DDS中的可靠组播协议设计.docx

DDS中的可靠组播协议设计
DDS（DataDistributionService）是一种实时通信协议，可用于许多应用程序，例如机器人，传感器网络等等。DDS协议最重要的特性之一是组播（multicast）机制，它允许在许多设备之间共享实时数据。在DDS中，组播需要满足高可靠性和高性能的要求，因此DDS中的可靠组播协议设计尤为重要。
首先，我们需要了解组播协议的优缺点。与单播（unicast）相比，组播可以节省网络宽带并提高通信效率，因为相同的数据只需要从源设备发送一次，而不是对每个接收设备进行单独的发送。然而，组播也存在一些缺点。组播通信本身是不可靠的，因为数据包可能会在传输过程中丢失或重复发送。此外，组播的效能取决于网络拓扑结构和实时流量的特性，这会导致组播延迟或者丢包。
在DDS中，为了弥补组播的缺陷，需要一种可靠的组播协议，主要应具备以下特点：
1.支持分组延迟和分组排序，以确保数据传输的顺序正确性。
2.发送数据时具有自适应模式，可以动态调整传输速率，以避免过载或丢失。
3.保持对数据接收设备的状态监控和管理，并提供完整的故障检测和容错功能。
4.满足实时性和低延迟的要求。
在DDS中，可以使用两种主要的组播协议：可靠段（ReliableDatagram）和用户数据协议（UserDataProtocol，UDP）。
DDS的可靠段协议是一种基于UDP的协议，它添加了可靠性和容错机制。可靠段通过以下步骤保证数据的可靠传输：
1.将数据拆分成多个数据段。
2.将数据段通信化，将包含通信目标地址的头部添加。
3.将数据段存入传输队列等待传输。
4.传输队列中的数据段通过可靠传输方式发送。
5.接收段将接收的数据段缓存和排序，以根据需要重组数据段。
DDS的可靠段协议可以保证传输的可靠性，但是其需要建立大量的TCP连接，因此在性能方面存在一些限制。此外，在遇到大量端口请求时，可靠段协议也可能导致网络拥塞。
另一种DDS组播协议是用户数据协议（UDP）的组播协议。UDP组播协议只使用UDP数据报传输数据，保证轻量级但不可靠。其数据传输的速度非常快，能够满足实时性要求；但是UDP组播协议缺少可靠性保证，这可能会导致数据丢失或乱序。
为了尽可能地兼顾以上的两种协议的优点，DDS中的可靠组播协议通常采用混合模式。混合模式组合了可靠段和UDP组播协议，以实现高性能和高可靠性。
其中，混合可靠组播通常具有哪些特点呢？
1.源端采用UDP发送数据包
2.在组播顺序号，覆盖窗口和确认/新包发送控制下，可靠数据传输数据段
3.大体缓存的状态以处理乱序包入口（“out-of-order”）
4.利用UDP的快速传输能力满足实时性要求。
综上，DDS的可靠组播协议设计中需要考虑多个方面，包括可靠性、实时性和性能等方面的要求。混合可靠组播协议可以在通信的可靠性和实时性之间达到均衡，并对网络性能进行优化，因此在DDS中得到广泛应用。