原生ROS主题/发布接收机制
原生ROS系统中包含一个节点管理器Master，用于管理发布者和订阅者，当产生新的发布者或订阅者时都必须先在Master上注册信息。当新的发布者在Master上注册时，Master会保存发布者的URI(统一资源标识符)和发布者发布的话题，当新的订阅者在Master上注册时，Master会在保存信息中寻找与话题匹配的发布者，然后将发布者的URI发送给订阅者，订阅者会根据发布者的URI与相对应的发布者建立TCP连接，创建连接后发布者消息会通过连接传输到订阅者。
简单来说整个过程就是：发布者/订阅者在Master上注册->Master把发布者的URI发送给订阅者->发布者/订阅者建立TCP连接。
Apollo对ROS的改进
Apollo从通信功能优化、去中心化网络拓扑以及数据兼容性扩展三个方面做了定制化的改进。
1.通信功能优化：共享内存
自动驾驶系统为了感知复杂的道路场景，需要多种传感器协同工作，以覆盖不同场景、不同路况的需求，多传感器融合产生的巨大数据量对通信的性能无疑是一个挑战，且单个传感器消息对应多个订阅者时负载更是成倍的增长。
Apollo采用的解决方案是共享内存，减少传输中的数据拷贝, 提升传输效率。
1 对 1 的传输场景下，同一个机器上的 ROS 节点之间是 socket 进行进程间通信，中间存在多层协议栈以及多次用户空间和内核空间的数据拷贝，造成了很多不必要的资源占用和性能损耗。共享内存的方式来替代 socket 作为进程间通信的方式，通过减少不必要的内存拷贝，来降低了系统的传输延时和资源占用。
单对多的传输场景下，ROS 在处理一对多的消息传输时，底层实现实际是多个点对点的连接，当把一份数据要发给四个节点时，相同的数据会传输四次，这会造成很大的资源浪费。共享内存的传输过程，能够支持一次写入，多次读取的功能，对于一对多的传输场景，相同的数据包只需要写入一次即可，成倍地提高了传输的效率。
2.去中心化网络拓扑:使用 RTPS 服务发现协议
原生ROS系统非常依赖Master，一旦Master出现异常，将导致整个系统崩溃，而且Master 缺乏异常恢复机制，崩溃后无法通过监控重启等方式自动恢复。
Apollo ROS的整个网络拓扑不再以 master 为中心构建，而是通过域的概念进行划分。当一个新的节点加入网络时，会通过 RTPS 协议向域内的所有其他节点发送广播信息，各个节点也会将自己的服务信息发送给新的节点，以代替 Master 的信息交换功能。
整个过程分为四个步骤：
1、Sub节点启动，通过组播向网络注册
2、通过节点发现，两两建立unicast
3、向新加入的节点发送历史拓扑消息
4、收发双发建立连接，开始通信
3. 数据兼容性扩展：用 Protobuf 替换 Message
Message是ROS中描述接口的一种语言，当两个节点之间需要建立连接的时候，通常需要满足两个条件。一是接收和发送的Topic属于同一个话题，二是两个模块定义的模式要完全一致。ROS 系统为了保证收发双方的消息格式一致，会对message定义做 MD5 校验，任何字段的增减或顺序调整都会使 MD5 变化，以保证系统的健壮性。然而这种严格的限制也引起了兼容性的问题，当接口升级后，不同的模块之间就会出现不兼容问题，导致系统运行障碍。
在Apollo ROS中，做了一整套对protobuf的支持， 在工程中可以不需要做protobuf和ROS message的转换，直接publish protobuf格式的消息，调试工具也能够非常正确的解析出来正确的protobuf消息。这样既能够很好解决兼容性问题，也不会产生额外的学习成本和使用成本。
参考：