iDDS：背景與概述

建立時間 2023年4月19日

綜覽

Instrumentation Data Distribution Service (iDDS) 是一種資料抽象化協定，專為資料擷取與控制儀器所設計。iDDS 可將測試設施、測試控制系統，以及量測系統的所有元件連結在一起。

系統工程師使用 iDDS 建立無須依賴廠商的模組化測試系統。iDDS 透過「來源時間戳記」功能提供高彙整通量，如此無論在連網系統中是否有傳輸延遲，都能進行資料調正。因此，這種標準非常適合高效能的測試系統，例如飛機引擎測試單元所用的測試系統。

iDDS 由 Rolls Royce 導入，並與 MDS Aero 合作開發，同時獲得 iDDS Working Group 的協助，當中包含多家航太與量測公司。

iDDS 架構

Data Distribution Service (DDS) 提供了 iDDS 模型的骨幹。DDS 是一種 Object Management Group (OMG) 標準，當中定義了網路通訊的系統、應用程式設計介面，以及有線協定。DDS 經過特別設計，能滿足即時與嵌入式系統在服務效能和品質上的需求。許多產業早已將此標準用於物聯網 (IoT)、高時效性應用，以及攸關任務成敗的架構上。iDDS 來源時間戳記能夠在資料處理時按時序排列資料，因此可以減少因網路設計不完善所導致的延遲影響。

^{圖 1：iDDS 架構}

DDS 網路是經由中介軟體服務管理，中介軟體可從 RTI、Twin Oaks 或 OpenDDS 下載。中介軟體會預先分配 DDS 網路上的資源，這樣一來，動態資源分配作業就會降到最低，重複複製資料的需求也會減少。

iDDS 會新增儀器特定的資料定義至 DDS，包括下列項目：

通道元資料：此資料可讓儀器發佈資料類型、工程單元及其他資訊，如此訂閱者服務即便對發佈裝置沒有特別了解，也可以處理資料。
IEEE 1588 Precision Timing Protocol 時間戳記：IEEE 1588 透過同一實體連線的乙太網路，提供裝置時鐘時間同步化功能。符合 iDDS 標準的儀器會包含時間戳記與具備「來源時間戳記」的資料。當中須具備時序產生器，做為系統的主時鐘。
設定系統：量測工程師使用設定系統來規劃欲進行的量測作業，並定義量測範圍、速率、校準，以及其他重要的測試資訊。
系統狀態監控：此監控功能有助於工程師追蹤系統的使用資料、參數或硬體故障；同時還能讓系統持續以遺失的參數執行。

iDDS 網路是由多個節點構成。發佈者就是網路上的節點，這些節點會產生資料到網路；而訂閱者會運用該資料。這些節點可能會與網路上任何一處的節點連接，而任何節點也都可能會訂閱任一參數。

DDS 網域會對應至多點傳送位址。網路隔離可透過標準網路基礎架構來管理。如此，系統便可擴充為各種設施類型，包括簡易的實驗室實驗到大型測試單元。經測試證實，同一網路上可發佈超過 10,000 個參數。

^{圖 2：多網域架構}

在此範例中，即時網路被沒有實體分割區，所以任何節點皆可與任一路由器連線。在系統網路中發生的任何網路問題都會遭到隔離，以避免干擾到即時網路。網域可以與不同的資料類型相關聯，例如：低速、高速與控制等。

設定伺服器會管理整個網路，並且發佈節點所需的特定骨幹設定資料。設定伺服器會傳送設定檔案給節點，並且由節點儲存該檔案以維護設定。

iDDS 的優點

iDDS 的產生是為了因應 2000 年代早期所開發的單一供應商整合式系統。這些系統在不同廠商產品間的互通性問題最少，但後來使用者發現這些系統很難去修改或維護，尤其是在硬體汰換時更是如此。

iDDS 使用資料集中模型，將資料擺在第一處理順位。如此可將資料從任一特定的儀器功能抽離，同時又能提供多家廠商產品互通的優點。如此簡化了硬體裝置的替換作業，進而能確保所有系統皆無須依賴單一的廠商或裝置。

iDDS 架構為量測系統提供了下列優點：

互通性：工程師可以透過不同廠商的發佈者與訂閱者節點來建立系統，進而分別讓每個系統中的模組效能最佳化。
互換性：工程師可以輕鬆地抽換擁有相同介面的不同模組。如此，工程師便可在不影響系統其他部分的情況下升級系統元件，即使元件已無法使用，系統的使用壽命仍舊得以延長。
靈活的架構：工程師可以根據每次測試的需求來配置模組，無須對其他模組或架構進行大更動。
擴充性：此架構可以容納從數十到上萬個參數的各種架構，而使用的都是同一基本建置區塊。
弱偶合：系統模組之間不用對其他系統特別了解，也能共用資料及互相通訊。如此能有效降低系統整體的重複作業與設定工作。
支援所有功能的系統 (即高效能或低效能的 CPU)：工程師可以根據不同的測試需求，選擇用於訊號處理的低效能 CPU，或是用於伺服器的高效能 CPU。
對單一量測參數的精細度：工程師可以將系統傳輸與接收的串流資料，調低到單一資料參數。如此一來，節點應用程式便能以資料集中的方式，只處理所需的參數即可。
盡可能與來源相近的時間戳記資料：系統會為量測資料標記來自單一來源的對應時間，以便來自不同系統的資料相關，進而提供最快的取樣率。
抽離子系統特定的作業：工程師可以根據量測參數來發佈作業指令 (例如：「zero」或「calibrate」)，無須在特定裝置上指定特定通道的位址。