。因此，不同网段中主机的相互通信就变得非常重要，但目前并没有相关的专利技术公开。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种用于实现处于不同网段的主机间相互通信的方法，利用DDS中间件，通过创建代理数据读取者datareader和代理数据写入者datawriter，实现了实时、有效的信息传输，提高了系统互联能力。
技术方案：本发明所述的一种基于DDS的跨网段通信方法，包括步骤：
(1)为实现处于不同网段内的主机A与主机B相互通信，定义主机A与主机B之间通信的数据类型，比如：StringMsg，即主机A与主机B相互通信的数据的类型；使用DDS编译器将定义的数据类型生成中间件中C文件和H头文件，供应用程序使用；
(2)在主机A上使用DDS中间件，创建ID为a的域domain a，a∈[0,230]，a∈Z；创建发布者(Publisher)；注册用于发布的且在步骤(1)中已定义的数据类型，如：StringMsg；创建发布的主题(Topic)，如“helloTopic”；创建数据写入者(DataWriter)，写入数据(write)；以组播的形式发布数据；
(3)在与主机A处于不同网段的主机B上使用DDS中间件，创建ID为b的域domain b，b≠a，b∈[0,230]，b∈Z；创建订阅者(Subscriber)，注册订阅的数据类型，所述数据类型与主机A上注册的数据类型相同；创建订阅的主题，所述主题与主机A上发布的主题相同；创建数据读取者(DataReader)，读取数据(read或take)；
(4)在双网卡电脑C上设置用于运行domain a的订阅者sub和domain b的发布者pub的xml配置文件；
所述电脑C的双网卡的IP地址分别与主机A的IP地址和主机B的IP地址在相同网段；
所述xml配置文件包含A、B主机的域ID信息、主题信息以及QoS配置信息；
(5)读取xml配置文件，根据配置文件中的信息分别创建域input_dp和output_dp，创建发布者output_publisher，创建订阅者input_subscriber，并将xml配置文件中的绑定信息保存至QMap<QString,QVector<ROUTE_BIND_INFO>>类的map映射中；其中，input_dp是与主机A创建的pub对应的sub的域，output_dp是与主机B创建的sub对应的pub的域；
(6)根据创建的域input_dp获取其内置主题为DCPSPublication的datareader，并设置回调函数；
(7)在步骤(6)中的回调函数内，根据步骤(5)保存的配置绑定信息设置代理datareader和datawriter；
(8)在代理datareader回调函数中，首先获取主机A发布的数据，然后获取user_data策略中代理datawriter指针，通过代理datawriter把获取的数据发送至主机B。
有益效果：在使用DDS中间件进行通信的基础上，可实现实时可靠的跨网段通信，便于系统网络的更好扩展。
附图说明
图1是DDS架构图；
图2是DDS中间件位置示意图；
图3是根据配置文件获取内置主题为DCPSPublication的datareader并设置回调函数流程图；
图4是创建代理datareader和datawriter实现跨网段通信流程图；
图5是本发明总流程图；
图6(a)是实施例中待跨网段通信示意图，图6(b)是确定发布者和订阅者示意图，图6(c)是数据传输原理示意图。
具体实施方式
如图5所示，本发明所述的一种基于DDS的跨网段通信方法，包括步骤：
(1)为实现处于不同网段内的主机A与主机B相互通信，定义主机A与主机B之间通信的数据类型，比如：StringMsg，即主机A与主机B相互通信的数据的类型；使用DDS编译器将定义的数据类型生成中间件中C文件和H头文件，供应用程序使用；
(2)主机A使用DDS中间件发布数据，创建ID为1的域domain1；创建发布者(Publisher)，注册用于发布的且在步骤(1)中已定义的数据类型，如：StringMsg；创建发布的主题(Topic)，如“helloTopic”；创建数据写入者(DataWriter)，写入数据(write)；以组播的形式发布数据；
(3)在与主机A处于不同网段的主机B上使用DDS中间件，创建ID为0的域domain0；创建订阅者(Subscriber)，注册订阅的数据类型，所述数据类型与主机A上注册的数据类型相同；创建订阅的主题，所述主题与主机A上发布的主题相同；创建数据读取者(DataReader)，读取数据(read或take)；即实现订阅数据；
(4)在双网卡电脑C上设置用于运行domain1的sub和domain0的pub的xml配置文件；
所述电脑C的双网卡的IP地址分别与主机A的IP地址和主机B的IP地址在相同网段；
所述xml配置文件中包含A、B主机的域ID信息、主题信息以及QoS配置信息；
(5)读取xml配置文件，根据配置文件中的信息分别创建域input_dp和output_dp，创建发布者output_publisher，创建订阅者input_subscriber，并将xml配置文件中的绑定信息保存至QMap<QString,QVector<ROUTE_BIND_INFO>>类的map映射中；其中，input_dp是与主机A创建的pub对应的sub的域，output_dp是与主机B创建的sub对应的pub的域；
