ROS 2 communication with DDS part 2

ROS 2 ardent

以下會介紹ROS 2 用來查詢node , topic 及service 的指令是如何用DDS 實作的

目的是，我們可以直接用DDS 實作，但是ROS 2 也可以看得懂內容

因為探索方式，是靠嘗試、爬github 及一些網路文章，所以不會太深入ROS 2 的設計細節

注意ROS 2 的專有名詞

重點

想要Node 被看到，participant 的UserData QoS 設值為"name=hello;"

想要Topic 被看到，partition 設為rt

想要Topic 被ROS 2操作，IDL 須符合ROS 2 規範

想要Service 被看到，須同時建立Request 及Reply 兩個Topic，並設partition 分別為rq 及rr

想要Service 被操作，IDL 須符合ROS 2 規範

Node

何謂node?

一個node 並非一台電腦(或是平台)，而是一個可以被ROS 2 看得懂的process 

所以一台電腦內，可以有很多個node

查詢node

ROS 2 的用戶會用指令查詢有哪些node 存在

目前功能極為簡陋，僅能顯示node 名稱，而且名稱可以重複

karlkwchen@karlkwchen-VirtualBox:~$ ros2 node -h usage: ros2 node [-h]                  Call `ros2 node <command> -h` for more detailed usage. ...   Various node related sub-commands   optional arguments:   -h, --help            show this help message and exit   Commands:   list  Output a list of available nodes     Call `ros2 node <command> -h` for more detailed usage.     karlkwchen@karlkwchen-VirtualBox:~$ ros2 node list -h usage: ros2 node list [-h] [--spin-time SPIN_TIME] [-a] [-c]   Output a list of available nodes   optional arguments:   -h, --help            show this help message and exit   --spin-time SPIN_TIME                         Spin time to wait for discovery (in seconds)   -a, --all             Display all nodes even hidden ones   -c, --count-nodes     Only display the number of nodes discovered

至於node name 是如何查詢的呢? 根據我爬ROS 2 Github repo 找到create node 的source code，內有一段程式碼及註解是關於create node 時，node name 如何被處理的部分 

DDS 的participant 有一個UserData QoS，可以用來攜帶關於participant 的資訊

因為一隻DDS 程式只能建立一次participant ，與ROS node name 行為相似，所以目前是將node name 放入這個QoS 內

例如：node name 為hello，則儲存為name=hello;

這個QoS 在DDS 底層會被轉為built-in topic (DDS 內部用的topic )，只要去subscribe 這個built-in topic 就能得到node name

同理，想要讓用DDS 開發的任何程式被ros2 node 指令看到，就是使用這個UserData QoS

// Communicate the ROS Node name as DDS Builtin Participant Topic userData     //   For extensibility and backwards compatibility a format is applied that must be understood.     //   The format specifies a list of name-value pairs,     //   Format (byte ascii string) syntax : { <name> '=' <value> ';' }*     //   A <name> is a string and a <value> is a sequence of octets.     //   The '=' and ';' characters are reserved delimiters.     //   For <name> only alphanumeric character are allowed.     //   For <value> there is no limitation, ';' can be used as part of the <value> when escaped by     //   a second ';'.     //   Implemented policy value: "name=<node-name>;"     //   userData not following this policy will be ignored completely.           DDS::DomainParticipantQos dpqos;     size_t length = strlen(name) + strlen("name=;") + 1;     dp_factory->get_default_participant_qos(dpqos);     dpqos.user_data.value.length(static_cast<DDS::ULong>(length));     snprintf(reinterpret_cast<char *>(dpqos.user_data.value.get_buffer(false)), length, "name=%s;",       name);           participant = dp_factory->create_participant(       domain, dpqos, NULL, DDS::STATUS_MASK_NONE);     if (!participant) {       RMW_SET_ERROR_MSG("failed to create domain participant");       return NULL;     }

Topic

何謂Topic ?

