CN111698308A - 一种基于soa和dds的服务模型和分布式数据通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于SOA和DDS的服务模型以及分布式数据通信方法。服务模型包括服务属性和服务接口。服务接口包括功能函数接口和发布/订阅接口；功能函数接口用于实现服务组件的注册、查找和调用；功能函数接口包括服务注册接口、服务查找接口和用户自定义接口。发布/订阅接口用于支持数据分发服务DDS标准的以数据为中心的发布/订阅通信机制；发布/订阅接口包括发布主题接口、订阅主题接口、数据写者接口和数据读者接口。分布式数据通信方法包括服务注册步骤、服务查找步骤、主题发布步骤、主题订阅步骤和主题匹配步骤。本发明以服务的方式实现DDS标准的分布式数据通信。

Description

一种基于SOA和DDS的服务模型和分布式数据通信方法

技术领域

本发明属于计算机通信技术，具体涉及一种基于SOA和DDS的服务模型和分布式数据通信方法。

背景技术

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QoS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高效、有用的通信服务。

面向服务的架构SOA是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元(称为服务)进行拆分，并通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种各样的系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。

公开号为CN201510918852.3的发明提出了一种基于DDS标准的“请求-响应”式数据通信方法，包括以下步骤：1)定义“请求-响应”域；2)定义“请求-响应”主题及消息结构；3)将所有包含“请求-响应”应用需求的参与者加入域并订阅主题；4)请求方按照统一消息定义创建请求消息：5)请求方使用DDS标准的“发布”操作，发送请求消息；6)所有域内订阅者对接收到的消息使用targetId字段进行过滤；7)响应方对请求消息的param字段使用相应技术进行反序列化，得到请求参数。该发明提出了一种基于DDS标准的“请求-响应”式数据通信方法，在DDS的基础上，定义统一消息结构并通过订阅方过滤，达到同一主题下的点通信对点传输，在此基础上完成“请求-响应”式的方式。

该发明将DDS标准的发布/订阅式的数据通信方式以请求/响应的方式的数据通信方式进行了实现，扩展了DDS的通信方式。但该发明专利没有考虑到基于DDS标准的以数据为中心的发布/订阅机制的优点。

公开号为CN201710417212.3的专利提出了一种基于SOA与DDS的数据实时处理分发系统，该系统由协议适配服务、质量控制服务、数据分发服务及数据监测服务等组件构成。协议适配服务是为采集终端提供的网络数据接口服务，可进行协议的灵活配置及数据转换；质量控制服务提供对原始数据质量的控制，对采集数据进行数据缓存、数据分类及数据过滤的处理；数据分发服务提供主题订阅分发的统一接口，通过主题分发接口发布数据，通过主题订阅接口获取数据；所述的数据监测服务提供数据监测统计的接口，包括数据统计、并发统计、链路监测分析及异常监测等功能，能够对整个系统的数据链路进行监测和统计。

该发明将SOA和DDS结合，使DDS成为服务组件，这样可以通过服务的动态管理更好的使用DDS的通信功能。但是该发明没有提出一种适用SOA和DDS的服务模型以及相应的分布式数据通信方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，基于SOA和DDS提出了一种服务模型，并在该服务模型的基础上提出一种分布式数据通信方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种基于SOA和DDS的服务模型，包括服务属性和服务接口；

服务属性包括服务名称、服务版本、服务描述、依赖条件和任务模式；服务名称是应用程序所提供的服务的名称；服务版本采用主版本号+副版本号的形式，主版本号增加接口发生变动，副版本号增加接口保持不变；服务描述是对服务所提供的功能描述；依赖条件是服务正确运行需要依赖的其他服务；任务模式提供了服务组件所属的工作模式。

服务接口包括功能函数接口和发布订阅接口。功能函数接口用于实现服务组件的注册、查找和调用；功能函数接口包括服务注册接口、服务查找接口和用户自定义接口。服务注册接口用于服务组件在服务注册表中的注册；服务查找接口用于在服务注册表中查找并调用服务组件；用户自定义接口用于实现用户的自定义功能。发布/订阅接口用于支持数据分发服务DDS标准的以数据为中心的发布/订阅通信机制；发布/订阅接口包括发布主题接口、订阅主题接口、数据写者接口和数据读者接口；发布主题接口用于将发布主题信息发送到DCPS信息库；订阅主题接口用于将订阅主题信息发送到DCPS信息库；数据写者接口用于向匹配的订阅者发送数据；数据读者接口用于接收匹配的发布者发送的数据。

