CN115297556A - 一种机载网络中实现主题优先级的数据分发方法 - Google Patents

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李虎
王冠
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Abstract

本发明公开了一种机载网络中实现主题优先级的数据分发方法，将机载网络的主题数据按照属性特征分类，确定各分类的主题的优先级，在任意节点间为每个优先级建立一个信息通道；配置各主题的优先级，在数据分发服务主题端点发现的过程中，对主题进行匹配并按照主题的优先级属性选择相应优先级的信息通道来建立主题间路由关系；执行主题分发时根据建立的主题路由关系分发给相应的主题订阅者。本发明利用信息通道优先级属性，实现不同优先级的主题建立不同优先级属性的消息通道或者虚拟链路路由，从而能够提供依据主题优先级设置的差异化数据分发服务。

Description

一种机载网络中实现主题优先级的数据分发方法
技术领域
本发明涉及数据传输技术领域，具体涉及一种机载网络中实现主题优先级的数据分发方法。
背景技术
数据分发服务(Data Distribution Service,DDS)是一种具有丰富QoS策略支持的分布式数据传输中间件技术，能够在以IP网络和数据为中心的体系结构中，满足信息交互的发布/订阅模式，以及实时性和动态灵活性的要求；有效的实现了相关系统之间的松耦合，使应用系统具备适应分布式、异构环境下的动态扩展性、互操作性和可移植性的能力。
对于机载航电系统，目前使用较多的是实时确定性机载数据交换网络，如FC-AE(Fibre Channel Avionics Environment)和AFDX(Avionics Full Duplex SwitchedEthernet)，其静态确定的信息通道配置，提高了信息交互的实时性和确定性，并能够在不同属性的信息通道上提供差异化的服务，但同时也降低了系统的可扩展性和信息交互的灵活性。在机载网络中适配数据分发服务，能够使网络具备传统优点的基础上，满足分布式综合模块化航空电子系统(DIMA)的数据通信和互操作需求，一定程度上增强了系统的可扩展性和信息交互的灵活性。
然而DDS规范并没有定义DDS中间件应该如何处理不同优先级的主题数据，通常很难或不可能将高优先级的数据与低优先级的数据区别对待。相应的传输优先级QoS策略(DDS_TransportPriorityQosPolicy)为可选策略，仅允许在DDS_DataWriter的基础上指定其发送的数据具有不同的优先级。对于TCP/IP传输协议栈，在传输优先级策略中设置的优先级被用于设置由DDS_DataWriter发送主题数据所使用IPv4报文头的TOS(服务类型)位，能否起实际作用依赖相应的执行平台和网络交换设备。对于常用的机载网络协议，数据分发服务的一般方法是在节点间配置固定的消息通道或者虚拟链路(即用于发现通信的信息通道metatrafficMulticastLocator和metatrafficUnicastLocator，用于用户通信的信息通道defaultUnicastLocator；其中metatrafficMulticastLocator用于域参与者发现，metatrafficUnicastLocator用于主题端点发现，metatrafficUnicastLocator和defaultUnicastLocator共享同一信息通道)，分别用于实现主题端点的动态发现路由和用户主题端点的数据路由；固定的消息通道或者虚拟链路具有固定的优先级属性，无法为不同优先级属性的主题数据提供差异化的确定性和实时性分发服务。
参见图1所示的机载网络中实现数据分发服务的一般方法，在任意节点间预先配置两条固定的信息通道，即用于域参与者发现的定位器metatrafficMulticastLocator为ICH_MTM，用于主题端点发现的定位器metatrafficUnicastLocator为ICH_MTU，用户主题数据传输的定位器defaultUnicastLocator为ICH_DU，ICH_MTU和ICH_DU共享同一信息通道；两个确定节点间的所有用户主题数据共享同一信息通道的路由关系，无法实现主题按照优先级的数据分发。
