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데이터 분산 서비스

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목차

1. 개요

데이터 분산 서비스(DDS)는 객체 관리 그룹(OMG)에서 개발한 분산 시스템을 위한 미들웨어 표준이다. DDS는 게시-구독 패턴을 기반으로 하여 노드 간의 데이터, 이벤트, 명령을 효율적으로 송수신하며, 데이터 중심 퍼블리시-서브스크라이브(DCPS)와 데이터 로컬 재구성 계층(DLRL)의 두 가지 인터페이스를 제공한다. 다양한 프로그래밍 언어와 운영 체제를 지원하며, 실시간 퍼블리시-서브스크라이브 와이어 프로토콜을 통해 상호 운용성을 보장한다. DDS는 복잡한 네트워크 프로그래밍을 단순화하고, 서비스 품질(QoS) 매개변수를 통해 통신 동작을 사전 구성할 수 있게 하여 군사용 시스템, 항공 관제 시스템, 산업용 사물 인터넷(IIoT) 등 다양한 분야에서 활용된다. 주요 구현체로는 RTI Connext DDS, OpenSplice DDS 등이 있다.

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데이터 분산 서비스

2. 버전 역사

DDS 규격 개발은 2001년에 시작되었다. 객체 관리 그룹(OMG)은 2004년 DDS 버전 1.0을 발표했다.[8] 이후 2005년 12월에 버전 1.1,[9] 2007년 1월에 1.2,[10] 2015년 4월에 1.4를 발표했다.[11]

DDS는 여러 미국 특허로 보호받고 있다.[12][13][14][15]

DDS 버전 역사
버전발표 날짜
1.02003년 6월
1.12005년 12월 4일
1.22007년 1월 1일
1.42015년 4월


2. 1. 관련 표준


  • DDS-RTPS영어 (Real-time Publish-Subscribe) 2.2[1]: RTPS 프로토콜의 최신 버전이다.
  • DDS-WEB영어 1.0 Beta[2]: DDS와 웹 환경의 통합을 위한 규격이다. QoS의 XML 정의도 포함한다.
  • DDS-DLRL영어 1.4 Beta[3]: DDS 버전 1.2까지 확장으로 포함되었던 규격으로, 별도로 분리되었다.
  • DDS-XTypes영어[4]: 토픽 형식을 변경 가능하게 하는 확장 사양이다.
  • DDS Security영어[5]: 보안 확장 사양이다.
  • DDS-PSM-Cxx영어[6]: C++ 2003 STL 지원 API이다.

3. 구조

DDS는 데이터 중심의 발행-구독(Publish-Subscribe) 모델을 기반으로 분산 애플리케이션 간의 통신을 지원한다. 정보를 생성하는 노드(publisher)는 "토픽"을 생성하고 "샘플"을 발행하며, DDS는 해당 토픽에 관심이 있다고 선언한 모든 구독자(subscriber)가 샘플을 받을 수 있도록 작동한다.[1]

DDS는 메시지 주소 지정, 데이터 마샬링(subscriber와 publisher는 서로 다른 플랫폼이어도 됨), 배포, 흐름 제어, 재전송 등 전송과 관련된 모든 잡무를 처리한다. 각 노드는 publisher가 될 수도 있고 subscriber가 될 수도 있으며, 동시에 두 가지 역할을 수행할 수도 있다.[1]

DDS 발행-구독 모델은 분산 애플리케이션에서 복잡한 네트워크 프로그래밍을 단순화한다.[1] DDS는 기본적인 발행-구독 모델 외에도 애플리케이션 간 상호 작용 설계 시간을 절약하고, 위치나 존재 여부에 관계없이 메시지 배달을 자동 제어하는 기능을 제공한다. 사용자 애플리케이션은 서비스 품질(QoS) 파라미터를 지정하여 자동 감지 기구를 설정하거나 메시지 송수신 동작을 지정할 수 있으며, 이는 분산 애플리케이션 설계를 단순화하고 모듈화를 돕는다.[1]

DDS는 publisher의 이중화에 의한 핫 스왑도 제어한다. 핫 스왑 중에도 subscriber는 항상 유효한(publisher가 지정한 유효 기간 내) 고 우선순위 데이터 샘플을 받으며, 장애 복구 시 1차 publisher로 자동 복구된다.[1]

3. 1. DDS 엔트리 (DDS 구성 요소)

