Connext DDS 和工业物联网：需要了解的前 5 件事

自 2004 年推出以来，数据分发服务 (DDS) 标准一直是航空航天和国防市场值得信赖的连接标准，在大型关键任务系统中赢得了信誉。今天，它的高性能使其成为工业物联网 (IIoT) 的一项杰出技术。然而，尽管该技术得到了验证，但 IIoT 市场仍然是新的，因此会导致对 DDS 的一些误解。

我想直截了当地告诉你关于 DDS 标准和 RTI 在 IIoT 中的 Connext DDS 实现你需要了解的前 5 件事。

1. DDS 与其他物联网连接解决方​​案不同

DDS 倾向于混入越来越多的 IIoT 分布式连接解决方​​案，例如 MQTT、AMQP 和 CoAP。每个都可以在分布式应用程序之间移动数据，但实际上，实时控制应用程序中存在许多这些解决方案无法解决的限制和要求。其中包括：平台资源限制、小数据传输延迟、高吞吐量可靠传输到多个目的地、动态应用程序启动和重新启动、无单点故障等等。

DDS 是唯一一个从头开始设计的框架，不仅可以解决这些问题，还可以在以数据为中心的平台中提供其功能。以数据为中心的解决方案已经存在很长时间了。例如，看看任何数据库应用程序。这些应用程序基于表中定义的数据以及将数据写入数据库和从数据库读取数据的交互。然而，在 IIoT 世界中，它与应用程序实时生成和使用的数据有关。换句话说，它是关于运动的数据，而不是静止的数据。这个概念使 DDS 不仅仅是构建分布式应用程序的框架，而是分布式应用程序可以随着时间的推移通过其数据和功能增长和发展的平台。

^{图 1：DDS 通过以数据为中心的框架实现高效数据共享}

以数据为中心使应用程序能够发现和共享精确数据，提供基于数据范围或阈值的高效过滤。其他 IIoT 协议要求在应用程序代码中完成此过滤。此外，DDS 提供了一组丰富的服务质量 (QoS) 行为设置，使其成为需要高可靠实时数据交付的应用程序的理想选择，即使在可靠传输不可用的情况下也是如此。由于 DDS 以对等方式工作，因此基于 DDS 的系统本质上是大规模并行的，没有单点故障或攻击。这使得基于 DDS 的系统非常适合低延迟、高可靠性和大规模可扩展性至关重要的边缘自治应用程序。

2. DDS广泛应用于关键基础设施

十五年前，DDS 迅速被航空航天和国防工业采用。在此期间，DDS 的实现功能齐全并经过实战测试。随着 IIoT 的出现，DDS 现在也已在商业工业领域起飞。以下是使用 DDS 的应用程序类型示例：

• 医疗保健患者监测
• 手术机器人
• 自动驾驶汽车
• 超级高铁运输
• 风力发电系统
• 空中交通管制
• 公共交通系统
• 医学影像
• 太空发射系统
• 发电厂发电
• 采矿作业
• 石油和天然气钻井
• 机器人
• 智能电网配电

那么，是什么让 DDS 如此适用于所有这些类型的应用程序呢？好吧，以数据为中心不仅为增长和演进提供了平台，而且还提供了丰富的 QoS 集，使这些应用程序空间中的每一个都能够解决其需求所特有的问题。

3. Connext DDS 高度安全

两年前，OMG 发布了 DDS 安全规范，该规范提供了在数据/主题级别保护系统的框架。它通过运行在任何传输上的称为 RTPS 的线级协议工作。 RTI Connext 数据总线是第一个设计用于构建和保护 IIoT 系统的连接软件。多年来，应用程序通过物理边界安全、主机平台用户级安全或基于网络加密的安全来保护其系统。现在，DDS 为开发人员提供了每个单独数据流或 DDS 主题所独有的细粒度安全能力。此功能可灵活地保护不同主题的数据，同时提供身份验证、授权、机密性和完整性。这有助于保护发现信息、元数据和数据，同时防止未经授权的访问、篡改和重放。

RTI 的安全实现完全不需要在与安全相关的应用程序中包含任何源代码。所有的安全都是通过外部配置文件配置的，因此您的软件程序员不必是安全专家，您的安全专家也不必是软件程序员。此外，DDS 安全标准的架构是为了防止未来出现未知的安全漏洞。这是通过依赖于两个部分的解决方案来实现的：首先，一个框架将身份验证、访问控制和加密的概念连接到 DDS 实体，例如参与者、读者、作者和发现。

^{图 2：DDS 安全框架}

然后，通过使用插件架构，可以为身份验证、访问控制、加密/解密、数据标记和日志记录功能提供最新最好的解决方案。有关 DDS Secure 的更多信息，请参阅此链接。

4. Connext DDS 非常复杂，支持多种物联网通信模式

有一组丰富的功能可以通过 Connext DDS 开发新系统。开发人员可能会查看其 QoS 策略并不知所措。大约有 23 个高级 QoS 策略，每个策略都可以有许多单独的设置。然而，一个特定的用例，例如警报/事件数据或流视频数据，只会使用这些 QoS 策略中的一些。 RTI 通过分解每个应用程序或用例的行为要求，然后应用正确的 QoS 策略来实现所需行为的能力来简化开发。

每个应用程序都是独一无二的，并使用 QoS 策略的一个子集，通常每个应用程序 5-6 个。作为 DDS 的市场领导者，RTI 的 Connext DDS 还提供了许多其他 QoS 功能，以增强其解决个别问题的能力。以存在的这块分布式应用程序问题为例：

^{图 3：常见的分布式系统问题}

RTI 的 Connext DDS 提供了 QoS 行为来解决这些问题中的每一个：

^{图 4：Connext DDS QoS 策略}

虽然其中大部分是在 DDS 标准中定义的，但其中有一些是 RTI Connext DDS 独有的，例如批处理、传输、多通道和流控制。

有公开可用的资源和用例可用的示例，例如RTI的Case + Code示例，因此开发人员可以简单地对不同的参数进行细微的更改，并根据部署的环境实现所需的操作。如需更多信息，请访问入门页面。

5. Connext DDS 应用程序是可进化的

Connext DDS 以数据为中心的设计是面向未来的。为了说明它如何与过去和未来的设计集成，让我们看看系统如何随时间演变。 Connext DDS 中的标准工作流是定义将用于在应用程序之间进行通信的数据主题。这些主题是强类型的，以提供几个关键属性，例如应用程序通信完整性、带宽使用效率、数据可用性发现和过滤效率。但是，通过为给定主题强烈定义数据类型，这些定义本质上变成静态的。为了在未来的版本中发展他们的数据类型，OMG 为 DDS 添加了一个称为可扩展和动态主题类型 (X-Types) 的标准。该标准不仅使开发人员能够添加/更改/删除数据类型中的单个数据字段，还提供了一种机制来将某些字段定义为不需要包含在每个数据发布中的可选字段。 Connext DDS 支持类型扩展性，以便将旧应用程序与使用更新数据类型的新应用程序进行互操作。

随着对 DDS 的兴趣越来越大，问题、神话和困惑也越来越多。我邀请您与我联系以获取有关 Connext DDS 的真实情况以及它如何帮助您解决实时通信问题。联系我或访问 www.rti.com 了解更多信息。