发明内容
鉴于机载网络中传统数据分发方法无法为不同优先级属性的主题数据提供差异化的确定性和实时性服务，本发明的目的是提供一种在机载网络中实现主题优先级的数据分发方法，既保留了机载网络中数据分发服务的功能，又解决了不同优先级主题数据差异化服务的需求问题。
本发明的发明目的通过以下技术方案实现：
一种机载网络中实现主题优先级的数据分发方法，包含以下步骤：
步骤一、将机载网络的主题数据按照属性特征分类，确定各分类的主题的优先级，在任意节点间为每个优先级建立一个信息通道；
步骤二、配置各主题的优先级，在数据分发服务主题端点发现的过程中，对主题进行匹配并按照主题的优先级属性选择相应优先级的信息通道来建立主题间路由关系；
步骤三、执行主题分发时根据建立的主题路由关系分发给相应的主题订阅者。
较佳地，步骤二中，对主题进行匹配并按照主题的优先级属性选择相应优先级的信息通道来建立主题间路由关系包含以下步骤：
本地节点通过内置主题“DCPSParticipant”的信息通道路由向所有外部节点周期发布内置主题“DCPSParticipant”的数据；该“DCPSParticipant”中包含了节点发布内置主题“DCPSSubscription”和“DCPSPublication”所使用的信息通道和不同优先级用户主题的信息通道；
当接收到新的外部节点周期发布的内置主题“DCPSParticipant”数据后，通过对内置主题“DCPSParticipant”数据的解析，创建针对新的外部节点发布内置主题“DCPSSubscription”和内置主题“DCPSPublication”数据的信息通道的接收线程，获取外部节点用户发布主题和订阅主题的相关信息后与本地的用户订阅主题和发布主题进行主题类型、优先级类型和QoS策略的兼容性检查；
对于匹配一致的外部节点用户发布主题，将主题DDS_DataWriter的GUID加入到订阅匹配关系库中，根据用户主题的优先级选择外部节点相应的信息通道，连同该主题DDS_DataWriter的GUID加入到主题对应本地DDS_DataReader的订阅路由关系库，并将信息通道加入到接收外部节点数据的线程中；对于匹配一致的外部节点订阅主题，将主题DDS_DataReader的GUID加入到发布匹配关系库中，根据主题的优先级选择本地节点相应的信息通道，连同该主题DDS_DataReader的GUID加入到主题对应本地DDS_DataWriter的发布路由关系库。
较佳地，在步骤三中，主题数据分发时，DDS_DataWriter首先会查询该主题的发布匹配关系库，获取相应匹配DDS_DataReader的GUID；然后在DDS_DataWriter的发布路由关系库中查询该DDS_DataReader的路由关系，获取其接收信息通道，通过该信息通道将包含有该主题数据的DDS数据帧发布出去。
较佳地，在步骤三中，订阅者的订阅流程为：DDS的主题数据接收线程限制接收订阅路由关系表中所涉及信息通道的主题数据，通过判断主题数据符合性和解析数据帧中主题发布方DDS_DataWriter的GUID，查询本地订阅主题相应DDS_DataReader的订阅匹配关系库和路由关系库，最终把主题数据有效载荷部分传递给相应的DDS_DataReader，进而使用通知或者被动查询的方式提供给用户。
本发明的有益效果在于：
在机载网络中，利用消息通道或者虚拟链路的优先级属性，实现不同优先级的主题数据建立不同优先级属性的消息通道或者虚拟链路路由，从而能够提供依据主题优先级设置的差异化数据分发服务。
附图说明
图1为数据分发服务信息通道分配一般方法示意图。
图2为实现主题优先级数据分发服务信息通道分配方法示意图。
图3为主题发现和匹配路由建立流程示意图。
图4为主题数据分发的流程示意图。
图5为主题数据订阅的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本实施例所示的一种机载网络中实现主题优先级的数据分发方法，主要包含以下步骤：