在ROS ，Topic 指pub /sub 模型，其傳輸的message 為msg，於ROS 2 剛好完全貼合DDS 的topic 設計

ROS 2 用戶會用以下指令與topic 互動

可以查topic name / topic type ，也可以直接用指令收送該topic

karlkwchen@karlkwchen-VirtualBox:~$ ros2 topic -h usage: ros2 topic [-h] [--include-hidden-topics]                   Call `ros2 topic <command> -h` for more detailed usage. ...   Various topic related sub-commands   optional arguments:   -h, --help            show this help message and exit   --include-hidden-topics                         Consider hidden topics as well   Commands:   echo  Output messages from a topic   list  Output a list of available topics   pub   Publish a message to a topic     Call `ros2 topic <command> -h` for more detailed usage.     karlkwchen@karlkwchen-VirtualBox:~$ ros2 topic list -h usage: ros2 topic list [-h] [--spin-time SPIN_TIME] [-t] [-c]   Output a list of available topics   optional arguments:   -h, --help            show this help message and exit   --spin-time SPIN_TIME                         Spin time to wait for discovery (in seconds)   -t, --show-types      Additionally show the topic type   -c, --count-topics    Only display the number of topics discovered

查詢Topic

只要DDS 程式的partition 設為rt 就可以被看到，所以最簡單的與ROS 2 隔離就是用partition 區分

至於ROS 2底層是接收所有在rt partiton 內的topic 的方法同樣為使用DDS 的built-in Topic

操作Topic

雖然任何topic 只要partition 在rt 就會被查詢到，但要能夠使用echo / pub 去收送該topic，必須topic type 符合ROS 2 的規範才行

不過如果要支援ROS 2，會先從ROS 2 建立msg 再轉成idl 給DDS 開發使用，我想這部分問題不大

因為msg 及idl 最終都要給ROS 2 用戶

Service

何謂Service ?

service 在ROS 是指request & reply 模型，其底層是由reqeust topic 及reply topic 組成，但ROS 2 的service API 在呼叫request 時，會強制等reply 

service 傳輸的message 叫做srv，srv 會被轉成msg 再轉成idl 

request topic 會被分到rq 的partiton 內，reply topic 則在rr 的partition 內

karlkwchen@karlkwchen-VirtualBox:~$ ros2 service -h usage: ros2 service [-h] [--include-hidden-services]                     Call `ros2 service <command> -h` for more detailed usage.                     ...   Various service related sub-commands   optional arguments:   -h, --help            show this help message and exit   --include-hidden-services                         Consider hidden services as well   Commands:   call  Call a service   list  Output a list of available services     Call `ros2 service <command> -h` for more detailed usage.   karlkwchen@karlkwchen-VirtualBox:~$ ros2 service list -h usage: ros2 service list [-h] [--spin-time SPIN_TIME] [-t] [-c]   Output a list of available services   optional arguments:   -h, --help            show this help message and exit   --spin-time SPIN_TIME                         Spin time to wait for discovery (in seconds)   -t, --show-types      Additionally show the service type   -c, --count-services  Only display the number of services discovered

查詢Service

目前查詢功能，只能看到name , type 及計數

跟查詢Topic 原理類似，想要讓DDS 寫的request topic 及reply topic 被ROS 2 操作，必須partiton 分別為rq 及rr

除此之外，這兩個topic name 是有規範的

假設我想模擬提供一個ROS 2 Service 叫做hello，那在DDS 須建立helloRequest 及helloReply 兩個topic，成雙成對才會被指令查詢到

type 則與Topic 稍微有不同，ROS 2 會在原本的idl 外面再包一層idl 描述

具體用途應該是判斷Request Topic 從誰發出的，因為Reply 只會回給發出Request 的對象

操作Service

因為Service 為request 及reply 的模型，不會有人只接收reply

所以指令只有call service 

跟操作Topic 類似的規範，Request Topic 及Reply Topic 的type 必須跟ROS 2 的規則一樣

同樣如果是從建立ROS 2 的srv 轉出的兩份idl 拿去實作，就不會有問題

我們自己開發的DDS 程式不一定要同一支程式內收Request 及發Reply ，只要確保有任何DDS 程式會發送Reply Topic 就好了

要注意QoS 要為Reliable