多机器人系统中用于实时通信的不同协议对比

多机器人系统中用于实时通信的不同协议对比

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/bit_mike/article/details/141341739

本文整理自《PROTOCOL ANALYSIS FOR SHORT-RANGE TRANSCEIVERS》，由Antouan Anguelov, Roumen Trifonov, 和 Ognian Nakov撰写，发表在《Computer and communications engineering》期刊的2021年第15卷第1期上。论文主要关注多机器人系统（MRS）中的局部通信协议，并探讨了在光和声音介质上基于短程无线收发器的混合通信协议。

• 多机器人系统（MRS）：在群体应用中，移动机器人之间的通信是必要的，有时甚至是关键的。
• 群体（Swarm）：由对等网络代理组成的系统，形成去中心化和分布式的计算和存储群组。
• 通信基础设施：可能在某些时候受损或中断，要求移动机器人形成自组织网络。

应用层（APPLICATION LAYER）

实时通信的重要性

• 机器人应用，如远程控制机器人，需要实时响应和分布式容错网络，以确保在关键应用中的正常运行。
• 通信延迟可能导致不良后果，尤其是在涉及重型或快速移动机器人的情况下。

协议对比

1. MAVLink

• 轻量级通信协议，用于无人机之间的通信以及无人机组件之间的串行接口通信。
• 适用于点对点（PtP）通信。

2. XRCE-DDS (Micro XRCE-DDS)

• 针对资源受限设备和XRCE代理（服务器）之间的客户端-服务器协议。
• 允许具有睡眠/唤醒周期的资源协作机器人通过有限带宽网络访问DDS全局数据空间。
• 使用状态端点以尽可能减小消息大小，违反了幂等性原则。

3. RTPS (Real-Time Publish-Subscribe)

• OMG的DDS标准的底层协议，旨在使用发布/订阅模式实现可扩展、实时、可靠、高性能和互操作的数据通信。
• Fast RTPS是RTPS协议的最新版本和最小DDS API的轻量级跨平台实现。

4. MQTT-SN (MQ Telemetry Transport for Sensor Nodes)

• 为物联网设备设计的轻量级通信协议，适用于机器对机器通信。
• 支持通过消息总线（如发布/订阅机制）和主题注册控制消息分发。
• 提供三种服务质量（QoS）级别：
• 至多一次（QoS 0）：不使用重传。
• 至少一次（QoS 1）：使用消息标识符进行确认，未收到确认时重传。
• 精确一次（QoS 2）：需要两次消息交换，确保消息可靠传递但引入了一些开销。

5. MQTT

• 为物联网设计的轻量级消息协议，适用于机器对机器通信。
• MQTT-SN是MQTT的变种，专为受限传感器网络设计，增加了错误状态等改进。

协议特性

• 基础设施：MAVLink适用于点对点通信，而DDS和XRCE适用于点对点和多点通信。
• 传感器/通信：所有协议都支持板载和非板载传感器/通信。
• 网络角色：MAVLink和Ros serial可以作为中央/地面控制站（GCS）的角色，而DDS和XRCE作为代理/客户端。
• 平台：所有协议都支持多平台。
• 类型：MAVLink使用UDP/TCP/串行，Ros serial使用串行/TCP，DDS使用UDP/TCP/串行或共享内存（SHM）。
• 长距离/无线：MAVLink支持长距离/无线通信，而其他协议未明确说明。
• 服务质量（QoS）：MAVLink和DDS支持QoS，而其他协议未明确说明。
• 领域：MAVLink适用于无人机/GCS领域，DDS适用于多领域。
• 协议方言：MAVLink和XRCE支持方言，而其他协议未明确说明。
• 编程语言：所有协议都支持多种编程语言。
• 安全性：MAVLink和XRCE支持安全性，而其他协议未明确说明。
• 最大系统数量：MAVLink支持最多255个系统，其他协议未明确说明。

结论

论文提出，尽管存在一些限制，如R2R通信尚处于发展阶段，雾计算和基于雾的通信刚刚兴起，但这项研究为进一步的实验和实现提供了新的思路。论文强调了对这一领域进一步研究的迫切需求，并指出了当前研究中的一些局限性，例如大多数网络协议仅在节点数量较少时才有效，以及短程数据传输协议领域尚未成为当前研究的焦点。

通过这一节的分析，我们可以看到，不同的通信协议在多机器人系统中有着不同的应用场景和优势，选择合适的协议对于实现高效、可靠的通信至关重要。