​DDS，全称 Data Distribution Service (数据分发服务)，由对象管理组(OMG®)发布和维护，是一个中间件协议和API标准，采用发布/订阅体系架构，强调以数据为中心，提供丰富的QoS服务质量策略，以保障数据进行实时、高效、灵活地分发，可满足各种分布式实时通信应用需求。

OMG成立于1989年，它的使命是开发技术标准，为数以千计的垂直行业提供真实的价值。OMG一直致力于将其由最终用户、供应商、政府机构、大学和研究机构组成的国际成员聚集在一起，随着多年来技术的变化来开发和修订这些标准，其中包括统一建模语言SYSML和UML，还有中间件标准CORBA等，当然还有今天要说的DDS～

在汽车领域，Adaptive AUTOSAR在2018年引用了DDS，作为可选择的通信方式之一。DDS的实时性，恰好适合于自动驾驶系统，因此在这类系统中，通常会存在感知，预测，决策和定位等模块，这些模块都需要非常高速和频繁地交换数据。借助DDS，可以很好地满足它们的通信需求。

DDS在其他领域的应用也非常广泛，包括：航空，国防，交通，医疗，能源等。在机器人开发领域，对ROS 2有所了解的人都知道，ROS 2相对于ROS 1最主要的一个变化就是DDS的引入。

DDS标准中的核心规范包括：

DDS v1.4 - 描述了用于分布式应用程序通信和集成的以数据为中心的发布-订阅(DCPS)模型；

DDSI-RTPS v2.3 - 定义了实时发布-订阅交互通信协议(RTPS)；

IDL v4.2 - 定义了IDL，一种用于以独立于编程语言的方式定义数据类型和接口的语言。这不属于DDS标准，但DDS依赖于它。

公众号回复“DDS资料”，可以下载哦～

可以看出，和前面几篇讲的SOMEIP不同，DDS的标准体系显然要复杂得多，我今天想介绍的，也只是DCPS和RTPS的一个大概。

DDS的通信模型DCPS，如下图：

• Domain：代表一个通信平面，由Domain ID唯一标识，只有在同一个域内的通信实体才可以通信；可以只划分1个Domain，也可以按照交互规则或其他规则，定义多个Domain；

• Topic：是数据的抽象概念，由TopicName标识，关联相应数据的数据类型(DataType)，把所涉及的所有Topic集合在一起，这样就形成一个虚拟的全局数据空间“Global Data Space”，这里弱化了节点的概念；

• DataWriter：数据写入者，类似缓存，把需要发布的Topic数据从应用层写入到DataWriter中；

• DataReader：数据读取者，同样可以理解为一种缓存，从订阅者得到Topic数据，随之传给应用层；

• QoS：服务质量(Quality of Service)，这是DDS的亮点，通过定义灵活的QoS规则，包括可靠性、系统健康(活跃度)甚至安全性，也可以共享数据。DDS在发送它所需要的信息方面很聪明。如果消息不能总是到达它们预期的目的地，那么中间件将在需要的地方实现可靠性。当系统发生变化时，中间件动态地计算出向何处发送哪些数据，并智能地通知参与者这些变化。如果总数据量很大，DDS会智能地过滤并只发送每个端点真正需要的数据。当更新需要快速时，DDS发送多播消息来一次更新许多远程应用程序。随着数据格式的发展，DDS跟踪系统各个部分使用的版本，并自动转换。对于安全性至关重要的应用程序，DDS控制访问、强制数据流路径并实时加密数据。

如图，DDS的通信协议RTPS和SOMEIP一样，建立在传输层之上，不同的是，DDS可以支持共享内存：

RTPS协议的主要特点包括:

