基于DDS技術(shù)的艦船平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)

呂云飛，王旋，張軍

（武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所，湖北武漢 430064）

1 概述

艦船平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制等技術(shù)，將主推進(jìn)系統(tǒng)、電站及電能管理系統(tǒng)、輔機(jī)系統(tǒng)、損管系統(tǒng)、三防系統(tǒng)、綜合艦橋系統(tǒng)、綜合狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)、實(shí)船在線訓(xùn)練系統(tǒng)、全船維護(hù)保障系統(tǒng)、電視監(jiān)視系統(tǒng)等相對(duì)獨(dú)立的分系統(tǒng)納入到統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)信息集成，形成以信息集成為核心，集監(jiān)測(cè)、控制、管理于一體的網(wǎng)絡(luò)化、信息化和智能化的綜合大系統(tǒng)［1－4］。其目的旨在為日趨復(fù)雜的艦船系統(tǒng)和設(shè)備提供高自動(dòng)化、高可靠性的集成監(jiān)控平臺(tái)，并提供1種開(kāi)放式的、高可擴(kuò)展性的具備功能動(dòng)態(tài)配置、靈活重組特性的信息集成體系架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)功能與設(shè)備的分離、信息采集與信息使用的分離、數(shù)據(jù)與應(yīng)用的分離，從而解除系統(tǒng)功能與設(shè)備緊耦合的綁定關(guān)系，消除當(dāng)前日益嚴(yán)重的艦船系統(tǒng)功能擴(kuò)展與總體優(yōu)化間的矛盾，達(dá)到減員增效的目標(biāo)。

艦船平臺(tái)的航行、動(dòng)力、電站、輔機(jī)等各系統(tǒng)采用不同的監(jiān)控技術(shù)、通信標(biāo)準(zhǔn)和來(lái)自不同的制造商的監(jiān)控設(shè)備，給平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)的信息集成設(shè)計(jì)帶來(lái)了較大的困難。因此，如何建立一個(gè)全船統(tǒng)一的信息集成體系框架，實(shí)現(xiàn)對(duì)艦船平臺(tái)各系統(tǒng)的信息集成共享和綜合管理是平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和重點(diǎn)。目前，平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)可以采用基于以下幾種技術(shù)的信息集成體系框架:

1）基于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制和應(yīng)用信息接口協(xié)議的信息集成

平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)在監(jiān)控設(shè)備和被控對(duì)象間建立私有的應(yīng)用層信息傳輸接口協(xié)議，并利用網(wǎng)絡(luò)提供的協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。例如，目前平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)多采用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備連接，通過(guò)以太網(wǎng)口經(jīng)Socket協(xié)議棧來(lái)進(jìn)行信息通信，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是通信效率高，缺點(diǎn)是集成靈活性和可擴(kuò)展性差，需要對(duì)通信設(shè)備間制定信息接口協(xié)議，無(wú)法實(shí)現(xiàn)軟件和硬件的分離，系統(tǒng)控制功能動(dòng)態(tài)配置和重組困難。

2）基于OPC技術(shù)中間件［5］的信息集成

OPC技術(shù)建立了1組符合工業(yè)控制要求的接口規(guī)范，將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與SCADA、HMI等軟件無(wú)縫連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)硬件和應(yīng)用軟件有效分離，提供了從設(shè)備和數(shù)據(jù)庫(kù)等數(shù)據(jù)源獲得數(shù)據(jù)的通信機(jī)制;通過(guò)提供帶有OPC接口的服務(wù)器，使任何帶有OPC接口的客戶程序均以統(tǒng)一的方式存取不同廠商的設(shè)備數(shù)據(jù)，解決了不同廠家設(shè)備之間不能通信的問(wèn)題，從而可將多種現(xiàn)場(chǎng)總線集成在一個(gè)可以互操作的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)下。平臺(tái)管理系統(tǒng)可利用該技術(shù)將基于不同廠商的各系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行互連互通，實(shí)現(xiàn)全船的信息集成。該方法具有開(kāi)發(fā)工作量小，集成方便等優(yōu)點(diǎn)，但OPC技術(shù)主要用于Window操作系統(tǒng)，且采用C/S模式，存在服務(wù)瓶頸等問(wèn)題。

