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【轻量级开源ROS 的机器人设备（4）】--（1）通信模块_无水先生的博客-CSDN博客
三、 通信概要
概述 ROS 的通信层是 ros_comm 堆栈的一部分，遵循发布/订阅范式，如图 2.2 所示。网络，也称为计算图，涉及多个物理或虚拟节点，它们被分配了一个唯一的名称。节点是从其输入收集数据、执行计算并为其输出生成数据的过程。每个节点专用于特定功能，不依赖于其他节点的存在（纯模块化设计）。一个节点可以发布一些主题，其他节点可以订阅这些主题；服务以类似的方式工作。主题和服务被分配了一个已知类型，与它们各自的 ROS 包（例如，std_msgs/Float）一起交付。例如，考虑一个简单的自主漫游车，配备两个电机、一组距离传感器和托管 ROS 框架的大脑计算机。一个可能的 ROS 网络可以由每个传感器或*的节点以及机器人大脑的节点组成。让我们假设每个 sensor_X 节点发布一个名为 sensor_X/distance 的主题，其中 X 是传感器本身的标识符。该实现以固定速率对实际传感器测量的值进行采样，将其转换为为主题公布的表示形式，然后将编组消息发送给主题订阅者。以类似的方式，每个 wheel_Y 节点都订阅一个名为 wheel_Y/speed 的主题，参考第 Y 个车轮的速度。该实现不断接收订阅的主题消息，将其未编组的速度值转换为电压，并将后者应用于车轮直流电机以获得通信速度。相反，大脑节点订阅所有 sensor_X/distance 主题，并发布所有 wheel_Y/speed 主题。它的实现可以遵循一个合适的逻辑，该逻辑通过传感器测量的距离来确定车轮速度，例如在避开障碍物的同时移动机器人。现在读者应该可以推断出它的通信流程。
还可以存在一些全局声明的服务（一种特殊的请求/响应主题）和参数。例如，大脑节点发布了service sleeping 如果机器人处于空闲状态则回复 true，否则回复 false机器人完全可以运行。这样，ensor_X 和 wheel_Y 节点就可以调用休眠服务，如果响应是，则关闭它们的硬件模块真的。同样，一个名为max_speed 的全局参数保存最大速度值，用于校准车轮模块的行为。
一个特殊的节点，即主节点，在将发布者和订阅者连接在一起时充当集中调度器。它跟踪发布/订阅主题/服务，在当前的实现中，它也是集中式的全局定义参数的目录（参数服务器）。
与主节点的通信是通过交换XML-RPC 消息，通过远程过程调用。主题与服务对等点之间的数据流以自定义协议 TCPROS 编码。两个都下面将详细解释这些协议。 ROS连接地址以 URI 格式发送。
四、远程过程
远程过程调用 ROS 节点能够调用远程过程，可通过节点自身公开的 API 调用。远程过程调用是通过使用 XML-RPC 协议执行的，它是 XML 规范的一个子集（有关其 XML 模式和 DTD，请参阅附录 B.1）。这些调用用于管理计算图的状态和一些全局设置，不适用于实际数据流（使用 TCPROS 或 UDPROS）。 XML-RPC 之所以被 ROS 的设计者选中，是因为它支持的语言非常多。使用 XML 作为其基础使得它易于人为调试，其纯文本的特性使其不受传输层编码格式的影响；事实上，它被封装在 HTTP 传输中，它更喜欢纯文本内容。此外，XML-RPC 调用是无状态的，这是一种简化控制逻辑的属性，因为没有状态需要跟踪。在语言方面，它的 XML 标签遵循严格的语法规则，并且没有任何属性。这些特性使它的解析比 XML 容易得多，同时保留了它的大部分优点。
4.1 角色
每个 ROS 节点都托管一个 XML-RPC 服务器。根据角色的不同，可调用方法集也不同，它们由适当的 API 定义。主 API 公开由唯一主节点管理的方法，例如用于（取消）注册主题和服务的方法。 Slave API 声明了由通用节点（Slave）管理的方法，例如请求建立主题流，或关闭命令。参数服务器 API 由唯一的参数服务器使用，它管理共享全局参数的集中目录。（有关 API 的详细信息在其它文中给出）。
4.2 值的类型
值类型 在 XML-RPC 中，方法参数和返回值包含在值实体中，并且只能属于一小组类型（值子项）：
• string 是一个 ASCII 字符串。这是默认值类型，除非另有说明。唯一的非法字符是 & 和 <，分别编码为 & 和 <。
• int 或 i4 是一个 32 位有符号整数，以十进制表示，如果为负数，则以 - 为前缀。
• 布尔值可以是 0 或 1。
• double 是一个实数，以十进制表示，如果为负数，则以 - 为前缀。
• dateTime.iso8601 是日期/时间值，采用 ISO-8601 格式。
• base64 是使用 Base64 算法编码的二进制字符串。
• array 是一个值列表，全局包含在一个数据实体中。