步骤一、将机载网络的主题数据按照属性特征分类，确定各分类主题的优先级，然后如图2所示在任意节点间为每个优先级建立一个信息通道(为简化描述，本实施例将消息传输通道、虚拟链路统一定义为信息通道，用字母ICH表示)。
作为举例说明，主题数据包含DDS内置的主题“DCPSParticipant”“DCPSSubscription”和“DCPSPublication”，以及用户主题，将主题数据划分为如下四种类型：
1)紧急主题数据；
2)事件主题数据；
3)周期主题数据；
4)数据块主题数据；
其对应使用的信息通道ICH和优先级分别赋予为：
1)紧急信息通道，对应的优先级等级为0；
2)事件信息通道，对应的优先级等级为1；
3)周期信息通道，对应的优先级等级为2；
4)数据块信息通道，对应的优先级等级为3；
其中0的优先级最高，数字越大优先级越低。
步骤二、通过传输优先级QoS策略配置各主题的优先级，在数据分发服务主题端点发现的过程中，对主题进行匹配并按照主题的优先级属性选择相应优先级的信息通道来建立主题间路由关系。
其中内置主题“DCPSParticipant”对应的数据为周期类型，优先级设置为2，对应的信息通道标识为ICH_MTM_S(2)，用于域参与者发现；内置主题“DCPSSubscription”和“DCPSPublication”对应的数据为事件类型，优先级设置为1，信息通道标识为ICH_MTU_SD(1)，用于主题端点发现；用户主题的数据类型按照类型的分类，由用户自定义选择对应的优先级，在主题发现和匹配路由建立的过程中选择相应等级的信息通道分发数据，信息通道标识为ICH_DU_SD(0)、ICH_DU_SD(1)、ICH_DU_SD(2)和ICH_DU_SD(3)，用于用户主题数据分发；字母“S”标识源节点号，字母“D”表示目的节点号。内置主题“DCPSSubscription”、“DCPSPublication”与优先级为1的事件类型用户主题共享同一信息通道，标识为ICH_MTU/DU_SD(1)。
参见图3描述的主题数据发现和匹配路由建立流程，包含以下步骤：
域参与者发现的本地发布信息通道和外部节点发布信息通道采用预先配置的多播信息通道方式，本地节点A通过内置主题“DCPSParticipant”的信息通道路由ICH_MTM_A(2)向所有外部节点周期发布内置主题“DCPSParticipant”的数据，该“DCPSParticipant”数据中包含了节点发布内置主题“DCPSSubscription”和“DCPSPublication”数据所使用的信息通道ICH_MTU和不同优先级用户主题的信息通道ICH_DU。
当通过信息通道ICH_MTM_X(2)接收到新的外部节点X周期发布的主题“DCPSParticipant”数据后，通过对内置主题“DCPSParticipant”数据的解析，创建针对新的外部节点发布内置主题“DCPSSubscription”和“DCPSPublication”数据信息通道ICH_MTU_XA(1)的接收线程，获取外部节点发布主题和订阅主题的相关信息后与本地的订阅主题和发布主题进行主题类型、优先级类型和QoS策略的兼容性检查。对于匹配一致的外部节点发布主题，将主题DDS_DataWriter的GUID加入到订阅匹配关系库中，根据用户主题的优先级n选择外部节点相应的ICH_DU_XA(n)信息通道，连同该主题DDS_DataWriter的GUID加入到主题对应本地DDS_DataReader的订阅路由关系库，并将ICH_DU_XA(n)信息通道加入到接收外部节点数据的线程中；对于匹配一致的外部节点订阅主题，将主题DDS_DataReader的GUID加入到发布匹配关系库中，根据主题的优先级n选择本地节点相应的ICH_DU_AX(n)信息通道连同该主题DDS_DataReader的GUID加入到主题对应本地DDS_DataWriter的发布路由关系库。
步骤三、执行主题分发时根据建立的主题路由关系分发给相应的主题订阅者。