3）基于CORBA中間件［6－7］技術(shù)的信息集成

目前，國(guó)外平臺(tái)管理系統(tǒng)較多采用CORBA技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息集成。該技術(shù)采用遠(yuǎn)程對(duì)象調(diào)用機(jī)制，支持異構(gòu)環(huán)境下分布式應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和互操作，具有與底層硬件、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、通信協(xié)議和編程語(yǔ)言無(wú)關(guān)的特點(diǎn)，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，集成效率高，但由于其采用了C/S的通信模式，通信機(jī)制較為復(fù)雜，數(shù)據(jù)收發(fā)需要建立連接的過(guò)程［11］，不能很好的滿足平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制需求。

4）基于數(shù)據(jù)分布服務(wù)（DDS）［8－13］技術(shù)的信息集成

數(shù)據(jù)分布服務(wù)（DDS）是1種應(yīng)用于分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)信息集成，保證系統(tǒng)互連互通和互操作的全新技術(shù)。它基于以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布－訂閱（DCPS）模型，在各系統(tǒng)設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)上建立了全局?jǐn)?shù)據(jù)空間的概念，應(yīng)用程序（發(fā)布者）發(fā)布大量的數(shù)據(jù)樣本（主題信息）給遠(yuǎn)程感興趣的訪問(wèn)端（訂閱者）。當(dāng)主題信息滿足訂閱者的需求時(shí)，兩者建立連接，實(shí)現(xiàn)與主題相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸。它具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、無(wú)服務(wù)瓶頸、跨平臺(tái)操作、可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)軟硬件的分離、數(shù)據(jù)采集與應(yīng)用的分離，非常適用于艦船平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)的信息集成。

本文在對(duì)DDS技術(shù)分析的基礎(chǔ)上，提出基于DDS技術(shù)的平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)，并通過(guò)仿真系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)驗(yàn)證。

2 DDS原理及特點(diǎn)分析

2.1 DDS層次結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)分布服務(wù)（Data Distribution Service，DDS）規(guī)范是近來(lái)OMG為了滿足分布式實(shí)時(shí)通信需求而制定的基于發(fā)布/訂閱通信模型的規(guī)范。DDS擁有一個(gè)以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布－訂閱機(jī)制，提供了一個(gè)與平臺(tái)無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)模型。它允許應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)發(fā)布其擁有的信息，并訂閱其需要的信息，較好地處理了不可靠網(wǎng)絡(luò)通信中數(shù)據(jù)的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、可靠性和冗余性等問(wèn)題。該規(guī)范有2層，分別是數(shù)據(jù)本地重構(gòu)層（Data Local ReconstructionLayer，DLRL）和以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布－訂閱層DCPS［9］。

DCPS層是DDS的核心和基礎(chǔ)，它提供了數(shù)據(jù)發(fā)布的基礎(chǔ)架構(gòu)，確保正確有效地傳輸信息給適當(dāng)?shù)慕邮照?。該層建立了一個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)空間的概念（如圖1所示），發(fā)布者和訂閱者在該全局空間中分別發(fā)布和訂閱自己需要的數(shù)據(jù)類型，通過(guò)中間件處理后，再進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，將傳統(tǒng)的C/S模式轉(zhuǎn)為以數(shù)據(jù)為中心的服務(wù)模式。DCPS層提供了應(yīng)用程序所需的發(fā)布和訂閱數(shù)據(jù)的功能。發(fā)布和訂閱是通過(guò)主題來(lái)關(guān)聯(lián)的，通過(guò)主題來(lái)關(guān)聯(lián)發(fā)布信息，創(chuàng)建發(fā)布和訂閱者實(shí)體，并為這些實(shí)體設(shè)定服務(wù)質(zhì)量QoS參數(shù)［11］。

圖1 DDS全局?jǐn)?shù)據(jù)空間示意圖Fig.1Whole data space of DDS

DLRL層將DCPS層提供的服務(wù)進(jìn)行了抽象，在DLRL層建立了與底層服務(wù)的映射關(guān)系。它建立在下層DCPS基礎(chǔ)之上，通過(guò)DCPS提供的服務(wù)，簡(jiǎn)化了編程實(shí)現(xiàn)工作，把服務(wù)簡(jiǎn)單地整合到應(yīng)用層，讓用戶能直接訪問(wèn)變更的數(shù)據(jù)，達(dá)到與本地語(yǔ)言結(jié)構(gòu)無(wú)縫連接的目的。其具體實(shí)現(xiàn)機(jī)制是:將DCPS層提供的服務(wù)以類的形式進(jìn)行封裝，建立每個(gè)類與DCPS層相應(yīng)服務(wù)的映射關(guān)系，然后在DLRL層用本地語(yǔ)言結(jié)構(gòu)對(duì)該類進(jìn)行操縱，讓用戶能方便快捷地訪問(wèn)數(shù)據(jù)［12］。

