ROS通信原理介绍

本文将主要对clearpathrobotics网站关于ROS的介绍进行翻译。原文网址https://www.clearpathrobotics.com/2014/01/how-to-guide-ros-101/。

1，何为ROS？

ROS(Robot Operating System)是遵从BSD许可的系统，它可以在PC上控制机器人的各个组件。ROS系统由多个各自独立的节点（组件）组成，并且各个节点之间可以通过发布/订阅(publish/subscribe)消息模型进行通信。例如，我们将一个特定传感器的驱动模块作为一个ROS节点，其将传感器数据发布(publish)到消息流。这些消息可能会被某些节点获取到，例如滤波器、记录器、更高级系统中的应用如导航、路径查找等节点。

（从此段可以理解，ROS的publish操作为某个节点将其自身数据或传感器数据发送到一个注册到ROS中的消息池中，其他节点可以申请获取数据，而publish数据的节点不关心哪些节点需要，其他节点如何获取数据将在下面介绍。）

2，为何使用ROS？

ROS中的节点可以运行在不同的系统、平台，甚至是不同的架构中。假如有一个Arduino publish的消息，你可以使用笔记本订阅(subscribe)此消息，也可以使用android手机驾驶摩托。对于用户的需求，ROS具有灵活适应性，并且它还是开源的，任何人都可以对它进行维护。

3，核心概念

ROS启动于ROS Master。Master允许其他ROS中不同软件片（节点）查找对方或与对方交流。那样，我们就不必指定“发送传感器数据到IP为127.0.0.1的电脑”，我们只需要简单的告诉Node1发送消息到Node2.

如何实现节点间消息传递呢？通过publishing 和 subscribing Topics。

设想有一部相机安装在机器人上，我们希望可以从相机中或者笔记本上看到图像，同时让机器人也可以看到这些图像。

在我们的例子中，我们定义一个Camera Node，用于和相机通信（驱动），一个Image Processing Node运行在机器人上处理图像数据，一个Image Display Node用于将图像显示在屏幕上。开始阶段，所有节点（Node）都要注册到Master上。Master可以认为是一个查询表，各个节点可以查询它要把消息发送到哪个节点（peer to peer communication）。

注册到ROS Master后，Camera Node 声明它要Publish一个Topic叫做/image_data。另外两个节点（Image Processing Node and Image Display Node）声明他们Subscribe这个Topic /image_data。因此，一旦Camera Node 收到Camera发送的数据，就立即将数据/image_data直接发送到另外两个节点。（实际上，这就类似于TCP/IP直连，不同的是他们是通过同一个通道image_data，这个image_data应该就类似于共享内存，这个理解不知道是否正确或者恰当。）

那么你又想了，如果Image Processing Node想主动获取Camera Node收到的数据怎么办呢？ROS定义了Services用于解决这个问题。

节点可以在ROS Master上注册一个特定的service，就像注册它的消息（topic）一样。在我们的例子中，Image Processing Node第一次请求/image_data，Camera Node将收集Camera的数据，然后发送给Image Processing Node。