CN116260884A - 一种基于分布式数据分发dds的tte网络系统设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于分布式数据分发DDS的TTE网络系统设计方法，属于网络通信领域，该TTE网络系统包括分布式网络DDS中间件、基于RTlinux实时操作系统、TTE交换设备、TTE端系统设备、系统主干网络由TTE网络；网络主要分为一个交换节点，三个具备三冗余的端设备节点，各个节点之间采用星型连接方式；对于TTE交换设备而言，业务层数据交互接口由DDS来接管，业务流应用层只需要配置发布/订阅需求方式，满足了TTE网络业务层数据多样化需求。本发明在满足TTE硬时实基础上，再结合DDS中间件的软实时调度，降低业务层数据流的实时分发多样化调度需求，构建一个以数据为中心、可扩展、与平台和位置无关的软硬实时调度相结合的分布式网络架构，实现高性能、强实时、高可靠。

Description

一种基于分布式数据分发DDS的TTE网络系统设计方法
技术领域
本发明涉及网络通信技术领域，特别涉及一种基于分布式数据分发DDS的TTE网络系统设计方法。
背景技术
在航空、航天领域的发展史上，先后历经分立式、联合式、综合化架构，目前处在先进综合化架构的阶段，武器/装备内部都传感、控制、视频、诊断维护等信息高度综合并融合传输，用以实现快速传递、感应、决断和反馈，使各个装备间的信息交互和协同作战能力保持良好的运转，满足将来出现分布式信息化协同作战的需求。当前比较流行的装备总线有：ARINC429、1553B、AFDX、1394B、FC等，均是存在局限性、专用性等问题，从而无法满足形成先进综合化智能装备的要求。因此一种具备高精度时间同步功能，且能将多种混合业务融合传输的新型时间触发太网(TTE)总线应运而生，将传统以太网的灵活性、开放性与具备高精度的时钟同步功能、确定性传输、容错和冗余等机制相结合，既能保持以太网良好互联互通能力，同时支持多种混合业务融合传输，可满足新一代武器装备综合化、智能化升级/换代的需求。
DDS中间件是一种轻便的、能够提供实时信息传送的中间件技术。目前，信息分发中间件产品已经在发达国家中的航天飞行器、空间载荷软件通信系统、舰船控制、军队网络系统中广泛使用。
DDS规范的目的是构建一个“全局数据总线”，系统中的各个节点都可以接入该“总线”中，各个节点之间数据的发布/订阅是通过DDS标准接口来完成，有效的降低了系统各种组件之间的耦合性。DCPS(数据为中心的发布/订阅模型)层提供了数据发布的基础架构，它是DDS规范的核心。DDS构建一个具有DCPS、可扩展、与平台无关的分布式网络。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于分布式数据分发DDS的TTE网络系统设计方法，以解决背景技术中的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于分布式数据分发DDS的TTE网络系统设计方法，所述TTE网络系统包括分布式网络DDS中间件、RTlinux实时操作系统、时间触发以太网交换设备、时间触发以太网端系统设备、系统主干网络由TTE网络，包含以下几个步骤：
步骤A、搭建基于分布式数据分发DDS的TTE网络硬件架构，网络硬件架构主要由三个交换机，六个具备三冗余光口的端系统组成；
步骤B、在基于RTlinux实时操作系统上移植DDS中间件，完成TTE网络架构下DDS通信驱动初始化、发布主题的注册函数、TTE网络待发布数据格式的定义、发布主题函数功能实现、订阅主题处理函数注册及具体处理函数实现；
步骤C、实现DDS中间件数据分布式数据分发业务功能，结合TTE网络架构特性，完成将主题发布者和主题订阅者均接入DCPS信息库，DCPS信息库获得其主题信息、地址命名标识和MAC地址，并实现对主题发布者和主题订阅者的主题信息检索识别功能，最后将相匹配的主题订阅者的MAC地址、TTE业务流数据网络标识符标识发送给消息发布者，并按照规则标识进行标识缓存；或者当消息发布者接收到消息订阅者主题消息时，消息订阅者通过解析数据包头部，提取TTE数据包内存池命名规则标识，再将数据包根据规则标识过滤，如果确定为消息订阅者需要数据，则存入对应的缓存空间中，等待进一步处理；
步骤D、在步骤C的基础上，将具备分布式数据分发DDS功能的基于RTlinux实时操作系统移植到TTE端系统业务CPU上，并完成多消息模式下多业务数据传输。