圖2 DDS層次結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2The hiberarchy of DDS

2.2 DDS工作流程

DDS工作流程如圖3所示。具體步驟如下:①發(fā)布者在中間件上注冊(cè)數(shù)據(jù)類型DataType;②返回;③發(fā)布者通知中間件生成主題，中間件根據(jù)數(shù)據(jù)類型DataType定義主題并設(shè)置QoS;④返回主題;⑤某個(gè)時(shí)刻，1個(gè)訂閱者（比如指控系統(tǒng)某指揮控制臺(tái)）向中間件發(fā)送請(qǐng)求，查找該主題;⑥中間件返回需要查找的主題;⑦訂閱者訂閱主題，中間件比較主題和訂閱者設(shè)定的QoS，看是否滿足訂閱者要求，如果滿足則保存1個(gè)新的訂閱信息（此訂閱信息包含合成的QoS）并成功返回，否則拒絕訂閱;⑧中間件返回相應(yīng)信息;⑨發(fā)布者設(shè)置QoS并發(fā)布最新的數(shù)據(jù);⑩中間件接收到數(shù)據(jù)，比較QoS，適時(shí)將數(shù)據(jù)傳遞給訂閱者［13］。

圖3 DDS工作流程示意圖Fig.3The working flow of DDS

2.3 DDS特點(diǎn)分析

相對(duì)于CORBA等其他中間件技術(shù)，DDS具有如下優(yōu)點(diǎn):

1）引入全局?jǐn)?shù)據(jù)空間概念，提高了通信效率

DDS不需要中心服務(wù)器的連接，而通過(guò)全局?jǐn)?shù)據(jù)空間上的主題來(lái)關(guān)聯(lián)，消除了服務(wù)瓶頸和中心節(jié)點(diǎn)故障隱患，可完全實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的連接，大大提高了通信效率。

2）以數(shù)據(jù)為中心，降低網(wǎng)絡(luò)延遲

DDS以數(shù)據(jù)為中心，1個(gè)訂閱者可以在全局?jǐn)?shù)據(jù)空間中找到多個(gè)相同主題，實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的連接，1個(gè)連接失敗可以換用另1個(gè)，大大降低了網(wǎng)絡(luò)延遲。同時(shí)發(fā)送者和訂閱者通過(guò)主題相連后直接進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送，不需要中間媒介，也大大提高了通信效率。

3）用QoS控制服務(wù)行為，增加了通信靈活性

DDS將資源的可用情況、提供方對(duì)資源的占有程度及請(qǐng)求方對(duì)資源的期待程度分別程序化為主題QoS、發(fā)布者QoS和訂閱者QoS，通過(guò)QoS控制大大增加了通信的靈活性［13］。

4）采用UDP/IP協(xié)議，增大網(wǎng)絡(luò)吞吐率和傳輸實(shí)時(shí)性

DDS基于實(shí)時(shí)性的考慮，它采用UDP/IP協(xié)議。并采用多播傳播方式，可大大增加網(wǎng)絡(luò)吞吐率和傳輸實(shí)時(shí)性。

3 基于DDS技術(shù)的平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)

3.1 體系架構(gòu)

鑒于DDS技術(shù)在信息集成方面的優(yōu)點(diǎn)，本文將DDS技術(shù)引入到艦船平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中，提出了基于DDS技術(shù)的平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)信息集成體系架構(gòu)，如圖4所示。該系統(tǒng)體系架構(gòu)分為3個(gè)層次，包括現(xiàn)場(chǎng)控制層、DDS信息交換層和管理控制層。

