ROS分布式部署通信

目录

一、概念

[二、设置 ROS 分布式网络](#二、设置 ROS 分布式网络)

[1. 环境要求](#1. 环境要求)

[2. 主机（Master）设置](#2. 主机（Master）设置)

[3. 从机（节点设备）设置](#3. 从机（节点设备）设置)

[4. 测试是否正常通信](#4. 测试是否正常通信)

三、进阶启动多从机节点（launch）。

---

一、概念

ROS 分布式通信用于在多台计算机之间共享 ROS 话题（topics）、服务（services）和参数（parameters）。这在机器人系统中非常常见，例如：一台主控电脑（主机） 运行计算任务，多个机器人或设备（从机） 负责执行任务。

ROS 使用 ROS Master（roscore） 作为中央协调节点，所有 ROS 进程（节点） 需要与 Master 通信：ROS Master 运行在一台主机上，其他设备 通过 ROS_MASTER_URI 连接到 Master，节点之间直接 P2P点对点通信（数据流不经过 Master）。

适用 **场景：**假设我们有一台PC虚拟机和一台树莓派，它们都运行相同的操作系统，并处于同一局域网中。在这种配置下，我们可以将树莓派连接到小车，利用树莓派来控制小车的运动。由于ROS采用基于节点的通信机制，我们可以将主节点运行在PC虚拟机上，而将树莓派上运行小车底盘控制节点。树莓派的主要职责是控制小车的运动，而其他计算任务和算法则由PC虚拟机上的节点来完成。这样，PC虚拟机作为控制中心，负责协调和处理其他任务，树莓派只需专注于执行小车的控制功能，无需承担其他计算任务。这种方式能够高效地分配任务，确保系统的协同工作，从而实现智能控制。

解决问题：当从机数量增加时，这种分布式架构的优势更加明显。每个从机只需要专注于执行自己的基本任务，例如控制硬件或处理低层任务，而其他复杂的计算任务、算法处理等则由主机来完成。这样，不仅可以减轻从机的负担，还能够将计算密集型的任务集中在主机上，提升整个系统的效率和可扩展性。随着从机数量的增加，主机作为控制中心，能够协调更多的从机，确保系统的高效运行，而不需要为每个从机单独处理算法和计算任务。

当我们使用第三方插件来进行地图建模或视频采集时，如果这些任务都在树莓派上运行，由于树莓派的硬件资源有限，可能会导致性能下降，甚至无法满足某些任务的需求。为了解决这个问题，我们可以采用分布式架构，将这些资源消耗较大的插件迁移到PC端运行，这样可以避免树莓派的性能瓶颈，确保系统的流畅运行。具体来说，树莓派可以专注于进行传感器数据采集和控制任务，而计算密集型的任务，如地图建模和视频处理，可以交给PC端处理，从而提高整个系统的效率，避免因树莓派资源不足导致的性能问题。

二、设置 ROS 分布式网络

1. 环境要求

确保所有计算机：

（1）都在同一局域网内。

（2）可以通过 ping 互相访问

（3）安装相同版本的 ROS（推荐 Ubuntu + ROS Noetic）

2. 主机（Master）设置

选定一台机器作为主机，在主机（假设 IP 为 192.168.1.100）上，使用命令：vi ~/.bashrc，修改文件夹中以下的内容。注意：ROS_MASTER_URI填写的谁的ip，谁就是主机（来运行roscore）。

# 指定 ROS Master（roscore 运行的机器）的 IP 地址和端口号（默认 11311）
export ROS_MASTER_URI=http://192.168.1.100:11311  
# 指定当前设备的 IP 地址，让其他设备可以找到它
export ROS_IP=192.168.1.100    
# 设置当前设备的主机名（可选，通常与 ROS_IP 相同）                
export ROS_HOSTNAME=192.168.1.100               

使用命令：source ~/.bashrc刷新，然后在主机上启动 roscore。

3. 从机（节点设备）设置

在从机（假设 IP 为 192.168.1.101）上，使用命令：vi ~/.bashrc修改文件夹中以下的内容。

export ROS_MASTER_URI=http://192.168.1.100:11311 #主机的ip地址
export ROS_IP=192.168.1.101  #自身的ip地址
export ROS_HOSTNAME=192.168.1.101 #自定义

