基于DDS的空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床信息交互技術(shù)研究

王航+陳勇+宋旭民+丁國振

摘 要： 為了研究大型復(fù)雜系統(tǒng)仿真平臺(tái)的信息交互問題，首先針對(duì)空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床的信息交互技術(shù)做了需求分析，通過分析，采用基于數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（DDS）規(guī)范對(duì)空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床的信息交互技術(shù)進(jìn)行了研究。建立了空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床的信息交互系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，并且構(gòu)造了它的全局?jǐn)?shù)據(jù)空間，最終對(duì)信息交互的流程進(jìn)行了規(guī)范?；谠摲椒ǖ姆抡嬖囼?yàn)床具有高便捷性、易集成性、高可靠性等特點(diǎn)，為整個(gè)仿真試驗(yàn)床的運(yùn)行和開發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： DDS； 仿真試驗(yàn)床； 信息交互技術(shù)； 發(fā)布/訂閱

中圖分類號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）20?0007?04

Research on information?exchange technology for space simulative test?bed based on DDS

WANG Hang1， CHEN Yong2， SONG Xu?min2 ， DING Guo?zhen1

（1. Department of Graduate Management， Equipment Academy of PLA， Beijing 101416， China；

2. Department of Space Command， Equipment Academy of PLA， Beijing 101416， China）

Abstract： In order to research the problem existing in information exchange for simulation platform of large?scale complex systems， the requirement analysis of information?exchange technology for simulative test?bed on space platform is conducted in this paper. The research on information?exchange technology for simulative test?bed on space platform was carried out based on specification for data distribution service （DDS）. An architecture of information?exchange technology for simulative test?bed on space platform was established and its global data space was constructed. The process of information exchange was specified. Based on this method， the simulation test?bed has the features of high convenience， easy integration and high reliability. A foundation was made for running and developmentof the simulative test?bed on space platform.

Keywords： DDS； simulative test?bed； information?exchange technology； distribution/subscription

0 引 言

空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床是一個(gè)集成空間平臺(tái)各個(gè)功能組件的復(fù)雜仿真體系結(jié)構(gòu)。它能快速地對(duì)復(fù)雜的空間平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真。信息交互技術(shù)是保證空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床運(yùn)行的重要技術(shù)。仿真試驗(yàn)床要求將各試驗(yàn)應(yīng)用產(chǎn)生的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，根據(jù)試驗(yàn)應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)需求的不同，將數(shù)據(jù)按照各自的來源和目的地進(jìn)行傳遞，有效解決服務(wù)器瓶頸和單點(diǎn)失效的問題，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)應(yīng)用和底層支撐服務(wù)之間的數(shù)據(jù)雙向傳遞，同時(shí)使消息傳遞的異步通信，可靠性得到保證。

目前大多數(shù)流行的信息交互中間件已經(jīng)能提供良好的開發(fā)平臺(tái)和通信支持，但由于缺乏合適的系統(tǒng)控制接口和應(yīng)用級(jí)服務(wù)質(zhì)量（QoS）的有效支持，并不能很地的解決通信的實(shí)時(shí)性、快捷性和靈活性問題。而數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（DDS）能夠?yàn)閷?shí)時(shí)系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)提供高級(jí)抽象接口、能有效合理地控制部署系統(tǒng)所需的QoS策略來滿足實(shí)時(shí)應(yīng)用需求。DDS中間件是一種輕便的、能夠提供實(shí)時(shí)信息傳送的中間件技術(shù)，它可以很好地配置和利用系統(tǒng)資源，協(xié)調(diào)可預(yù)測(cè)性與執(zhí)行效率之間的平衡，具有實(shí)時(shí)性、松耦合性動(dòng)態(tài)性、靈活性等優(yōu)點(diǎn)。本文通過對(duì)DDS理論的研究，提出了基于DDS的空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床信息交互管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和信息交互流程。滿足了空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床對(duì)信息交互的實(shí)時(shí)性、可靠性、高效性等要求。

1 空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床信息交互需求分析

空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床是一個(gè)大型復(fù)雜的仿真平臺(tái)。它集需求分析、組件集成、應(yīng)用仿真等功能與一體，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，因此對(duì)信息交互技術(shù)的需求也比較多。具體有如下幾點(diǎn)：