1）現(xiàn)場(chǎng)控制層

現(xiàn)場(chǎng)控制層是控制核心，主要由若干數(shù)據(jù)采集控制單元（Data collection and control unit，DCCU）組成，它打破了傳統(tǒng)系統(tǒng)劃分的模式，按照區(qū)域劃分配置數(shù)據(jù)采集控制單元，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)備的信息采集和控制的總體優(yōu)化配置。在該層內(nèi)，數(shù)據(jù)采集控制單元安裝在需要檢測(cè)數(shù)據(jù)和狀態(tài)的設(shè)備附近，面向平臺(tái)中各設(shè)備的傳感器和調(diào)節(jié)器，用于從平臺(tái)各系統(tǒng)或設(shè)備處獲得數(shù)據(jù)并以主題模式提供給DDS信息交換平臺(tái)，并訂閱接收各種控制指令主題，解析并對(duì)被控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。每個(gè)數(shù)據(jù)采集控制單元具有多類型輸入輸出接口，可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線接口、I/O接口以及模擬量接口等完成對(duì)多個(gè)平臺(tái)設(shè)備信息的收集與控制。

圖4 基于DDS的平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)體系架構(gòu)示意圖Fig.4The architecture of IPMS based on DDS

2）DDS信息交換層

DDS信息交換層利用DDS中間件將平臺(tái)管理系統(tǒng)的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)、各設(shè)備的不同的軟硬件平臺(tái)（操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)接口）進(jìn)行統(tǒng)一集成整合，提供了一個(gè)全船統(tǒng)一的信息交換平臺(tái)，平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)的任何節(jié)點(diǎn)以發(fā)布/訂閱主題的方式獲取其應(yīng)用所需的信息，發(fā)送本節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和控制命令信息，節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理應(yīng)用不需要了解本節(jié)點(diǎn)的硬件信息，信息網(wǎng)絡(luò)狀況以及其他節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，信息的接收和發(fā)布不需要考慮對(duì)發(fā)地址、接口協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)資源等條件，完全實(shí)現(xiàn)了軟件與硬件的分離、數(shù)據(jù)應(yīng)用與傳輸?shù)姆蛛x等。

如圖4所示，DDS中間件將嵌入到平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)的包括數(shù)據(jù)采集控制單元、操控臺(tái)、數(shù)據(jù)庫(kù)、決策支持服務(wù)器等所有的網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)，屏蔽了設(shè)備硬件、操作系統(tǒng)、信息接口不同所帶來(lái)的信息交換共享困難的問(wèn)題，使應(yīng)用開(kāi)發(fā)者可專注于數(shù)據(jù)應(yīng)用，大大降低了系統(tǒng)監(jiān)控管理軟件研制的復(fù)雜度。

3）管理監(jiān)控層

管理監(jiān)控層是與操作人員進(jìn)行信息交互的層，直接面向操作人員。操作人員可利用控制臺(tái)對(duì)平臺(tái)系統(tǒng)各種設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制、管理、輔助決策，實(shí)現(xiàn)了操作與監(jiān)控的集中處理。該層主要包括各種硬件設(shè)備和數(shù)據(jù)處理應(yīng)用程序。多個(gè)通用多功能操控臺(tái)包括航行控制臺(tái)、大氣監(jiān)控臺(tái)、損管保障監(jiān)控臺(tái)、動(dòng)力監(jiān)控臺(tái)、電氣監(jiān)控臺(tái)等，所有操控臺(tái)采用通用的硬件模塊和DDS中間件，根據(jù)功能配置方案動(dòng)態(tài)加載應(yīng)用程序，分別實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)各系統(tǒng)設(shè)備的統(tǒng)一的綜合管理和監(jiān)控。各功能臺(tái)可根據(jù)艦船的任務(wù)和設(shè)備故障情況進(jìn)行靈活的功能重組。

3.2 信息交換流程

DDS采用主題方式實(shí)現(xiàn)信息的交換和共享，以航行操控功能為例，該功能涉及到航行控制臺(tái)、導(dǎo)航設(shè)備、用于舵狀態(tài)監(jiān)控、艇體姿態(tài)監(jiān)控、閥門狀態(tài)信息監(jiān)控的DCCU、數(shù)據(jù)庫(kù)、支援決策服務(wù)器等，其信息主題訂閱/發(fā)布情況如表1所示。