使用命令：source ~/.bashrc刷新，然后使用命令rostopic list进行测试连接，如果能看到 roscore 发布的 /rosout 话题，说明连接成功。

4. 测试是否正常通信

**注意：**这里使用话题来测试通信，无论是主机发布话题还是从机发布话题都是可以的，这里我们使用主机来发布话题。

在主机上运行roscore后，在 主机（192.168.1.100）上运行：

rostopic pub /test_topic std_msgs/String "Hello from Master" -r 1
/*
rostopic pub ------ 发布（publish）一个 ROS 话题。
/test_topic ------ 话题名称，这里是 /test_topic，可以自定义。
std_msgs/String ------ 消息类型，这里是 std_msgs 包中的 String 类型（即字符串消息）。
"Hello from Master" ------ 要发布的消息内容，这里是 "Hello from Master"。
-r 1 ------ 设置发布频率，-r 1 表示每秒发布 1 次消息。

*/

在 从机（192.168.1.101）上运行：

rostopic echo /test_topic

如果从机能收到 "Hello from Master"，说明分布式通信成功！

三、进阶启动多从机节点（launch）。

适用场景 ：多个机器人在不同的物理或虚拟环境中协作完成任务。每个机器人可能有不同的传感器、执行器，并需要与其他机器人共享信息。在这种场景中，你可以使用 launch 文件来配置每个机器人的节点和它们在不同机器上的位置，确保每个机器人能够通过 ROS_MASTER_URI 连接到同一个 ROS Master，实现跨机器的节点通信。注意 ：确保从机已经被登录或者为SSH 免密登录，否则 roslaunch 不能远程启动。

（1）选定一台机器作为 Master （比如 192.168.1.100），在主机上编写launch文件，如下所示，在主机上运行roscore。

<launch>
    <!-- 定义两个机器人，每个机器人通过其地址连接 -->
    <machine name="robot1" address="192.168.1.101" env-loader="/home/user/.bashrc"/>
    <machine name="robot2" address="192.168.1.102" env-loader="/home/user/.bashrc"/>
    
    <!-- 在 robot1 上运行节点 -->
    <node machine="robot1" pkg="my_package" type="robot_node" name="robot1_node"/>
    
    <!-- 在 robot2 上运行节点 -->
    <node machine="robot2" pkg="my_package" type="robot_node" name="robot2_node"/>
</launch>


<!-- 
name="robot1" 和 name="robot2" ------ 定义两台远程机器人，分别命名为 robot1 和 robot2。
address="192.168.1.101" 和 address="192.168.1.102" ------ 指定 IP 地址，表明 robot1 运行在 192.168.1.101，robot2 运行在 192.168.1.102。
env-loader="/home/user/.bashrc" ------ 加载环境变量，ROS 需要依赖 ~/.bashrc 里的 ROS_MASTER_URI 和 ROS_IP 等环境变量，确保远程机器能正确找到 ROS Master。

<node> 表示在 ROS 中启动一个 节点。
machine="robot1" 和 machine="robot2" ------ 指定在哪台机器上运行该节点。
pkg="my_package" ------ ROS 包名，表示这个节点属于 my_package 包。
type="robot_node" ------ 可执行文件名，即 my_package 包中的 robot_node 这个可执行程序。
name="robot1_node" 和 name="robot2_node" ------ 指定 ROS 节点名称
-->

（2）确保 Master 机器的 .bashrc 里有正确的环境变量。

export ROS_MASTER_URI=http://192.168.1.100:11311
export ROS_IP=192.168.1.100

（3）在远程机器 (robot1 和 robot2) 上配置环境变量.bashrc。

robot1（192.168.1.101）：

export ROS_MASTER_URI=http://192.168.1.100:11311
export ROS_IP=192.168.1.101  # robot1 的 IP

robot2（192.168.1.102）：

export ROS_MASTER_URI=http://192.168.1.100:11311
export ROS_IP=192.168.1.102  # robot2 的 IP

（4）在 Master 机器上运行 launch 文件。

cd ~/catkin_ws
source devel/setup.bash
roslaunch my_package my_launch_file.launch

（5）查看是否成功。

在 robot1 和 robot2 上分别运行rosnode list命令，检查节点是否正确启动，出现下面节点，说明节点已成功运行！