(5.1)读取xml配置文件，将xml配置文件中的绑定信息保存至QMap<QString,QVector<ROUTE_BIND_INFO>>类的map映射中；
(5.2)根据保存的配置绑定信息创建域input_dp、output_dp、订阅者input_subscriber，发布者output_publisher，连同主题信息保存到input_map和output_map，并保存域信息到QVector<DDS_DomainParticipant>；其中，input_dp是与主机A创建的pub对应的sub域，output_dp是与主机B创建的sub对应的pub域；input_subscriber即主机A创建的pub对应的sub；output_publisher即主机B创建的sub对应的pub；input_map用于保存input_dp、input_subscriber、主题信息、QoS信息；output_map用于保存output_dp、output_publisher、主题信息、QoS信息；
(6)根据创建的域input_dp获取其内置主题为DCPSPublication的datareader，并设置回调函数，如图3所示；
(6.1)根据input_dp获取内置subscriber；
(6.2)由内置subscriber获得内置主题为DCPSPublication的内置datareader；
(6.3)设置内置datareader的回调函数；
(7)在步骤(6)中的回调函数内，根据保存的配置绑定信息设置代理datareader和datawriter；如图4所示；
(7.1)当主机A的datawriter开始写数据，即开始发布数据，在步骤(6.3)中的回调函数中根据内置datareader获得其所在的域参与者dp，即input_dp；
(7.2)根据步骤(7.1)中的input_dp在input_map中找到对应的主题信息、QoS配置信息，即input_info；
(7.3)匹配主题，将步骤(7.2)中获得的input_info中的主题信息同通过内置datareader读取的主机A发布的数据的主题相匹配；
(7.4)根据主题匹配情况判断代理datareader是否创建；如果已经创建则直接返回；如果没有创建，则根据主机A发布的数据类型注册数据类型，创建与主机A发布的主题相同的主题；
(7.5)根据保存的配置绑定信息，判断QoS配置情况，确定需要拷贝的QoS；
(7.6)根据步骤(7.5)中QoS配置判断，分别设置代理datareader和代理datawriter的QoS；
(7.7)根据output_info中的pub信息、步骤(7.4)中创建的主题及步骤(7.6)中设置的代理datawriter的QoS，创建代理datawriter；
(7.8)根据input_info中的sub信息、步骤(7.4)中创建的主题及步骤(7.6)中设置的代理datareader的QoS，创建代理datareader，并设置回调函数。
(8)在代理datareader回调函数中，首先获取主机A发布的数据，然后获取user_data策略中代理datawriter指针，通过代理datawriter把获取的数据发送出去，主机B就会接收到主机A发送的数据，从而实现了不同网段内的主机A和B的跨网段通信，如图4所示。
如图6(a)所示，处于不同网段内的主机A(IP：192.168.1.2)、B(IP：192.168.2.2)，使用DDS中间件进行通信，需要有发布者和订阅者，假设A为发布者pub，B为订阅者sub，实现A、B的跨网段通信，如图6(b)所示。
本发明提出的基于DDS的跨网段通信方法采用代理思想，用一台有双网卡的电脑C，网卡IP即192.168.1.3/24和192.168.2.3/24，运行一个domain1的sub和一个domain0的pub，sub用于接收从192.168.1.2/24的pub发布的数据，然后再通过pub把接收到的数据发布给192.168.2.2/24的sub，原理如图6(c)所示。
由于DDS通信是组播形式，为防止双网卡电脑C上pub发送的数据被本机上的sub接收，造成pub发送数据的重复循环增加，A、B主机使用DDS中间件进行通信时，需创建不同域ID，比如A是domain1，B则是domain0。

Claims (6)

1.一种基于DDS的跨网段通信方法，其特征在于，包括步骤：
(1)定义主机A与主机B之间通信的数据类型，并使用DDS编译器将定义的数据类型生成中间件中C文件和H头文件，供应用程序使用；
(2)在主机A上使用DDS中间件，创建ID为a的域domain a，a∈[0,230]，a∈Z；创建发布者pub，注册数据类型；创建主题Topic；创建数据写入者DataWriter，写入数据；以组播的形式发布数据；其中，注册的数据类型为步骤(1)中定义的数据类型；
(3)在与主机A处于不同网段的主机B上使用DDS中间件，创建ID为b的域domain b，b≠a，b∈[0,230]，b∈Z；创建订阅者sub，注册数据类型；创建主题Topic；创建数据读取者DataReader，通过take或read语句读取发布者pub发布的数据，实现数据的订阅；其中，注册的数据类型为步骤(1)中定义的数据类型，且与主机A上注册的数据类型相同；创建的主题与主机A上创建的主题相同；
