车内的中间件协议：是面向服务还是以数据为中心或是RESTful.docVIP

车内的中间件协议：是面向服务，还是以数据为中心，或是RESTful？ 以太网技术引入汽车工业，不仅大大增加了可用带宽，而且在汽车环境中建立起了基于IP的通信。以太网最初的应用是跟车外交互的诊断，尤其是ECU刷写。传统的动力域、车身域和底盘域继续使用传统总线技术，例如CAN、LIN和FlexRay，并采用基于信号的方式来配置通信。不过，将更多的通信转移到以太网上，充分利用以太网的技术优势是很有意义的。 汽车工业引入了一个新的以太网物理层（“车载以太网”/100BASE-T1）和第一个汽车中间件协议：SOME/IP（Scalable service-Oriented MiddlewarE over IP）。一段时间以来，对来自于IT行业和物联网（IoT）领域的协议的讨论越来越多。这些协议的主要特点是以数据为中心，包括DDS（Data Distribution Service）和MQTT（Message Queuing Telemetry Transport Protocol）。REST（REpresentational State Transfer）也适用于个别的应用场景。然而，REST缺少一个对于工程控制系统很重要的特性：不能以事件触发的方式（on Event）发送数据。如果不支持这种特性，协议就不可能在汽车领域得到广泛的应用，这就是为什么本文不再进一步讨论REST的原因。 本文将对MQTT、DDS和SOME/IP进行概述讨论，比较它们在车内通信的适用性，并尝试回答如下问题： 01 起源和通信规范 MQTT于1999年发布，自2013年起由OASIS组织进行管理。MQTT的两个主要版本是3.1.1版（在ISO/IEC标准20922中发布）和后续2019年发布的第5版本。MQTT的主要优点是资源需求低和在不可靠网络中的适用性，这使其在物联网领域很受欢迎。MQTT依赖于一个中央“服务器”（Broker），它会在发送者（Publisher）和接收者（Subscriber）之间传递信息（Topic）。节点可以在某些主题下发送报文，也可以订阅接收某些主题下的报文。MQTT使用TCP作为传输协议（如图1）。 Figure1:System logic of communication of the MQTT protocol communication with quality of service (QoS)parameters DDS同样使用发布者-订阅者的模式，并且不需要“服务器”就可以进行交互（如图2）。第一版DDS规范由OMG在2004年发布的，当前最新版本是1.4。在DDS中，通信可以是单播形式也可以是多播形式，这就是为什么TCP和UDP两者都可以作为传输协议。当采用多播形式的时候，UDP比TCP更加高效。和MQTT相比，DDS首要考虑的是动态传输和灵活性，以及在拥有很多节点的系统内的适用性。 Figure2:System logic of communication of the DDS protocol? SOME/IP于2013年发布，是唯一专门为汽车应用开发的协议。在SOME/IP中，服务的提供者和使用者彼此直接关联，没有中央“服务器”。SOME/IP将数据和功能都封装在服务中，Method、Event和Field被用于描述服务接口（如图3）。SOME/IP和DDS一样，采用单播和多播通信，并且通常是基于UDP的。 Figure3:System logic of communication of the SOME/IP protocol? 02 通信设计和要素 在基于信号的通信领域，信号是周期性发送，或者事件触发的。远程过程调用（RPC）的本地通信机制或本机动态订阅机制不支持变更通知。如果需要，可以在应用层手动模拟实现变更通知，而SOME/IP与生俱来可以支持此机制。事件触发的数据传输同样也是MQTT和DDS通信的基础。而对于这两种协议，虽然RPC（MQTT Version 5）的必要性也被意识到了，但是它们不能直接支持RPC，而是需要通过转发和返回通道来组合多个主题去实现。 MQTT协议规定了字节数组最大长度为256M字节，有效数据（UTF8编码字符串）的序列化和反序列化可以由发送方和接收方自主处理。DDS提供的数据有详细类型和专用传输协议，然而和MQTT一样，它也会涉及字节数组的序列化。SOME/IP详细定义了数据类型，同时定义了支持的数据类型的序列化。SOME/IP允许基于其4 字节长度字段的数据报文的有效负载高达4GB。 数据或者服务的发布者和订阅者如何找到彼此呢？在动态系统中，这是一个基本问题，尤其是在有多个实例（即有多个数据提供者）的情况下。SOME/IP采用“服务发现”来解决这一问题。“服务发现”是一种在运行