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ROS多机通信 ​

在充分的单机学习测试之后，往往要进行真实机器人的测试，那么就要接触到多机通信的问题。ROS采用的分布式网络通信，只要正确的设置ROS_MASTER_URI和ROS_IP两个环境变量，就可以成功实现ROS的多机通信，有时我们也称之为主从机设置，但是在这里初学者往往因为没有深入理解ROS通信机制而产生问题，ROS Wiki的说明也比较笼统，但是需要先行阅读，后面我们详细说明在多机通信产生问题时如何处理。

ROS消息通信机制 ​

我们简单梳理一下，在消息通信时，什么时候会用到ROS_MASTER_URI和ROS_IP这两个环境变量。

  • Talker启动，通过ROS_MASTER_URI连接到ROS Master，注册发布者的信息，包含所要发布的话题名称（bar）和消息类型；ROS Master会将该发布者的注册信息存储到发布者注册列表中，等待接收者。

  • Listener启动，通过ROS_MASTER_URI连接到ROS Master，将其订阅的话题名bar和消息类型在ROS Master上注册（实际上也包括自己的地址和端口信息）。

  • ROS Master根据Listener所需的订阅话题在发布者注册列表寻找与之匹配的话题，并返回Talker的XML-RPC地址信息，即foo:1234。Listener根据alker的XML-RPC地址向Talker请求TCP的连接地址，Talker的地址就是图中所示的foo:2345。其中foo就是在执行talker时的环境变量ROS_IP的。

因此，如果需要正确接收到Talker发布的消息，必须在Talker和Listener上都正确设置ROS_MASTER_URI，同时必须正确设置Talker的ROS_IP，一般情况下，都是双向互通，所以listener的ROS_IP也要正确设置。

最常见问题：可以看到消息列表，但是无法接收消息内容

如何进行多机通信 ​

这是最困扰大家的一个问题，我们用robot和 ROS2GO 来代表机器人上的电脑和远程操控的电脑。那么首先大家能够在robot和ros2go上能够相互ping通（相互ping通，保证是在同网段），也可以使用ssh成功从ros2go端登录到robot。

多机通信大家一般都会知道在 ROS2GO 端将 ROS_MASTER_URI 设置为robot的ip，这样就可以成功的使用rostopic list看到话题列表。不过rostopic echo /foobar是看不到任何消息的（很大概率，也有例外，后面我们说明）。这个最主要的问题就是没有在robot上设置ROS_IP这个环境变量。

类似的，如果 ROS2GO 端的 ROS_IP 没有设置正确，可能发生在RViz中能够看到传感器的数据，但是发布2D Nav Goal而机器人完全没反应的状况。总结一下，如果能看到话题列表而没有话题内容，就是因为通讯是没问题的可以在ROS Master上注册，但是上报地址错了导致后面无法进行点对点通信。

安全可靠 ​

全部用 IP 地址进行设置，ROS_MASTER_URI和ROS_IP都可以在.bashrc文件中设置。我们假设robot的IP地址为192.168.1.100，ros2go的ip地址为192.168.1.111，roscore在robot上启动（一般我们都是在robot上启动roscore）。

那么在robot上

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

在 ROS2GO 上

shell
export ROS_MASTER_URI=http://192.168.1.100:11311
export ROS_IP=192.168.1.111

这样的设置是一定可以互通的。因为本地回环的存在，在robot上可以设置为

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

方便快捷 ​

为了方便大家使用，我们不建议频繁在从机端的修改.bashrc文件，可以将ROS_MASTER_URI和ROS_IP的ip地址设置在外置脚本.ros_master.sh中。

shell
touch .ros_master.sh && chmod +x .ros_master.sh

使用如下命令写入外置脚本.ros_master.sh中。

shell
echo '## set $ROS_MASTER_URI and $ROS_IP for Multi Machine Communicate
export ROS_MASTER_URI=http://192.168.1.100:11311
IP=$(ip addr show wlan0 | grep -w inet | awk '{print $2}' | awk -F / '{print $1}')
export ROS\_IP=${IP}' >> ~/.ros_master.sh

使用方法

shell
source ~/.ros_master.sh

如果需要修改ROS_MASTER_URI，只需要修改.ros_master.sh此脚本的export ROS_MASTER_URI=http://192.168.1.100:11311中192.168.1.100为正确IP即可。

用正则截取相应设备IP ​

用IP进行设置确实不会出问题，但是只要更换网络或者设备的IP发生变化等，多机通信就失效了需要重新设置。在Linux系统中我们有多种方式可以获得当前的IP地址。以下都是设置ROS_IP的方式。

最简单的情况下，仅有ipv4地址时，可以如下设置

shell
export ROS_IP=`hostname -I`

但是有ipv6的地址时，需要截取

shell
export ROS_IP=`hostname -I | cut -d " " -f 1`

不过有多个ipv4地址的情况下，比如使用NVidia Jetson系列板卡，会虚拟出一个usb网络，那么不能够保证截取到正确的ipv4地址。 非常确定的要截取某个网络下的ipv4地址时，可以使用如下命令

shell
IP=$(ip addr show wlan0 | grep -w inet | awk '{print $2}' | awk -F / '{print $1}')
export ROS\_IP=${IP}

这样可以截取wlan0网络下的ipv4地址，已经非常灵活通用。但是在网络未准备好的情况下，截取的内容是空，这时候启动roscore或者其他节点时会报如下错误：

invalid ROS_IP (an empty string)

这样虽然在启动roscore时会用hostname信息替代，但是节点启动时上报的ROS_IP信息为空，会导致节点间无法通信。需要将ROS_IP的设置注释掉，或者保证ROS_IP能拿到正确的地址。

设置hostname ​

当我们不设置ROS_IP的时候，实际上节点上传到ROS Master的地址是本机的hostname。使用rosnode info查看可以看到节点的地址类似于 http://ros2go:33333/

  • 为什么我们没有设置ROS_IP时，节点之间还是可以成功通信呢？

  • 原因是系统启动时会上报自己的hostname给路由器，路由器的dns可以在局域网内成功解析hostname，对应到正确的IP地址从而使得ROS实现多机通信。但是因为多种因素，路由器dns解析的成功率非常不靠谱。

最简单的hostname设置 ​

路由器可以正确解析hostname，那么可以按照官方教程，仅设置/etc/hostname文件（实际上这个文件一般也都设置好了），写入hostname即可。如果可以起作用，那么我们不用设置ROS_IP，就可以实现多机通信。这种情况最大的问题就是不可靠，也是产生问题的根源。

强制解析 ​

设置/etc/hosts文件，在文件中加入强制hostname和IP地址的对应关系。这样设置的问题和纯IP设置类似，在网络条件发生变化的时候还是要修改。好处是hostname可以有意义，比IP地址好记的多。

使用ROS2GO和Tianbot官方的设备时，我们已经将比较优化的设置写入了.bashrc，大家可以根据需要去掉注释。