另外，提供一种基于上述服务模型的分布式数据通信方法，包括以下步骤：

服务注册步骤：通过功能函数接口的服务注册接口将服务组件注册服务注册表中；

服务查找步骤：通过功能函数接口的服务查找接口在服务注册表中查找指定的服务组件。

主题发布步骤：服务组件通过发布/订阅接口的发布主题接口向DCPS信息库发送发布主题信息；DCPS信息库在收到发布主题接口发送的发布主题信息后将收到的发布主题信息保存在DCPS信息库的发布主题表中；

主题订阅步骤：服务组件通过发布/订阅接口的订阅主题接口向DCPS信息库发送订阅主题信息；DCPS信息库在收到订阅主题接口发送的订阅主题信息后将收到的订阅主题信息保存在DCPS信息库的订阅主题表中；

主题匹配步骤：DCPS信息库匹配订阅主题信息和发布主题信息；当DCPS信息库的订阅主题表中存在与发布主题接口发送的发布主题信息相匹配的订阅主题信息，DCPS信息库则将匹配的订阅主题信息返回给发布者，发布者通过返回的订阅主题信息获取订阅者的IP和端口号，从而进行节点间的数据通信；如果DCPS信息库的发布主题表中存在与订阅主题接口发送的订阅主题信息相匹配的发布主题信息，DCPS信息库会将该订阅主题信息返回给匹配的发布者，发布者通过返回的订阅主题信息获取订阅者的IP和端口号，从而进行节点间的数据通信。

本发明的有益效果是，以服务的方式实现DDS标准的分布式数据通信。

附图说明

图1为服务模型示意图；

图2为服务依赖示意图；

图3为任务模式示意图；

图4为分布式数据通信示意图。

具体实施方式

一种基于SOA和DDS的服务模型，如图1所示，包括服务属性和服务接口；服务属性包括服务名称、服务版本、服务描述、依赖条件和任务模式；服务接口包括发布/订阅接口和功能函数接口；

服务名称是应用程序所提供的服务的名称，服务是应用对外提供的功能和暴露接口的抽象，服务名称要能够概括应用所提供的功能。

服务版本采用{主版本号+副版本号}的形式，主版本号增加代表较大的功能更新，接口也发生变动，副版本号增加则代表服务功能小幅度更新，接口保持不变。

服务描述是对服务所提供的功能的具体描述，也可提供该版本服务新特性的介绍，方便用户直观的了解服务的功能信息。

依赖条件是指服务可能依赖其他的服务，即一个服务的正确运行需要其他服务的正确运行，如图2(a)和(b)所示如果服务A直接服务B和服务C，或者服务A直接依赖服务B并且间接依赖服务C，则当服务B或者服务C未能正确运行时，服务A可能会失效或出现异常。通过配置服务的依赖条件，方便激活服务A时激活其依赖的服务，有利于提升服务的可用性。

任务模式提供了服务组件所属的工作模式。应用系统可能运行于某些任务模式当中(如人体呼吸检测模式、人体行为检测模式等任务模式)，不同的任务模式需要启动不同的服务，如图3所示。声明服务的任务模式，方便系统切换不同的任务模式时开启不同的服务组，减少开启非必需服务以减轻系统的负载。

服务接口的具体说明如下：

功能函数接口用于实现服务组件的注册、查找和调用；功能函数接口包括服务注册接口、服务查找接口和用户自定义接口。服务注册接口用于服务组件在服务注册表中的注册；服务查找接口用于在服务注册表中查找并调用服务组件；用户自定义接口用于实现用户的自定义功能。

发布/订阅接口用于支持DDS标准的以数据为中心的发布/订阅通信机制。当应用程序需要进行节点之间的数据通信时，可以通过发布/订阅接口向DCPS信息库中发布/订阅主题信息。

发布/订阅接口主要包括发布主题接口(publishTopic)、订阅主题接口(subscribeTopic)、数据写者接口(dataWriter)、数据读者接口(dataReader)等。