（1） 不同類別信息交互的能力?？臻g平臺(tái)仿真試驗(yàn)床集成了各種不同類別的仿真成員，包含實(shí)物仿真成員和半實(shí)物仿真成員等，這些仿真成員之間傳遞的信息類別不同，這就需要仿真試驗(yàn)床的信息交互技術(shù)能夠完成不同類別信息的交互需求。

（2） 能夠傳遞大量數(shù)據(jù)的能力?？臻g平臺(tái)仿真試驗(yàn)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有大量的仿真成員，涉及到大量的數(shù)據(jù)信息。例如：空間平臺(tái)的軌道運(yùn)行信息、載荷狀態(tài)信息、空間環(huán)境信息、控制指令信息等。這些大量數(shù)據(jù)需要快頻率的進(jìn)行交互，對(duì)試驗(yàn)床的信息交互能力的要求非常高。

（3） 信息交互的優(yōu)先級(jí)能力?？臻g平臺(tái)仿真試驗(yàn)床在仿真試驗(yàn)時(shí)，各信息都有著不同的緊急程度和重要程度，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求也不一樣，這就需要仿真試驗(yàn)床的信息交互能夠根據(jù)信息的優(yōu)先級(jí)，有序的進(jìn)行信息的傳輸。

（4） 對(duì)數(shù)據(jù)歷史進(jìn)行記錄的能力。試驗(yàn)床運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量歷史數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)之后的驗(yàn)證分析、效能評(píng)估等有著重要作用，因此需要對(duì)收發(fā)的信息進(jìn)行保存。

2 DDS相關(guān)理論

2.1 DDS結(jié)構(gòu)模型

DDS規(guī)范是滿足實(shí)時(shí)性要求、實(shí)現(xiàn)訂閱/發(fā)布通信模式的標(biāo)準(zhǔn)，它是由對(duì)象管理組織（OMG）制定的。該規(guī)范對(duì)分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)發(fā)布、傳遞和接收的接口和行為進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化[1]。DDS結(jié)構(gòu)框架分為兩層，分別是數(shù)據(jù)本地重構(gòu)層DLRL和以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布/訂閱層DCPS[2]。其中DCPS層是DDS的核心和基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸以及相關(guān)服務(wù)質(zhì)量的控制保證等[3]。DLRL層是建立在DCPS層之上的一個(gè)可選層，能夠?qū)⒎?wù)進(jìn)行抽象，并與底層服務(wù)建立映射關(guān)系。這里對(duì)DDS的DCPS層進(jìn)行研究。DCPS層的結(jié)構(gòu)模型如圖1所示[4]。

圖1 DDS結(jié)構(gòu)框圖

該模型主要包括數(shù)據(jù)對(duì)象（Inforepo）、發(fā)布者（Publisher）、訂閱者（Subscriber）、數(shù)據(jù)寫入者（DataWriter）和數(shù)據(jù)讀出者（DataReader）等5個(gè)參與者（其中前三個(gè)是系統(tǒng)的主要參與者；數(shù)據(jù)寫入者是由發(fā)布者創(chuàng)立，一個(gè)發(fā)布者可以創(chuàng)立多個(gè)數(shù)據(jù)寫入者；數(shù)據(jù)讀出者是有訂閱者創(chuàng)立，一個(gè)訂閱者可以創(chuàng)立多個(gè)數(shù)據(jù)讀出者）。發(fā)布者向信息庫發(fā)送主題信息，訂閱者向信息庫發(fā)送它所感興趣的訂閱主題信息，信息庫匹配發(fā)布主題信息和訂閱主題信息，并且制定相關(guān)的QoS策略，然后發(fā)布者將相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送給對(duì)應(yīng)的訂閱者[5]。

2.2 DDS信息交互特點(diǎn)

DDS它是以數(shù)據(jù)為中心進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)的。其中QoS參數(shù)用來表述并將資源狀況、對(duì)資源的期待程度、網(wǎng)絡(luò)狀況等，這大大的增強(qiáng)了通信的靈活性和實(shí)時(shí)性。它大大簡(jiǎn)化了分布式系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的發(fā)布效率，為實(shí)時(shí)環(huán)境下以數(shù)據(jù)為中心的分布式應(yīng)用提供高效、有用的通信服務(wù)[6]。它主要有如下特點(diǎn)：

