ROS2校园网环境下跨计算机通信

简单发现协议是DDS标准中定义的标准协议。然而，在某些场景中，它具有已知的缺点。

随着新增节点数量的增加，它不能有效地扩展，因为交换的数据包数量显著增加。
在某些情况下，例如 WiFi，它需要具备可靠的组播功能。

Fast DDS Discovery Server 提供了一种客户端-服务器架构，允许节点使用中间服务器互相连接。每个节点都作为一个发现客户端，与一个或多个发现服务器共享信息，并从中接收发现信息。这减少了与发现相关的网络流量，并且不需要组播功能。

这些发现服务器可以是独立的、复制的，或者彼此连接，以在网络上创建冗余并避免单点故障。

1. 问题背景

1.1 校园网环境特点

组播(Multicast)被禁用：大部分校园网出于安全和管理考虑，禁用了IP组播功能
UDP端口限制：某些UDP端口可能被防火墙阻止
网络隔离：不同楼宇或区域可能处于不同子网
动态IP分配：DHCP分配的IP地址可能变化

1.2 ROS 2默认通信机制的限制

ROS 2默认使用DDS的简单发现协议(SIMPLE Discovery Protocol)，该协议：

依赖IP组播(239.255.0.1)进行节点发现
在组播被禁用的网络中完全失效
导致跨计算机节点无法相互发现

2. 解决方案概述

采用 Fast DDS Discovery Server 作为集中式发现服务，替代默认的分布式组播发现机制。

2.1 核心思想

使用单播(Unicast)替代组播
引入集中式发现服务器管理节点发现
通过环境变量控制节点的发现行为

3.服务器端配置（计算机1）

3.1 启动Discovery Server

1 2	# 指定特定IP和端口(记得开放11811端口) fast-discovery-server -i 0 -l 10.250.146.125 -p 11811

3.2 启动ROS节点

1
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export ROS_DISCOVERY_SERVER="10.250.146.125:11811"
export RMW_IMPLEMENTATION=rmw_fastrtps_cpp
ros2 run demo_nodes_cpp talker --ros-args --remap __node:=talker_discovery_server

4.客户端配置（计算机2）

4.1 普通节点连接

1
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export ROS_DISCOVERY_SERVER="10.250.146.125:11811"
export RMW_IMPLEMENTATION=rmw_fastrtps_cpp
ros2 run demo_nodes_cpp listener --ros-args --remap __node:=listener_discovery_server

4.4.2 CLI工具配置（关键步骤）

由于ROS 2命令行工具默认使用组播发现，需要特殊配置：

创建超级客户端配置文件：

<!-- ~/super_client_config.xml -->
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<dds>
    <profiles xmlns="http://www.eprosima.com/XMLSchemas/fastRTPS_Profiles">
        <participant profile_name="super_client_profile" is_default_profile="true">
            <rtps>
                <builtin>
                    <discovery_config>
                        <discoveryProtocol>SUPER_CLIENT</discoveryProtocol>
                        <discoveryServersList>
                            <RemoteServer prefix="44.53.00.5f.45.50.52.4f.53.49.4d.41">
                                <metatrafficUnicastLocatorList>
                                    <locator>
                                        <udpv4>
                                            <address>10.250.146.125</address>
                                            <port>11811</port>
                                        </udpv4>
                                    </locator>
                                </metatrafficUnicastLocatorList>
                            </RemoteServer>
                        </discoveryServersList>
                    </discovery_config>
                </builtin>
            </rtps>
        </participant>
    </profiles>
</dds>

配置CLI工具：

# 设置环境变量
export FASTRTPS_DEFAULT_PROFILES_FILE=~/super_client_config.xml

# 重启ROS 2守护进程
ros2 daemon stop
sleep 2
ros2 daemon start

# 现在可以使用CLI工具
ros2 topic list
ros2 node list
ros2 topic echo /chatter