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ros2--大数据包丢帧问题

news 来源：原创 2025/6/6 9:27:07

问题

两台主机A，B,A主机ping B很快，B主机ping A很慢？

带宽（Bandwidth）

定义：指网络通道在单位时间内能传输的最大数据(比特)量，通常用来衡量网络的传输能力。
单位：比特每秒（bps）、千比特每秒（Kbps）、兆比特每秒（Mbps）或吉比特每秒（Gbps）。
作用：
- 带宽越高，网络传输数据的速度越快（例如下载文件、视频流更流畅）。
- 但带宽≠实际网速，实际速度还受延迟、拥塞、设备性能等因素影响。
例子：
- 100Mbps 的宽带理论上每秒可传输 100 兆比特（约12.5兆字节）的数据。

1. 物理层面的“通道”

有线网络：如以太网电缆、光纤等物理介质，带宽受介质本身的物理特性限制（如铜线的频率衰减、光纤的光信号损耗）。
无线网络：如 Wi-Fi、5G 等无线电频段，带宽受频谱宽度、干扰、信号强度等因素影响。

2. 逻辑层面的“通道”

协议层划分：在同一个物理介质上，可通过多路复用技术（如频分、时分、码分）划分多个逻辑通道。
- 例如：Wi-Fi 的 2.4GHz 频段可分割为多个信道（Channel 1/6/11），每个信道是一个独立的逻辑通道。
虚拟网络：如 VPN、VLAN 或软件定义网络（SDN）创建的虚拟通道，带宽受底层物理网络和调度策略限制。

3. 网络协议中的“通道”

传输层通道：如 TCP/UDP 连接。一条 TCP 连接的带宽受拥塞控制算法、窗口大小等影响。

4. ROS 2 中的“通道”

DDS 通信层：ROS 2 基于 DDS（如 Fast DDS、Cyclone DDS），每个 Topic 或 Service 对应 DDS 的发布/订阅通道。
- 带宽限制因素：DDS 的 QoS 策略、共享网络介质、本地回环（lo）接口的性能等。
实时性影响：即使物理带宽充足，通道的延迟或抖动也可能影响有效传输能力。

例子：

ros2 topic bw 测量的实际是 DDS 在某个 Topic 上占用的逻辑通道带宽。
该命令通过订阅指定 Topic，统计 单位时间内接收到的数据比特量，从而计算带宽。

ros查看带宽的命令

ros2 topic bw <topic_name>

在 ROS 2 中，ros2 topic bw 命令仅适用于 Topic，不能直接用于 Service 或 Action，原因如下：

1. 为什么 ros2 topic bw 不支持 Service/Action？

Topic 是持续单向数据流（发布/订阅模型），适合统计带宽（如每秒传输的数据量）。
Service 是请求-响应模型（双向，单次调用），没有持续的数据流，带宽统计无意义。
Action 虽然是长期交互（目标+反馈+结果），但其底层由多个 Topic 组成（如 /_action/feedback、/_action/status），但 ros2 topic bw 无法直接统计整个 Action 的带宽。

ros带宽排查

ros需要排查带宽一般是在进行image(图像)或者视频发布的时候，因为数据多，数以每次传输的数据包的大小就越大，需要的带宽也就越大，所以网络传输速率也就越低。

eg:发布sensor_msg/msg/Image:

原始数据图像：

经过数据压缩之后的图像：

指标	/image_raw (原始图像)	/image_raw/compressed (压缩图像)
消息大小	固定 614.46 KB (≈0.61 MB)	固定 0.05 MB (≈50 KB)
传输速率(bw)	持续下降至 ~350 KB/s	稳定在 ~1.55 MB/s
消息频率	~9 Hz (与之前一致)	~30 Hz (与之前一致)
带宽效率	低（大消息+低频率）	高（小消息+高频率）

网卡信息查看

lo (本地回环接口--虚拟网卡)

状态:
<LOOPBACK,UP,LOWER_UP>
- 这是一个回环接口（虚拟接口，用于本地通信）。
- UP 表示接口已启用。
- LOWER_UP 表示物理链路已连接（虽然是虚拟接口）。
MTU: 65536（最大传输单元，支持大容量数据包）。
队列策略 (qdisc): noqueue（无排队，立即处理数据包）。
状态: UNKNOWN（回环接口的特殊状态，实际工作正常）。
MAC 地址: 00:00:00:00:00:00（全零，是回环接口的默认地址）。

2. enp2s0 (有线以太网接口)

