Fast-RTPS QoS 支持详解

1. QoS 策略总览

Fast-RTPS (Fast-DDS) 完全支持 DDS 标准定义的 QoS 策略，并添加了 eProsima 扩展。

1.1 QoS 策略分类

2. 详解每个 QoS 策略

2.1 DURABILITY (持久性)

cpp 复制代码

// 文件: DurabilityQosPolicy
// ID: 2

enum class DurabilityKind
{
    VOLATILE,           // 不持久化 (默认)
    TRANSIENT_LOCAL,    // 本地暂时持久化
    TRANSIENT,          // 跨进程暂时持久化
    PERSISTENT          // 永久持久化
};

// 使用示例
DurabilityQosPolicy durability;
durability.kind = DurabilityKind::TRANSIENT_LOCAL;

Kind	说明	使用场景
VOLATILE	数据不保存，错过则丢失	实时数据
TRANSIENT_LOCAL	本进程内存持久化	单进程
TRANSIENT	跨进程内存持久化	多进程
PERSISTENT	持久化存储	持久化存储

2.2 RELIABILITY (可靠性)

cpp 复制代码

// 文件: ReliabilityQosPolicy
// ID: 11

enum class ReliabilityKind
{
    BEST_EFFORT,   // 尽力而为，不保证送达
    RELIABLE        // 可靠传输，保证送达
};

// 使用示例
ReliabilityQosPolicy reliability;
reliability.kind = ReliabilityKind::RELIABLE;
reliability.max_blocking_time = Duration_t(0, 100000000);  // 100ms

2.3 DEADLINE (截止时间)

cpp 复制代码

// 文件: DeadlineQosPolicy
// ID: 4

// 使用示例
DeadlineQosPolicy deadline;
deadline.period = Duration_t(0, 100000000);  // 100ms

// DataWriter: 每100ms应发送一次数据
// DataReader: 每100ms应收到一次数据
// 否则触发 on_offered_deadline_missed / on_requested_deadline_missed

2.4 HISTORY (历史)

cpp 复制代码

// 文件: HistoryQosPolicy
// ID: 13

enum class HistoryKind
{
    KEEP_LAST,     // 保留最近N个
    KEEP_ALL        // 保留所有
};

// 使用示例
HistoryQosPolicy history;
history.kind = HistoryKind::KEEP_LAST;
history.depth = 10;  // 保留最近10个样本

2.5 RESOURCE_LIMITS (资源限制)

cpp 复制代码

// 文件: ResourceLimitsQosPolicy
// ID: 14

// 使用示例
ResourceLimitsQosPolicy limits;
limits.max_samples = 100;              // 最大样本数
limits.max_instances = 50;             // 最大实例数
limits.max_samples_per_instance = 10;  // 每个实例最大样本数

2.6 LIVELINESS (存活度)

cpp 复制代码

// 文件: LivelinessQosPolicy
// ID: 8

enum class LivelinessKind
{
    AUTOMATIC,         // 自动检测 (默认)
    MANUAL_BY_PARTICIPANT,
    MANUAL_BY_TOPIC
};

enum class LivelinessQosPolicyKind
{
    ACTIVE,
    NOT_ACTIVE,
    ALIVE_UNKNOWN,
    NOT_ALIVE_UNKNOWN
};

// 使用示例
LivelinessQosPolicy liveliness;
liveliness.kind = LivelinessKind::AUTOMATIC;
liveliness.lease_duration = Duration_t(0, 100000000);  // 100ms
liveliness.announcement_period = Duration_t(0, 30000000);  // 30ms

2.7 OWNERSHIP (所有权)

cpp 复制代码

// 文件: OwnershipQosPolicy
// ID: 6

enum class OwnershipKind
{
    SHARED,        // 共享所有权 (默认)
    EXCLUSIVE       // 独占所有权
};

// 使用示例
OwnershipQosPolicy ownership;
ownership.kind = OwnershipKind::EXCLUSIVE;

// 配合 OwnershipStrength 使用
OwnershipStrengthQosPolicy strength;
strength.value = 5;  // 优先级 0-255

2.8 LATENCY_BUDGET (延迟预算)

cpp 复制代码

// 文件: LatencyBudgetQosPolicy
// ID: 5

// 使用示例
LatencyBudgetQosPolicy latency;
latency.duration = Duration_t(0, 50000000);  // 50ms