在一种实施方式中，所述步骤A中，网络硬件结构中的各个节点之间采用星型连接方式，为保证系统时间触发的准确性，系统需要具备时间同步功能，并且具有时间同步功能重传功能。
在一种实施方式中，所述步骤B中，采用分布式数据分发DDS作为主干网络的业务层数据流的交互，DDS能够将操作系统和网络协议栈完全隔离开来；应用程序直接使用分布式网络DDS中间件发送和接收消息；业务层数据交互时，对于时间触发以太网交换设备而言，业务层数据交互接口由DDS来接管，业务流应用层只需要配置发布/订阅需求方式，很大程度上满足TTE网络业务层数据多样化需求。
在一种实施方式中，所述步骤C中，所述主题发布者和主题订阅者的数量都能够根据需求增减，且多个主题订阅者能同时订阅同一主题，所用协议采用TTE网络传输协议；所述主题订阅者如果因某种原因需要重新进行整体网络的时间同步的情况下，所述分布式网络DDS中间件将缓存此消息，直至时间同步完成，且满足时间同步精度的情况下，此主题订阅者才重新连接上系统，将消息发送出去。
在一种实施方式中，所述步骤D中，多消息模式下多业务数据收发，包含：
消息订阅者需调用RTlinux实时操作系统的相关函数完成系统初始化、网络配置参数初始化、主题订阅/发布配置、发送队列接收队列配置，完成数据发送、接收的配置和初始化，且整个系统硬件网络接口均使用光口作为传输介质；
系统中底层数据最终通过TTE交换机完成数据的收发及传输，TTE交换机具备多消息转多业务交互功能、TTE数据交换调度功能主要功能；
消息发布者根据DDS消息命名标识分配地址空间，并且存入TTE内存调度池中，再通过添加TTE相关传输协议，利用TTE交换机完成数据的转发，消息接收者再根据消息命名标识完成数据解析与处理。
在本发明提供的一种基于分布式数据分发DDS的TTE网络系统设计方法中，业务层数据交互接口由DDS来接管，业务流应用层只需要配置发布/订阅需求方式即可，很大程度上满足TTE网络业务层数据多样化需求。本发明是一种在满足时间触发以太网络硬时实基础上，再结合DDS中间件的软实时调度，大大降低业务层数据流的实时分发多样化调度需求，可以构建一个以数据为中心、可扩展、与平台和位置无关的软硬实时调度相结合的分布式网络架构，可满足高性能、强实时、高可靠的要求。
附图说明
图1是TTE网络拓扑结构图；
图2是DDS发布/订阅模型；
图3是DDS发布者流程图；
图4是DDS接收者流程图；
图5是多消息数据传输原理图；
图6是数据传输的总体框图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种基于分布式数据分发DDS的TTE网络系统设计方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
图1为TTE网络拓扑结构示意图，网络主要分为三个交换机(交换机A、交换机B、交换机C)，六个具备三冗余光口的端系统(端系统1-6)，各个节点之间采用星型连接方式，为保证系统时间触发的准确性，系统需要具备时间同步功能，并且具有时间同步功能重传功能。
图2为DDS发布/订阅模型，基于PS模型构建以数据为中心的发布/订阅模型，主要有域，QoS策略(QualityofService，即服务质量)，域参与者，主题，发布者，订阅者组成。域代表逻辑隔离网络，不同DDS域的使得多个应用程序彼此完全隔离；域参与者主要是为了实现DDS域的功能而引入的；主题是发布/订阅者之间数据交互的区分数据类型的标识和根本手段；发布者是负责实际发送数据的DCPS对象，主要功能是将待发布数据传输到指定域相关的每一个订阅者手中；订阅者是负责实际接收数据的DCPS对象，主要功能是将指定域中接收到的发布者发送的数据传输给所有相关联的数据读者。
图3为DDS发布者流程图，发布者主要完成TTE网络架构下DDS通信驱动初始化、发布主题的注册函数、TTE网络待发布数据格式的定义、发布主题函数功能实现、订阅主题处理函数注册及具体处理函数实现(即实现订阅到的主题功能)。
图4为DDS接收者流程图，当消息发布者接收到消息订阅者主题消息时，消息订阅者通过解析数据包头部，提取TTE数据包内存池命名规则标识，再将数据包根据规则标识过滤，如果确定为消息订阅者需要数据，则存入对应的缓存空间中，等待进一步处理。
图5为多消息数据传输原理图，端系统设备中消息订阅者需要发布主题消息的时候，首先利用DCPS获得相关主题信息规则，然后按照规则标识进行标识缓存；端系统设备中如果同时存在多个不同的消息订阅者，先进行该数据包所属订阅者的区分，再根据数据包头部标识将数据读取到对应的订阅者TTE内存池中。