（1） 引入全局?jǐn)?shù)據(jù)空間的概念，通過全局?jǐn)?shù)據(jù)空間上的“主題”模式進(jìn)行消息之間的傳輸，實(shí)現(xiàn)了一對(duì)多的連接。只要發(fā)布者和訂閱者形成關(guān)聯(lián)，就不需要再進(jìn)行尋址過程，傳輸過程也不需要中心服務(wù)器等其他媒介。這樣就大大的提高了信息的傳輸效率和傳遞大量數(shù)據(jù)的能力。

（2） 引入了QoS策略，通過對(duì)消息提供QoS服務(wù)，能夠根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸控制要求（如優(yōu)先級(jí)等）進(jìn)行傳遞，大大提高了消息傳遞的質(zhì)量，從而提高了這個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

（3） 擁有高效的動(dòng)態(tài)配置能力。它根據(jù)系統(tǒng)的需要能夠?qū)崟r(shí)的增加新的主題消息或者刪除主題消息，從而隨時(shí)適應(yīng)仿真系統(tǒng)的規(guī)模。

（4） 具備共享數(shù)據(jù)能力，無需考慮數(shù)據(jù)發(fā)布者和使用者實(shí)際的物理地址和組織結(jié)構(gòu)中的位置。

3 空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床信息交互的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 仿真試驗(yàn)床信息交互系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

基于上節(jié)對(duì)DDS技術(shù)的特點(diǎn)分析，可知運(yùn)用DDS技術(shù)能夠滿足空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床對(duì)信息交互能力的需求。因此本文將采用DDS技術(shù)用于空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床的信息交互?？臻g平臺(tái)仿真試驗(yàn)床信息管理體系架構(gòu)如圖2所示。由圖2可知系統(tǒng)架構(gòu)主要分為三個(gè)層次：信息管理監(jiān)控層，DDS信息交互層和信息控制層。每個(gè)層次之間都有著不同的作用。

（1） 實(shí)時(shí)信息層。實(shí)時(shí)信息層主要包含了數(shù)據(jù)庫和各個(gè)仿真節(jié)點(diǎn)。各仿真節(jié)點(diǎn)主要是空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床中主要的仿真成員。它主要包括空間環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、空間平臺(tái)動(dòng)力控制節(jié)點(diǎn)、載荷控制節(jié)點(diǎn)、目標(biāo)觀測(cè)節(jié)點(diǎn)等。它可以根據(jù)空間平臺(tái)功能的擴(kuò)展，隨時(shí)添加進(jìn)來相應(yīng)的仿真節(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)了大量的仿真需要用到的各種數(shù)據(jù)和模型。仿真開始時(shí)，它會(huì)把信息以主題的模式發(fā)送給信息交互層，然后再由信息交互層按照DDS規(guī)范把信息發(fā)送給各個(gè)仿真節(jié)點(diǎn)，從而使仿真順利運(yùn)行。同時(shí)數(shù)據(jù)庫會(huì)存儲(chǔ)仿真時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，隨時(shí)準(zhǔn)備下一次數(shù)據(jù)傳輸，這樣就實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互和非實(shí)時(shí)交互。

圖2 基于DDS的仿真試驗(yàn)床信息管理體系架構(gòu)示意圖

（2） 信息控制層。信息控制層是通過接收到的各種仿真實(shí)時(shí)信息，決策產(chǎn)生出控制指令，并且發(fā)出控制指令，從而對(duì)整個(gè)仿真進(jìn)行控制。它主要由仿真控制臺(tái)和仿真決策支持服務(wù)器組成。仿真決策支持服務(wù)器主要是通過訂閱接收DDS信息交互層傳來的各種仿真數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行分析作出輔助控制決策再將決策控制信息通過DDS發(fā)送給仿真控制臺(tái)；仿真控制臺(tái)是與人進(jìn)行交互的系統(tǒng)，它同樣接收各仿真節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，和輔助控制決策，操作人員對(duì)它們進(jìn)行分析，發(fā)出控制指令，從而隨時(shí)調(diào)整和控制整個(gè)仿真的運(yùn)行。

