ROS2学习（13）------ 数据分发服务DDS

• 操纵系统：ubuntu22.04
  
• IDE:Visual Studio Code
  
• 编程语言：C++11
  
• ROS版本：2
  

ROS 2（Robot Operating System 2）采用了Data Distribution Service (DDS)作为其底层通讯中心件，以提供灵活且强盛的分布式通讯能力。与ROS 1使用的基于TCPROS/UDPROS的通讯机制差别，ROS 2通过DDS支持更广泛的特性，如发现机制、服务质量（QoS）策略和跨网络的无缝通讯等。以下是关于ROS 2中DDS的一些关键点分析：
算法描述

1. DDS简介
DDS是一个由对象管理组（OMG）定义的用于实时系统中的数据分发的中心件标准。它旨在为分布式应用提供高效可靠的数据传输服务，特别适用于需要高可靠性、实时性和可扩展性的情况。
2. ROS 2与DDS的关系
ROS 2通过抽象层封装了对多种DDS实现的支持，答应用户在差别的DDS供应商之间进行选择。这使得ROS 2不但能够利用DDS提供的高级特性，还能根据具体应用场景的需求选择最恰当的DDS实现。
支持的DDS实现包罗但不限于：

• Fast DDS（原eProsima Fast RTPS）：ROS 2默认使用的DDS实现。
  
• Cyclone DDS：性能良好，社区活泼。
  
• RTI Connext 和 ADLINK OpenSplice：商业级办理方案，适用于需要高度可靠性和性能的企业级应用。
  

3. 使用DDS的优势

• 自动发现机制：节点可以自动发现网络上的其他参与者，并建立连接，无需手动设置。
  
• 服务质量(QoS)策略：提供了丰富的QoS设置选项，答应用户根据需求调解通讯行为，例如长期化消息、历史深度、可靠性等。
  
• 多语言支持：虽然ROS 2紧张使用C++和Python，但DDS本身支持多种编程语言，便于集成到异构情况中。
  
• 安全性：一些DDS实现提供了加密、身份验证等安全功能，增强了系统的安全性。
  

4. 如何在ROS 2中选择和设置DDS实现

• 选择DDS实现：可以通过设置RMW_IMPLEMENTATION情况变量来指定要使用的DDS实现。例如，使用Cyclone DDS：
  

1. export RMW_IMPLEMENTATION=rmw_cyclonedds_cpp

复制代码

• 安装DDS实现：通常需要额外安装你想要使用的DDS实现。例如，在Ubuntu上安装Cyclone DDS：
  

1. sudo apt update && sudo apt install ros-<ros2-distro>-rmw-cyclonedds-cpp

复制代码

• QoS设置：可以在创建发布者、订阅者、客户端或服务时指定QoS策略。以下是一个简朴的例子，展示了如何为发布者设置可靠的QoS策略：
  

1.     auto qos = rclcpp::QoS(rclcpp::KeepLast(10));
2.     qos.reliable();
3.     auto publisher = node->create_publisher<std_msgs::msg::String>("topic_name", qos);

复制代码

5. 留意事项

• 兼容性题目：只管ROS 2设计为与任何符合DDS标准的实现兼容，但在实际操纵中可能会碰到某些特定于某个DDS实现的功能或限定。
  
• 资源斲丧：差别的DDS实现在内存占用、CPU使用等方面可能有所差别，部署前应考虑目标平台的资源限定。
  
• 安全性设置：如果需要启用安全性功能，需确保所选的DDS实现支持这些特性，并精确设置相应的安全参数。
  

通过上述先容，你应该对ROS 2如何利用DDS进行高效的分布式通讯有了基本相识。ROS 2联合DDS的能力，使得开辟者能够构建更加复杂、健壮的机器人系统。
DDS示例

下面我将提供一个简朴的C++示例，展示如何在ROS 2中使用DDS进行通讯。这个例子会包罗创建一个发布者和订阅者，并且我们会先容如何设置一些基本的服务质量（QoS）策略。
示例：发布者与订阅者
准备工作

确保你已经安装了ROS 2以及所需的DDS实现（如Fast DDS或Cyclone DDS）。如果没有，请参考ROS 2官方文档来安装恰当你操纵系统的版本。
创建包
首先，我们需要创建一个新的ROS 2包来存放我们的示例代码。

1. cd ~/ros2_ws/src
2. ros2 pkg create --build-type ament_cmake cpp_ddsdemo --dependencies rclcpp std_msgs

