【ROS】分布式通信架构

前言

在使用 ROS 时，我们常常会遇到某些设备计算能力不足的情况。例如，一辆搭载 ROS 的智能车，可能无法独立完成所有计算任务。此时，可以通过 ROS 的分布式通信架构，让其他设备协助其完成部分功能。

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• 什么是 ROS 分布式通信？

ROS 支持多个设备协同工作。通过网络连接，它们可以组成一个更大的 ROS 系统，实现节点之间的通信与协作。

• 主机（Master）：负责管理整个 ROS 系统，协调各个节点。
• 从机（Slave）：通过网络连接到主机，参与数据通信和处理任务。

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本文示例说明：

• ROS 智能车（主机）：运行激光雷达节点，发布激光数据。
• 本地计算机（从机）：运行 rviz，订阅并显示智能车的激光雷达数据。

通过这个例子，我们将介绍如何搭建一个简单的 ROS 分布式通信系统，让多台设备协同完成任务。

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参考资料：

• ROS分布式部署通信

环境要求

1. 所有设备需处于同一局域网中
2. 各设备之间通过 IP 地址互相 ping 通，确保网络连接正常
3. 建议安装相同版本的 ROS，以避免不必要的兼容性问题（ROS1 和 ROS2 各版本之间通常也具备一定兼容性）

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主机设置（Master）

本文中，主机为 ROS 智能车，运行环境为 Ubuntu 18.04 + ROS Melodic。

在 ROS 分布式系统中，主机就是运行 roscore 的设备。roscore 可以理解为 ROS 的“心脏”，即使有多个设备参与，一整个 ROS 系统也只需要一个 roscore 实例。

下面先通过命令行手动设置环境变量，测试无误后可将其写入 ~/.bashrc 中以便自动加载。

# 设置 ROS Master 的地址（即运行 roscore 的设备 IP，端口默认 11311）
export ROS_MASTER_URI=http://<ROS智能车IP>:11311  

# 设置当前设备的 IP 地址（确保其他设备能访问到它）
export ROS_IP=<ROS智能车IP>   

# 可选项：设置当前设备的主机名，通常与 ROS_IP 一致
export ROS_HOSTNAME=<ROS智能车IP>

设置完成后，运行 roscore，并观察终端输出中的 ROS_MASTER_URI。只要它与我们之前通过 export 设置的地址一致，说明配置成功。

测试无误后，将上述环境变量写入主机的 ~/.bashrc 文件，以便每次开机自动加载

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从机设置（Slave）

本文中，从机为本地计算机，运行环境为 WSL2 + Ubuntu 20.04 + ROS Noetic。

在 ROS 的分布式系统中，从机依赖主机运行的 roscore 来完成 ROS 通信。可以理解为从机共享主机的“心脏”，协同处理任务，共同构成一个完整的 ROS 系统。

我们先通过命令行手动设置以下环境变量，测试无误后再将其写入 ~/.bashrc，实现自动加载：

# 设置 ROS Master 的地址（即主机设备 IP，端口默认 11311）
export ROS_MASTER_URI=http://<主机设备IP>:11311  

# 设置当前设备的 IP 地址（确保其他设备能访问到它）
export ROS_IP=<本地计算机IP>   

# 可选项：设置当前设备的主机名，通常与 ROS_IP 一致
export ROS_HOSTNAME=<本地计算机IP>

配置完成后，运行 rostopic list，检查终端输出中的当前正在运行的节点。如果能看到主机上的 roscore 发布的 rosout 话题，说明配置成功。

测试无误后，将上述环境变量添加到从机的 ~/.bashrc 文件中，以便每次开机自动加载

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主机与从机通信测试

- 在主机上发布话题（确保 roscore 正在运行）：

rostopic pub /test_topic std_msgs/String "Hello from Master" -r 1

- 在从机上订阅该话题：

rostopic echo /test_topic

如果从机能够接收到数据（如下图），则说明主机与从机的通信正常。

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本文示例

启动ROS智能车激光雷达节点

在 ROS 智能车上启动激光雷达节点，该节点将负责发布激光雷达的数据。

本地计算机配置与订阅

在本地计算机上的 ROS 系统中，启动 rviz，并订阅来自智能车的激光雷达数据。