ROS 2节点通信机制

### ROS 2 中节点间通信机制原理 ROS 2 的节点间通信基于分布式架构设计，摒弃了传统 ROS 使用的集中式 Master 架构，转而采用了 DDS（Data Distribution Service）作为底层通信中间件[^1]。这种去中心化的通信模式使得 ROS 2 更加适合复杂的分布式系统。 #### 去中心化通信 在 ROS 2 中，DDS 提供了一种高效的点对点通信方式，无需依赖单一的中央节点来协调通信过程。通过引入 Domain ID 的概念，DDS 可以区分不同的逻辑网络，即使它们共享同一个物理网络环境[^2]。这意味着，在同一物理网络中的多个 ROS 2 应用程序可以通过设置不同的 Domain ID 来避免彼此干扰。 #### 订阅发布模型 ROS 2 节点间的通信主要遵循订阅/发布的消息传递范式。在这种模型下，发布者负责广播特定主题的消息，而订阅者则接收这些消息并执行相应的处理操作。此模型的核心优势在于解耦生产者和消费者，从而提高了系统的灵活性和可扩展性。 #### QoS 控制 为了满足不同应用场景下的性能需求，ROS 2 利用了 DDS 所提供的服务质量 (Quality of Service, QoS) 参数集。这允许开发者针对具体的数据流定义诸如可靠性、历史记录保留策略以及最大带宽限制等一系列属性[^1]。例如，对于时间敏感型应用可以选择可靠性和延迟较低的服务等级；而对于非关键任务，则可能倾向于更高的吞吐量但容忍一定程度的信息丢失。 #### 安全特性增强 除了基本功能外，安全性也是 ROS 2 设计过程中重点考虑的一个方面。借助 SROS2 工具链，能够实现端到端的安全防护措施，包括但不限于数据加密传输及细粒度访问控制列表管理等功能。 以下是简单的 Python 和 C++ 示例代码展示如何创建一个最基本的 Publisher 和 Subscriber： ```python import rclpy from std_msgs.msg import String def main(args=None): rclpy.init(args=args) node = rclpy.create_node('minimal_publisher') publisher = node.create_publisher(String, 'topic', 10) msg = String() while True: msg.data = 'Hello World!' publisher.publish(msg) node.get_logger().info(f'Publishing: {msg.data}') time.sleep(0.5) if __name__ == '__main__': main() ``` ```cpp #include "rclcpp/rclcpp.hpp" #include "std_msgs/msg/string.hpp" class MinimalSubscriber : public rclcpp::Node { public: MinimalSubscriber() : Node("minimal_subscriber") { subscription_ = this->create_subscription<std_msgs::msg::String>( "topic", 10, [this](const std_msgs::msg::String::SharedPtr msg) -> void { RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "I heard: '%s'", msg->data.c_str()); }); } private: rclcpp::Subscription<std_msgs::msg::String>::SharedPtr subscription_; }; int main(int argc, char *argv[]) { rclcpp::init(argc, argv); auto node = std::make_shared<MinimalSubscriber>(); rclcpp::spin(node); rclcpp::shutdown(); } ```