基于DDS的雷达多站协同系统设计

金骥+于秋野

摘要：DDS（数据分发服务）标准是对象管理组织OMG于2004年发布的通信标准规范，是为分布式实时计算环境提供数据交互的服务模型。较传统的分布式数据分发服务体系结构具有更好的灵活性、实时性和可拓展性。本文分析了DDS的基本模型、处理机制以及DDS应用在雷达系统上的技术优势。在此基础上，作者设计了一种基于DDS的雷达多站协同通信软件，并对具体设计细节进行阐述。经仿真环境验证：该软件的实时性、稳定性满足实际的工程需求。

引言

DDS通信服务模型是向分布式系统提供可靠、高效、实时的数据分发服务为基本目标，是为简化一对多的数据传输要求而设计的。网络中的各个设备只是简单的发布或订阅数据，通信双方只需要知道彼此通信的消息“主题”即消息类型，不需要知道彼此的地址。相比以往的通信方式，有以下方面有突出的优势：1.设备组网方式可以更加灵活；2.支持多种数据流类型，可以更加灵活的进行QOS管理；3.网络中的设备以及消息主题可以动态加入，满足可在线扩展和在线维护的要求。目前在金融、电力、交通、医疗等行业已经出现较多基于DDS技术的解决方案，相关科研人员也在逐步探索其在军事装备领域的应用前景。本文的设计即是将DDS技术引入多站雷达系统通信处理，设计了一种基于DDS的雷达多站协同通信处理软件。

1.DDS原理介绍

DDS标准包含数据本地重构层（Data Local Reconstruction Layer，DLRL）和以数据为中心的发布——订阅层（Data-centric Publish-Subscribe，DCPS）。其中DCPS层是DDS的核心和基础，它的主要功能是将数据发布者高效准确的传递给数据订阅者。为了保证不同厂商的DDS可以实现互通，OMG组织与2006年制定一个互操作协议——RTPS（Real-Time Publish-Subcribe）协议，该协议封装了底层网络的实现细节，RTPS协议运行在UDP之上。DDS模型的层次结构如图1所示。

DCPS是一种以数据为中心的发布/订阅服务模型。DCPS模型定义域（Domain）为系统发布/订阅的通信范围，域中定义6种实体，分别为域参与者、发布者、订阅者、数据写入者、数据读出者以及主题，以下对这些概念进行阐述：

1）DDS将通信网络从逻辑上划分成多个域[2]，不同域严格隔离。应用程序首先通过创建发布者和订阅者加入一个域，然后就可以与加入同一域的其它应用程序进行通信。

2）发布者（Publisher）是主题提供方，其通过创建数据写入者将主题内容写入DCPS，并根据其相应的Qos策略发布相应类型的数据。一个发布者可以发布多个不同的主题。

3）订阅者（Subscriber）是主题请求方，通过创建数据读取者从DCPS中读取主题内容给应用程序。一个订阅者可以订阅多个不同的主题。

4）数据写入者（Data Writer）将订阅者发布的主题登记到发布者——主题表中，并将主题中的数据放置到数据缓冲区中，一旦发现域中存在订阅该主题的订阅者，数据写入者即将主题内容信息发送给对方。每個数据写入者（Data Writer）和数据读取者需要并且只能关联唯一一个主题。

5）数据读取者（Data Reader）负责从域中读取与它关联主题的数据。

6）主题（Topic）用于联系发布方和订阅方，在同一域内主题是唯一的。发布方发布一个主题后，订阅方检查发布方发布的主题是否满足订阅方的要求，并检查其Qos策略是否兼容，以此确定是否在发布方和订阅方之间建立连接并进行点对点的数据传输。

2.雷达多站协同系统设计

2.1 系统组成

本文提出的基于DDS的雷达多站协同通信处理软件依托仿真平台进行实验验证。仿真场景为由一个指挥、六部雷达共七个分系统组成的雷达侦测网系统。各分系统需要完成的主要功能有：

1）指挥所向各雷达下发作战任务和引导信息；

2）雷达站需要上报侦测结果、系统各部件运行状态、环境监控画面；

3）各雷达站之间需要互相发送引导信息。

2.2 软件设计

按照发布/订阅服务先后步骤设计接口函数如下：

1）DDS接口初始化。完成域参与者的创建、QoS参数配置脚本读取和设置，注册域内时间消息回调函数。在有通信节点加入或退出通信主题时，回调函数可获取本应用所有主题 相关方的信息。

InitiaDDS（）

2）创建订阅者。完成与一个指定主题关联的订阅者的创建并注册消息回调。当域内有该主 题信息发布时，回调函数将接收到的主题内容送给上层应用软件。

regSubscriber（topicName）

3）创建发布者并发布主题内容。

reportData（topicName，data，length）

4）资源释放。

dispose（）

2.3 仿真结果展示

1.功能测试结果

建立仿真场景：指挥所IP地址192.168..62.3，6部雷达的地址分别为192.168.62.11～192.168.62.16。指挥所以主题CENTER_RADAR_ALL_PLAN给所有雷达发布作战计划。

1）指挥所通过该主题发现域内6个订阅者。

2）以雷达1为例，通过该主题发现发布者。

3）指挥所发送作战计划成功。

2.性能测试结果：

1）雷达多站协同通信系统可连续稳定720小时，满足稳定性要求。

2）各个通信节点主机配置在CPU 3.0GHz以上，内存4G以上，网络可用带宽1000M的配置场景下，网内数据流服务传输数据包速率均值大于500Mb/s。

3）在网间通信时，延迟不超过同大小Ping包延迟的两倍。

测试结果说明该系统能够满足实际应用要求。

参考文献：

[1]曹万华，谢蓓，吴海昕，等.基于DDS发布/订阅中间件的设计[C]//中国造船工程学会.中国造船工程学会电子技术学术委员会第七届会员代表大会暨电子技术学术年会.2006-08-01，贵州，贵阳.北京：中国造船工程学会，2007.

[2]陈开放，李汇云，刘松，周纯杰.基于DDS舰载通信系统的信息安全分析研究[J].信息安全网络，2016，3：585-589.