Fast-RTPS

Fast-RTPS是eprosima对于RTPS的C++实现，是一个免费开源软件，遵循Apache License 2.0

Fast-RTPS现在被称为Fast-DDS，作为ROS2的默认中间件

具有以下优点：

• 对于实时应用程序来说，可以在best-effort和reliable两种策略上进行配置
• 即插即用的连接性，使网络的所有成员自动发现其他新成员
• 模块化和可扩展性允许网络中设备不断增长
• 可配置的网络行为和可互换的传输层：为每个部署选择最佳协议和系统输入/输出通道组合
• 两个API层：一个简单易用的发布者--订阅者层；一个提供对RTPS协议内部更好控制的Writer--Reader层

Fast-RTPS提供了两个层次的API

• Publisher-Subscriber层：RTPS上的简化抽象
• Writer-Reader层：对于RTPS端点的直接控制 （更底层）

Publisher-Subscriber层为大多数开发者提供了一个方便的抽象。允许定义与topic关联的发布者和订阅者，以及传输topic数据的简单方法。

Writer-Reader层更接近于RTPS标准中定义的概念，并且可以进行更精准的控制，但是要求开发者直接与每个端点的历史记录缓存进行交互。

Fast-RTPS是并发且基于事件的。每个参与者都会生成一组线程来处理后台任务，例如：日志记录，消息接收和异步通信

事件系统使得Fast-RTPS能够响应某些条件并安排定期活动。用户中几乎不用感知它们，因为这些事件大多数仅仅与元数据有关

Fast-RTPS实现的核心结构

Publisher-Subscriber模块

RTPS标准的高层类型

• Domain（域）：用来创建，管理和销毁Participants（参与者）
• Participants（参与者）：包括Publisher和Subscriber，并管理他们的配置
  • ParticipantsAttributes：创建Participants的配置参数
  • ParticipantsListener：可以让开发者实现Participants的回调函数
• Publisher：在topic上发布数据的对象
  • PublisherAttributes：创建Publisher的配置参数
  • PublisherListener：可以让开发者实现Publisher的回调函数
• Subscriber：在topic上接收数据的对象
  • SubscriberAttributes：创建Subscriber的配置参数
  • SubscriberListener：可以让开发者实现Subscriber的回调函数

RTSP模块

RTPS的底层模型，包含以下模块：

• RTPS Common
  • CacheChange_t：描述topic上的变更，储存在历史Cache（高速缓冲存储器）中
  • Data：Cache变化的负载
  • Message：RTPS消息
  • Sub-Message Header：标识RTPS的订阅消息
  • MessageReceiver：反序列化和处理接收到的RTPS消息
  • RTPSMessageCreator：构建RTPS消息
• RTPS Domain
  • RTPSDomain：用来创建，管理和销毁底层的RTPSParticipants
  • RTPSParticipant：包括Writer和Reader
• RTPS Reader
  • RTPSReader：读者的基类
  • ReaderAttributes：包含RTPS读者的配置参数
  • ReaderHistory：存储topic变化的历史数据
  • ReaderListener：读者的回调类型
• RTPS Writer
  • RTPSWriter：写者的基类
  • WriterAttributes：包含RTPS写者的配置参数
  • WriterHistory：存储写者的历史数据

配置Attributes

上面的数据结构中，有很多Attributes后缀的类名。这些类包含了对协议或者对象的配置参数。很多特性需要设置这些属性来完成.

可通过XML文件的方式来进行配置

Domain

RTPS中通信参数者之间，通过Domain隔离

同一时刻可能有多个Domain同时存在，一个Domain中可以包含任意数目的消息发送者和接收者。

开发者可以通过DomainID指定参与者所属的Domain，默认为80

发现

作为DDS的实现，Fast-RTPS提供了Publisher和Subscriber自动发现和匹配的功能。实现上分为两个步骤完成：

• PDP (Participant Discovery Phase）参与者发现阶段：在这个阶段，参与者互相通知彼此的存在。为了达到这个目的，每个参与者需要定时发送给公告信息。公告信息通过周知的多播地址和端口发送。对应的独立协议为Simple Participant Discovery Protocol：指定参与者如何在网络中发现彼此
• EDP(Endpoint Discovery Phase) 端点发现阶段：在这个阶段，Publisher和Subscriber互相确认。为此，参与者使用在PDP阶段建立的通信通道，彼此共享有关其发布者和订阅者的信息。该信息包含了topic和数据类型。为了使两个端点匹配，他们的topic和数据类型必须一致。一旦发布者和订阅者匹配，就数据交互了。对应的独立协议为Simple Endpoint Discovery Protocol：定义了已经互相发现的参与者交换信息的协议

Fast-RTPS提供了四种发现机制

• Simple：默认机制。在PDP和EDP阶段均使用RTPS标准，因此可与任何其他DDS和RTPS实现兼容。
• Static：此机制在PDP阶段使用Simple Participant Discovery Protocol。如果所有发布者和订阅者的地址及端口和主题信息是事先知道的，则允许跳过EDP阶段。
• Server--Client：这种发现机制使用集中式发现结构，由服务器充当发现机制的Hub
• Manual：此机制仅与RTPSDomain层兼容。禁用了PDP阶段，使用户可以使用其选择的任何外部元信息通道手动匹配和取消匹配RTPS参与者，读者和写者。

不同发现机制具有一些相同配置