一种跨操作系统的中心化发布订阅通信中间件技术方案

本发明专利技术提出了一种跨操作系统的中心化发布订阅通信中间件，包括发布订阅层、通信链路层和操作系统适配层。发布订阅层基于发布订阅模型实现，为应用组件层提供一套统一的接口调用；通信链路层封装了不同的底层链路协议。当发布订阅连接建立完成后，用户调用通信链路层接口选择相应的协议传输数据；操作系统适配层完成对不同操作系统的适配，针对不同操作系统，将不同的系统调用、IO机制以及网络服务接口进行统一，结合跨平台的宏定义实现跨操作系统。模型各层级之间相互独立，耦合性低，能有效解决分布式应用节点之间基于不同操作系统进行通信的低效率和低扩展的问题，是一种可扩展重构的通用型模型。重构的通用型模型。重构的通用型模型。

【技术实现步骤摘要】
一种跨操作系统的中心化发布订阅通信中间件


[0001]本专利技术涉及软件化雷达以及中间件
，具体涉及跨操作系统的中心化发布订阅通信中间件技术。

技术介绍

[0002]为满足信息化作战系统快速适应复杂作战环境、灵活应对多样目标对象、动态重构新功能等需求，软件化雷达系统应运而生。针对传统的雷达设备通信实时性差、系统扩展不够灵活，数据传输可靠性不足等问题，为提高系统互联能力，实现系统内各种信息交换和共享，并解决应用软件之间的数据通信等问题，软件化雷达通信环境技术的研究具有重要意义。
[0003]通信中间件屏蔽了分布式系统中各组成部分之间软硬件环境的差异，能提供统一标准的通信接口，将所有的异构平台互联并实现信息交互，是装备系统开放式架构的关键组成部分。其中，发布订阅模型是通信中间件中的一种基本模型，适用于分布式系统的消息传递，将客户端与服务器转变为发布者与订阅者。发布订阅节点之间通过匿名通信的主题信息发布和订阅数据，只关心所需发布和订阅的数据，耦合性低，增强了通信的灵活性和实时性。当前成熟的通信中间件技术包括数据分发服务DDS(Data Distribution Service)、通用对象请求代理体系结构CORBA(COMmon Object Request Broker Architecture)等。DDS作为一种发布订阅模型下的通信中间件，支持高码率、高可靠的通信方式，具备多种Qos策略，广泛应用于国防、航空、工业自动化、机器人等多个领域；针对当前软件化雷达以及其他军用设备跨操作系统和处理器平台的通信需求，DDS技术是一种可选的通信方案，但其本身对于面向服务的系统不适用，对于某些特殊场景或业务下的通信需求不能很好地满足，需要根据不同需求对DDS模型进行扩展。
[0004]公开号为CN110704070A的专利技术专利提出了一种区分实时操作系统下DDS通信中间件的构建方法，该方法主要是利用VxWorks653
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Linux GNU工具编译适配DDS链接库，并在相应的Wind River平台进行开发，在VxWorks系统下通过配置DDS支持环境来完成通信中间件的构建。该方法仅适用于实时操作系统VxWorks，并且利用了RTI
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DDS产品和各种配置工具和环境，局限性较高，不适合不同操作系统环境下的节点间通信。
[0005]公开号为CN111400228A的专利技术专利提出了一种DDS通信中间件集成RapidIO传输的方法及系统，基于DDS
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RTPS协议实现RapidIO的描述模型。该方法将DDS
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RTPS协议所支持的UDP与RapidIO相结合，实现了在DDS通信中间件中基于RapidIO和UDP协议的数据传输。该方法中的DDS通信中间件基于RTPS协议，验证了在RapidIO以及UDP协议下能够提升通信效率，但该通信中间件系统的配置和实现过程繁琐，且不能保证对于其他传输协议能够有良好的支持，可能存在系统适配性不足的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是，为克服分布式异构系统的应用节点之间通信效率
低、灵活性、扩展性不足等缺陷，提供一种跨操作系统的中心化发布订阅通信中间件模型，利用该模型能够实现具有实时性、可扩展性以及跨操作系统性的通信中间件。
[0007]本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种跨操作系统的中心化发布订阅通信中间件，从上层到下层分别包括发布订阅层、通信链路层和操作系统适配层；
[0008]发布订阅层用于与上层应用组件交互，依据DDS规范为上层应用组件提供用户接口；
[0009]通信链路层用于对链路协议进行标准封装并选择最优的链路协议进行数据传输，为发布订阅层提供协议接口；
[0010]操作系统适配层位于操作系统之上，利用POSIX标准接口统一各操作系统调用，利用boost asio库统一各操作系统的输入输出机制以及网络服务接口，结合跨操作系统的宏定义映射至各操作系统；
