一、背景知识

1.1 节点

        在 ROS 中，节点是用于对其他实体进行分组的实体。例如：节点内部可以组织有发布者、订阅者、服务器、客户端。节点简化了组织和代码重用，因为它们可以以不同的方式组成。本篇谈ROS和DDS中间有一种“域参与者”与节点类同，它们之间的传送效率问题。

1.2 域参与者（domain Participant ）

        参与者是一种 DDS 实体。参与者还对其他实体进行分组，如发布者、订阅者、数据写入者、数据读取者等。创建更多参与者会增加应用程序的开销：

• 每个参与者都参与发现。创建多个 Participant 通常会增加 CPU 使用率和网络 IO 负载。
• 每个参与者都跟踪其他 DDS 实体。在单个进程中使用多个可能会导致数据重复。
• 每个参与者可以为事件处理、发现等创建多个线程。每个参与者创建的线程数取决于 DDS 供应商（例如：RTI Connext）。

        由于这些原因，参与者是重量级实体。

        注意：这实际上可能取决于 DDS 供应商，其中一些供应商在参与者之间共享这些资源（例如 OpenSplice）。然而，许多 DDS 供应商不执行这种优化（例如：RTI Connext 和 Fast-RTPS），实际上建议每个进程只创建一个参与者。

1.3 语境（Context）

        在 ROS 中，上下文是 init-shutdown 循环的非全局状态。它还封装了节点和其他实体之间的共享状态。在大多数应用程序中，一个进程中只有一个 ROS 上下文。

二、行为 pre-Foxy

        节点和 DDS 参与者之间存在一对一的映射关系。这简化了原始实现，因为 DDS 参与者提供了许多与 ROS 节点等效的功能。这种方法的缺点是创建许多参与者会带来开销。此外，域参与者的最大数量相当少。例如，在 RTI Connext 中，每个域限制为 120 名参与者。

三、建议的方法

        该提案的目标是通过避免每个节点创建一个参与者来提高整体性能。如果可能，将避免 API 更改。

3.1 将 DDS 参与者映射到 ROS 实体

        除了在 Foxy 之前使用的一对一节点到参与者映射之外，还有两种选择：

• 每个进程使用一个参与者。
• 每个上下文使用一个参与者。

        第二种方法更加灵活，允许多个参与者在一个应用程序中为需要它的人提供，例如域桥应用。因此，选择了一对一的参与者到上下文映射。

        当多个节点在单个进程中运行时，可以通过不同的选项对它们进行分组 - 从每个节点的单独上下文，到在同一上下文中对几个节点进行分组，再到对所有节点使用单个上下文。对于大多数应用程序，只创建一个上下文。

3.2 发现信息

        如果不使用节点到参与者的一对一映射，则需要额外的发现信息才能将其他实体与节点匹配，例如发布者、订阅者等。可以使用多种方法来共享此信息。建议的方法使用一个主题。每个参与者发布一条消息，其中包含将实体与节点匹配所需的所有信息。消息结构如下：

• ParticipantInfo
  • gid
  • NodeInfo
    • Node namespace
    • Node name
    • Reader gid
    • writed gid

        当一个实体被更新时（例如：一个发布者被创建或销毁），一个新的消息被发送。

        客户端和服务器的识别根据主题名称的 ROS 约定进行（请参阅主题和服务名称映射到 DDS）。

        本主题被视为实现细节，并非所有 rmw 实现都必须使用它。因此，所有必要的逻辑都必须在 rmw 实现本身或上游包中。在 rcl 中实现此逻辑将使其成为 API 的一部分，而不是实现细节。

        为避免代码重复，rmw_dds_common 包提供了此逻辑的通用实现。

3.3 ROS 发现主题的详细信息

• topic name: ros_discovery_info
• Writer qos:
  • durability: transient local
  • history: keep last
  • history depth: 1
  • reliability: reliable
• Reader qos:
  • durability: transient local
  • history: keep all
  • history depth: 1
  • reliability: reliable

四、其它用途

4.1 安全

        以前，每个节点可能有不同的安全工件。这是可能的，因为每个节点都映射到一个参与者。新方法允许为每个进程指定不同的安全工件。有关更多详细信息，请参阅 ROS 2 安全飞地。

4.2 忽略本地public选项

        在创建订阅时可以设置一个 ignore_local_publications 选项。该选项可避免从同一节点内的发布者接收消息。这并未在所有 rmw 实现中实现（例如：FastRTPS）。

        在此更改之后，实现此功能将不那么直接。需要添加一些额外的逻辑来识别发布者是从哪个节点创建的。