（3） DDS信息交互層。DDS信息交互層主要利用全局?jǐn)?shù)據(jù)空間和信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，對(duì)各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行整合，提供了仿真試驗(yàn)床統(tǒng)一的信息交互平臺(tái)。平臺(tái)管理整個(gè)仿真試驗(yàn)床的各個(gè)仿真節(jié)點(diǎn)，并且以發(fā)布/訂閱主題的方式來獲取各仿真節(jié)點(diǎn)的信息和發(fā)送其他各節(jié)點(diǎn)所需的信息。在整個(gè)信息收發(fā)的過程中，它不需要考慮接口協(xié)議、收發(fā)地址等限制條件，實(shí)現(xiàn)了硬件與軟件的分離以及信息的應(yīng)用與交互的分離。

這種基于DDS的仿真試驗(yàn)床信息管理體系架構(gòu)可以根據(jù)空間平臺(tái)的功能擴(kuò)展隨時(shí)接入相應(yīng)的系統(tǒng)組件和仿真節(jié)點(diǎn)，這大大增強(qiáng)了仿真試驗(yàn)床的可擴(kuò)展性。

3.2 全局?jǐn)?shù)據(jù)空間

全局?jǐn)?shù)據(jù)空間（Global Data Space，GDS）是數(shù)據(jù)分發(fā)模型的核心，仿真試驗(yàn)床利用GDS實(shí)現(xiàn)公共數(shù)據(jù)總線的管理和驅(qū)動(dòng)。分發(fā)模型中消息主題的管理和匹配、發(fā)布者和訂閱者連接時(shí)間通知、基于主題的消息交換等功能都是基于GDS完成的。根據(jù)信息交互的需求，它主要由四個(gè)部分組成：發(fā)布登記表，訂閱登記表，發(fā)布數(shù)據(jù)緩沖區(qū)間和接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)間。

發(fā)布/訂閱登記表主要負(fù)責(zé)記錄所有發(fā)布/訂閱消息的主題（如表1所示就是空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床各設(shè)備的發(fā)布/訂閱主題表），發(fā)布者/訂閱者的地址和該類信息的主要特征如數(shù)據(jù)可靠性，優(yōu)先級(jí)，有效期等，發(fā)布/訂閱登記表實(shí)時(shí)更新。發(fā)布數(shù)據(jù)緩沖區(qū)負(fù)責(zé)保存發(fā)布者需要保存的發(fā)送數(shù)據(jù)，即使發(fā)布的消息在有效期內(nèi)仍保留一段時(shí)間，從而支持訂閱者在這段時(shí)間內(nèi)能夠索取到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)主要是用于給訂閱者緩沖其已經(jīng)接收了的卻沒有來的及處理的信息。這樣就能很好的滿足部分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)優(yōu)先級(jí)的要求。

表1 空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床設(shè)備信息發(fā)布/訂閱主題表

3.3 空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床交互流程

圖3可以直觀的表示仿真試驗(yàn)床各系統(tǒng)的發(fā)布/訂閱的信息交互情況。

由于空間平臺(tái)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，仿真試驗(yàn)床的仿真節(jié)點(diǎn)比較多。本文只簡(jiǎn)單的列舉相對(duì)比較主要的各仿真節(jié)點(diǎn)傳輸信息。各仿真節(jié)點(diǎn)主要包括空間環(huán)境節(jié)點(diǎn)、飛行動(dòng)力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)，載荷控制節(jié)點(diǎn)，姿態(tài)調(diào)整控制節(jié)點(diǎn)等。它們之間所涉及到的信息很多，這里主要包括平臺(tái)與載荷的飛行狀態(tài)信息、空間環(huán)境信息、控制指令等。