2.9 DESTINATION_ORDER (目标顺序)

cpp 复制代码

// 文件: DestinationOrderQosPolicy
// ID: 12

enum class DestinationOrderKind
{
    BY_RECEPTION_TIMESTAMP,    // 按接收时间排序
    BY_SOURCE_TIMESTAMP        // 按源时间戳排序
};

2.10 TIME_BASED_FILTER (时间过滤)

cpp 复制代码

// 文件: TimeBasedFilterQosPolicy
// ID: 9

// 使用示例
TimeBasedFilterQosPolicy filter;
filter.minimum_separation = Duration_t(0, 10000000);  // 10ms
// 订阅者每10ms最多收到一次数据

2.11 PRESENTATION (展示)

cpp 复制代码

// 文件: PresentationQosPolicy
// ID: 3

enum class PresentationQosPolicyAccessScopeKind
{
    INSTANCE,     // 实例级
    TOPIC,        // 主题级
    GROUP         // 组级
};

// 使用示例
PresentationQosPolicy presentation;
presentation.access_scope = PresentationQosPolicyAccessScopeKind::GROUP;
presentation.coherent_access = true;
presentation.ordered_access = true;

2.12 PARTITION (分区)

cpp 复制代码

// 文件: PartitionQosPolicy
// ID: 10

// 使用示例
PartitionQosPolicy partition;
partition.names = {"partition1", "partition2"};
// 只有匹配相同分区的发布/订阅才能通信

2.13 LIFESPAN (寿命)

cpp 复制代码

// 文件: LifespanQosPolicy
// ID: 21

// 使用示例
LifespanQosPolicy lifespan;
lifespan.duration = Duration_t(10, 0);  // 10秒
// 数据超过10秒后过期

2.14 TRANSPORT_PRIORITY (传输优先级)

cpp 复制代码

// 文件: TransportPriorityQosPolicy
// ID: 20

// 使用示例
TransportPriorityQosPolicy priority;
priority.value = 100;  // 优先级 0-255
// 高优先级数据优先发送

3. eProsima 扩展 QoS

3.1 DISABLE_POSITIVE_ACKS (禁用肯定确认)

cpp 复制代码

// 文件: DisablePositiveACKsQosPolicy
// ID: 25

// 使用示例
DisablePositiveACKsQosPolicy dpa;
dpa.enabled = true;
dpa.duration = Duration_t(0, 100000000);  // 确认超时

// 减少网络流量，适用于高频数据

3.2 PUBLISH_MODE (发布模式)

cpp 复制代码

// 文件: PublishModeQosPolicy
// ID: 28

enum class PublishModeKind
{
    SYNCHRONOUS,      // 同步发送
    ASYNCHRONOUS      // 异步发送 (需配置 FlowController)
};

// 使用示例
PublishModeQosPolicy publish_mode;
publish_mode.kind = PublishModeKind::ASYNCHRONOUS;

3.3 DATA_SHARING (数据共享)

cpp 复制代码

// 文件: DataSharingQosPolicy
// ID: 37

enum class DataSharingKind
{
    AUTO,      // 自动
    ON,        // 启用
    OFF        // 禁用
};

// 使用示例
DataSharingQosPolicy datasharing;
datasharing.kind = DataSharingKind::AUTO;
// 同一机器上的进程可通过共享内存高效共享数据

3.4 RTPS 相关配置

cpp 复制代码

// RTPSReliableReaderQos (ID: 31)
RTPSReliableReaderQos
{
    Time_t ack_request_period;           // ACK 请求周期
    Time_t min_ack_response_time;         // 最小 ACK 响应时间
    uint32_t max_submessages;             // 最大子消息数
    uint32_t max_bytes_per_submessage;    // 每子消息最大字节
};

// RTPSReliableWriterQos (ID: 32)
RTPSReliableWriterQos
{
    Time_t heartbeat_period;              // 心跳周期
    Time_t nack_response_delay;           // NACK 响应延迟
    Time_t nack_suppression_duration;     // NACK 抑制时长
    uint32_t max_submessages;             // 最大子消息数
    uint32_t max_bytes_per_submessage;    // 每子消息最大字节
};