DomainParticipantFactory: DDS의 진입점인 싱글턴 팩토리이다.
DomainParticipant: 특정 도메인 내에서 통신을 위한 진입점이다. 하나의 도메인에 애플리케이션의 참가자를 표현한다. 또한 DDS 출판(Publish), 구독(Subscribe), 토픽(Topic), 멀티토픽(Multi-Topic), 콘텐트필터드토픽(ContentFilteredTopics)의 생성에 대한 팩토리로서 동작한다.
TopicDescription: 토픽, 콘텐트필터드토픽, 멀티토픽을 위한 추상화된 기본 클래스이다.
Topic: TopicDescription의 분화한 형태로, 대부분의 데이터의 기본 디스크립션이며, 출판되거나 구독된다.
ContentFilteredTopic: Topic과 같은 TopicDescription의 분화된 형태로 콘텐츠 기반의 구독을 허용한다.
MultiTopic: Topic과 같은 TopicDescription의 분화된 형태로, 여러 개의 토픽들로부터 데이터의 결합/필터/재배치를 허용한다.
Publisher: 출판자(Publisher)는 객체로, 실제로 데이터의 보급을 책임진다.
DataWriter: 애플리케이션이 주어진 토픽 하에서 출판되기 위해 데이터 값을 설정한다.
Subscriber: 구독자(Subscriber)는 객체로 구독물로부터 데이터 결과를 실제로 받는 것을 책임진다.
DataReader: 애플리케이션이 받기를 원하는 데이터가 있음을 알리면(토픽, 콘텐트 필터드 토픽 또는 멀티토픽을 이용한 서브스크립션이 만들어진) 허용하고, 덧붙여진 구독자에 의해 받은 데이터를 액세스할 수 있다.

3. 2. DDS 모델

DDS는 복잡한 네트워크 프로그래밍을 단순화하는 미들웨어이다. 이는 노드 간의 데이터, 이벤트 및 명령을 송수신하기 위해 게시-구독 패턴을 구현한다. 정보를 생성하는 노드(게시자)는 "토픽"(예: 온도, 위치, 압력)을 생성하고 "샘플"을 게시한다. DDS는 해당 토픽에 관심을 선언한 구독자에게 샘플을 전달한다.

DDS는 메시지 주소 지정, 데이터 마샬링 및 언마샬링 (구독자가 게시자와 다른 플랫폼에 있을 수 있도록), 전달, 흐름 제어, 재시도 등과 같은 전송 작업을 처리한다. 모든 노드는 게시자, 구독자 또는 둘 다 동시에 될 수 있다.

DDS 게시-구독 모델은 분산 애플리케이션에 대한 복잡한 네트워크 프로그래밍을 사실상 제거한다.

DDS는 기본 게시-구독 모델을 넘어선 메커니즘을 지원한다. 핵심 이점은 통신에 DDS를 사용하는 애플리케이션이 분리된다는 것이다. 상호 작용을 처리하는 데 거의 설계 시간을 할애할 필요가 없다. 특히 애플리케이션은 존재 여부나 위치를 포함하여 다른 참여 애플리케이션에 대한 정보가 필요하지 않다. DDS는 사용자 애플리케이션의 개입 없이 다음을 포함한 메시지 전달을 투명하게 처리한다.

  • 누가 메시지를 받아야 하는지 결정
  • 수신자의 위치
  • 메시지를 전달할 수 없는 경우 발생하는 일


DDS를 사용하면 사용자가 서비스 품질 (QoS) 매개변수를 지정하여 검색 및 동작 메커니즘을 사전에 구성할 수 있다. 익명으로 메시지를 교환함으로써 DDS는 분산 애플리케이션을 단순화하고 모듈식의 잘 구조화된 프로그램을 장려한다. DDS는 또한 기본 게시자에 장애가 발생할 경우 중복 게시자를 자동으로 핫 스와핑한다. 구독자는 데이터가 여전히 유효한(즉, 게시자가 지정한 유효 기간이 만료되지 않은) 가장 높은 우선 순위의 샘플을 항상 얻는다. 또한 복구 시 기본 게시자로 자동 전환된다.

4. 상호 운용성

DDS는 Ada, C, C++, C#, Java, Python, Scala, Lua, 파로, Ruby, Rust로 구현된 응용 프로그래밍 인터페이스 (API) 및 라이브러리를 제공한다.

DDS 공급업체는 2009년부터 2013년까지 OMG 봄 기술 회의에서 상호 운용성 시연에 참여했다. 이 시연에서 각 공급업체는 'shapes 데모'라는 테스트 스위트를 사용하여 서로의 토픽을 게시하고 구독했다. 예를 들어 한 공급업체가 모양에 대한 정보를 게시하면, 다른 공급업체는 해당 토픽을 구독하여 자체 모양 디스플레이에 결과를 표시할 수 있었다. 각 공급업체는 번갈아 가며 정보를 게시하고 다른 공급업체는 구독하는 방식으로 진행되었다.

OMG 데이터 분산 서비스 상호 운용성


이러한 상호 운용성은 DDS-I 또는 실시간 게시-구독 (RTPS) 프로토콜과 공통 모델 사용에 대한 합의 덕분에 가능했다.

