ROS2 和 ROS 的中间件：有何不同？

引 言

机器人操作系统 (ROS) 和 ROS2 是机器人领域广泛使用的软件框架，它们通过提供共享消息传递、设备抽象和工具集来简化机器人开发。这两个框架的核心是中间件，它负责在系统组件之间可靠地传递数据。然而，ROS2 和 ROS 的中间件存在一些关键差异，这些差异会影响机器人系统的性能、可靠性和可扩展性。

数据分发服务 (DDS)

ROS 和 ROS2 之间最显着的差异之一是它们所采用的中间件技术。ROS 使用自定义的消息传递系统，而 ROS2 基于数据分发服务 (DDS) 标准。DDS 是一种业界标准，专为实时、可靠的数据传输而设计。它提供了一套丰富的服务质量 (QoS) 策略，允许开发人员根据特定应用程序需求定制数据传输。

DDS 的优势在于它的可扩展性和健壮性。它专为处理大数据量和高负载而设计，同时仍能保持低延迟和高可靠性。此外，DDS 广泛用于工业自动化、航空航天和国防等领域，使其成为一个久经考验且成熟的解决方案。

事件驱动

ROS2 的另一个重要差异是它采用了事件驱动的体系结构。这意味着系统仅在有数据可用时才处理消息，从而提高了效率并降低了处理开销。事件驱动的模型还允许更模块化的设计，其中组件可以独立于中央控制机制运行。

与 ROS 相比，ROS2 的事件驱动体系结构提供了更好的可扩展性和灵活性。它使系统能够处理大量数据并支持更复杂、分布式的机器人架构。

实时性

实时性对于机器人系统至关重要，因为它们通常需要对事件做出快速反应。ROS2 通过集成实时操作系统 (RTOS) 来实现实时性，RTOS 提供确定性的执行和低延迟。这使得 ROS2 非常适合要求严格的应用，例如自主驾驶汽车和工业机器人。

另一方面，ROS 并不能保证实时性，因为它依赖于 Linux 内核，这是一种通用的操作系统，不适合实时操作。对于对实时性不那么严格的应用，ROS 可能仍然是一个可行的选择。

冗余

冗余是提高机器人系统可靠性和容错能力的关键。ROS2 提供了内置的冗余机制，例如故障转移和故障恢复。这些机制确保即使系统组件发生故障，数据传输也能持续进行。

ROS 没有内置的冗余特性。但是，可以通过使用第三方库和自定义解决方案来实现冗余。然而，这可能会增加复杂性和开发成本。

结 论

ROS2 和 ROS 的中间件差异对机器人系统的影响是多方面的。DDS 的采用、事件驱动的体系结构、实时性和冗余特性使 ROS2 更适合处理大数据量、要求实时性和可靠性的复杂机器人应用。

然而，对于对实时性和冗余要求不那么严格的较小规模机器人系统，ROS 仍然是一个可行的选择。其广泛的社区支持和现有的软件包生态系统使其成为快速原型制作和开发简单机器人的有吸引力的选择。

最终，选择 ROS2 或 ROS 应基于特定应用程序的需求和约束。通过仔细考虑这些差异及其对系统性能、可靠性和可扩展性的影响，开发人员可以做出明智的决定，从而为他们的机器人项目选择合适的中间件。