一、DDS发布订阅机制
基于发布/订阅的数据分发服务为各种虚拟机载设备之间的通信提供了统一的底层支撑
其技术原理如图所示：
发布方应用程序和订阅方应用程序分别同发布/订阅中间件通信， 而数据的实际分发是由发布/订阅中间件来处理。 发布方将包含主题的消息发布给发布/订阅中间件， 订阅方应用程序则向发布/订阅中间件订阅自己需要接受的主题消息。 发布方与订阅方通过相同的主题建立映射关系， 这个映射关系由发布/订阅中间件来维护。 发布/订阅中间件根据发布方与订阅方的映射关系， 不断将订阅方所订阅的消息推送给订阅方。
发布/订阅模式通过中间件模型实现了数据发送者和数据接收者之间的松耦合， 实现了机载系统分布式通信中各通信实体之间的异步独立性。 这种通信是一种主动、 实时的信息传递方式， 一旦消息发布者有动态更新的数据产生时， 发布/订阅中间件通过事件通知机制通知消息订阅者存在新的可用数据， 而无须消息订阅者进行轮询。 因此， 发布/订阅通信模型非常适合于对于机载系统这种具有实时性、 异步性、 异构性的系统的分布式数据交互行为进行仿真。
二、系统设计思路
我们可以将DDS服务抽象成如下几层：
1.分发服务层
分发服务层利用主题通道实现了交互平台的基于发布订阅机制的数据同步功能。实时数据分发服务平台具有一个主题通道服务器,发布者和订阅者分别向主题通道服务器公告发布与订阅的主题信息,主题通道服务器通过桥接机制将接收到的主题信息进行分发,发布者和订阅者通过主题匹配建立映射关系。映射关系建立后,发布者和订阅者就可以直接进行通信,不再需要主题通道服务器的干预。这不仅保障了发布端与接收端在物理位置上的无关性,还支持了通信关系与数据传输的匿名性。
分发服务层通过由主题来标志发布端和订阅端的数据属性,并进行匹配,将主题信息一致的双方建立数据连接关系。从下图中可以看出,在本文所采用的发布订阅机制中,主题是发布端和订阅端能否建立连接、进行数据传输的决定因素,发布端和订端首次运行时,利用以太网向主题通道服务器传递所必需的主题信息。主题服务器对所有主题信息进行分类与匹配,并将此信息转发到系统内的各个注册节点。
基于发布/订阅的数据分发服务为分布式结点之间的通信提供了统一的底层支撑,其技术原理如下图所示。发布/订阅机制通过主题通道实现了数据发布端和数据订阅端的解耦,满足了分布式系统中各功能与实体间通信的独立性。该通信具备异步性与实时性,发布端与订阅端在通过主题通道建立连接关系后,一旦发布端有新的数据产生,将直接推送给订阅端。因此,对于具有实时性、异步性、异构性的分布式实时系统，基于发布/订阅模型的实时交互平台可以实现系统
节点间的实时通信。
2.QoS保障层
QoS(Quality of Service)服务质量概念-CSDN博客
QoS保障层保证了实时交互平台服务行为的可预见性。在实时交互平台的实现过程中,发布者和订阅者可以通过提供的QoS接口,完成中间件的设置,确定数据的行为和特征,实现数据的实时处理。QoS保障层降低了交互平台的消息更新延迟,是满足分布式应用中数据分发对实时性要求的关键技术手段。
实时交互平台通过提供发布端QoS设置和订阅端QoS设置,实现了基于优先级的数据转发队列,并将按照数据的优先级对其进行排队。
实时交互平台中每一个需要传递的数据都有一个优先级。该优先级由初始优先级与浮动优先级组成。数据的初始优先级由应用程序中的订阅端通过配置接口指定,浮动优先级则是根据通信截止时间与当前系统时间的差值计算产生,并根据数据到达接收方的截止时间不同而动态提升变化。浮动优先级的大小跟截止时间成反比。传递数据的最终优先级是初始优先级与浮动优先级按照一定的规则进行加权计算获得。图4所示为基于数据队列的QoS保障机制的工作流程，转发节点每隔一定的时间对转发队列刷新一次,根据截止时间计算出每个数据的浮动优先级,并与初始优先级相加得到每个数据的最终优先级。根据最终优先级大小修改数据在转发数据队列中转发顺序。
在转发节点的排队策略中，订阅者为订阅的每个数据指定一个订阅优先级，由所有订阅该数据的订阅优先级之和确定一个数据的初始优先级，这样能够快速满足更多的订阅者的需求，提高了中间件的吞吐量。由数据的截止时间来动态提升数据的优先级，使得对时间要求紧迫的数据优先级能够尽快提高，尽早发送给订阅者，满足实时性的要求。
3.数据传输层
实时交互平台的数据传输层对Socket通信进行了封装,完成了对TCP 和 UDP 通信能力的支持,并提供了网络节点连接建立及数据传输的接口,使用户不必再关心 Socket 建立、连接、参数配置、监听等底层通信细节。
数据传输层由TCPComponent、TCPPublisherComponent 、UDPComponent 、UDPPublisherComponent等4个组件组成,依次实现TCP协议和UDP协议下的数据接收和发送功能。
TCPComponent是完成订阅端TCP套接口的封装,负责TCP连接之间的通信。在实例化过程中会向发布端发起连接请求,并在成员变量中保存建立连接的本地套接口以及对端IP和端口。
TCPPublisherComponent是TCP发布端组件,该组件对监听套接口封装,需要提供通用TCP发布端提供的功能,包括监听客户请求、维护并管理与多个客户的TCP连接、定义发布端向多个订阅端广播发送数据的接口、定义发布端从多个订阅端接收数据的接口、定义发布端向指定客户发送数据的接口、定义发布端从指定接口接收数据的接口。TCPPub-lisherComponent 监听到某一客户请求后会在本地创建TCPComponent与订阅端建立连接,两者建立的TCP 传输关系如图所示：
UDPPublisherComponent是UDP发布端组件,该组件用于创建套接口,建立组播组,并提供发布端发送数据的接口。UDPComponent是UDP订端组件,该组件用于创建套接口,加人组播组,并提供订阅端接收数据的接口。这两个组件建立的UDP传输关系如图所示：
