ROS2官方教程：有关于服务质量的设置

这是我对ROS官方ROS2教程的翻译，纯个人理解，对于文中的关键词汇或不确定的语句标注了原文，如有错误或翻译问题还请指出。
文章翻译并未按照逐句逐词的方式进行，而是加入了我的一些主观思考，不过原则上还是会以原文思路为主。
原文：https://index.ros.org/doc/ros2/Concepts/About-Quality-of-Service-Settings/

有关于服务质量的设置

概述

ROS2提供了一套非常丰富的**服务质量(Quality of Service, QoS)**策略，可以用于在节点之间调整通信。正确的设置服务质量策略之后，ROS2可以做到像TCP协议一样可靠，或者是像UDP一样高效，也可以选取两者之间的非常多种可能的状态。ROS1仅使用TCP支持通信，不同于ROS1，ROS2受益于在具有有损无线网络中的基础DDS传输的灵活性，高效策略将更加合适，然而当ROS2处于实时计算系统中时，必须依赖正确性服务质量配置(right Quality of Service profile)来确保实时性(meet deadlines)。

一系列的QoS策略组成了一个QoS配置文件(profile)。考虑到为一个特定的场景选择正确QoS策略的复杂性，ROS2为一些通用的使用场景提供了一系列预定义的QoS配置文件，比如传感器数据。同时，用户也可以灵活的控制QoS策略中的特殊配置文件。

QoS配置文件特定于不同的发布者、订阅者、服务器或者客户端。一个QoS配置文件可以独立应用于上述的每一个实例，但是如果使用了不同的配置文件，很有可能导致这些实例无法建立连接。

QoS策略

现在，基础的QoS配置文件包括如下的一些策略设置：

• 历史记录(History)
  • 保留近期记录：仅仅保存最大N个样本数据，通过配置队列深度选项来指定最大数据限制。
  • 保留所有记录：存储所有的样本数据，但受限于底层中间件的配置资源限制。
• 深度(Depth)
  • 队列深度：仅仅当历史记录选择为"保留最近记录"时，配合指定最大数据限制。
• 可靠性(Reliability)
  • 尽力的(Best effort)：尝试传输样本，但如果网络不稳定可能会丢失数据。
  • 可靠的(Reliable)：保证样本的可靠传输，可能会尝试多次重传。
• 持续性(Durability)
  • 局部瞬态(Transient local)：发布者负责对晚到连接(late-joining)的订阅者保留样本数据。
  • 易变态(Volatile)：不尝试保留样本数据。

对于每一个策略，都会有一个对应的系统默认值，可以使用通过DDS供应商工具定义的底层中间件默认值来确定，比如DDS供应商工具的XML配置文件。DDS可以配置大量的策略。由于它们和ROS1的特性很相似，所以基本都已经暴露了这些策略；而且很有可能在将来越来越多的策略会暴露给ROS2。

与ROS1的比较

ROS2中历史记录和深度的策略结合起来类似于ROS1中队列大小的功能。

ROS2中可靠性的策略类似于使用UDPROS（仅roscpp中含有）实现最尽力(best effort)的效果，或者使用TCPROS（ROS1默认）来实现最可靠的效果。然而，ROS2中的可靠性策略是通过UDP来实现的，如果需要的话可以允许多播。

持续性策略与深度为1的深度结合起来的功能类似于latching订阅者。

QoS配置文件

配置文件帮助开发者专注于他们的应用，而不需要担心每一个可能的QoS设置。一个QoS配置文件有一系列的策略组成，可以有效的与特定的用例结合起来使用。

当前的默认配置文件有：

• 默认的发布者和订阅者QoS配置文件

  为了保证ROS1和ROS2之间的过渡，我们希望能设计一套相似的网络行为。默认情况下，发布者和订阅者依赖于ROS2，具有易变态的持续性(volatile durability)配置以及保留近期记录的历史记录配置。

• 服务

  与发布者和订阅者一样，服务是可靠的。而且易变态的持续性对于服务来说特别重要，这是因为重新启动提供服务的服务端可能会接收到过期的请求。虽然客户端被保护避免接收多次响应，但服务端并没有被保护，以免于遭受接收到过期请求的副作用。

• 传感器数据

  传感器数据对大多数用例来说，及时的接收读取值比保证接收所有数据值要更为重要。即使有着丢失数据的风险，开发者仍希望在捕获到数据之后能够最快的更新样本数据。因为这样的原因，传感器数据配置项使用可靠性为尽力的，并且使用最小的队列深度。

• 参数

  ROS2中的参数依赖于服务，而且和服务的配置文件很相似。不同之处自傲与参数使用一个非常大的队列深度，从而保证请求不会丢失，比如说，客户端参数是不可能大于服务端参数长度的(the parameter client is unable to reach the parameter service server)。

• 系统默认

  系统默认配置文件可以用于所有的策略。

点击这里可以查看使用上述配置文件的特殊策略。这些配置文件的设置可能会根据社区的反馈意见做进一步的调整。

虽然ROS2提供了一些通用的QoS配置文件，DDS中定义的策略也允许ROS用户利用现有的DDS文档中提供的大量资料来为其特定的用例配置QoS配置文件。

QoS兼容性

**注意：**这一部分涉及到发布者和订阅者，但是内容同样适合于描述服务端和客户端。

QoS配置文件可能会独立的为发布者和订阅者进行配置。只有当发布者和订阅者两端的QoS配置文件是兼容的情况下，一次连接才会成功建立。QoS配置文件的兼容性被基于"请求与提供"(Request vs Offerer)模型来决定。只有在所请求订阅者的策略不如发布者的策略更加严格的情况下，一次连接才会成功建立。两个策略中较为不严格的策略被用于连接策略。

暴露给ROS2的影响兼容性的QoS策略是持续性和可靠性策略。下表展示了不同策略配置的兼容性结果：

持续性配置文件的QoS兼容性：

发布者	订阅者	是否能够连接	结果
易变的	易变的	可以连接	易变的
易变的	局部瞬态的	不可以连接
局部瞬态的	易变的	可以连接	易变的
局部瞬态的	局部瞬态的	可以连接	局部瞬态的

可靠性配置文件的QoS兼容性：

发布者	订阅者	是否能够连接	结果
尽力的	尽力的	可以连接	尽力的
尽力的	可靠的	不可以连接
可靠的	尽力的	可以连接	尽力的
可靠的	可靠的	可以连接	可靠的

为了成功建立连接，影响兼容性的所有的配置文件必须都是兼容的。这意味着即使一个发布者订阅者对已经在可靠性QoS配置文件中具有兼容性，但如果他们在持续性QoS配置文件中不兼容，那么连接依然无法建立，反之同理。