基于ZeroMQ的观测控制系统底层通信架构分析与测试

发布时间：2022-01-16 16:10

　　观测控制系统是当前的一个研究热点,底层通信是观测控制系统架构的一个重要环节。但传统的观测控制系统一般采用裸套接技术实现,缺少统一的传输控制机制,在密集数据通信时经常存在延迟,影响实时控制的需要;同时缺少广播与组播机制,限制了观测控制系统的设计。针对观测控制系统的要求,研究了基于ZeroMQ不同通信模型及对应的天文控制模式,分析了不同的通信控制架构的可用性,在此基础上通过实验对相应的通信模型进行测试,验证其在天文仪器分布控制中的可用性。测试结果进一步说明,ZeroMQ构建观测控制系统的底层通信架构是可行的,能够满足观测控制系统对设备的各种控制需求。 

【文章来源】：天文研究与技术. 2019,16(02)CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

观测控制系统体系架构图Fig.1Thearchitecturediagramofobservationcontrolsystem

发送与接收的时间差，测试结果如图2。由测试结果可见，连接初期传输延迟较高，而后趋于稳表1实验环境Table1Experimentalhardwareenvironment参数取值操作系统CentOSLinuxrelease7．3．1611CPUIntel(Ｒ)Xeon(Ｒ)CPUE5-2620v2@2.10GHz内存64GZeroMQ版本4．2．3网卡1.0Gbps定，偶尔出现峰值的情况，且均在合理范围内。当数据大小由256B增加到1024B时，延迟也相应增加，但通信延迟总体表现较小，能够适用于观测控制系统控制圆顶或望远镜等设备点对点的控制环境。图2ＲEQ-ＲEP模式消息传输延迟对比图Fig.2Ｒequest-Ｒeplymodemessagetransmissiondelaycomparisonchart2.2.3多点同步控制性能测试模拟观测控制系统实现单点对多点的控制场景，发送方运行于一台服务器，接收方运行于另外5台服务器。测试方法是发布端使用PUB-SUB套接字发送一万条特定大小为256B的控制消息，5个接收端根据主题订阅接收消息。分别测试了5个订阅端接收消息的延迟情况，测试产生最底层的通信时延结果如图3。因每条消息的通信延迟为离散数据，为了更好地掌握各设备的接收性能，分别从数据的集中趋势和离散程度两方面分析各设备接收消息的同步性，表2中Sub1-Sub5分别表示5个设备端，对比分析各组数据，可以得出各设备接收消息平均延迟在10μs以下，延迟波动程度相当，平均延迟远小于标准差。实验结果表明，做观测控制系统高层开发与设计时，参考最底层的通信时延数据，需412

2期钱进等:基于ZeroMQ的观测控制系统底层通信架构分析与测试要考虑限制控制指令发送频率，进一步提高控制同步精度。在实际控制中，只要在平均延迟加3倍标准差的时间范围内考虑控制设计，时延水平符合控制精度要求，就会满足观测控制系统对多台CCD等设备实现单点对多点的控制场景。图3PUB-SUB模式消息传输延迟对比图Fig.3Publish-Subscribemodemessagetransmissiondelaycomparisonchart表2实验数据分析Table2ExperimentaldataanalysisIndexSub1Sub2Sub3Sub4Sub5AverageDelay/μs8.06.85.58.87.3StandardDeviation/μs114.8101.789.6127.097.8512

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ZeroMQ的新一代望远镜自动控制系统的通信框架设计[J]. 邓辉,钟文杰,付映雪,王锋,卫守林.  天文研究与技术. 2018(03)
[2]基于ZeroMQ消息通信库的空管数据共享交换平台的研究与应用[J]. 赵一凡.  中国新通信. 2016(06)
[3]LAMOST观测控制系统设计与实现[J]. 罗阿理,田园,宋静,赵永恒,孙士卫,王坚,金革.  科研信息化技术与应用. 2012(04)
[4]基于ZeroMQ的分布式系统[J]. 蒲凤平,陈建政.  电子测试. 2012(07)
[5]基于混合通信模式的消息中间件设计与实现[J]. 潘慧芳,周兴社,杨刚.  计算机工程. 2006(03)
[6]具有断点续传功能的文件传输系统的设计与关键技术[J]. 陈增强,郭嘉琳,刘忠信,袁著祉.  计算机工程. 2002(12)

博士论文
[1]分布式天文海量数据处理与控制研究[D]. 卫守林.中国科学院大学(中国科学院云南天文台) 2017



本文编号：3593005