2.2　ROS-2概述

ROS-2设计目标明确，旨在改进可用于实时系统和产品阶段解决方案的通信网络框架。ROS-2的目标是：

·为不同组件提供安全可靠的通信。

·实时通信能力。

·易于建立多机器人通信连接。

·提高不考虑通信媒介情况下的通信质量。

·直接在硬件层面（如传感器和嵌入式板）上提供ROS层。

·使用最新的软件版本（主要是指客户端库）。

读者是否还记得第1章中的“ROS等式”？ROS-2同样有一条“ROS-2等式”，但与前者略有不同，如图2.1所示。

ROS-2遵循行业标准，通过一个称为DDS实现的概念来实现实时通信。DDS（Data Distributed Service， 数据分布式服务 ）是 对象管理组织 （Object Management Group，OMG）公认的行业标准，它有许多供应商实现的不同版本，如RTI的Connext（ https://www.rti.com/products/ ）、ADLink的OpenSplice RTPS（ https://github.com/ADLINk-IST/opensplice ）以及eProsima的快速RTPS（ http://www.eprosima.com/index.php/products-all/eprosima-fast-rtps ）。

这些标准被用于航空系统、医院、金融服务和空间探索系统等对实时性要求极高的应用之中。此实现旨在简化管道策略（发布–订阅基础结构），并使其在不同的硬件和软件组件之间更加可靠，以此确保用户可以更专注于功能和生态系统（而无须过多担心通信问题带来的不确定性）。

2.2.1　ROS-2发行版

经过几年的alpha和beta版本的发布，ROS-2的第一个官方稳定版本于2017年12月推出。该发行版名为Ardent Apalone，这是一种典型的按字母顺序命名的方式，OSRF通常遵循这种命名方式来命名其ROS发行版。第二次发布是在2018年6月，发行版名为Bouncy Bolson。这个版本增加了新的功能，修复了之前版本的错误，并支持Ubuntu 18.04和Windows 10（开发环境为Visual Studio 2017）。第三个版本名为Crystal Clemmys，于2018年12月发布。所有的ROS发行版都以代号形式命名。例如，当前版本代号为crystal，而前两个版本代号分别为bouncy和ardent。

截至本书撰写期间，最新的版本是Dashing Diademata，于2019年5月31日发布，代号为dashing。

ardent和bouncy已经达到了EOL（End Of License，许可证终止）的最后期限，因此不再受到支持。第三个稳定版本crystal的许可证终止日期为2019年12月，仅余的唯一一个长期稳定版本是dashing，许可证终止日期为2021年5月。

2.2.2　支持的操作系统

ROS-2支持Linux、Windows、macOS和 实时操作系统 （RTOS）OS层，ROS-1只支持Linux和macOS层。虽然ROS社区有对Windows的支持版，但OSRF并没有正式推出支持Windows的ROS-1。表2.1给出了ROS-2发行版及支持的操作系统。

本书中讨论的ROS-2版本为Dashing Diademata，即第四个发行版。

2.2.3　支持的机器人及传感器

ROS-2正在得到研究机构和工业界，特别是机器人制造业的广泛应用和支持。以下是ROS-2支持的机器人和传感器的链接：

·TurtleBot 2： https://github.com/ros2/turtlebot2_demo 。

·TurtleBot 3： https://github.com/ROBOTIS-GIT/turtlebot3/tree/ros2 。

·Mara robot arm： https://github.com/AcutronicRobotics/MARA 。

·Dr.Robot的Jaguar 4x4： https://github.com/TRI-jaguar4x4/jaguar4x4 。

·Intel Realsense camera： https://github.com/intel/ros2_intel_realsense 。

·Ydlidar： https://github.com/Adlink-ROS/ydlidar_ros2 。

目前，ROS-2页面尚未给出支持的机器人和传感器。上述机器人和传感器包是研究人员根据使用ROS-2及其硬件的经验提供给社区的。

2.2.4　为什么选择ROS-2

考虑到机器人社区的需求，ROS-2的工作原理与ROS-1类似。ROS-2是独立的发行版，不是ROS-1的一部分。但是，它又可以嵌入ROS-1软件包中并与之协同工作。目前正在开发中的ROS-2，主要借助现代依赖库和工具克服ROS-1存在的不足。ROS-1的特征栈是用C++编写的，客户端库是用C++和Python编写的（其中Python编写的客户端库是用一种基于底层的方法构建的，该方法基于C++库编写），而ROS-2中的组件是用C语言编写的。ROS-2中有一个用C语言编写的独立层，用来连接到ROS-2客户端库，客户端库主要包括rclcpp、rclpy和rcljava等。

ROS-2对各种网络配置有了更好的支持，并能够提供可靠的通信。ROS-2还消除了nodelet （ http://wiki.ros.org/nodelet ）的概念，支持多节点初始化。与ROS-1不同，ROS-2中有两个非常有趣的特性：一是通过状态机周期检测节点的心跳；二是在添加或删除节点和话题时发出通知。这些设计可以帮助提供系统的容错性。此外，ROS-2很快将支持不同的平台和架构。

至此我们已经了解了ROS-2与ROS-1的主要区别，下面让我们相对详细地介绍ROS-2的基本原理。 I5BSg7rH64EgeZxHNthCs2ghedlbaUKYZ3q+mWcAyHa3y/9q9xjOpeAbehWpvN2q