ROS的通信机制
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ROS 的通信机制
ROS 最常用的通信方式有三种：话题通信、服务通信 和 共享参数，当然还有其他的通信方式，例如，节点之间的 Nodelet 通信（这种通信方式主要是为了保证数据实时性）；
话题通信机制
在话题（Topic）通信机制里，主要要三个角色：发布者，订阅者，Master；根据 Master 的参与主要分为两个阶段：连接前的准备，连接和通信。下图为单个发布者 与 订阅者 的通讯示意图；
第一阶段：建立前的准备
在建立连接阶段，主要是解决发布者 与 订阅者 进行匹配进而连接的问题；在这个阶段主要分为五步：
- 发布者（Talker）启动，通过RPC向 ROS Master 注册发布者的信息，包括：发布者节点信息，话题名，话题缓存大小等；Master 会将这些信息加入注册列表中；
- 订阅者（Listener）启动，通过 RPC 向 ROC Master 注册订阅者信息，包括：订阅者节点信息，话题名等；Master 会将这些信息加入注册列表；
- Master 进行节点匹配：Master 会根据订阅者提供的信息，在注册列表中查找匹配的发布者；如果没有发布者（Talker），则等待发布者（Talker）的加入；如果找到匹配的发布者（Talker），则会主动把发布者（Talker）（有可能是很多个 Talker）的地址通过 RPC 传送给订阅者（Listener）节点；
- Listener 接收到 Master 的发出的 Talker 的地址信息，尝试通过 RPC 向 Talker 发出连接请求（信息包括：话题名，消息类型以及通讯协议（TCP/UDP））；
- Talker 收到 Listener 发出的连接请求后，通过 RPC 向 Listener 确认连接请求（包含的信息为自身 TCP 地址信息）；
至此，Talker 和 Listener 做好了连接前的准备工作。在这个过程中，Master 起到了 牵线搭桥 的作用；
第二阶段：连接和通信
在发布消息阶段，主要解决的是发布者(Talker) 如何 发布消息进入传递给 订阅者(Listener) 的过程。在这个过程中，完全是 Talker 和 Listener 两者之间的信息单向流动，Master 并未参与其中；主要分为两步：
- Listener 接收到 Talker 的确认消息后，使用 TCP 尝试与 Talker 建立网络连接；
- 成功连接之后，Talker 开始向 Listener 发布话题消息数据；
至此，完成了 Talker 向 Listener 发布消息的过程；Master 在这个阶段并不参与两者之间的数据传递；
需要注意的是，有可能多个 Talker 连接一个 Listener，也有可能是一个 Talker 连接上多个 Listener；
服务通信机制
服务是基于 C/S 模式的双向数据传输模式（有应答的通信机制），话题是无应答的通信机制。根据 Master 是否参数也分为两部分：连接前的准备，连接和通信；通信流程如下：
连接前的准备
- 发布者（Talker）启动，通过RPC向 ROS Master 注册发布者的信息，包括：发布者节点信息，话题名，话题缓存大小等；Master 会将这些信息加入注册列表中；
- 订阅者（Listener）启动，通过 RPC 向 ROC Master 注册订阅者信息，包括：订阅者节点信息，话题名等；Master 会将这些信息加入注册列表；
- Master 进行节点匹配：Master 会根据订阅者提供的信息，在注册列表中查找匹配的发布者；如果没有发布者（Talker），则等待发布者（Talker）的加入；如果找到匹配的发布者（Talker），则会主动把发布者（Talker）（有可能是很多个 Talker）的地址通过 RPC 传送给订阅者（Listener）节点；
至此，连接前的准备工作就做完了，可以发现服务通信的 连接前的准备 工作比话题通信的 连接前的准备 工作少两步；
连接和通信
这一部分和话题通信的 连接和通信 步骤都是一样的。唯一不同的是服务通信是有应答的。
- Listener 接收到 Talker 的确认消息后，使用 TCP 尝试与 Talker 建立网络连接；
- 成功连接之后，Talker 开始向 Listener 发布话题消息数据；
至此，服务通信完成连接和通信过程，可以进行有应答的信息交流了。
需要注意的是，有可能是一个 Talker 连接上多个 Listener；
共享参数机制
参数共享机制类似于程序中的全局变量，Talker 去更新全局变量（共享的参数），Listener 去获取更新后的全局变量（共享的参数）；这个通信过程不涉及 TCP/UDP 的通信；示意图如下：
- Talker 更新全局变量；Talker 通过 RPC 更新 ROS Master 中的共享参数（包含参数名和参数值）；
- Listener 通过 RPC 向 ROS Master 发送参数查询请求（包含要查询的参数名）；
- ROS Master 通过 RPC 回复 Listener 的请求（包括参数值）；
从上述流程可知，如果 Listener 向实时知道共享参数的变化，需要自己不停的去询问 ROS Master；
话题与服务的区别
话题和服务是 ROS 中使用最多的通信方法，它们之间有很多不同之处：
| 条目 | 话题 | 服务 |
|---|---|---|
| 同步性 | 异步 | 同步 |
| 通信模型 | 发布/订阅 | 客户端/服务器 |
| 反馈机制 | 无 | 有 |
| 底层协议 | ROSTCP/ROSUDP | ROSTCP/ROSUDP |
| 缓冲区 | 有 | 无 |
| 实时性 | 弱 | 强 |
| 节点关系 | 多对多 | 一对多（一个Server） |
| 使用场景 | 弱逻辑处理，多数据传输 | 强逻辑处理，少数据传输 |
话题是 ROS 中基于发布者/订阅者模型的异步通信，发布者与订阅者双方解耦，常用于不断更新，含有较少逻辑处理的数据通信；
服务是 ROS 中基于客户端。服务器模型的同步通信，适用于逻辑性强的数据交换；