[0011]发布订阅层的接口包括：发布订阅初始化接口、发布订阅连接建立接口和发布订阅数据收发接口；
[0012]发布订阅初始化接口用于初始化通信上下文，建立以数据为中心的发布订阅模型DCPS(Data
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Centric Publish
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Subscribe)；
[0013]发布订阅连接建立接口用于维护中心化管理节点，并通过该中心化管理节点全局管控每个通信节点的主题发布和订阅，实现主题匹配并建立连接；所述中心化管理节点存储有系统拓扑结构、主题信息和每个通信节点的通信状态；
[0014]发布订阅数据收发接口是上层应用组件读取和写入数据的用户接口，在主题匹配完成后实现数据收发。
[0015]针对分布式节点之间通信需要寻址的问题，本专利技术利用发布订阅模型中基于主题的匿名通信方式，发布者和订阅者无需知道对方的地址信息，只要通过主题知晓所传输何种数据就能通过发布订阅模型完成通信，降低了节点之间耦合性；
[0016]通过发布订阅连接建立接口中的中心化管理节点实现对不同通信节点信息的管控，完成主题的匹配和通信连接，增强了通信可扩展性和灵活性；
[0017]针对分布式通信节点可能所处的异构系统环境以及跨操作系统的需求，本专利技术通过POSIX和boost asio对不同系统相关的函数接口进行封装统一，实现了跨操作系统通信，增强了通信中间件模型的可移植性；
[0018]本专利技术基于发布订阅模型和数据分发服务规范构建了一种跨操作系统的中心化发布订阅通信中间件模型，该模型支持数据在分布式节点间的高效、实时传输，降低了各功能模块之间以及通信节点之间的耦合性；用户可以根据不同的应用场景，灵活选择或扩展不同的数据传输协议；屏蔽了底层操作系统的多样性，实现了通信中间件模型代码在不同系统平台上的复用和可移植性，简化了开发难度，便于系统其他功能的更新和扩展。
[0019]本专利技术的有益效果包括：
[0020]通过构建发布订阅层，利用中心化管理节点对不同通信节点的状态信息的监测、主题信息的发现和匹配，使得节点之间自动建立通信连接，支持在任意时刻节点的动态加入或离开，降低节点之间的耦合性，实现了数据的实时传输和多样化方式传输。
[0021]通过构建通信链路层，封装不同的链路协议，用户可结合不同的应用场景调用底层不同的通信协议，实现了对传输协议的自适应扩展，增强了数据传输的灵活性。
[0022]通过构建操作系统适配层，实现对不同操作系统的适配和兼容，提高了通信中间件模型的可移植性，解决不同操作系统之间难以实现有效通信的问题。只需调用相应的系统接口就能对应到不同的操作系统，从而无需根据不同操作系统修改代码便能实现在不同系统节点间的数据通信。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的整体模型示意图；
[0024]图2为本专利技术的具体模块示意图；
[0025]图3为基于主题的中心化发布订阅模型示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种跨操作系统的中心化发布订阅通信中间件，其特征在于，从上层到下层分别包括发布订阅层、通信链路层和操作系统适配层；发布订阅层用于与上层应用组件交互，依据DDS规范为上层应用组件提供用户接口；通信链路层用于对链路协议进行标准封装并选择最优的链路协议进行数据传输，为发布订阅层提供协议接口；操作系统适配层位于操作系统之上，利用POSIX标准接口统一各操作系统调用，利用boost asio库统一各操作系统的输入输出机制以及网络服务接口并结合跨操作系统的宏定义映射至各操作系统；发布订阅层的接口包括：发布订阅初始化接口、发布订阅连接建立接口和发布订阅数据收发接口；发布订阅初始化接口用于初始化通信上下文，建立以数据为中心的发布订阅模型；发布订阅连接建立接口用于维护中心化管理节点，并通过该中心化管理节点监测每个通信节点的通信状态实现中心化的状态监测，实现中心化的主题发现和主题匹配并建立连接；所述中心化管理节点存储有系统拓扑结构、主题信息和每个通信节点的通信状态；发布订阅数据收发接口是上层应用组件读取和写入数据的用户接口，在主题匹配完成后实现数据收发。2.如权利要求1所述通信中间件，其特征在于，发布订阅初始化接口通过创建包含域、域参与者、发布者、订阅者、主题、数据写者和数据读者的实体类来完成发布订阅模型的建立。3.如权利要求1所述通信中间件，其特征在于，中心化的状态监测为，对当前系统拓扑结构中的通信节点的存活状态和通信故障进行监测；中心化的主题发现为，对当前系统拓扑结构中的通信节点发布或订阅的主题进行获取和注册；中心化的主题匹配为，对当前系统拓扑结构中的通信节点发布或订阅的主题进...

【专利技术属性】
技术研发人员：王章静，仇隆，刘陈浩，吴泽源，曹敏，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：