數(shù)據(jù)通信中間件的比較與仿真測(cè)試①

蘇一博 臧晶 韓東奇

摘 ? 要：本文主要針對(duì)DDS、Socket和Redis數(shù)據(jù)通信中間件來(lái)進(jìn)行研究，對(duì)這三種常用的數(shù)據(jù)通信中間件進(jìn)行分析，并應(yīng)用在待設(shè)計(jì)的通用仿真系統(tǒng)上進(jìn)行比較，最后選取出更合適本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信中間件，并進(jìn)行仿真測(cè)試。

關(guān)鍵詞：DDS ?Socket ?Redis

中圖分類號(hào)：TN919 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）09（b）-0142-02

數(shù)據(jù)通信中間件是用來(lái)解決分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)之間的通信問(wèn)題的技術(shù)。本文對(duì)三種數(shù)據(jù)通信中間件進(jìn)行分析、比較，從而選取出適合本通用仿真系統(tǒng)的通信方式，并進(jìn)行仿真結(jié)果測(cè)試。

1 ?數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)DDS

標(biāo)準(zhǔn)DDS，提供了基于多樣化數(shù)據(jù)的發(fā)布訂閱模型[1]，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)發(fā)布，也可以針對(duì)自身需要進(jìn)行及時(shí)訂閱。DDS標(biāo)準(zhǔn)可以切實(shí)保障數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的可靠性，并切實(shí)解決相關(guān)冗余性問(wèn)題。故此，其廣泛應(yīng)用于多樣化高端領(lǐng)域。

2 ?Socket數(shù)據(jù)通信中間件

Socket可以支持TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信[2]，也提供多樣化服務(wù)。

Socket主要提供數(shù)據(jù)報(bào)式Socket和流式Socket兩種通信機(jī)制。（1）數(shù)據(jù)報(bào)式Socket主要通過(guò)UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信。UDP協(xié)議因可靠性低，面向無(wú)連接，不具備差錯(cuò)恢復(fù)等多樣化功能，只能針對(duì)相對(duì)較少的數(shù)據(jù)進(jìn)行日常傳輸工作;（2）流式Socke主要通過(guò)TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信。TCP協(xié)議具備相對(duì)較高的可靠性，可以實(shí)現(xiàn)面向連接，具備差錯(cuò)恢復(fù)等多樣化功能，比較適用于傳輸相對(duì)較多的數(shù)據(jù)。

3 ?Redis數(shù)據(jù)通信中間件

Redis基于內(nèi)存實(shí)現(xiàn)，能夠切實(shí)提高用戶的實(shí)際訪問(wèn)速率[3]，提供兩種通信方式，即：（1）Redis數(shù)據(jù)庫(kù)通信方式，以鍵值對(duì)的形式存儲(chǔ)所有的仿真執(zhí)行參數(shù)、仿真模型以及一些仿真控制參數(shù)等實(shí)現(xiàn)通信。（2）Redis頻道功能提供了基于訂閱發(fā)布的通信模式。

4 ?待設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通信中間件的某通用仿真系統(tǒng)介紹

待設(shè)計(jì)通用仿真系統(tǒng)提供仿真分布式部署與管理功能，以及仿真執(zhí)行、暫停、步進(jìn)、停止、與修改參量等功能。該系統(tǒng)由仿真總控程序、仿真執(zhí)行程序、和各仿真模型組成，如圖1所示，分布式仿真的實(shí)現(xiàn)通過(guò)部署在不同仿真計(jì)算機(jī)上的仿真執(zhí)行程序及運(yùn)行在其上的仿真模型共同完成，仿真執(zhí)行程序之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信中間件通信，仿真流程由仿真總控程序協(xié)同控制。

5 ?三種數(shù)據(jù)通信中間件的比較

分別將DDS、Socket和Redis三種數(shù)據(jù)通信中間件運(yùn)用到待設(shè)計(jì)的通用仿真系統(tǒng)當(dāng)中，對(duì)三種數(shù)據(jù)通信中間件進(jìn)行比較：