• 性能和服务质量属性，使得实时应用程序能够在标准IP网络上进行最佳努力和可靠的发布-订阅通信；

• 容错，允许创建没有单点故障的网络；

• 可扩展性，允许协议通过新的服务进行扩展和增强，而不会破坏向后兼容性和互操作性；

• 即插即用连接，使新的应用程序和服务自动发现，应用程序可以随时加入和离开网络，而不需要重新配置；

• 可配置性，允许每个数据传递能够平衡可靠性和及时性的要求；

• 模块化，允许简单设备实现协议的子集，同时仍然参与网络；

• 可扩展性，使系统有可能扩展到非常大的网络；

• 类型安全，以防止应用程序编程错误而危及到系统中其他远程节点。

RTPS协议由PIM(Platform Independent Model，平台独立模型)和一组PSM(Platform-Specific Model，平台特定模型)描述。

PIM包含四个模块：结构，消息，行为和发现。结构(Structure)模块定义通信端点。消息(Messages)模块定义这些端点可以交换的消息集合。行为(Behavior)模块定义合法交互集(消息交换)以及它们如何影响通信端点的状态。发现(Discovery)模块定义如何自动发现和配置实体。如图：

PSM负责提供PIM与UDP(或者说底层平台)之间的映射，主要包括各种消息格式。

为什么说DDS是新一代中间件？我们可以对比看一下其他一些中间件通信模型：

• 点对点CS(Client-Server)模型：这是我们最熟悉的模式，许多客户端连接到一个服务端，每次通信时，通信双方必须建立一条连接。当通信节点增多时，通信的连接数也会增多。每个客户端都需要知道服务器的具体地址和所提供的服务。一旦服务器地址发生变化，所有客户端都会受到影响。

• Broker模型：由Broker统一负责初步处理所有人的请求，并进一步找到真正能响应服务的角色。这使得客户端可以不用关心服务器的具体地址。服务端地址如果发生变化，只需要告诉Broker就可以了。这个模型的问题也很明显，Broker作为核心，它的处理速度会影响所有节点的效率，当系统规模增长到一定程度，Broker将成为整个系统的性能瓶颈。对于资源相对吃紧的嵌入式系统，这个问题会更为突出。更糟糕的是，如果Broker发生异常，可能导致整个系统都无法正常运转。

• 广播模型：所有人都可以在通道上广播消息，并且所有人都可以收到消息。这个模型解决了服务器地址的问题，且通信双方不用单独建立连接，但它存在的问题是：广播通道上的消息太多了，所有人都必须关心每条消息，无论是否与自己有关。

• 以数据为中心的DDS模型：这种模型与广播模型有些类似，所有人都可以在DataBus上发布和订阅消息。但它的先进之处在于，通信中包含了很多并行的通路，可以只关心自己感兴趣的消息，忽略不感兴趣的消息。

对于分布式系统来说，有很多复杂的逻辑需要处理，例如：如何发现其他节点，如何为每个节点分配地址，如何确保消息的可靠性等。这使得应用程序变得臃肿。如果通信中间件能够完全处理好这些逻辑，则应用程序将可以集中处理自己的业务，变得更加敏捷：

如果考虑系统的演化，问题会更加突出。由于分布式系统中包含了许多的角色需要互相通信，随着角色数量的不断增长，其通信的通道数量会以爆炸式增长，这时传统的通信模型就会变得越来越复杂：

如果有统一的DataBus，即便新增了角色，其通信模型也不会变得更加复杂：

OMG发布的只是DDS标准，而标准的实现是由各个DDS提供商完成，其中有商用的如RTI，也有开源的如Object Computing的OpenDDS、eProsima的FastDDS。前几年刚知道DDS的时候，只接触了OpenDDS，它依赖ACE(一个我认为只适合学习并不适合实际应用的通信框架)，还依赖了我完全不懂的Perl，顿时觉得这玩意咋这么难上手，是不是没啥应用前景，当时网上的资料也比较少，便放弃了。最近接触了FastDDS，觉得是可以落地的好东西，才又开始研究DDS，下一篇我会介绍FastDDS以及如何使用。