4. QoS 兼容性

4.1 发布者/订阅者 QoS 匹配

复制代码

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        QoS 兼容性矩阵                                        │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                             │
│  QoS 策略           │ 发布者        │ 订阅者        │ 兼容结果             │
│  ──────────────────┼───────────────┼───────────────┼───────────────       │
│  DURABILITY        │ VOLATILE      │ VOLATILE      │ ✅ 兼容             │
│                    │ TRANSIENT     │ TRANSIENT     │ ✅ 兼容             │
│                    │ PERSISTENT    │ *             │ ❌ 不兼容            │
│  ──────────────────┼───────────────┼───────────────┼───────────────       │
│  RELIABILITY       │ BEST_EFFORT   │ BEST_EFFORT   │ ✅ 兼容             │
│                    │ *             │ RELIABLE      │ ❌ 不兼容            │
│  ──────────────────┼───────────────┼───────────────┼───────────────       │
│  PARTITION         │ {"A","B"}     │ {"B","C"}    │ ✅ 兼容 (交集)      │
│                    │ {"A"}         │ {"B"}        │ ❌ 不兼容 (无交集)  │
│  ──────────────────┼───────────────┼───────────────┼───────────────       │
│  OWNERSHIP         │ SHARED        │ SHARED        │ ✅ 兼容             │
│                    │ EXCLUSIVE     │ EXCLUSIVE     │ ✅ 兼容             │
│                    │ SHARED        │ EXCLUSIVE     │ ❌ 不兼容            │
│  ──────────────────┼───────────────┼───────────────┼───────────────       │
│  DEADLINE          │ 100ms         │ 100ms         │ ✅ 兼容             │
│                    │ 100ms         │ 200ms         │ ✅ 兼容 (发布更快)  │
│                    │ 200ms         │ 100ms         │ ⚠️ 不兼容!          │
│                                                                             │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

5. 使用示例

5.1 发布者配置

cpp 复制代码

// 创建发布者
DataWriter* writer = publisher->create_datawriter(
    topic,
    DATAWRITER_QOS_DEFAULT,
    nullptr);

DataWriterQos qos = writer->get_qos();

// 设置 QoS
qos.durability().kind = DurabilityQosPolicyKind::TRANSIENT_LOCAL;
qos.reliability().kind = ReliabilityQosPolicyKind::RELIABLE;
qos.deadline().period = Duration_t(0, 100000000);  // 100ms
qos.history().kind = HistoryQosPolicyKind::KEEP_LAST;
qos.history().depth = 10;
qos.ownership().kind = OwnershipQosPolicyKind::EXCLUSIVE;
qos.ownership_strength().value = 5;

writer->set_qos(qos);

5.2 订阅者配置

cpp 复制代码

// 创建订阅者
DataReader* reader = subscriber->create_datareader(
    topic,
    DATAREADER_QOS_DEFAULT,
    listener);

DataReaderQos qos = reader->get_qos();

// 设置 QoS
qos.durability().kind = DurabilityQosPolicyKind::TRANSIENT_LOCAL;
qos.reliability().kind = ReliabilityQosPolicyKind::RELIABLE;
qos.deadline().period = Duration_t(0, 150000000);  // 150ms
qos.history().kind = HistoryQosPolicyKind::KEEP_LAST;
qos.history().depth = 20;

reader->set_qos(qos);

6. QoS 策略文件索引

6.1 头文件列表

文件	描述
`QosPolicies.hpp`	QoS 策略基类和枚举定义
`DurabilityQosPolicy.hpp`	持久性策略
`ReliabilityQosPolicy.hpp`	可靠性策略
`DeadlineQosPolicy.hpp`	截止时间策略
`LivelinessQosPolicy.hpp`	存活度策略
`HistoryQosPolicy.hpp`	历史策略
`ResourceLimitsQosPolicy.hpp`	资源限制策略
`OwnershipQosPolicy.hpp`	所有权策略
`PresentationQosPolicy.hpp`	展示策略
`PartitionQosPolicy.hpp`	分区策略
`LifespanQosPolicy.hpp`	寿命策略
`PublishModeQosPolicy.hpp`	发布模式策略
`DataSharingQosPolicy.hpp`	数据共享策略
`WriterDataLifecycleQosPolicy.hpp`	写入生命周期策略
`ReaderDataLifecycleQosPolicy.hpp`	读取生命周期策略

7. 总结

7.1 QoS 统计

类别	数量
DDS 标准 QoS	24
eProsima 扩展	12+
总计	36+

7.2 常用 QoS 组合

场景	推荐 QoS
实时数据	RELIABILITY(BEST_EFFORT) + HISTORY(KEEP_LAST)
可靠传输	RELIABILITY(RELIABLE) + DURABILITY(VOLATILE)
进程间共享	DATA_SHARING(ON) + DURABILITY(TRANSIENT_LOCAL)
状态同步	RELIABILITY(RELIABLE) + DURABILITY(TRANSIENT)