DDS服务发现

已于 2025-05-19 19:43:51 修改
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文章标签： 服务发现
于 2025-05-13 18:26:40 首次发布
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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/ouyang035/article/details/147900147

DDS服务发现

概述

DDS的服务发现协议，让网络中(同一个domain)的节点能够相互发现。有了服务发现机制，各个应用能够快速发现远程的新加入的节点，同时也能将自己告知其他节点。
DDS服务发现分为两个部分：

  • Participant Discovery Protocol (PDP)
    PDP用于Participant 之间的相互发现
  • Endpoint Discovery Protocol (EDP)
    EDP用于Endpoint（一个reader或者writer都是一个Endpoint）之间的相互发现

根据DDS的规范，各协议栈可以实现自己定义的PDP和EDP，但是，都必须实现Simple Participant Discovery Protocol (SPDP)和Simple Endpoint Discovery Protocol (SEDP)
DDS的服务发现还分为静态服务发现和动态服务发现。
其中静态服务发现只用SPDP，而动态服务发现会用到SPDP和SEDP

  • 本文会结合fastdds官方用例HelloWorldExample和StaticHelloWorldExample的网络报包来进行说明（网络包地址：https://blog.youkuaiyun.com/ouyang035/article/details/147978578）。
  • wireshark过滤器
    ((ip.src198.18.7.22 && (ip.dst198.18.7.101||ip.dst239.255.0.1))|| (ip.src198.18.7.101 && (ip.dst198.18.7.22||ip.dst239.255.0.1)))&&!ssh&&!tcp

预制模块

SPDP和SEDP主要是通过build-in endpoint和build-in topic来进行通信，从而实现信息的交换，完成相互发现。

  • build-in endpoint
    SPDPbuiltinParticipantWriter
    SPDPbuiltinParticipantReader
    SEDPbuiltinPublicationsWriter
    SEDPbuiltinPublicationsReader
    SEDPbuiltinSubscriptionWriter
    SEDPbuiltinSubscriptionReader
    SEDPbuiltinTopicsWriter（抓包中未出该消息）
    SEDPbuiltinTopicsReader（抓包中未出该消息）
    BuiltinParticipantMessageReader
    BuiltinParticipantMessageWriter
  • build-in topic
    有四个预定义的Topic：
    DCPSParticipant
    DCPSPublication
    DCPSSubscription
    DCPSTopic（抓包中未出该消息）

在这里插入图片描述BuiltinParticipantMessageReader和BuiltinParticipantMessageWriter是实现writer liveliness机制所需要的。每一个participant都可以通过设置使能/禁止wirter liveness机制，相应的使能或禁止这两个endpoint。

pqos.wire_protocol().builtin.use_WriterLivelinessProtocol = false // fastdds 默认是true

SPDP

PDP的目的是发现网络上其他的participant的存在及其属性。
SPDPbuiltinParticipantWriter是一个RTPS 的Best-Effort StatelessWriter。它会定期像预配置地locators列表发送SPDPdiscoveredParticipantData,通常来说是往组播地址(默认239.255.0.1)发送。它的HistoryCache包含一个SPDPdiscoveredParticipantData类型的数据对象，这个数据对象的内容是由participant的属性信息确定（例如，domain id， participant支持什么EDP协议， 单播和组播地址和端口）。
SPDPdiscoveredParticipantData的属性
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

SPDPbuiltinParticipantReader的HistoryCache中包含了所有活跃的participants的信息，key用来识别每个不同的participant（通过participant GUID）。
每当SPDPbuiltinParticipantReader接收到关于participant的信息时，SPDP会检查HistoryCache，寻找一个与participant GUID匹配的key的内容。如果没有找到匹配的key的条目，就会以参与者的GUID为key添加新的条目。
SPDP会周期性检查SPDPbuiltinParticipantReader的historycache，寻找旧的条目，这些条目被定义为那些超过leaseDuration没有收到消息的条目。然后删除它们。

availableBuiltinEndpoints提供了预制endpoints的信息（参考下面第三张图片）。包括
PUBLICATIONS_DETECTOR（SPDPbuiltinParticipantReader）
PUBLICATIONS_ANNOUNCER（SPDPbuiltinParticipantWriter）
SUBSCRIPTIONS_DETECTOR（SEDPbuiltinSubscriptionReader）
SUBSCRIPTIONS_ANNOUNCER（SEDPbuiltinSubscriptionWriter）
TOPICS_DETECTOR（SEDPbuiltinTopicsReader）
TOPICS_ANNOUNCER（SEDPbuiltinTopicsWriter）
PARTICIPANT_MESSAGE_READER（BuiltinParticipantMessageReader）
PARTICIPANT_MESSAGE_WRITER（BuiltinParticipantMessageWriter）

红框内都是SPDP消息
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

SEDP

SEDP协议的目标是Participant间能发现彼此的writer和reader。
用于SEDP的built-in Entities的QoS设置成reliable

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
上图是DDSHelloWorldExample_first_pub.cap的消息流
其中2个蓝色方框内的是SEDP消息
红色线条标识的是A的publication信息发给B的过程
绿色色线条标识的是B的subscription信息发给A的过程
但是在第一个框框内，HelloWorldTopic相关的reader和writer就完成了匹配。
A的publication发给B的具体流程如下（红色线条）：