根據(jù)圖3：仿真開始時(shí)數(shù)據(jù)庫發(fā)布初始模型和數(shù)據(jù)信息主題，各個(gè)仿真節(jié)點(diǎn)通過訂閱相應(yīng)的主題接收到數(shù)據(jù)后開始運(yùn)行；仿真運(yùn)行后，各個(gè)仿真節(jié)點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并且向GDS發(fā)布相關(guān)信息的主題；支持決策服務(wù)器和仿真控制臺(tái)將訂閱空間平臺(tái)及載荷的狀態(tài)信息、空間環(huán)境信息等相關(guān)信息主題，其中支持決策系統(tǒng)會(huì)通過訂閱的主題信息，產(chǎn)生操控輔助決策信息，并進(jìn)行綜合集成顯示，控制臺(tái)同時(shí)訂閱了操控決策信息的主題，然后再綜合產(chǎn)生決策控制指令?？刂婆_(tái)產(chǎn)生的平臺(tái)和載荷控制指令通過主題的形式發(fā)布到GDS，再被各個(gè)仿真節(jié)點(diǎn)訂閱，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各仿真節(jié)點(diǎn)的控制。

圖3 空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床信息訂閱/發(fā)布示意圖

4 基于DDS的仿真試驗(yàn)床信息管理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

基于DDS的空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床信息管理系統(tǒng)主要具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1） 提高信息交互的便捷性。仿真試驗(yàn)床的各個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)只需要根據(jù)發(fā)布者的主題就可以隨時(shí)訂閱自己需要的信息，而不用去管信息發(fā)布者是哪種設(shè)備，這大大地提升了信息交互的效率。

（2） 利于系統(tǒng)集成的組件化。基于DDS的空間仿真試驗(yàn)床信息管理系統(tǒng)中的信息交互與設(shè)備硬件，軟件應(yīng)用，仿真成員的實(shí)體半實(shí)體無關(guān)，各設(shè)備之間只通過信息的交互進(jìn)行控制和管理，實(shí)現(xiàn)了軟件硬件的分離?？臻g平臺(tái)需要擴(kuò)充相應(yīng)功能只需要研制相關(guān)方面的軟件，然后把這些軟件加載到相應(yīng)的設(shè)備上即可。這樣就大大提高了空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床的可集成性和可擴(kuò)展性。

（3） 利于提高數(shù)據(jù)交換的松耦合性?；贒DS的信息交互技術(shù)提供了一種基于主題的數(shù)據(jù)交互方式，減少了數(shù)據(jù)發(fā)送者與接收者之間的相互依賴，不需要考慮信息傳輸網(wǎng)絡(luò)、對(duì)端通信設(shè)備地址的條件實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的應(yīng)用和傳輸?shù)姆蛛x，設(shè)備之間沒有直接的關(guān)聯(lián)。單點(diǎn)失效并不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的其他功能，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。

（4） 利于提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃??；贒DS的仿真試驗(yàn)床信息交互技術(shù)為應(yīng)用軟件提供了多種QoS保障，能夠更好的滿足系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸需求。

（5） 利于提高信息交互的可監(jiān)視性?；贒DS的仿真試驗(yàn)床信息交互技術(shù)為仿真試驗(yàn)的數(shù)據(jù)交換制定了規(guī)范，打破了傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的封閉式通信，為重要數(shù)據(jù)的監(jiān)視、跟蹤等需求提供了手段。

5 結(jié) 語

本文基于DDS技術(shù)理論對(duì)空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床信息交互的技術(shù)進(jìn)行了研究?；贒DS的空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床信息交互技術(shù)能夠快捷有效的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分發(fā)；它提供的各種QoS策略能夠有效的保證系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，從而有效的解決實(shí)時(shí)分布式條件下的空間平臺(tái)仿真通信問題。它能夠保證系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)控制和通信透明，可為空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床的運(yùn)行、開發(fā)和組建集成提供了重要的保障。

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發(fā)布/訂閱登記表主要負(fù)責(zé)記錄所有發(fā)布/訂閱消息的主題（如表1所示就是空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床各設(shè)備的發(fā)布/訂閱主題表），發(fā)布者/訂閱者的地址和該類信息的主要特征如數(shù)據(jù)可靠性，優(yōu)先級(jí)，有效期等，發(fā)布/訂閱登記表實(shí)時(shí)更新。發(fā)布數(shù)據(jù)緩沖區(qū)負(fù)責(zé)保存發(fā)布者需要保存的發(fā)送數(shù)據(jù)，即使發(fā)布的消息在有效期內(nèi)仍保留一段時(shí)間，從而支持訂閱者在這段時(shí)間內(nèi)能夠索取到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)主要是用于給訂閱者緩沖其已經(jīng)接收了的卻沒有來的及處理的信息。這樣就能很好的滿足部分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)優(yōu)先級(jí)的要求。