航行控制臺(tái)的操控應(yīng)用程序?qū)⒂嗛喍鏍顟B(tài)、閥門狀態(tài)、導(dǎo)航參數(shù)等航行相關(guān)信息主題，并進(jìn)行綜合集成顯示，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)航行等自動(dòng)化功能，航向控制臺(tái)將訂閱操控輔助決策主題，用于實(shí)現(xiàn)艦船的智能自主航行;導(dǎo)航設(shè)備將發(fā)送導(dǎo)航參數(shù)信息;DCCU將采集舵狀態(tài)、閥門狀態(tài)等信息，并發(fā)布相應(yīng)主題供其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)使用，訂閱舵控制指令等主題用于實(shí)現(xiàn)對(duì)舵、閥門的相關(guān)控制;數(shù)據(jù)庫(kù)將訂閱各類信息并進(jìn)行存儲(chǔ)，并提供歷史狀態(tài)參數(shù)主題供其他設(shè)備使用;支援決策服務(wù)器訂閱各類相關(guān)設(shè)備參數(shù)狀態(tài)信息主題用于輔助決策的計(jì)算并發(fā)布輔助決策信息主題，供航行控制臺(tái)使用。

3.3 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

基于DDS技術(shù)的平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn):

1）真正實(shí)現(xiàn)了軟件硬件的分離和功能靈活重組

基于DDS平臺(tái)的系統(tǒng)監(jiān)控軟件與設(shè)備硬件、操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)，通過(guò)軟件動(dòng)態(tài)加載等技術(shù)實(shí)現(xiàn)任意操控臺(tái)對(duì)任意系統(tǒng)的控制管理，打破系統(tǒng)設(shè)備“專臺(tái)專用”的操控模式，從而實(shí)現(xiàn)艦船系統(tǒng)管控的位置無(wú)關(guān)化、冗余化和系統(tǒng)間的功能備份，提高系統(tǒng)總體可靠性。

2）實(shí)現(xiàn)了設(shè)備間的“松耦合性”

設(shè)備的對(duì)外接口僅僅針對(duì)DDS平臺(tái)，設(shè)備以主題模式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，不需要考慮信息傳輸網(wǎng)絡(luò)、對(duì)端通信設(shè)備地址的條件，真正數(shù)據(jù)應(yīng)用和傳輸?shù)姆蛛x，設(shè)備間沒(méi)有直接關(guān)聯(lián)，設(shè)備功能設(shè)計(jì)具有極大的自由度和可擴(kuò)展性。

3）解決了系統(tǒng)功能擴(kuò)展與總體優(yōu)化的矛盾

在基于DDS技術(shù)平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)上，由于具備了一個(gè)統(tǒng)一的信息交換平臺(tái)，任意系統(tǒng)功能的增加和擴(kuò)充僅需要進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用軟件的研制，并加載在任意的控制臺(tái)上即可，避免了硬件設(shè)備的增加，打破了系統(tǒng)功能與設(shè)備硬件綁定的現(xiàn)狀，解決了系統(tǒng)功能擴(kuò)展與總體優(yōu)化的矛盾。

4）提高了系統(tǒng)集成效率，減輕了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作量

平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)的信息集成基于統(tǒng)一的DDS技術(shù)平臺(tái)，監(jiān)控層和現(xiàn)場(chǎng)控制層可獨(dú)立設(shè)計(jì)，降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)集成效率;各類監(jiān)控軟件和數(shù)據(jù)采集控制軟件僅僅關(guān)注于數(shù)據(jù)應(yīng)用設(shè)計(jì)，降低了軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的復(fù)雜度和工作量。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)仿真驗(yàn)證

為了驗(yàn)證DDS技術(shù)在平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)上的應(yīng)用可行性，筆者在試驗(yàn)室環(huán)境利用神州普惠科技有限公司開(kāi)發(fā)的DTS實(shí)時(shí)分布式試驗(yàn)仿真工具，搭建了1套基于DDS技術(shù)的平臺(tái)綜合管理仿真系統(tǒng)。

操作控制層包括航行控制臺(tái)、損管保障臺(tái)、動(dòng)力監(jiān)控臺(tái)、電力監(jiān)控臺(tái)和仿真監(jiān)控臺(tái)。操作控制臺(tái)采用PC機(jī)，操作控制臺(tái)上運(yùn)行包含DTS中間件（基于發(fā)布/訂閱工作模式）的用戶應(yīng)用程序;監(jiān)控臺(tái)運(yùn)行監(jiān)控軟件，同時(shí)該監(jiān)控軟件在每個(gè)操作控制臺(tái)上均有備份。當(dāng)仿真監(jiān)控臺(tái)發(fā)生故障時(shí)，可以啟動(dòng)任意1個(gè)控制臺(tái)上的監(jiān)控軟件備份程序，隨時(shí)可以接替仿真監(jiān)控臺(tái)的功能。

