ROS与ROS2通讯机制的区别

Posted 2023-04-12

参考技术A ROS是由Standford的PR2项目起源，它有一套非常完备的工程系统，可以适用于大部分的机器人场景。

一般来说，ROS需要有一个roscore作为主节点来运行其他所有的进程，如果这个主节点出现错误，整个系统都会冗机。同时由于ROS在消息转发当中要经过很多个软件栈，时间没有办法做到REAL-TIME，因此只能在开发过程当中作为一个工具使用，或者适用于实时性要求不太高的单机机器人场景。

那么如果不用ROS的通讯，就需要一些更加工业场景适用的中间件进行消息通讯。

ROS2加入了一个ROS图的概念，不同的ROS节点之间可以进行通讯，然后通过它制作的ros1-bridge这个包来实现这个ROS与ROS2之间的交互。

在这个基础之上，我又进一步的了解了fast-rtps通信协议。

FAST-RTPS是一个多机之间通信的中间件，它实现了在局域网之内建立域，然后在域内通过Publisher和Subscriber进行交互。不同的消息话题可以通过不同的topicname来进行确认。

FAST-RTPS在局域网内默认的发布形式是UDP的，也就是说一旦以这个话题发送消息，整个局域网内所有开了这个话题的机器都能收到这条信息，那么如果要加以确认，就需要在消息当中加入每个机器的标志位，这样才知道这条信息究竟发给了谁。

现在暂时只是对多机通讯的简单形式进行了使用，后面会对它的TCP（点对点）转发形式再做一个探究，还有包括消息的确认（多次握手），以及话题的matching，容错处理进行进一步探究。

[ROS通信机制] ---话题通信

1 话题通信模型

话题通信模型涉及三个角色，如下图所示：

• ROS master : 管理者
• Talker / Publisher ：发布者
• Listener / subscriber ：订阅者

ROS Master 负责保管 Talker 和 Listener 注册的信息，并匹配话题相同的 Talker 与 Listener，帮助 Talker 与 Listener 建立连接，连接建立后，Talker 可以发布消息，且发布的消息会被 Listener 订阅。

2 话题通信程序示例

topic_publisher.cpp

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h" //普通文本类型的消息
#include <sstream>

int main(int argc, char  *argv[])
   
    //1.初始化 ROS 节点:命名(唯一)
    // 参数1和参数2 后期为节点传值会使用
    // 参数3 是节点名称，是一个标识符，需要保证运行后，在 ROS 网络拓扑中唯一
    ros::init(argc,argv,"talker");
    
    //2.实例化 ROS 句柄
    ros::NodeHandle nh;//该类封装了 ROS 中的一些常用功能

    //3.实例化 发布者 对象
    //泛型: 发布的消息类型
    //参数1: 要发布到的话题
    //参数2: 队列中最大保存的消息数，超出此阀值时，先进的先销毁(时间早的先销毁)
    ros::Publisher pub = nh.advertise<std_msgs::String>("chatter",10);

    //4.组织被发布的数据，并编写逻辑发布数据
    std_msgs::String msg;
    std::string msg_front = "Hello 你好！"; //消息前缀
    int count = 0; //消息计数器

    //逻辑(一秒10次)
    ros::Rate r(1);

    //节点不死
    while (ros::ok())
    
        //使用 stringstream 拼接字符串与编号
        std::stringstream ss;
        ss << msg_front << count;
        msg.data = ss.str();
        //发布消息
        pub.publish(msg);
        //加入调试，打印发送的消息
        ROS_INFO("发送的消息:%s",msg.data.c_str());

        //根据前面制定的发送贫频率自动休眠 休眠时间 = 1/频率；
        r.sleep();
        count++;//循环结束前，让 count 自增
        //暂无应用
        ros::spinOnce();
    

    return 0;

topic_subscriber.cpp

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"

 //4.处理订阅的消息(回调函数)
void doMsg(const std_msgs::String::ConstPtr& msg_p)
    ROS_INFO("我听见:%s",msg_p->data.c_str());

int main(int argc, char  *argv[])

    //1.初始化 ROS 节点:命名(唯一)
    ros::init(argc,argv,"listener");
    /2.实例化 ROS 句柄
    ros::NodeHandle nh;

    //3.实例化 订阅者 对象
    ros::Subscriber sub = nh.subscribe<std_msgs::String>("chatter",10,doMsg);

    //5.设置循环调用回调函数
    ros::spin();//循环读取接收的数据，并调用回调函数处理

    return 0;

修改CMakeLists

add_executable(topic_pub
  src/topic_publisher.cpp
)
add_executable(topic_sub
  src/topic_subscriber.cpp
)

target_link_libraries(topic_pub
  $catkin_LIBRARIES
)
target_link_libraries(topic_sub
  $catkin_LIBRARIES
)

执行结果如下：

3 ros::spin 与 ros::spinOnce