2009년 3월, 세 공급업체는 2009년 1월부터 OMG 실시간 게시-구독 프로토콜 버전 2.1을 구현한 개별 독립 제품 간의 상호 운용성을 시연했다. 시연에는 서로 다른 OS 플랫폼(마이크로소프트 윈도우 및 리눅스)에서 서로의 게시자 및 구독자 검색이 포함되었으며, 멀티캐스트 및 유니캐스트 네트워크 통신을 지원했다.

DDS 상호 운용성 시연에서는 다음과 같은 시나리오를 사용했다.

시나리오
인터넷 프로토콜 (IP)을 사용한 기본적인 네트워크 연결
게시자 및 구독자 검색
요청자와 제공자 간의 서비스 품질 (QoS) 호환성
지연 허용 네트워크
다중 토픽 및 토픽 인스턴스
토픽의 독점 소유권
시간 및 지리적 위치를 포함한 토픽 데이터의 콘텐츠 필터링


5. 주요 구현체

6. 채택 사례

DDS는 미국 해군 오픈 아키텍처(OA)에 채택된 이후, 미 국방부 전체 조달 규격(COTS)에 통합되었다. 이후 각국의 군용 및 민간용 시스템에 채택되고 있다.

국가채택 분야 및 시스템
미국강습 상륙함(LPD-17), 개함 방어 시스템(SSDS), 함내 네트워크(SWAN), 이지스 시스템, 함내 네트워크(SWAN)를 갱신한 TSCEi (Zumwalt DDG 1000 등)
캐나다/유럽항공 관제 시스템 (서방에서는 RTI Connext, 동방에서는 OpenSplice 채택)
스웨덴SAAB 9LV
대한민국한국 해군 차세대 함정, 지능형 교통 시스템, 스마트 팩토리 등



항공기기용 소프트웨어 표준 규격 "FACE"의 통신 미들웨어로 채택되었다. 산업용 사물 인터넷(IIOT) 통신 미들웨어로도 유망하다.

참조

[1] 웹사이트 DDS Interoperability Demo http://www.omg.org/n[...] Object Management Group 2009-08-12
[2] 웹사이트 DDS Interoperability Demo December 2010 https://d2vkrkwbbxby[...] Real-Time Innovations, Inc 2010-12-11
[3] 간행물 OMG DDS Interoperability Demo 2011 https://community.rt[...] 2011-03-01
[4] 간행물 OMG DDS Interoperability Demo 2012 https://community.rt[...] 2012-03-01
[5] 간행물 DDS Interoperability Demo 2013 Washington DC http://www.slideshar[...] 2013-03-01
[6] 웹사이트 DDS Interoperability Demonstration https://www.youtube.[...] Real-Time Innovations 2010-12-14
[7] 웹사이트 The Real-time Publish-Subscribe Wire Protocol DDS Interoperability Wire Protocol Specification (DDSI-RTPS) http://www.omg.org/s[...] 2019-05-01
[8] 웹사이트 Data Distribution Service (DDS), Version 1.0 http://www.omg.org/s[...] Object Management Group 2004-12-02
[9] 웹사이트 Data Distribution Service (DDS), Version 1.1 http://www.omg.org/s[...] 2005-12-04
[10] 웹사이트 Data Distribution Service (DDS), Version 1.2 http://www.omg.org/s[...] 2007-01-01
[11] 웹사이트 Data Distribution Service (DDS), Version 1.4 http://www.omg.org/s[...] 2015-04-10
[12] 특허 US Patent US8874686 https://patents.goog[...]
[13] 특허 US Patent US8671135 https://patents.goog[...]
[14] 특허 US Patent US8150988 https://patents.goog[...]
[15] 특허 US Patent US9015672 https://patents.goog[...]
[16] 간행물 DDS for Lightweight CCM (dds4ccm), Version 1.1 http://www.omg.org/s[...] 2012-02-01
[17] 간행물 Programming languages — C++ http://www.iso.org/i[...] ISO/IEC 2003-10-15
[18] 간행물 DDS-PSM-Cxx: ISO/IEC C++ 2003 Language DDS PSM, Version ptc/2011-01-02 http://www.omg.org/s[...] 2011-01-01
[19] 간행물 Extensible and Dynamic Topic Types for DDS (DDS-XTypes) http://www.omg.org/s[...] 2012-11-10
[20] 간행물 UML Profile for Data Distribution http://www.omg.org/c[...]
[21] 간행물 DDS-Java: Java 5 Language PSM for DDSVersion 1.0 http://www.omg.org/s[...] 2013-03-01
[22] 웹사이트 Interface Definition Language (IDL), Version 3.5 http://www.omg.org/s[...] OMG 2014-03-01
[23] 웹사이트 About the DDS For Extremely Resource Constrained Environments Specification Version 1.0 https://www.omg.org/[...] 2021-03-12
[24] 웹사이트 About the RPC Over DDS Specification Version 1.0 https://www.omg.org/[...] 2021-03-12
[25] 웹사이트 DDS Data Local Reconstruction Layer (DDS-DLRL) http://www.omg.org/s[...] 2015-04-01


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