[发明专利]具有分布式网络架构的实时数据分发系统及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于数据分发服务标准DDS的实现消息发布/订阅机制的网络系统及其工作方法，确切地说，涉及一种基于DDS的具有分布式网络架构的实时数据分发系统及其工作方法，属于计算机应用软件技术领域。

背景技术

Internet技术的广泛应用，以及移动计算、网格计算和普适计算平台的快速发展，对分布式系统提出新的挑战：必须满足大规模地分散控制和动态改变的要求。这就要求系统的各个参与者之间要采用一种具有动态性和松散耦合特性的灵活通信交互机制。

由信息发布者，信息订阅者和在他们之间传递信息的信息代理三个实体所组成的发布/订阅(Publish/Subscribe)系统能够适应这种机制。

参见图1，说明发布/订阅机制的工作原理：发布者将信息或事件发送给信息代理，即发布/订阅的中间件，订阅者则向发布/订阅的中间件发送注册信息和订阅条件，表示对系统中的哪些信息或事件感兴趣，也可以随时取消订阅。发布/订阅的中间件根据该订阅条件筛选所有的输入信息，并把订阅者感兴趣的信息及时、可靠地传送给所有对其感兴趣的订阅者。匹配算法负责高效地找到与给定信息或事件相匹配的所有订阅条件；而路由算法负责选择适宜的路径，将信息或事件从发布者传送给订阅者。信息的传递使得发布者与订阅者之间产生松散耦合，发布/订阅系统能够适应数据分发应用和网络间断性的连接。与传统的消息传递通信模型相比较，发布/订阅通信机制具有异步、多点通信的特点，使通信的参与者在空间、时间和控制流上完全解耦合，能够很好地满足大型分布式系统松散通信的需求。

对象管理组织OMG负责制订计算机软件标准，已经制订了包括CORBA、UML和MDA等许多标准。2004年6月，OMG制定了信息分发服务DDS(DataDistributed Service)标准。该标准采用UML语言描述服务，明确定义了信息分发服务的通用应用层端口，利用网络中间件技术完成实时通信系统的通信需求。

DDS(Data Distributed Service)信息分发服务是一种轻便的、以发布/订阅机制为主要技术手段提供实时信息传送的中间件技术，其主要思想是藉由中间件在信息发布者和信息需求者之间控制信息的实时传送、提供应用API和底层资源调度。DDS的优点是：基于发布/订阅的通信机制简单、可靠、灵活，可支持端点应用的自动发现机制，具有自适应和动态扩展的功能，还可设置冗余节点来提高系统稳定性，数据传输稳定、带宽利用率高，支持一对一、一对多、多对一和多对多的通信；此外，设有许多QoS配置参数，使得管理人员能够控制系统中的每条数据的传输。因此，发布/订阅系统技术有很好的应用前景。

目前，信息分发技术和系统的研究已经在国内外成为一个热点。早期的基于主题的发布/订阅系统已经有很多成熟产品广泛应用于银行、证券、制造业企业的信息化等多个领域。然而，面向大规模分布式计算的发布/订阅系统尚未发现有较有影响的应用案例，主要原因是关键技术尚未成熟。

例如，目前国际上基于OMG组织的DDS标准的、成熟的发布/订阅模型已经有多个：CORBA事件服务、TIB/Rendezvous、JMS、Gryphon，SIENA，JEDI等，但是，它们的共同缺点是没有应用级服务质量QoS的有效支持。

其中CORBA事件服务建立在远程方法调用或“对象为中心”的设计基础上，没有应用级QoS支持，只适合点对点通信，不适合多个分布式实时应用。基于协作系统的TIB/Rendezvous的协作模型的关键是通过主题寻址。JMS有点对点和发布/订阅两种消息模型，能提供可靠消息传输、事务和消息过滤等机制，适合大规模的、以数据为中心的网络；但缺乏应用级QoS策略，不适合用于实时性要求高的紧急任务系统。JEDI是意大利米兰科技大学开发的原型系统，是基于Map的发布/订阅系统，客户的订阅条件一般由各个原子约束条件的“与”操作组成，每个原子约束条件中只涉及到一个属性，该系统提出了支持移动性订阅/发布的结构及算法。SIENA是美国科罗拉多大学开发的原型系统，比较完善，基于该平台有很多组件开发，包括移动、路由算法等。但是它同样缺乏应用级QoS策略，仍然不适合对实时性要求高和处理紧急任务的医疗、舰船控制和遥感勘测系统等领域。因此，对于基于DDS标准的发布/订阅系统的核心技术中仍然有一些关键问题尚未解决，如何在分布式网络上搭建实时数据分发平台，并且与大型数据库无缝结合，使得数据分发系统能够真正地实现和运用于众多的客户端，这些技术难题都已经成为业内技术人员研究和关注的焦点。

发明内容