表1 空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床設(shè)備信息發(fā)布/訂閱主題表

3.3 空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床交互流程

圖3可以直觀的表示仿真試驗(yàn)床各系統(tǒng)的發(fā)布/訂閱的信息交互情況。

由于空間平臺(tái)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，仿真試驗(yàn)床的仿真節(jié)點(diǎn)比較多。本文只簡(jiǎn)單的列舉相對(duì)比較主要的各仿真節(jié)點(diǎn)傳輸信息。各仿真節(jié)點(diǎn)主要包括空間環(huán)境節(jié)點(diǎn)、飛行動(dòng)力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)，載荷控制節(jié)點(diǎn)，姿態(tài)調(diào)整控制節(jié)點(diǎn)等。它們之間所涉及到的信息很多，這里主要包括平臺(tái)與載荷的飛行狀態(tài)信息、空間環(huán)境信息、控制指令等。

根據(jù)圖3：仿真開始時(shí)數(shù)據(jù)庫發(fā)布初始模型和數(shù)據(jù)信息主題，各個(gè)仿真節(jié)點(diǎn)通過訂閱相應(yīng)的主題接收到數(shù)據(jù)后開始運(yùn)行；仿真運(yùn)行后，各個(gè)仿真節(jié)點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并且向GDS發(fā)布相關(guān)信息的主題；支持決策服務(wù)器和仿真控制臺(tái)將訂閱空間平臺(tái)及載荷的狀態(tài)信息、空間環(huán)境信息等相關(guān)信息主題，其中支持決策系統(tǒng)會(huì)通過訂閱的主題信息，產(chǎn)生操控輔助決策信息，并進(jìn)行綜合集成顯示，控制臺(tái)同時(shí)訂閱了操控決策信息的主題，然后再綜合產(chǎn)生決策控制指令?？刂婆_(tái)產(chǎn)生的平臺(tái)和載荷控制指令通過主題的形式發(fā)布到GDS，再被各個(gè)仿真節(jié)點(diǎn)訂閱，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各仿真節(jié)點(diǎn)的控制。

圖3 空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床信息訂閱/發(fā)布示意圖

4 基于DDS的仿真試驗(yàn)床信息管理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

基于DDS的空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床信息管理系統(tǒng)主要具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1） 提高信息交互的便捷性。仿真試驗(yàn)床的各個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)只需要根據(jù)發(fā)布者的主題就可以隨時(shí)訂閱自己需要的信息，而不用去管信息發(fā)布者是哪種設(shè)備，這大大地提升了信息交互的效率。

（2） 利于系統(tǒng)集成的組件化?；贒DS的空間仿真試驗(yàn)床信息管理系統(tǒng)中的信息交互與設(shè)備硬件，軟件應(yīng)用，仿真成員的實(shí)體半實(shí)體無關(guān)，各設(shè)備之間只通過信息的交互進(jìn)行控制和管理，實(shí)現(xiàn)了軟件硬件的分離?？臻g平臺(tái)需要擴(kuò)充相應(yīng)功能只需要研制相關(guān)方面的軟件，然后把這些軟件加載到相應(yīng)的設(shè)備上即可。這樣就大大提高了空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床的可集成性和可擴(kuò)展性。

（3） 利于提高數(shù)據(jù)交換的松耦合性?；贒DS的信息交互技術(shù)提供了一種基于主題的數(shù)據(jù)交互方式，減少了數(shù)據(jù)發(fā)送者與接收者之間的相互依賴，不需要考慮信息傳輸網(wǎng)絡(luò)、對(duì)端通信設(shè)備地址的條件實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的應(yīng)用和傳輸?shù)姆蛛x，設(shè)備之間沒有直接的關(guān)聯(lián)。單點(diǎn)失效并不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的其他功能，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。

（4） 利于提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴；贒DS的仿真試驗(yàn)床信息交互技術(shù)為應(yīng)用軟件提供了多種QoS保障，能夠更好的滿足系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸需求。