发布主题接口(publishTopic)负责将发布主题信息发送到DCPS信息库。DCPS信息库在收到发布主题接口发送的发布主题信息后会将收到的发布主题信息保存在DCPS信息库的发布主题表中。如果DCPS信息库的订阅主题表中存在与发布主题接口发送的发布主题信息相匹配的订阅主题信息，DCPS信息库会将匹配的订阅主题信息返回给发布者，发布者可以通过返回的订阅主题信息知道订阅者的IP和端口号，从而进行节点间的数据通信。

订阅主题接口(subscribeTopic)负责将订阅主题信息发送到DCPS信息库。DCPS信息库在收到订阅主题接口发送的订阅主题信息后会将收到的订阅主题信息保存在DCPS信息库的订阅主题表中。如果DCPS信息库的发布主题表中存在与订阅主题接口发送的订阅主题信息相匹配的发布主题信息，DCPS信息库会该订阅主题信息返回给匹配的发布者，发布者可以通过返回的订阅主题信息知道订阅者的IP和端口号，从而进行节点间的数据通信。

数据写者接口(dataWriter)负责向匹配的订阅者发送数据。

数据读者接口(dataReader)负责接收匹配的发布者发送的数据。

本发明在服务模型的基础上提出了分布式数据通信方法主要包括：服务注册、服务查找、主题发布、主题订阅、主题匹配。

服务注册是指服务组件通过功能函数接口向服务注册表中注册服务的过程。如图4所示，客户端A服务组件A和客户端B的服务组件C通过服务注册接口将服务注册到服务注册表中。

服务查找是指服务组件通过功能函数接口从服务注册表中查找并调用服务的过程。同一客户端的服务组件可以通过服务查找功能获取到服务注册表中注册的其他服务并进行服务调用，如图4所示，客户端A的服务B可以通过服务查找功能获取到服务A的功能并进行调用。

主题发布是指服务通过发布/订阅接口向DCPS信息库发送发布主题信息的过程。如图4所示，客户端B的服务D通过发布/订阅接口的发布主题接口向DCPS信息库发送发布主题信息。DCPS信息库在收到发布主题接口发送的发布主题信息后会将收到的发布主题信息保存在DCPS信息库的发布主题表中。

主题订阅是指服务通过发布/订阅接口向DCPS信息库发送订阅主题信息的过程。客户端A的服务B通过发布/订阅接口的订阅主题接口向DCPS信息库发送订阅主题信息。DCPS信息库在收到订阅主题接口发送的订阅主题信息后会将收到的订阅主题信息保存在DCPS信息库的订阅主题表中。

主题匹配是指DCPS信息库匹配订阅主题信息和发布主题信息的过程。如果DCPS信息库的订阅主题表中存在与发布主题接口发送的发布主题信息相匹配的订阅主题信息，DCPS信息库会将匹配的订阅主题信息返回给发布者，发布者可以通过返回的订阅主题信息知道订阅者的IP和端口号，从而进行节点间的数据通信。如果DCPS信息库的发布主题表中存在与订阅主题接口发送的订阅主题信息相匹配的发布主题信息，DCPS信息库会将该订阅主题信息返回给匹配的发布者，发布者可以通过返回的订阅主题信息知道订阅者的IP和端口号，从而进行节点间的数据通信。

实施例使用C++实现的服务框架，该服务框架能够实现服务的注册、服务的查找以及服务的调用。实施例采用人体行为检测模式进行试验，人体行为检测模式包括行人检测服务、行为识别服务、数据采集服务等。

首先按照本专利提出的服务模型将行人检测服务、行为识别服务、数据采集服务设计如下：

服务属性使用的资源文件进行描述。

行人检测服务的服务属性：

Server-Name:Pedestrian_Detection

Server-Version:1.0

Server-Description:"A server for pedestrian detection"

Server-Required:""

Server-Task:"Human Behavior Testing"

行为识别服务的服务属性：

Server-Name:Behavioral_Recognition

Server-Version:1.0

Server-Description:"A server for behavioral recognition"

Server-Required:"Pedestrian_Detection"

Server-Task:"Human Behavior Testing"

数据采集服务的服务属性：

Server-Name:Data_Acquisition

Server-Version:1.0

Server-Description:"A server for data acquisition"

Server-Required:""

Server-Task:"Human Behavior Testing"

