Riassunto analitico
Publish-subscribe messaging has garnered increasing interest from industries for its application in timing-critical contexts. The Data Distribution Service (DDS) is a standard for pub-sub systems which allows, thanks to its high configurability, to meet a large spectrum of application requirements, from low-latency, high-throughput systems to mission-critical applications demanding reliability and fault-tolerance features. This flexibility allows the middleware to be adapted to a system depending on the requirements it needs to meet. In avionics, a computer system usually consist in several distributed subsystems communicating between each other and with a variety of sensors in a mixed-criticality context, where, depending on the importance, communication can require guarantee of delivery and must undergo within fixed time constraints. Most avionics system architectures follow a modular approach also called IMA (Integrated Modular Avionics): by using centralized, high computational processing units, several avionic systems are integrated on a shared hardware platform, reducing costs, weight, and power consumption. The ability of DDS to adapt, if properly configured, to the needs of the system in which it is used, makes it potentially usable in avionics distributed real-time systems; furthermore, the publish-subscribe communication paradigm that the middleware adopt could be a good fit to a modular architecture. This thesis analyze the performance of a simple distributed system that uses Data Distribution Service middleware for data exhange between nodes. The reference system has been evaluated across several configurations to determine the scalability of the middleware, to understand its critical issues and to assess the networking performance, so to provide a first validation of DDS technologies in the next-generation avionic distributed real-time systems.
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Abstract
La messaggistica di Publish-Subscribe ha raccolto un crescente interesse da parte delle industrie per la sua applicazione in contesti critici in termini di tempistica.
Il Data Distribution Service (DDS) è uno standard per sistemi pub-sub che permette, grazie alla sua elevata configurabilità, di soddisfare
un ampio spettro di requisiti applicativi, dai sistemi a bassa latenza e ad alto throughput alle applicazioni mission-critical che richiedono funzionalità di affidabilità e tolleranza agli errori.
Questa flessibilità consente di adattare il middleware al sistema a seconda dei requisiti che deve soddisfare.
In avionica, un sistema informatico è solitamente costituito da più sottosistemi distribuiti comunicanti tra loro e con una varietà di sensori in un contesto a criticità mista, dove, a seconda dell'importanza, la comunicazione può richiedere garanzia di consegna e deve avvenire entro vincoli temporali prestabiliti.
La maggior parte delle architetture dei sistemi avionici seguono un approccio modulare chiamato anche IMA (Integrated Modular Avionics): utilizzando unità di elaborazione centralizzate e ad alto calcolo, diversi sistemi avionici sono integrati su una piattaforma hardware condivisa, riducendo costi, peso e consumo energetico.
La capacità del DDS di adattarsi, se opportunamente configurato, alle esigenze del sistema in cui viene utilizzato, lo rende potenzialmente utilizzabile in sistemi avionici distribuiti real-time; inoltre, il paradigma di comunicazione di pubblicazione-sottoscrizione adottato dal middleware potrebbe adattarsi bene a un'architettura modulare.
Questa tesi analizza le prestazioni di un semplice sistema distribuito che utilizza il middleware Data Distribution Service per lo scambio di dati tra i nodi.
Il sistema di riferimento è stato valutato attraverso diverse configurazioni per determinare la scalabilità del middleware, per comprenderne le criticità e per valutare le prestazioni del networking, in modo da fornire una prima validazione delle tecnologie DDS nei sistemi avionici distribuiti in tempo reale di prossima generazione.
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