圖5 平臺(tái)綜合管理仿真系統(tǒng)示意圖Fig.5The sketch map of IPMS system

數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸，雙冗余的100/1000以太網(wǎng)作為系統(tǒng)的主干網(wǎng)，所有的操作控制臺(tái)和數(shù)據(jù)采集控制器均通過(guò)自帶的以太網(wǎng)口連接到主干網(wǎng)上。

數(shù)據(jù)采集控制器負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對(duì)各類型傳感器的數(shù)據(jù)采集和對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。其接口包括CAN、I/O、RS485、模擬信號(hào)接口等，它與上層控制臺(tái)間進(jìn)行數(shù)據(jù)和控制命令的通信。數(shù)據(jù)采集控制器采用工控機(jī)。工控機(jī)上運(yùn)行VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和包含DTS中間件（基于發(fā)布/訂閱工作模式）的數(shù)據(jù)采集程序。工控機(jī)通過(guò)IO板卡與現(xiàn)場(chǎng)的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連。

系統(tǒng)仿真過(guò)程如下:

1）仿真監(jiān)控臺(tái)開(kāi)機(jī)運(yùn)行，自動(dòng)建立仿真聯(lián)邦。各個(gè)控制臺(tái)和數(shù)據(jù)采集控制器分別運(yùn)行本機(jī)安裝的應(yīng)用程序，并自動(dòng)加入仿真聯(lián)邦。

2）各個(gè)控制臺(tái)和數(shù)據(jù)采集控制器上的應(yīng)用程序根據(jù)事先設(shè)置好的發(fā)布/訂閱數(shù)據(jù)模式，自動(dòng)接收網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)或向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布數(shù)據(jù)。

3）監(jiān)控臺(tái)上的監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)仿真系統(tǒng)中各個(gè)控制臺(tái)和采集控制器的運(yùn)行情況。此外，監(jiān)控軟件還可以根據(jù)用戶要求記錄、顯示和存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)。

4）當(dāng)某1個(gè)控制臺(tái)或數(shù)據(jù)采集控制器失效時(shí)，監(jiān)控臺(tái)會(huì)按照事先確定的規(guī)則啟動(dòng)備用的控制臺(tái)或數(shù)據(jù)采集控制器，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)失效控制臺(tái)或數(shù)據(jù)采集控制器的功能，實(shí)現(xiàn)功能備份。

5）仿真運(yùn)行前通過(guò)編輯每個(gè)控制臺(tái)上應(yīng)用程序的發(fā)布訂閱數(shù)據(jù)情況，并配合設(shè)置控制臺(tái)的ID號(hào)來(lái)保證控制臺(tái)控制功能的惟一性。

6）在仿真運(yùn)行過(guò)程中，既可以通過(guò)監(jiān)控臺(tái)（或手動(dòng)方式）隨時(shí)關(guān)閉某個(gè)控制臺(tái)程序，也可以通過(guò)監(jiān)控臺(tái)（或手動(dòng)方式）動(dòng)態(tài)加入某個(gè)控制臺(tái)程序。

7）當(dāng)監(jiān)控臺(tái)發(fā)生故障時(shí)，用戶可手動(dòng)啟動(dòng)任意1個(gè)控制臺(tái)上的監(jiān)控軟件的備份程序，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控軟件的功能備份。

通過(guò)該仿真系統(tǒng)，筆者測(cè)試了基于DDS的平臺(tái)系統(tǒng)信息交換、功能動(dòng)態(tài)重組、控制臺(tái)的功能熱備份等功能。試驗(yàn)結(jié)果表明，將DDS技術(shù)應(yīng)用于平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)是可行的。

5 結(jié)語(yǔ)

基于DDS技術(shù)的平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)將平臺(tái)管理系統(tǒng)的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)、各設(shè)備不同的軟硬件平臺(tái)（操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)接口）進(jìn)行統(tǒng)一集成整合，以發(fā)布/訂閱主題的方式提供了1個(gè)全船統(tǒng)一的信息交換平臺(tái)，真正實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)軟件硬件的分離和系統(tǒng)功能靈活重組，降低了設(shè)備間的功能“耦合性”，打破了系統(tǒng)功能與設(shè)備硬件綁定的現(xiàn)狀，解決了系統(tǒng)功能擴(kuò)展與總體優(yōu)化的矛盾，大大提高了系統(tǒng)集成效率，減輕了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作量。仿真試驗(yàn)結(jié)果證明DDS技術(shù)應(yīng)用于平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)是合理可行的。

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