(4)在双网卡电脑C上设置用于运行domain a的sub和domain b的pub的xml配置文件；所述电脑C的双网卡的IP地址分别与主机A的IP地址和主机B的IP地址在相同网段；
(5)读取xml配置文件，所述xml配置文件包括绑定信息，所述绑定信息为主机A、B的域ID信息、主题信息以及QoS配置信息，根据配置文件中的信息分别创建域input_dp和output_dp，创建发布者output_publisher、订阅者input_subscriber，并将xml配置文件中的绑定信息保存至QMap<QString,QVector<ROUTE_BIND_INFO>>类的map映射中；其中，input_dp是与主机A创建的pub对应的sub的域，output_dp是与主机B创建的sub对应的pub的域；
(6)根据创建的域input_dp获取其内置主题为DCPSPublication的datareader，并设置回调函数；
(7)在步骤(6)中的回调函数内，根据步骤(5)保存的配置文件的绑定信息创建代理datareader和datawriter；
(8)在代理datareader回调函数中，首先获取主机A以步骤(1)中定义的数据类型发布的数据，然后获取user_data策略中代理datawriter指针，再通过代理datawriter把获取到的主机A发布的数据发送至主机B。
2.根据权利要求1所述的一种基于DDS的跨网段通信方法，其特征在于：步骤(1)中，所述数据类型为使主机A发布的与主机B订阅的相同的数据类型，用于实现主机A、B的相互通信。
3.根据权利要求1所述的一种基于DDS的跨网段通信方法，其特征在于：步骤(1)中，所述定义主机A与主机B之间通信的数据类型为：定义一个结构体，所述结构体中可以根据实际通信需求定义不同数据类型成员变量。
4.根据权利要求1所述的一种基于DDS的跨网段通信方法，其特征在于：所述步骤(5)包括：
(5.1)读取xml配置文件，将xml配置文件中的绑定信息保存至QMap<QString,QVector<ROUTE_BIND_INFO>>类的map映射中，其中包括input_info和output_info；
(5.2)根据读取的xml配置信息分别创建域input_dp和output_dp，创建发布者output_publisher、订阅者input_subscriber，并将创建的域、发布者、订阅者连同主题信息分别保存到input_map和output_map中；其中，input_map用于保存input_dp、input_subscriber、主题信息、QoS信息；output_map用于保存output_dp、output_publisher、主题信息、QoS信息；
(5.3)将步骤(5.2)中创建的域、以及xml配置文件中的域信息保存到QVector<DDS_DomainParticipant>中，目的进行域的统一管理。
5.根据权利要求1所述的一种基于DDS的跨网段通信方法，其特征在于：所述步骤(6)为：根据input_dp获取内置subscriber，由内置subscriber获得内置主题为DCPSPublication的内置datareader，并设置内置datareader的回调函数。
6.根据权利要求5所述的一种基于DDS的跨网段通信方法，其特征在于：所述步骤(7)包括：
(7.1)当主机A的datawriter开始写数据，即开始发布数据，在步骤(6)中的回调函数中根据内置datareader获得其所在的域参与者dp，即input_dp；
(7.2)根据步骤(7.1)中的input_dp在input_map中找到对应的主题信息、QoS配置信息，即input_info；
(7.3)匹配主题，将步骤(7.2)中获得的input_info中的主题信息与通过内置datareader读取的主机A发布的数据的主题相匹配；
(7.4)根据主题匹配情况判断代理datareader是否创建；如果已经创建则直接退出创建代理datareader和datawriter的程序；如果没有创建，则根据主机A发布的数据类型注册数据类型，创建与主机A发布的主题相同的主题；
(7.5)根据保存的配置绑定信息，判断QoS配置情况，确定需要拷贝的QoS；
(7.5.1)判断配置信息input_info中copy_writer_qos：如果copy_writer_qos等于1，拷贝发布端datawriter的qos到代理datareader、代理datawriter；如果copy_writer_qos不等于1，拷贝output_info中datawriter_qos到代理datawriter，拷贝input_info中datareader_qos到代理datareader；
(7.6)根据步骤(7.5)中QoS配置判断，分别设置代理datareader和代理datawriter的QoS；
(7.7)根据output_info中的pub信息、步骤(7.4)中创建的主题及步骤(7.6)中设置的代理datawriter的QoS，创建代理datawriter；
(7.8)根据input_info中的sub信息、步骤(7.4)中创建的主题及步骤(7.6)中设置的代理datareader的QoS，创建代理datareader，并设置回调函数。
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