（5） 利于提高信息交互的可監(jiān)視性?；贒DS的仿真試驗(yàn)床信息交互技術(shù)為仿真試驗(yàn)的數(shù)據(jù)交換制定了規(guī)范，打破了傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的封閉式通信，為重要數(shù)據(jù)的監(jiān)視、跟蹤等需求提供了手段。

5 結(jié) 語

本文基于DDS技術(shù)理論對(duì)空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床信息交互的技術(shù)進(jìn)行了研究?；贒DS的空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床信息交互技術(shù)能夠快捷有效的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分發(fā)；它提供的各種QoS策略能夠有效的保證系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，從而有效的解決實(shí)時(shí)分布式條件下的空間平臺(tái)仿真通信問題。它能夠保證系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)控制和通信透明，可為空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床的運(yùn)行、開發(fā)和組建集成提供了重要的保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 張?jiān)朴?中間件技術(shù)原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[2] Object Management Group. Data distribution service for real?time systems specification， version 1.0 [R]. [S.l.]： Object Management Group， 2004.

[3] 陳春甫.基于DDS的數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].上海：復(fù)旦大學(xué)，2008.

[4] 楊瑾.基于DDS和XML的數(shù)據(jù)集成模型的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學(xué)，2009.

[5] 謝蓓，劉毅，曹萬華，等.實(shí)時(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分布服務(wù)DDS技術(shù)綜述[J].艦船電子工程，2006，26（2）：16?20.

[6] 姚兵，蔡婷，李峻林，等.基于DDS模型的數(shù)據(jù)分發(fā)中間件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)軟件與算法，2009，30（3）：619?623.

[7] 孫文俊，馮燕，張宏宇.基于DDS的實(shí)時(shí)信息交換平臺(tái)研究[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù)，2011（2）：49?53.

發(fā)布/訂閱登記表主要負(fù)責(zé)記錄所有發(fā)布/訂閱消息的主題（如表1所示就是空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床各設(shè)備的發(fā)布/訂閱主題表），發(fā)布者/訂閱者的地址和該類信息的主要特征如數(shù)據(jù)可靠性，優(yōu)先級(jí)，有效期等，發(fā)布/訂閱登記表實(shí)時(shí)更新。發(fā)布數(shù)據(jù)緩沖區(qū)負(fù)責(zé)保存發(fā)布者需要保存的發(fā)送數(shù)據(jù)，即使發(fā)布的消息在有效期內(nèi)仍保留一段時(shí)間，從而支持訂閱者在這段時(shí)間內(nèi)能夠索取到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)主要是用于給訂閱者緩沖其已經(jīng)接收了的卻沒有來的及處理的信息。這樣就能很好的滿足部分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)優(yōu)先級(jí)的要求。

表1 空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床設(shè)備信息發(fā)布/訂閱主題表

3.3 空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床交互流程

圖3可以直觀的表示仿真試驗(yàn)床各系統(tǒng)的發(fā)布/訂閱的信息交互情況。

由于空間平臺(tái)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，仿真試驗(yàn)床的仿真節(jié)點(diǎn)比較多。本文只簡(jiǎn)單的列舉相對(duì)比較主要的各仿真節(jié)點(diǎn)傳輸信息。各仿真節(jié)點(diǎn)主要包括空間環(huán)境節(jié)點(diǎn)、飛行動(dòng)力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)，載荷控制節(jié)點(diǎn)，姿態(tài)調(diào)整控制節(jié)點(diǎn)等。它們之間所涉及到的信息很多，這里主要包括平臺(tái)與載荷的飛行狀態(tài)信息、空間環(huán)境信息、控制指令等。

根據(jù)圖3：仿真開始時(shí)數(shù)據(jù)庫發(fā)布初始模型和數(shù)據(jù)信息主題，各個(gè)仿真節(jié)點(diǎn)通過訂閱相應(yīng)的主題接收到數(shù)據(jù)后開始運(yùn)行；仿真運(yùn)行后，各個(gè)仿真節(jié)點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并且向GDS發(fā)布相關(guān)信息的主題；支持決策服務(wù)器和仿真控制臺(tái)將訂閱空間平臺(tái)及載荷的狀態(tài)信息、空間環(huán)境信息等相關(guān)信息主題，其中支持決策系統(tǒng)會(huì)通過訂閱的主題信息，產(chǎn)生操控輔助決策信息，并進(jìn)行綜合集成顯示，控制臺(tái)同時(shí)訂閱了操控決策信息的主題，然后再綜合產(chǎn)生決策控制指令?？刂婆_(tái)產(chǎn)生的平臺(tái)和載荷控制指令通過主題的形式發(fā)布到GDS，再被各個(gè)仿真節(jié)點(diǎn)訂閱，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各仿真節(jié)點(diǎn)的控制。

