CyberRt源码剖析--06基于有向图的拓扑机制设计

6.1 拓扑图中的角色定义

在发布-订阅架构的基础上，进一步抽象出拓扑图中的角色，以清晰描述节点间的通信关系。如图所示，拓扑图中的核心角色包括Publisher（发布者）、Subscriber（订阅者）和Node（节点）。这些角色的定义如下：

Publisher（发布者）：负责生成并发布数据的实体，对应于前文所述的Transmitter。一个Publisher通过指定的Channel发布数据，其身份由Identity和RoleAttributes唯一标识。

Subscriber（订阅者）：负责订阅并接收数据的实体，对应于Receiver。一个Subscriber通过订阅特定的Channel获取数据，并通过回调函数处理接收到的信息。

Node（节点）：通信平面中的基本管理单元，一个Node可以同时包含多个Publisher和Subscriber。在一个进程中，可创建多个Node，Node通过Transport层提供的接口创建和管理这些角色，并维护其与外部节点的连接关系。

6.2 拓扑图的底层数据结构设计

前文已阐明，有向图因其在表示方向性关系和支持动态调整方面的优势，被选为拓扑机制的核心模型。本节聚焦于拓扑图的组成要素——顶点（Vertice）、边（Edge）和图（Graph），以下从顶点与边的定义、图的整体结构及其关系表达三个方面，系统阐述该数据结构的设计。

顶点是拓扑图的基本构成单元，代表分布式通信平面中的独立实体。每个顶点对应于一个Node节点。

边是有向图中连接顶点的纽带。每条边由三个要素组成，如表所示：

参数名称	描述
源顶点（src）	数据流的起点，对应发送方的Node节点。
目标顶点（dst）	数据流的终点，对应接收方的Node节点。
边属性（value）	描述边的信息，对应通信中的Channel标识

图（Graph）作为顶点与边的集合，提供了拓扑关系的全局视图。图采用邻接表形式组织，其结构由以下两个主要部分构成：

邻接表（Adjacency List）：邻接表以每个顶点为中心，记录其所有下游顶点（即出边指向的目标顶点）。邻接表通过键值映射实现，其中键为源顶点的标识，值为目标顶点的集合。
边信息集合（Edge Info）：为支持双向关系查询，图中额外维护了一个边信息集合，以边属性（如Channel标识）为索引，记录与该属性相关的所有源顶点和目标顶点。

通信平面中的拓扑关系可通过图（Graph）进行描述，如图所示，通信平面中存在了四个节点：NodeA、NodeB、NodeC、NodeD，这四个节点对应图中的顶点，每个节点中分布着Publisher和Subscriber，节点与节点间通过channel互相传递数据，自然的channel标识就被设置为拓扑图的边。

6.3 拓扑图的动态管理

拓扑的动态管理通过节点管理器来实现（NodeManager），每个节点都会对应一个节点管理器，NodeManager会在本地维护一张拓扑图，当有新的通信角色加入或者离开拓扑图时都会广播变更消息（ChangeMsg），已在图中的节点就会根据此广播的变更消息更新本地维护的拓扑图。ChangeMsg消息结构定义如表所示。

NodeManager的数据广播操作借助FastRTPS实现。在NodeManager中，分别维护一个RtpsWriter和RtpsReader，用于发送和接收ChangeMsg。如图所示，当Publisher或Subscriber加入或退出时，其所属NodeManager通过RtpsWriter向”change_broadcast”通道发送ChangeMsg，所有节点的RtpsReader从该通道接收消息，并根据接收到的ChangeMsg更新本地拓扑图。例如，一个新Publisher加入Node A时，NodeManager广播包含其RoleAttributes的ChangeMsg，其他节点的NodeManager据此在本地图中添加相应的边。

名称	描述
Timestamp	时间戳
OperateType	角色动作，代表加入还是离开拓扑图
RoleType	角色类型，拓扑图中有三种类型：Node、Pubslisher、Subsriber
RoleAttributes	角色的通信标识，其中包含了Channel相关信息
NodeName	角色所属的Node的标识