服务接口使用抽象类进行实现。

行人检测服务的服务接口：

行为识别服务的服务接口：

数据采集服务的服务接口：

接着按照本发明提出的分布式数据通信方法进行客户端A和客户端B之间的数据通信具体过程如下：

1)将行人检测服务、行为识别服务、数据采集服务部署到两个节点中，其中行人检测服务、行为识别服务部署到节点A，数据采集服务部署到节点B。

2)使用服务框架的服务注册功能将服务注册到各节点的服务注册表中。

3)使用服务框架的服务查找功能查找数据采集服务，并调用数据采集服务的功能函数Data_Acquisition进行雷达数据的采集。

4)数据采集服务会将采集到的数据发送到行人检测服务进行处理，即数据采集服务使用发布/订阅接口中的publishTopic(string topic)接口向DCPS信息库发送发布主题信息。

5)行人检测服务需要使用数据采集服务所采集的数据，即行人检测服务使用发布/订阅接口中的subscribeTopic(string topic)接口向DCPS信息库发送订阅主题信息。

6)DCPS信息库匹配发布主题和订阅主题后将订阅主题的节点信息返回给发布主题的节点，即数据采集服务可以向行人检测服务发送采集到的雷达数据。

7)行人检测服务收到数据采集服务发送的雷达数据后会调用功能函数Pedestrian_Detection(string str)对雷达数据进行处理，检测雷达数据中是否有行人存在。

8)行为识别服务依赖于行人检测服务，如果行人检测服务的检测出雷达数据中有行人存在，才会对人体的行为进行识别，即调用行为识别服务的功能函数Behavioral_Recognition(string str)对人体的行为进行识别，并将识别的结果进行返回。如果行人检测服务的检测出雷达数据中没有行人存在，则直接返回默认值。

Claims (2)

1.一种基于SOA和DDS的服务模型，其特征在于，包括服务属性和服务接口；

服务属性包括服务名称、服务版本、服务描述、依赖条件和任务模式；服务名称是应用程序所提供的服务的名称；服务版本采用主版本号+副版本号的形式，主版本号增加接口发生变动，副版本号增加接口保持不变；服务描述是对服务所提供的功能描述；依赖条件是服务正确运行需要依赖的其他服务；任务模式提供了服务组件所属的工作模式；

服务接口包括功能函数接口和发布订阅接口；

功能函数接口用于实现服务组件的注册、查找和调用；功能函数接口包括服务注册接口、服务查找接口和用户自定义接口；服务注册接口用于服务组件在服务注册表中的注册；服务查找接口用于在服务注册表中查找并调用服务组件；用户自定义接口用于实现用户的自定义功能；

发布/订阅接口用于支持数据分发服务DDS标准的以数据为中心的发布/订阅通信机制；发布/订阅接口包括发布主题接口、订阅主题接口、数据写者接口和数据读者接口；发布主题接口用于将发布主题信息发送到DCPS信息库；订阅主题接口用于将订阅主题信息发送到DCPS信息库；数据写者接口用于向匹配的订阅者发送数据；数据读者接口用于接收匹配的发布者发送的数据。

2.基于如权利要求1所述服务模型的分布式数据通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

服务注册步骤：通过功能函数接口的服务注册接口将服务组件注册服务注册表中；

服务查找步骤：通过功能函数接口的服务查找接口在服务注册表中查找并调用指定的服务组件；

主题发布步骤：服务组件通过发布/订阅接口的发布主题接口向DCPS信息库发送发布主题信息；DCPS信息库在收到发布主题接口发送的发布主题信息后将收到的发布主题信息保存在DCPS信息库的发布主题表中；

主题订阅步骤：服务组件通过发布/订阅接口的订阅主题接口向DCPS信息库发送订阅主题信息；DCPS信息库在收到订阅主题接口发送的订阅主题信息后将收到的订阅主题信息保存在DCPS信息库的订阅主题表中；

主题匹配步骤：DCPS信息库匹配订阅主题信息和发布主题信息；当DCPS信息库的订阅主题表中存在与发布主题接口发送的发布主题信息相匹配的订阅主题信息，DCPS信息库则将匹配的订阅主题信息返回给发布者，发布者通过返回的订阅主题信息获取订阅者的IP和端口号，从而进行节点间的数据通信；如果DCPS信息库的发布主题表中存在与订阅主题接口发送的订阅主题信息相匹配的发布主题信息，DCPS信息库会将该订阅主题信息返回给匹配的发布者，发布者通过返回的订阅主题信息获取订阅者的IP和端口号，从而进行节点间的数据通信。

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