图6为数据传输的总体框图，按照软件架构从上而下，总体分为三层。利用C语言实现分布式数据分发服务DDS中间件，RTLinux操作系统需具备分布式数据分发服务DDS运行所需的改进的网络套接字接口(Click_Socket)和可移植操作系统接口(Posix)，DDS基于Click_Socket和Posix实现网络层和操作系统层的适配工作，完成DDS在RTLinux操作系统环境中的适配工作，接着利用AXI总线接口将DDS中间件与TTE实时网络调度模块相结合，即可完成实时软硬件相结合新型以太网架构设计。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于分布式数据分发DDS的TTE网络系统设计方法，其特征在于，所述TTE网络系统包括分布式网络DDS中间件、基于RTlinux实时操作系统、时间触发以太网交换设备、时间触发以太网端系统设备、系统主干网络由TTE网络，包含以下几个步骤：
步骤A、搭建基于分布式数据分发DDS的TTE网络硬件架构，网络硬件架构主要由三个交换机，六个具备三冗余光口的端系统组成；
步骤B、在基于RTlinux实时操作系统上移植DDS中间件，完成TTE网络架构下DDS通信驱动初始化、发布主题的注册函数、TTE网络待发布数据格式的定义、发布主题函数功能实现、订阅主题处理函数注册及具体处理函数实现；
步骤C、实现DDS中间件数据分布式数据分发业务功能，结合TTE网络架构特性，完成将主题发布者和主题订阅者均接入DCPS信息库，DCPS信息库获得其主题信息、地址命名标识和MAC地址，并实现对主题发布者和主题订阅者的主题信息检索识别功能，最后将相匹配的主题订阅者的MAC地址、TTE业务流数据网络标识符标识发送给消息发布者，并按照规则标识进行标识缓存；或者当消息发布者接收到消息订阅者主题消息时，消息订阅者通过解析数据包头部，提取TTE数据包内存池命名规则标识，再将数据包根据规则标识过滤，如果确定为消息订阅者需要数据，则存入对应的缓存空间中，等待进一步处理；
步骤D、在步骤C的基础上，将具备分布式数据分发DDS功能的RTlinux实时操作系统移植到TTE端系统业务CPU上，并完成多消息模式下多业务数据传输。
2.如权利要求1所述的基于分布式数据分发DDS的TTE网络系统设计方法，其特征在于，所述步骤A中，网络硬件结构中的各个节点之间采用星型连接方式，为保证系统时间触发的准确性，系统需要具备时间同步功能，并且具有时间同步功能重传功能。
3.如权利要求2所述的基于分布式数据分发DDS的TTE网络系统设计方法，其特征在于，所述步骤B中，采用分布式数据分发DDS作为主干网络的业务层数据流的交互，DDS能够将操作系统和网络协议栈完全隔离开来；应用程序直接使用分布式网络DDS中间件发送和接收消息；业务层数据交互时，对于时间触发以太网交换设备而言，业务层数据交互接口由DDS来接管，业务流应用层只需要配置发布/订阅需求方式，很大程度上满足TTE网络业务层数据多样化需求。
4.如权利要求1所述的基于分布式数据分发DDS的TTE网络系统设计方法，其特征在于，所述步骤C中，所述主题发布者和主题订阅者的数量都能够根据需求增减，且多个主题订阅者能同时订阅同一主题，所用协议采用TTE网络传输协议；所述主题订阅者如果因某种原因需要重新进行整体网络的时间同步的情况下，所述分布式网络DDS中间件将缓存此消息，直至时间同步完成，且满足时间同步精度的情况下，此主题订阅者才重新连接上系统，将消息发送出去。
5.如权利要求4所述的基于分布式数据分发DDS的TTE网络系统设计方法，其特征在于，所述步骤D中，多消息模式下多业务数据收发，包含：
消息订阅者需调用RTlinux实时操作系统的相关函数完成系统初始化、网络配置参数初始化、主题订阅/发布配置、发送队列接收队列配置，完成数据发送、接收的配置和初始化，且整个系统硬件网络接口均使用光口作为传输介质；
系统中底层数据最终通过TTE交换机完成数据的收发及传输，TTE交换机具备多消息转多业务交互功能、TTE数据交换调度功能主要功能；
消息发布者根据DDS消息命名标识分配地址空间，并且存入TTE内存调度池中，再通过添加TTE相关传输协议，利用TTE交换机完成数据的转发，消息接收者再根据消息命名标识完成数据解析与处理。
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