（1）使用DDS通信時(shí)，由于DDS的源代碼是非開(kāi)源的，并且DDS的環(huán)境配置較為復(fù)雜，相比之下不易于系統(tǒng)的研發(fā)工作。

（2）Socket方式可以保證高效的、順序的數(shù)據(jù)傳輸。如果數(shù)據(jù)沒(méi)有傳送到，則TCP套接口返回一個(gè)出錯(cuò)狀態(tài)條件。但是TCP在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)必須創(chuàng)建并保持一個(gè)TCP服務(wù)，這個(gè)服務(wù)給TCP通信進(jìn)程增加了開(kāi)銷(xiāo)，降低了TCP的通信速度。

（3）Redis可以長(zhǎng)時(shí)間的保存數(shù)據(jù)在磁盤(pán)中，并且支持?jǐn)?shù)據(jù)備份，Redis具有快速和持久化的特征，因?yàn)閿?shù)據(jù)存在內(nèi)存之中，因而傳輸速度較快，重啟的時(shí)候可以再次加載進(jìn)行使用，支持豐富的數(shù)據(jù)類型，并且它作為消息中間件可以實(shí)現(xiàn)訂閱/發(fā)布消息的功能。

綜上所述，本文設(shè)計(jì)的通用仿真系統(tǒng)更適合采用Redis作為數(shù)據(jù)通信中間件來(lái)實(shí)現(xiàn)各分布式模塊之間的數(shù)據(jù)通信功能。

6 ?仿真測(cè)試

將本文設(shè)計(jì)的通用仿真系統(tǒng)利用Redis作為底層通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與交互，操作過(guò)程如下：

使用Redis作為數(shù)據(jù)通信中間件，測(cè)試程序啟動(dòng)方式為分別啟動(dòng)仿真總控程序、仿真執(zhí)行程序、tmpDB程序以及tmpZK程序。各個(gè)程序的運(yùn)行過(guò)程如圖所示。其中，圖2所示為啟動(dòng)tmpZK程序，啟動(dòng)仿真;圖3為啟動(dòng)仿真執(zhí)行程序，解析分布式部署信息和仿真模型信息，啟動(dòng)成功后向總控程序發(fā)送反饋信息。圖4所示為總控程序在仿真執(zhí)行過(guò)程中的狀態(tài)信息。圖5所示為tmpDB程序在仿真的過(guò)程中，存儲(chǔ)仿真結(jié)果數(shù)據(jù)。圖6所示為仿真測(cè)試結(jié)果。

通過(guò)對(duì)仿真過(guò)程以及仿真結(jié)果圖的分析，可以得出，通過(guò)Redis作為數(shù)據(jù)通信中間件，在待設(shè)計(jì)的通用仿真系統(tǒng)上進(jìn)行仿真數(shù)據(jù)的傳輸，是可行且有效的，能夠?qū)崿F(xiàn)仿真數(shù)據(jù)在各分布式模塊的數(shù)據(jù)交互。

7 ?結(jié)語(yǔ)

數(shù)據(jù)通信中間件逐漸豐富與完善，從而能夠解決計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)傳輸與交互的問(wèn)題。本文分析比較了DDS、Socket以及Redis三種數(shù)據(jù)通信中間件，并選擇Redis作為數(shù)據(jù)通信中間件來(lái)實(shí)現(xiàn)在待設(shè)計(jì)的通用仿真系統(tǒng)中各分布式模塊間的通信。通過(guò)仿真測(cè)試，驗(yàn)證了Redis作為數(shù)據(jù)通信中間件在本文設(shè)計(jì)的通用仿真系統(tǒng)中的有效性。

參考文獻(xiàn)

[1] 謝陽(yáng)杰，吳家鑄.數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)DDS的研究[A].全國(guó)第19屆計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議[C].合肥，2008：38-43.

[2] 王曉鵬.TCP/IP下的Socket及Winsock通信機(jī)制[J].航空計(jì)算技術(shù)，2004（2）：12-16.

[3] 郎泓鈺，任永功.基于Redis內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)的快速查找算法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2016（5）：40-43，52.