ROS 与 ROS2 的区别

ROS 是一个广泛使用的机器人操作系统框架，可以在不同的机器人系统中实现底代码复用，使开发人员专注于机器人应用功能的实现。

一、ROS 起源

ROS 起源于 2007 年，是斯坦福大学人工智能实验室与机器人技术公司 Willow Garage 的合作项目。2008 年之后，由 Willow Garage 公司进行推广，该项目研发的机器人 PR2 就是在 ROS 框架的基础上实现的。2010 年，Willow Garage 公司开源了 ROS，其很快在机器人研究领域引起了越来越多的关注。

ROS 的主要目标是为机器人研究和开发提供代码复用的支持和服务，包括硬件抽象、底层设备控制、常用函数调用、进程间消息传递，以及包(Package)管理，并提供跨计算机、分布运行代码所需的工具和库函数。ROS 是一个分布式的进程 (也就是“节点”) 框架，这些进程被封装在易于分享和发布的程序包和功能包中。

为支持机器人项目的开发和实现，ROS 支持一种类似于代码存储库的联合系统，这个系统可以实现各个工程项目的协作及发布，从文件系统到用户接口完全独立(不受ROS限制)，所有的工程项目都可以被 ROS 的基础工具整合在一起。

二、ROS架构

ROS 架构共分为三层: OS 层(OS Layer)、中间件层(Middleware Layer)和应用层(Application Layer)。

1. OS 层

ROS 不能直接运行在计算机硬件之上，需要依托操作系统。在 OS 层，可以直接使用 ROS 官方支持度最好的 Ubuntu 操作系统(Linux)，也可以使用 Mac、WindowS、RTOS 等操作系统。

2. 中间件层

Linux 是一个通用系统，并没有针对机器人开发提供特殊的中间件，所以 ROS 设计了中间件层，其中最为重要的是基于 TCPROS/UDPROS 的通信系统。ROS的通信系统基于TCP/UDP 网络，并进行了再次封装，即得到 TCPROS/UDPROS。ROS 通信系统使用发布订阅、客户端/服务器等模型，可以实现多种通信机制的数据传输。

除 TCPROS/UDPROS 的通信机制外，ROS 还提供一种进程内的通信方法--Nodelet,其可以为多进程通信提供一种更优化的数据传输方式，适合对数据传输实时性方面有较高要求的应用。
在通信系统的基础上，ROS提供了大量机器人开发相关的库，如数据类型定义、坐标变换、运动控制等，可以提供给应用层使用。

3. 应用层

在应用层，节点(Node)管理器 Master 组件负责管理整个系统的运行。ROS 开源社区内共享了大量的机器人应用功能包，这些功能包内的模块以节点为单位运行，以 ROS 标准的输入/输出作为接口，只需要了解接口规则即可实现复用，极大地提高了开发效率。随着机器人技术的快速发展，ROS 得到了极大的推广和应用。尽管 ROS 还存在不少的局限性，但是 ROS开源社区内的功能包数量逐年呈指数级上涨，不少开发者和研究机构还针对 ROS 的局限性进行了改良，为机器人开发者带来了巨大的便利。

为提高 ROS 整体性能，在 ROS Con 2014 上,正式发布了新一代 ROS 架构(Next-generation ROS: Building on DDS), 2015年8月，ROS2.0 的 Alpba 版本发布，经过一年多的测试与优化,2016年12月19日，ROS2.0的 Beta 版本正式发布。众多新技术和新概念被应用到了新一代的 ROS 2.0之中，提升了架构的整体性能，增强了 ROS 各方面的综合能力。

 

三、ROS 2.0 与 ROS 1.0的系统架构对比

(1) ROS1.0主要构建于 Linux 系统之上，ROS2.0支持的操作系统包括 Linux、Windows、Mac、RTOS，甚至支持没有操作系统的裸机。

(2) ROS 1.0的通信基于 TCPROS/UDPROS，强依赖于 Master 节点的处理，而 ROS 2.0 取消了 Master，通信是基于数据分发服务(Data Distribution Service,DDS)的，同时 ROS 2.0 内部提供了 DDS 的抽象层实现，用户可以不用关注底层的 DDS 使用了哪个API。ROS 中最重要的一个概念是“节点”，这种基于发布/订阅模型的节点，可以让开发者并行开发低耦合的功能模块，并且便于进行二次复用。ROS 2.0 采用的 DDS，提升了发布/订阅模型的性能。

(3) 在 ROS1.0 中,Nodelet 和 TCPROS/UDPROS 是并列的层次,也是负责通信的,Nodels可为同一个进程中的多个节点提供一种更优化的数据传输方式。ROS2.0中仍保留了这种数据传输方式，改名叫 Intra-process，同样也独立于 DDS。

ROS 2.0与ROS 1.0架构的不同主要是由数据分发服务引起的。DDS 是对象管理组织(Obiect Management Group，OMG)在 2004年正式发布的一个专门为实时系统设计的数据分发/订阅标准，最早应用于美国海军，解决舰船复杂网络环境中大量软件升级的容性问题。目前 DDS 已经成为美国国防部的强制标准，已广泛应用于国防、民航、工业控制等领域，成为分布式实时系统中数据发布/订阅的标准解决方案。DDS 是以数据为核心的发布/订阅模型，这种模型创建了一个“全局数据空间”(GlobaData Space)的概念，所有独立的应用都可以访问该空间。在DDS中，每个发布者或者订阅者都成为参与者(Participant)，类似于 ROS 节点的概念。每个参与者都可以使用某种定义好的数据类型来读/写全局数据空间。

ROS 2.0还在不断发展中，在学术界和工业界未得到大范围的使用，但有着更强性能的ROS 2.0 将成为未来的发展趋势。