ROS 2 多主機 (Multi-Machine) 通訊架構

 

📌 ROS 2 多主機 (Multi-Machine) 通訊架構

ROS 2 採用了 DDS（Data Distribution Service），這是一種**無需 Master（去中心化）**的通訊架構，因此在 不同主機之間的 Node 互聯 變得更加靈活。以下是如何在 多主機架構下整合 ROS 2 分佈式通訊 的方法。

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1️⃣ ROS 2 多主機通訊的基本概念

在 ROS 1 中，所有的 Node 都需要連接到 ROS Master（單一管理中心），所以需要設定：

bash
export ROS_MASTER_URI=http://<master-ip>:11311
export ROS_IP=<your-ip>

但在 ROS 2 中，沒有 ROS Master，而是基於 DDS，使用 Peer-to-Peer（P2P）網絡發現，這使得 ROS 2 可以直接讓不同主機上的 Node 通訊，無需中心管理。

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2️⃣ ROS 2 多主機通訊設定

要讓不同主機的 ROS 2 Node 可以互相通訊，需要：

🔹 (1) 確保所有設備在相同的網絡內

所有 ROS 2 主機必須在 相同的子網 或 VPN 內，否則 DDS 發現機制可能無法運行。例如：

bash
主機 A：192.168.1.10
主機 B：192.168.1.11

🔹 (2) 設定 ROS_DOMAIN_ID

每台電腦都必須設定相同的 ROS_DOMAIN_ID 來確保它們屬於相同的 ROS 2 網絡：

bash
export ROS_DOMAIN_ID=10

ROS_DOMAIN_ID 預設為 0，如果你有多組 ROS 2 網絡，需要分配不同的 ID。

💡 建議方式：將這個設定寫入 ~/.bashrc：

bash
echo "export ROS_DOMAIN_ID=10" >> ~/.bashrc

🔹 (3) 檢查 DDS 廠商（RMW Implementation）

ROS 2 預設支援多種 DDS 廠商（Middleware），但不同 DDS 可能無法互通，因此確保所有機器使用 相同的 DDS：

bash
export RMW_IMPLEMENTATION=rmw_fastrtps_cpp  # 預設使用 FastRTPS

可用的 DDS 供應商：

• rmw_fastrtps_cpp （預設）
• rmw_cyclonedds_cpp
• rmw_connextdds（需額外安裝）

測試目前 DDS 設定：

bash
ros2 doctor --report

🔹 (4) 測試不同主機的 ROS 2 通訊

在 主機 A 啟動 Talker：

bash
ros2 run demo_nodes_cpp talker

在 主機 B 啟動 Listener：

bash
ros2 run demo_nodes_cpp listener

如果設定正確，主機 B 應該能夠接收來自主機 A 的 ROS 2 訊息。

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3️⃣ 多主機架構的進階整合方法

如果你希望不同主機之間的 ROS 2 通訊更穩定或跨網段通訊，你可以使用以下進階方案。

🔹 (1) 設定 FASTRTPS_DEFAULT_PROFILES_FILE

ROS 2 使用 Fast DDS 作為預設 DDS，並且允許透過 XML 設定手動指定 ROS 2 網絡的通訊模式。

1. 建立 fastdds.xml 在 /etc/ros2/ 目錄下建立 fastdds.xml：

   xml
   <profiles xmlns="http://www.eprosima.com/XMLSchemas/fastRTPS_Profiles">
       <participant profile_name="ros_default_participant" is_default_profile="true">
           <rtps>
               <builtin>
                   <metatrafficUnicastLocatorList>
                       <locator>
                           <udpv4 address="192.168.1.10" port="7400"/>
                       </locator>
                       <locator>
                           <udpv4 address="192.168.1.11" port="7400"/>
                       </locator>
                   </metatrafficUnicastLocatorList>
               </builtin>
           </rtps>
       </participant>
   </profiles>
   

2. 讓 ROS 2 使用這個設定

   bash
   export FASTRTPS_DEFAULT_PROFILES_FILE=/etc/ros2/fastdds.xml
   

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🔹 (2) 使用 ROS 2 DDS Router

ROS 2 DDS Router 可用來讓不同網段或 VPN 之間的 ROS 2 通訊，這是因為 ROS 2 預設的 DDS 無法在不同網段內自動發現對方。

1. 安裝 ROS 2 DDS Router

   bash
   sudo apt install ros-humble-dds-router
   

2. 建立 Router 設定 建立 /etc/ros2/dds_router.yaml：

   yaml
   version: v1.0
   participants:
     - name: machine_A
       kind: simple
       domain: 10
       discovery:
         unicast:
           - address: 192.168.1.10
             port: 7400
   
     - name: machine_B
       kind: simple
       domain: 10
       discovery:
         unicast:
           - address: 192.168.1.11
             port: 7400
   

3. 啟動 DDS Router 在機器上執行：

   bash
   ros2 run dds_router dds_router /etc/ros2/dds_router.yaml
   

   這將允許跨網段通訊。

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🔹 (3) 使用 VPN 來確保 ROS 2 網絡穩定

如果你的主機不在同一個區域網路，ROS 2 可能無法透過 DDS 自動發現 對方，解決方案：

• 使用 VPN（如 Tailscale, Zerotier） 來模擬相同子網。
• 確保 VPN 內的 IP 在 fastdds.xml 內手動指定。

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📌 總結

方法	適用情境	設定難度
ROS_DOMAIN_ID 相同	本地區域網內，所有機器在相同子網	低
FASTRTPS_DEFAULT_PROFILES_FILE	指定特定機器連線，適合跨不同子網	中
ROS 2 DDS Router	跨網段，適用於不同 VPN 或遠端機器	中等
VPN（Tailscale, Zerotier）	不同地點的 ROS 2 機器互聯	高

🚀 推薦方式

1️⃣ 如果在相同區域網，使用 ROS_DOMAIN_ID 設定相同的值即可。
2️⃣ 如果機器跨網段，使用 Fast DDS XML 設定 來手動指定 IP。
3️⃣ 如果機器不在同一區域網或遠端機器要通訊，使用 ROS 2 DDS Router 或 VPN。

這樣你的 ROS 2 分散式系統 就可以跨多主機運行，讓機器人與邊緣設備無縫通訊！🚀🎉