• struct，也叫map，是一个关联集合。每个条目都是一个成员，具有名称字符串和通用值。
4.3 请求和响应( Request 和 response)
请求和响应远程过程调用包括两个阶段：请求和响应。调用者（客户端）将方法请求发送给被调用者（服务器），后者处理它。处理完成后，被调用者返回一个response，如果成功可以是调用结果，如果不成功则返回fault。请求由 methodCall 实体引入，其方法名称由 methodName 字符串指定。在方法名称之后，params 实体包含一个参数子项列表，其中每个子项都包含一个值。列出的 params 是方法参数，取决于 API 规范。通常，第一个参数是计算图中调用节点的名称。响应包含远程方法返回的值。在 ROS 中，值是一个包含三个字段的数组。第一个字段，状态代码，是具有以下值之一的整数：
• -1 如果调用者出错，例如由于错误的 API 方法名称、参数或类型。该方法根本不执行。
• 如果远程执行方法调用失败则为 0 节点。
• 1 如果调用成功。
第二个字段是状态字符串，一个人类可读的文本，解释了状态代码值的原因。它的值是可选的（可以为空）。第三个字段，返回值，包含返回的实际 XML-RPC 值通过方法调用。其含义由特定的API定义。如果响应是 XML-RPC 故障，则表示存在硬错误，通常是一个不符合 XML-RPC 的请求。图 4.1 显示了 XML-RPC 调用 getPid() 的示例，其中请求和响应转储分别在清单 4.1 和清单 4.2 中。
1 POST /RPC2 HTTP/1.1
2 Content-Type: text/xml
3 Content-Length: 178
4
5 <?xml version="1.0"?>
6 <methodCall>
7 <methodName>getPid</methodName>
8 <params>
9 <param>
10 <value><string>/rosnode</string></value>
11 </param>
12 </params>
13 </methodCall>
Listing 4.1: Example of getPid() XML-RPC call contents over HTTP
1 HTTP/1.1 200 OK
2 Content-Type: text/xml
3 Content-Length: 309
4
5 <?xml version="1.0"?>
6 <methodResponse>
7 <params>
8 <param>
9 <value>
10 <array>
11 <data>
12 <value><i4>1</i4></value>
13 <value></value>
14 <value><i4>6544</i4></value>
15 </data>
16 </array>
17 </value>
18 </param>
19 </params>
20 </methodResponse>
Listing 4.2: Example of getPid() XML-RPC response contents over HTTP
五、链接模式
连接模式 节点本身没有任何用途，需要以某种方式连接到其他节点。下面展示了一个通用的通信模式，让一个节点连接到它的对等节点，并最终实例化所需的主题数据流。一种特殊情况涉及服务调用。在将节点引入计算图后，该节点必须将其发布和/或订阅的主题注册到主节点。
每个主题发布者通过 registerPublisher() 远程过程调用注册，而每个主题订阅者通过 registerSubscriber() 调用注册。因此，Master 是无所不知的，可以将同一主题的发布者和订阅者连接在一起。每当节点将其订阅的主题注册到主节点时，成功的响应包括已注册的发布者 URI 列表。然后调用者节点可以连接到这些发布者以接收主题消息。每当新的发布者向 Master 注册时，Master 都会向订阅者发出 publisherUpdate() 调用，并提供可用发布者 URI 的更新列表。主题消息流由 TCPROS 协议交换。
一个对称的案例是注销。出版商通过注销对主节点的 unregisterPublisher() 远程过程调用，同时订阅者通过 unregisterSubscriber() 调用取消注册。由方式，由发布者和订阅者关闭任何已建立的数据流对于未注册的主题。
服务的工作方式略有不同。可以发布相同的服务多个节点，但只考虑最后一个广告。一个
愿意调用服务的节点首先由Master查找服务URI，通过 lookupService() 远程调用。然后，它实际上调用了服务通过适当的请求消息提供者。服务提供者进程请求并生成响应消息，如果成功；否则，一个回复带有错误消息的响应。所有这些消息都被交换通过 TCPROS 协议，其中响应以附加的 ok 为首byte（区分成功或失败）。