iDDS - 背景介绍和概述

数据分发服务(DDS)是iDDS模型的主干。DDS是一种对象管理组(OMG)标准，它定义了用于网络通信的系统、应用程序编程接口和有线协议。DDS专为满足实时和嵌入式系统的性能和服务质量要求而设计。它已应用到多个行业的物联网(IoT)、时间要求严格的应用程序和任务关键型架构中。iDDS源时间戳可降低因非理想网络设计而导致延迟的负面影响，这是因为数据可以在处理时进行时间对齐。

^{图1：iDDS架构}

DDS网络由中间件服务进行管理。RTI、Twin Oaks或OpenDDS可提供中间件软件。中间件会在DDS网络上预先分配资源，从而充分减少动态资源分配，同时减少生成多个数据副本的需要。

iDDS针对特定仪表将数据定义添加到DDS中，数据定义包含以下内容：

• 通道元数据 - 可使仪器公布数据类型、工程单位和其他信息，以便订阅者服务可以在无需了解发布设备的情况下处理数据。
• IEEE 1588精密定时协议时间戳 - IEEE 1588通过与以太网网络相同的物理连接为设备时钟提供时间同步。符合iDDS标准的仪器应包含时间戳和提供“源时间戳”的数据。 同时需要一个定时发生器来充当系统的主时钟。
• 配置系统 - 测量工程师使用配置系统来计划要进行的测量，并定义测量范围、速率、校准和其他重要的测试信息。 
• 系统运行状况监测 - 这种监测可帮助工程师跟踪系统、参数或硬件故障的使用数据；并且提供了一种能够在缺少参数的情况下继续运行的方法。

iDDS网络由节点组成。发布者是网络上为网络生成数据的节点。订阅者使用这些数据。节点可以通过网络连接到网络上的其他任意节点，并且任意节点可以订阅任意参数。 

DDS域映射到多播地址。网络隔离可以通过标准的网络基础结构进行管理。这使得该系统可从简单的实验室实验扩展到大型测试单元等各类设施。测试表明，同一个网络上可以发布超过1万个参数。

^{图2：多域架构}

在本例中，实时网络没有物理分区，因此任意节点都可以连接到任意路由器。系统网络上的任何网络问题都将与实时网络隔离开。域可以通过数据类型进行关联，例如，低速、高速和控制。

配置服务器负责管理整个网络。它发布节点所需的主干专用配置数据。配置服务器向节点发送配置文件，节点保存配置文件，以便维护配置。

iDDS专为21世纪初的单片单个供应商系统而开发。这些系统虽然更大限度地降低了供应商之间的互操作性风险，但客户却意识到，随着时间的推移，这些系统变得难以修改或维护，尤其是在硬件过时的情况下。 

iDDS采用以数据为中心的模型，将数据放在首位。它将数据从各类特定仪器功能中提取出来，从而能够实现多供应商互操作。这简化了硬件设备的交换，可确保系统不依赖于单个供应商或设备。 

iDDS架构为测量系统提供了以下优势：

• 互操作性 - 工程师可以使用来自不同供应商的发布者和订阅者节点创建系统，从而能够独立地充分提高系统上每个模块的性能。
• 互换性 - 工程师只需少量的工作即可将具有相同接口的模块彼此交换。这使得工程师可以在不影响系统其他部分的情况下升级系统组件，从而有助于延长系统的使用寿命，即使组件不可用亦如此。
• 灵活的架构 - 工程师可以根据每个测试的确切需求选择模块，而无需对其他模块或架构进行重大更改。
• 可扩展性。这种架构使用相同的基本构建块，可以容纳从几十个参数到1万多个参数不等。
• 松耦合 - 系统模块之间可以共享数据并进行通信，而无需了解其他系统的特定知识。这充分减少了整个系统的返工和配置工作。 
• 支持所有性能的系统（即高性能和低性能CPU）- 无论是在低性能CPU进行信号调理，还是需要高性能CPU来支持服务器，工程师均可根据测试需求自由选择。
• 单个测量参数的粒度 - 工程师可以将系统配置为传输和接收串流数据，直至单个数据参数。这能够使节点应用程序通过以数据为中心的方式仅处理它们需要的参数。
• 时间戳数据尽可能接近源 - 测量数据被标记为单个源对应的时间，以允许来自不同系统的数据相互关联，直至达到最快数据采样率为止。
• 将子系统特定操作抽象出来 - 工程师可以在测量参数的基础上发出操作命令(例如，“归零”、“校准”)，而不需要在特定设备上定位特定通道。

总之，这些优势使测试系统设计师能够灵活地管理系统，充分提高每次测量的性能，增加系统的使用寿命，降低系统的总体成本，并更大限度地降低系统过时的长期风险。 

现在大多数iDDS工具都基于Linux平台运行。NI已经成功地在基于NI Linux Real-Time操作系统的CompactRIO和PXI设备上测试了这些功能。 

在NI的测试中，我们通过调用NI-DAQmx来采集数据。然后根据iDDS标准将数据打包并发布到iDDS网络。

^{图3：iDDS实现}

基于这一架构，NI工程师演示了与运行来自不同供应商的数千个数据参数的iDDS系统的兼容性。

如需了解在NI硬件上实现iDDS的更多信息，请联系NI支持。

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• 详细了解PXI
• 了解iDDS如何用于喷气涡轮发动机测试

参考文献

外部资源：“Test Execution and Data System”– Standardisation, Flexibility & Scalability of a Real Time Data Acquisition System, Neill Forrest (Rolls Royce)