图4描述了主题数据分发的流程，用户通过主题的DDS_DataWriter执行该主题的数据分发过程。DDS_DataWriter首先会查询该主题的发布匹配关系库，获取相应匹配DDS_DataReader的GUID；然后在DDS_DataWriter的发布路由关系库中查询该DDS_DataReader的路由关系，获取其接收信息通道ICH_DU_AX(n)，通过该信息通道将包含有该主题数据的DDS数据帧发布出去。
图5描述了主题数据的订阅流程；DDS的主题数据接收线程限制接收路由关系表中所涉及信息通道的数据，通过判断数据符合性和解析数据帧中主题发布方DDS_DataWriter的GUID，查询本地订阅主题相应DDS_DataReader的订阅匹配关系库和订阅路由关系库，最终把主题数据有效载荷部分传递给相应的DDS_DataReader，进而使用通知或者被动查询的方式提供给用户。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种机载网络中实现主题优先级的数据分发方法，其特征在于包含以下步骤：
步骤一、将机载网络的主题数据按照属性特征分类，确定各分类主题的优先级，在任意节点间为每个优先级建立一个信息通道；
步骤二、配置各主题的优先级，在数据分发服务主题端点发现的过程中，对主题进行匹配并按照主题的优先级属性选择相应优先级的信息通道来建立主题间路由关系；
步骤三、执行主题分发时根据建立的主题路由关系分发给相应的主题订阅者。
2.根据权利要求1所述的一种机载网络中实现主题优先级的数据分发方法，其特征在于步骤二中，对主题进行匹配并按照主题的优先级属性选择相应优先级的信息通道来建立主题间路由关系包含以下步骤：
本地节点通过内置主题“DCPSParticipant”的信息通道向所有外部节点周期发布内置主题“DCPSParticipant”的数据；该“DCPSParticipant”中包含了节点发布内置主题“DCPSSubscription”和“DCPSPublication”数据所使用的信息通道和不同优先级的用户主题的信息通道；
当接收到新的外部节点周期发布的内置主题“DCPSParticipant”后，通过对内置主题“DCPSParticipant”数据的解析，创建针对新的外部节点发布内置主题“DCPSSubscription”和内置主题“DCPSPublication”数据的信息通道的接收线程，获取外部节点发布主题和订阅主题的相关信息后与本地的订阅主题和发布主题进行主题类型、优先级类型和QoS策略的兼容性检查；
对于匹配一致的外部节点发布主题，将主题DDS_DataWriter的GUID加入到订阅匹配关系库中，根据用户主题的优先级选择外部节点相应的信息通道，连同该主题DDS_DataWriter的GUID加入到主题对应本地DDS_DataReader的订阅路由关系库，并将信息通道加入到接收外部节点数据的线程中；对于匹配一致的外部节点订阅主题，将主题DDS_DataReader的GUID加入到发布匹配关系库中，根据主题的优先级选择本地节点相应的信息通道，连同该主题DDS_DataReader的GUID加入到主题对应本地DDS_DataWriter的发布路由关系库。
3.根据权利要求1所述的一种机载网络中实现主题优先级的数据分发方法，其特征在于在步骤三中，主题数据分发时，DDS_DataWriter首先会查询该主题的发布匹配关系库，获取相应匹配DDS_DataReader的GUID；然后在DDS_DataWriter的发布路由关系库中查询该DDS_DataReader的路由关系，获取其接收信息通道，通过该信息通道将包含有该主题数据的DDS数据帧发布出去。
4.根据权利要求1所述的一种机载网络中实现主题优先级的数据分发方法，其特征在于在步骤三中，订阅者的订阅流程为：DDS的主题数据接收线程限制接收订阅路由关系表中所涉及信息通道的主题数据，通过判断主题数据符合性和解析数据帧中主题发布方DDS_DataWriter的GUID，查询本地订阅主题相应DDS_DataReader的订阅匹配关系库和订阅路由关系库，最终把主题数据有效负载部分传递给相应的DDS_DataReader，进而使用通知或者被动查询的方式提供给用户。
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