圖3 空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床信息訂閱/發(fā)布示意圖

4 基于DDS的仿真試驗(yàn)床信息管理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

基于DDS的空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床信息管理系統(tǒng)主要具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1） 提高信息交互的便捷性。仿真試驗(yàn)床的各個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)只需要根據(jù)發(fā)布者的主題就可以隨時(shí)訂閱自己需要的信息，而不用去管信息發(fā)布者是哪種設(shè)備，這大大地提升了信息交互的效率。

（2） 利于系統(tǒng)集成的組件化?；贒DS的空間仿真試驗(yàn)床信息管理系統(tǒng)中的信息交互與設(shè)備硬件，軟件應(yīng)用，仿真成員的實(shí)體半實(shí)體無關(guān)，各設(shè)備之間只通過信息的交互進(jìn)行控制和管理，實(shí)現(xiàn)了軟件硬件的分離?？臻g平臺(tái)需要擴(kuò)充相應(yīng)功能只需要研制相關(guān)方面的軟件，然后把這些軟件加載到相應(yīng)的設(shè)備上即可。這樣就大大提高了空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床的可集成性和可擴(kuò)展性。

（3） 利于提高數(shù)據(jù)交換的松耦合性?；贒DS的信息交互技術(shù)提供了一種基于主題的數(shù)據(jù)交互方式，減少了數(shù)據(jù)發(fā)送者與接收者之間的相互依賴，不需要考慮信息傳輸網(wǎng)絡(luò)、對(duì)端通信設(shè)備地址的條件實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的應(yīng)用和傳輸?shù)姆蛛x，設(shè)備之間沒有直接的關(guān)聯(lián)。單點(diǎn)失效并不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的其他功能，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。

（4） 利于提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃??；贒DS的仿真試驗(yàn)床信息交互技術(shù)為應(yīng)用軟件提供了多種QoS保障，能夠更好的滿足系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸需求。

（5） 利于提高信息交互的可監(jiān)視性?；贒DS的仿真試驗(yàn)床信息交互技術(shù)為仿真試驗(yàn)的數(shù)據(jù)交換制定了規(guī)范，打破了傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的封閉式通信，為重要數(shù)據(jù)的監(jiān)視、跟蹤等需求提供了手段。

5 結(jié) 語

本文基于DDS技術(shù)理論對(duì)空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床信息交互的技術(shù)進(jìn)行了研究?；贒DS的空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床信息交互技術(shù)能夠快捷有效的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分發(fā)；它提供的各種QoS策略能夠有效的保證系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，從而有效的解決實(shí)時(shí)分布式條件下的空間平臺(tái)仿真通信問題。它能夠保證系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)控制和通信透明，可為空間平臺(tái)仿真試驗(yàn)床的運(yùn)行、開發(fā)和組建集成提供了重要的保障。

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[1] 張?jiān)朴?中間件技術(shù)原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

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[3] 陳春甫.基于DDS的數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].上海：復(fù)旦大學(xué)，2008.

[4] 楊瑾.基于DDS和XML的數(shù)據(jù)集成模型的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學(xué)，2009.

[5] 謝蓓，劉毅，曹萬華，等.實(shí)時(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分布服務(wù)DDS技術(shù)綜述[J].艦船電子工程，2006，26（2）：16?20.

[6] 姚兵，蔡婷，李峻林，等.基于DDS模型的數(shù)據(jù)分發(fā)中間件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)軟件與算法，2009，30（3）：619?623.

[7] 孫文俊，馮燕，張宏宇.基于DDS的實(shí)時(shí)信息交換平臺(tái)研究[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù)，2011（2）：49?53.