iDDS – Contexte et présentation générale

Le service de distribution de données, ou DDS, constitue l'épine dorsale du modèle iDDS. DDS est une norme OMG (Object Management Group) qui définit un système, une interface de programmation d'application et un protocole de câblage pour les communications réseau. DDS a été conçu spécifiquement pour répondre aux exigences de performances et de qualité de service des systèmes temps réel et embarqués. Il a été adopté dans l'Internet des objets (IoT), les applications prioritaires et les architectures critiques dans de nombreux secteurs. L'horodatage de la source iDDS réduit les effets négatifs de la latence liés à une conception de réseau non optimale car les données peuvent être alignées dans le temps au moment du traitement.

^{Figure 1 : Architecture iDDS}

Le réseau DDS est géré par un service de middleware. Le logiciel middleware est disponible chez RTI, Twin Oaks ou OpenDDS. Le middleware préalloue des ressources sur le réseau DDS pour minimiser l'allocation de ressources dynamiques et réduire la nécessité de faire plusieurs copies de données.

iDDS ajoute des définitions de données à DDS, spécifiques à l'instrumentation, y compris les éléments suivants :

• Métadonnées des voies — Cela permet aux instruments d'annoncer le type de données, les unités d'ingénierie et d'autres informations afin que les services d'abonnés puissent traiter les données sans connaissance spécifique du périphérique de publication.
• Horodatage par protocole de cadencement de précision IEEE 1588 — IEEE 1588 fournit une synchronisation horaire aux horloges du périphérique via la même connexion physique que le réseau Ethernet. Les instruments compatibles iDDS incluent l’horodatage avec les données fournissant un « horodatage à la source ». Une minuterie est nécessaire pour faire office d’horloge de référence dans le système.
• Système de configuration — Les ingénieurs de mesure utilisent le système de configuration pour planifier les mesures à prendre et définir les plages de mesure, les fréquences, l’étalonnage et d’autres informations importantes pour les tests. 
• Surveillance de l'état du système — Cette surveillance aide les ingénieurs à suivre les données d'utilisation sur le système, les paramètres ou les défaillances matérielles ; et elle fournit un moyen de poursuivre l’exécution avec des paramètres manquants.

Le réseau iDDS est composé de nœuds. Les éditeurs sont des nœuds sur le réseau qui génèrent des données sur le réseau. Les abonnés consomment ces données. Les nœuds peuvent se connecter sur le réseau à n'importe quel autre nœud du réseau, et n'importe quel nœud peut s'abonner à n'importe quel paramètre. 

Les domaines DDS sont mappés aux adresses multicast. La ségrégation du réseau peut être gérée avec une infrastructure réseau standard. Cela rend le système extensible à une variété de types d’installations, des simples expériences de laboratoire aux grandes cellules de test. Des tests ont montré que plus de 10 000 paramètres peuvent être publiés sur le même réseau.

^{Figure 2 : Architecture multi-domaine}

Dans cet exemple, le réseau temps réel n'a pas de partition physique, de sorte que n'importe quel nœud peut se connecter à n'importe quel routeur. Tout problème de réseau sur le réseau des systèmes serait isolé pour qu'il n'interfère pas avec le réseau temps réel. Les domaines peuvent être associés par type de données (basse vitesse, haute vitesse et commande, par exemple).

Le serveur de configuration gère l'ensemble du réseau. Il publie les données de configuration spécifiques au réseau fédérateur requises par les nœuds. Le serveur de configuration envoie un fichier de configuration au nœud et le fichier est stocké par le nœud pour maintenir la configuration.

iDDS a été développé en réponse aux systèmes monolithiques à fournisseur unique développés au début des années 2000. Ces systèmes ont minimisé le risque de problèmes d’interopérabilité entre les fournisseurs, mais les clients se sont rendus compte que ces systèmes étaient difficiles à modifier ou à maintenir au fil du temps, surtout à mesure que le matériel devenait obsolète. 

iDDS donne la priorité aux données en utilisant un modèle centré sur les données. Cela permet d’abstraire les données de toutes les fonctionnalités spécifiques de l’instrument, offrant ainsi l’avantage d’une interopérabilité entre fournisseurs. Cela simplifie l’échange de périphériques matériels pour garantir qu’aucun système ne devienne dépendant d’un seul fournisseur ou d’un seul périphérique. 