复制代码

这将在~/ros2_ws/src目次下创建一个名为cpp_ddsdemo的新包，并添加须要的依赖项。

编写发布者代码

在cpp_ddsdemo包的src目次下创建一个名为talker.cpp的文件，并添加以下代码：

1. #include "rclcpp/rclcpp.hpp"
2. #include "std_msgs/msg/string.hpp"
4. class Talker : public rclcpp::Node {
5. public:
6.     Talker() : Node( "talker" )
7.     {
8.         publisher_ = this->create_publisher< std_msgs::msg::String >( "chatter", 10 );
10.         auto qos_profile = rclcpp::QoS( rclcpp::KeepLast( 10 ) );
11.         qos_profile.reliable();
13.         timer_ = this->create_wall_timer( std::chrono::milliseconds( 500 ), std::bind( &Talker::publish_message, this ) );
14.     }
16. private:
17.     void publish_message()
18.     {
19.         auto message = std_msgs::msg::String();
20.         message.data = "Hello, DDS!";
21.         RCLCPP_INFO( this->get_logger(), "Publishing: '%s'", message.data.c_str() );
22.         publisher_->publish( message );
23.     }
25.     rclcpp::Publisher< std_msgs::msg::String >::SharedPtr publisher_;
26.     rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_;
27. };
29. int main( int argc, char* argv[] )
30. {
31.     rclcpp::init( argc, argv );
32.     rclcpp::spin( std::make_shared< Talker >() );
33.     rclcpp::shutdown();
34.     return 0;
35. }

复制代码

编写订阅者代码

同样地，在src目次下创建另一个名为listener.cpp的文件，并添加以下代码：

1. #include "rclcpp/rclcpp.hpp"
2. #include "std_msgs/msg/string.hpp"
4. class Listener : public rclcpp::Node {
5. public:
6.     Listener() : Node( "listener" )
7.     {
8.         auto qos_profile = rclcpp::QoS( rclcpp::KeepLast( 10 ) );
9.         qos_profile.reliable();
11.         subscription_ = this->create_subscription< std_msgs::msg::String >( "chatter", qos_profile, std::bind( &Listener::topic_callback, this, std::placeholders::_1 ) );
12.     }
14. private:
15.     void topic_callback( const std_msgs::msg::String::SharedPtr msg ) const
16.     {
17.         RCLCPP_INFO( this->get_logger(), "I heard: '%s'", msg->data.c_str() );
18.     }
20.     rclcpp::Subscription< std_msgs::msg::String >::SharedPtr subscription_;
21. };
23. int main( int argc, char* argv[] )
24. {
25.     rclcpp::init( argc, argv );
26.     rclcpp::spin( std::make_shared< Listener >() );
27.     rclcpp::shutdown();
28.     return 0;
29. }

复制代码

运行演示

1. base) dingxin@dev01:/media/dingxin/data/projects/ros2/ros2_ws$ colcon build --packages-select cpp_ddsdemo
2. Starting >>> cpp_ddsdemo
3. Finished <<< cpp_ddsdemo [0.10s]                  
5. Summary: 1 package finished [0.25s]
6. (base) dingxin@dev01:/media/dingxin/data/projects/ros2/ros2_ws$ source install/setup.bash
7. (base) dingxin@dev01:/media/dingxin/data/projects/ros2/ros2_ws$ ros2 run cpp_ddsdemo talker &
8. ros2 run cpp_ddsdemo listener
9. [1] 1160036
10. [INFO] [1748245206.358214598] [talker]: Publishing: 'Hello, DDS!'
11. [INFO] [1748245206.358651899] [listener]: I heard: 'Hello, DDS!'
12. [INFO] [1748245206.858210334] [talker]: Publishing: 'Hello, DDS!'
13. [INFO] [1748245206.858562915] [listener]: I heard: 'Hello, DDS!'
14. [INFO] [1748245207.358192083] [talker]: Publishing: 'Hello, DDS!'
15. [INFO] [1748245207.358469411] [listener]: I heard: 'Hello, DDS!'
16. [INFO] [1748245207.858307761] [talker]: Publishing: 'Hello, DDS!'
17. [INFO] [1748245207.858611755] [listener]: I heard: 'Hello, DDS!'
18. [INFO] [1748245208.358326562] [talker]: Publishing: 'Hello, DDS!'
19. [INFO] [1748245208.358733223] [listener]: I heard: 'Hello, DDS!'
20. [INFO] [1748245208.858240497] [talker]: Publishing: 'Hello, DDS!'
21. [INFO] [1748245208.858584031] [listener]: I heard: 'Hello, DDS!'
22. [INFO] [1748245209.358235552] [talker]: Publishing: 'Hello, DDS!'
23. [INFO] [1748245209.358555639] [listener]: I heard: 'Hello, DDS!'
24. [INFO] [1748245209.858258810] [talker]: Publishing: 'Hello, DDS!'
25. [INFO] [1748245209.858585246] [listener]: I heard: 'Hello, DDS!'

复制代码

你应该能看到发布者每半秒发送一次消息，而订阅者吸收并打印这些消息。

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