状态:
<NO-CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP>
- NO-CARRIER 表示没有检测到物理网线连接（未插网线或交换机未通电）。
- BROADCAST 和 MULTICAST 表示支持广播和多播。
- UP 表示接口已软件启用，但物理链路未通。
MTU: 1500（标准以太网帧大小）。
队列策略 (qdisc): fq_codel（公平队列算法，用于流量管理）。
状态: DOWN（因无物理连接，实际不可用）。
MAC 地址: 00:e0:9d:86:04:30（网卡的硬件地址）。

3. wlp3s0 (无线网卡接口)

状态:
<BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP>
- UP 和 LOWER_UP 表示接口已启用且物理链路正常（已连接 Wi-Fi）。
- DORMANT 模式表示接口空闲但保持连接（可能未主动传输数据）。
MTU: 1500（标准无线网络帧大小）。
队列策略 (qdisc): noqueue（无排队，常见于无线接口）。
状态: UP（接口正常工作）。
MAC 地址: 28:d0:ea:9e:1b:c8（无线网卡的硬件地址）。

MTU

MTU（Maximum Transmission Unit，最大传输单元） 是网络接口一次能传输的最大数据包大小（以字节为单位），超过这个值的数据包会被分片（fragmented）。

数据包单位换算

字节（Byte）

单位	缩写	换算关系	示例
千字节	KB	1 KB = 10³ B = 1000 B	1 个文本文件 ≈ 10 KB
兆字节	MB	1 MB = 10⁶ B = 1000 KB	1 首 MP3 ≈ 3 MB
吉字节	GB	1 GB = 10⁹ B = 1000 MB	1 部电影 ≈ 2 GB
太字节	TB	1 TB = 10¹² B = 1000 GB	1 块硬盘 ≈ 1 TB

查看无线网网络性能

信号强度参考值

dBm 值	信号质量
-30 to -50	优秀（靠近路由器）
-50 to -60	良好
-60 to -70	一般
< -70	差（可能丢包）

原因分析

指标	/image_raw (原始图像)	/image_raw/compressed (压缩图像)
消息大小	固定 614.46 KB (≈0.61 MB)	固定 0.05 MB (≈50 KB)
传输速率(bw)	持续下降至 ~350 KB/s	稳定在 ~1.55 MB/s
消息频率	~9 Hz (与之前一致)	~30 Hz (与之前一致)
带宽效率	低（大消息+低频率）	高（小消息+高频率）

不同主机之间使用无线发布和订阅话题消息时，wlp3s0的MTU为1500Byte=1.5KB，而原始图像单个数据包就614.46KB,所有614.46/1.5=409.64个数据包进行传输，订阅段需要订阅409.64次，才能获取一个完整的数据包，就会降低订阅的频率；而经过压缩的图像单个数据包只有50KB,50/1.5=33.33个数据包，所以最终导致的订阅到的频率原始图像频率低，压缩图像频率高。

这也是订阅原始图像时，没有实时图像的原因。

bw持续降低的原因：网络数据堵塞。

TCP堵塞：网络中的数据流量超过其承载能力，导致路由器/交换机缓冲区溢出，进而引发数据包丢失、延迟增加、吞吐量下降的现象。

网络延迟：网络延迟（Network Latency）是指数据从发送端传输到接收端所需的时间，通常以毫秒（ms）为单位。

-- 数据量大--》导致堵塞(丢包)--》导致网络延迟--》带宽和频率降低。

数据的堵塞会导致数据网络延迟增加，进而导致接收的带宽和频率降低。

解决办法

链接

其实，在硬件条件固定，或者修改有限之后，有些情况下还是不能达到实时订阅sensor_msg/msg/Image图像的要求。

所以，我尝试订阅压缩之后的CompressImage,再在本地转为Image发布。

虽然性能相比于没有压缩的有所提高但是还是不能达到要求，换了性能更好的wfi也不行。

大数据传输是导致网络延迟变大是ros本身未解决的问题。

所以针对大数据传输需求，选择有线连接是最好的。

比如image发布和订阅问题：

1，同一个主机上发布和订阅，ros机制使用共享内存，所以很快；

2，即使不同主机之间，使用有线连接也可以大大提高数据传输的速度。

而我们的相机一般是直接插入机器人的控制系统，也就是相机获取图像数据之后，数据就直接进行机器人控制系统处理并进行发布，我们一般只需要在机器人本地进行订阅即可，如果真的要在不同主机之间，且机器人不要动，可以选择有限；如果机器人移动，选择wifi，那就需要选择信号强的wifi。但是如果需要无线，又需要大数据，高频率的数据交互，现在的ros怕是“有心无力”呀！