L’architecture iDDS offre les avantages suivants aux systèmes de mesure :

• Interopérabilité — Les ingénieurs peuvent créer des systèmes avec des nœuds de publication et d’abonnement de différents fournisseurs, afin de maximiser les performances de chaque module du système indépendamment.
• Interchangeabilité — Les ingénieurs peuvent échanger des modules contre d’autres avec la même interface et en un minimum d'effort. Cela permet aux ingénieurs de mettre à niveau les composants du système sans affecter le reste du système, offrant ainsi une voie vers des systèmes ayant une durée de vie plus longue, même lorsque les composants ne sont plus disponibles.
• Architecture flexible — Les ingénieurs peuvent organiser les modules pour répondre aux besoins exacts de chaque test sans apporter de modifications majeures aux autres modules ou à l'architecture.
• Extensibilité — Cette architecture peut accueillir des architectures allant de dizaines de paramètres à plus de 10 000 paramètres, en utilisant les mêmes blocs de construction fondamentaux.
• Couplage lâche — Les modules du système peuvent partager des données et communiquer sans connaissance spécifique des autres systèmes. Cela minimise le travail de reprise et de configuration sur l’ensemble du système. 
• Prise en charge de tous les systèmes à capacités (c.-à-d., processeurs hautes et faibles performances) — Les ingénieurs peuvent choisir des processeurs à faible performance sur le prétraitement des signaux ou des processeurs hautes performances sur les serveurs en fonction des besoins du test.
• Granularité à un seul paramètre de mesure — Les ingénieurs peuvent configurer le système pour transmettre et recevoir des données en continu à un seul paramètre de données. Cela permet aux applications de nœuds de gérer uniquement les paramètres dont elles ont besoin de manière centrée sur les données.
• Données horodatées aussi proches que possible de la source — Les données de mesure sont étiquetées avec le temps correspondant en provenance d'une source unique pour permettre la corrélation des données de différents systèmes jusqu'à la fréquence d'échantillonnage de données la plus rapide.
• Abstraire les opérations spécifiques au sous-système — Les ingénieurs peuvent émettre des commandes pour agir (par exemple, « zéro », « étalonner ») sur la base d'un paramètre de mesure plutôt que d'adresser une voie particulière sur un périphérique particulier.

Ensemble, ces avantages donnent au concepteur de systèmes de test la flexibilité nécessaire pour gérer un système qui maximise les performances par mesure, augmente la durée de vie du système, réduit le coût global du système et minimise le risque d’obsolescence à long terme du système. 

Aujourd’hui, la plupart des outils iDDS fonctionnent sur des plates-formes Linux. NI les a testés avec succès sur NI Linux Real-Time avec les périphériques CompactRIO et PXI. 

Dans les tests de NI, nous avons acquis des données en utilisant des appels NI-DAQmx pour acquérir les données. Les données ont ensuite été empaquetées selon les normes iDDS et publiées sur le réseau iDDS.

^{Figure 3 : Mise en œuvre d’iDDS}

En utilisant cette architecture, les ingénieurs NI ont démontré la conformité avec les systèmes iDDS exécutant des milliers de paramètres de données de différents fournisseurs.

Pour en savoir plus sur les mises en œuvre iDDS sur l’équipement NI, contactez le support technique de NI.

• En savoir plus sur le CompactRIO
• En savoir plus sur PXI
• Découvrez comment iDDS est utilisé dans les tests de turbo-réacteurs

Références

Externe : « Réalisation de tests et système de données » - Standardisation, flexibilité et évolutivité d’un système d’acquisition de données en temps réel, Neill Forrest (Rolls Royce)