  • A的SEDPbuiltinPublicationsWriter发送heartbeat给B的SEDPbuiltinPublicationsReader，告知它的history cache中有sample1（firstAvaliableSeqNumber为1，lastSeqNumber为1，所以最新的sample的sequence number为1）
    在这里插入图片描述
  • B收到heartbeat，解析后发现A最新的change是sample1，它没有收到过sample 1，所以发送acknack 告知丢失了sample1（bitmapBase=1， numBits=1， 表示sample 1丢失）
    在这里插入图片描述
  • A发送sample1给B，告知它有一个针对HelloWorldTopic的publisher, 到这一步后，A的publisher信息已经发送给到了B。
    由于A已经得到了B的subscriber消息，所以A user_writer就可以开始往B发送心跳了。
    在这里插入图片描述
  • A发送heartbeat， 告知最新的change为sample1
    在这里插入图片描述
  • B发送acknack，告知期望sample2（bitmapBase=2， numBits=0， 表示sample 2丢失0次，那就是说收到的最新的heartbeat的change为sample1， 收到的最新的data也是sample1。 也就是expecting example2）
    在这里插入图片描述
    B的subscription发送给B的具体流程如下（绿色线条）：
  • B的SEDPbuiltinSubscriptionWriter发送heartbeat给A的SEDPbuiltinSubscriptionReader，告知它的history cache中有sample1（firstAvaliableSeqNumber为1，lastSeqNumber为1，所以最新的sample的sequence number为1）
    在这里插入图片描述
  • A收到heartbeat，解析后发现B最新的change是sample1，它没有收到过sample 1，所以发送acknack 告知丢失了sample1（bitmapBase=1， numBits=1， 表示sample 1丢失）
    在这里插入图片描述
  • B发送sample1给A，告知它有一个针对HelloWorldTopic的subscriber
    在这里插入图片描述
  • B发送heartbeat， 告知最新的change为sample1
    在这里插入图片描述
  • A发送acknack，告知期望sample2（bitmapBase=2， numBits=0， 表示sample 2丢失0次，那就是说收到的最新的heartbeat的change为sample1， 收到的最新的data也是sample1。 也就是expecting example2）
    在这里插入图片描述
  • 由于B只有一个用户定义的reader，至此，B的subscription发现流程完成。
    在这里插入图片描述

Liveness

BuiltinParticipantMessageWriter发送的心跳消息如下。（其作用暂时不清楚）
在这里插入图片描述
#静态发现
采用静态服务发现的话，SPDP过程是一样的，但是不需要SEDP过程了，取而代之的是通过在xml文件来配置对端的节点信息。

  • publisher
    pqos.name("HelloWorldPublisher");
    pqos.wire_protocol().builtin.discovery_config.use_SIMPLE_EndpointDiscoveryProtocol = false;
    pqos.wire_protocol().builtin.discovery_config.use_STATIC_EndpointDiscoveryProtocol = true;
    pqos.wire_protocol().builtin.discovery_config.static_edp_xml_config("file://HelloWorldSubscriber_static_disc.xml");
    participant_ = DomainParticipantFactory::get_instance()->create_participant(0, pqos);

发送方需要用到配置的接收方的信息如下HelloWorldSubscriber_static_disc.xml

<staticdiscovery>
	<participant>
		<name>HelloWorldSubscriber</name>
		<reader>
			<userId>3</userId>
			<entityId>4</entityId>
            <topicName>HelloWorldTopic</topicName>
			<topicDataType>HelloWorld</topicDataType>
			<topicKind>NO_KEY</topicKind>
			<reliabilityQos>RELIABLE_RELIABILITY_QOS</reliabilityQos>
		</reader>
	</participant>
</staticdiscovery>

运行

./DDSStaticHelloWorldExample publisher
  • subscriber
    pqos.name("HelloWorldSubscriber");
    pqos.wire_protocol().builtin.discovery_config.use_SIMPLE_EndpointDiscoveryProtocol = false;
    pqos.wire_protocol().builtin.discovery_config.use_STATIC_EndpointDiscoveryProtocol = true;
    pqos.wire_protocol().builtin.discovery_config.static_edp_xml_config("file://HelloWorldPublisher_static_disc.xml");
    participant_ = DomainParticipantFactory::get_instance()->create_participant(0, pqos);

发送方需要用到配置的接收方的信息如下HelloWorldPublisher_static_disc.xml

<staticdiscovery>
	<participant>
		<name>HelloWorldPublisher</name>
		<writer>
			<userId>1</userId>
			<entityId>2</entityId>
            <topicName>HelloWorldTopic</topicName>
			<topicDataType>HelloWorld</topicDataType>
			<topicKind>NO_KEY</topicKind>
			<reliabilityQos>RELIABLE_RELIABILITY_QOS</reliabilityQos>
		</writer>
	</participant>
</staticdiscovery>

运行

./DDSStaticHelloWorldExample subscriber

wireshark抓包分析没能看到，没有SEDP消息了
在这里插入图片描述

参考文档

https://zhuanlan.zhihu.com/p/12663878689

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