在多台PC上进行ROS通讯（在多台远程机器人或电脑上运行ROS）-学习笔记【图文】

主要有两种类型：局域网和因特网。（2019年4月更新）

通过网页快速了解Linux（Ubuntu）

和ROS机器人操作系统，请参考实验楼在线系统如下：

初级教程可参考：https://www.shiyanlou.com/courses/854 邀请码：U23ERF8H

中级教程可参考：https://www.shiyanlou.com/courses/938 邀请码：U9SVZMKH

重要参考文献：

Running ROS across multiple machines

http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials/MultipleMachines

ARM端和PC端ROS通讯

http://www.roswiki.com/read.php?tid=312&fid=9

首先，配置主PC机(master)：

修改IP地址等，

$ hostname  //可以查看主机名

$ hostname rosxx  //临时修改主机名

$ sudo gedit /etc/hosts

在文件中添加PC(listener)地址，如：

192.168.3.201  ros1  //pc1 hostname

192.168.3.202  ros2  //pc2 hostname

具体如下图所示：

然后，修改bashrc

$ gedit ~/.bashrc

在最下端添加：

export ROS_HOSTNAME=RelayBot-CSLG
export ROS_MASTER_URI=http://192.168.3.200:11311

如下图所示：

添加完成后，注销重新登陆一下。

PC-ros1：

ros1类似，具体如下图所示：

PC-ros2：

在ros2配置与ros1类似，不详细上图，配置完成后。

在主PC启动roscore，然后启动openni2，在ros2下，启动rqt_image_view，就可以看到camera视频，

如下图所示。

在主PC或ros1，ros2都可以用rostopic list。

ros2笔记本上有usb摄像头，这里注意格式mjpeg还是yuyv等，在ros2启动usb_cam

在主PC可以看到，如下图所示的结果：

也可以由主机启动节点，控制ros1，ros2的Arduino底盘运动等，这里需要注意所有PC上的node不能重名，

可以远程键盘控制小车运动等。

参考原文：http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials/MultipleRemoteMachines

描述：本教程扩展了之前的教程（跨多台机器运行ROS），以包括对远程ROS网络的讨论。该教程侧重于多台计算机通过同一本地网络连接的情况，即它们都共享相同的公共IP地址（参见下面的图2）。这将讨论扩展到远程联网的机器，即通过单独的互联网热点相互连接的机器，或者每台机器都有自己的公共IP地址（见图3）。

本教程介绍了ROS范围之外的问题，例如Internet协议，网络，调制解调器设置，ISP问题等。本节简要介绍这些问题及其重要性的快速回顾。

ROS网络

正如之前的教程中所讨论的，ROS是为分布式计算而设计的，其中许多连接组件（机器人，计算机，移动设备等）如此处所示联网。

图1：ROS网络

由于所有这些组件共享相同的调制解调器（或热点），它们形成本调制解调器的本地网络，因此该网络被称为本地 ROS网络，其中所有连接的组件具有相同的公共IP地址，这是调制解调器的IP地址。在调制解调器处阻止每个远程查询（从Internet）到该网络的任何组件。这是Internet和安全协议的基本特性，可保护本地组件免受黑客攻击和其他威胁。

图2：本地ROS网络

在本地ROS网络中，每个组件都使用其唯一的本地IP地址进行标识（参见图2）。这些是用于在多个本地计算机上运行ROS的IP地址，如上一个教程中所述

远程ROS网络

在许多机器人应用中，例如室外机器人，需要机器人覆盖大面积区域并与操作员分开。例子包括农业机器人，搜救机器人等。在这些情况下，机器人和操作员可能不共享相同的调制解调器（或互联网热点），而是分别连接到互联网，然后彼此远程连接。此设置称为远程 ROS网络。

图2：远程ROS网络

图2还显示了远程ROS网络的挑战。我们不能再使用本地IP地址（如上一个教程中所建议的）来识别组件，因为每个组件都驻留在单独的本地网络中。此外，我们也不能使用他们的公共IP地址，因为这些IP地址是指他们的调制解调器而不是他们的组件。

例如，如果图2中的笔记本电脑试图使用机器人的公共IP地址联系机器人，则无法这样做，因为该IP地址是指机器人的调制解调器而不是机器人本身，反之亦然。

因此，需要将该连接从调制解调器转发到其内部组件，从而促进ROS 的要求，从而建立成功的远程ROS网络。这带来了对PortForwarding的需求

PortForwarding（PF）

已经有许多方法来建立远程ROS网络，其中一些包括云机器人，第三方Web解决方案，Android和/或组合。可以在此处找到对这些努力的广泛回顾。本教程重点介绍如何使用PortForwarding作为启用远程ROS网络的工具。PortForwarding比其他方法有其优点和局限性。这些总结如下：

PortForwarding的优点

基于云的解决方案通过云传输ROS消息的内容来促进远程ROS网络。这需要双向数据转换，或者rosmsg-webformat-rosmsg桥接每个 rosmsg通过云传输。

一个简单的调用者/监听器应用程序包含很少的rosmsgs，因此它可能需要很少的桥梁，但复杂的户外机器人应用程序可能包含数百甚至数千个rosmsgs，每个rosmsgs都需要通过云传输单个桥。

图4：用于远程ROS网络的PortForwarding与基于云的解决方案

此外，如果对系统进行任何更改或修改（引入新的传感器，修改机器人硬件等），也需要新的桥接器。

端口转发提供了另一种方法，如图4所示，它打开了一个远程ROS-to-ROS连接，可以远程传输应用程序中的所有rosmsgs，无需任何转换或桥接。PF还支持任何未来的系统更改或更新。

PortForwarding的挑战（以及如何克服它们）

不幸的是，Portforwarding的使用有其局限性，但可以管理这些限制：

1. 如下所示，PF需要事先了解网络组件的所有公共IP地址。如果这些IP地址动态变化（由ISP设置），则这还有问题。但是，本教程提供了一个管理此问题的解决方案。
2. 实现PF是多层次的过程，涉及ISP，调制解调器/路由器设置，操作系统配置，ROS本身内的设置以及顺序的设置。这使得设置和故障排除成为一项挑战，尤其对初学者而言。
3. 并非所有ISP都允许或支持PF的使用，那些可能需要许可/特殊访问权限的ISP。

下一节将详细介绍配置，故障排除和克服为远程ROS网络实施PortForwarding所面临的挑战所需的步骤。

按给定顺序处理以下步骤非常重要：ISP =>调制解调器=>操作系统=> ROS =>动态IP。后续步骤中的某些设置取决于先前步骤的成功实施。对于某些人来说，以下步骤可能听起来微不足道/多余，但为了获得最佳效果，建议您按照此处的建议执行操作。以下部分显示配置/故障排除步骤的概要/摘要。有关屏幕截图和说明的详细逐行步骤，请参阅随附的文章。（此后，这将被称为“论文”）

第1步：ISP设置

配置步骤：

1. 与您的提供商/网络管理员确认您的网络支持/允许/启用了PF。

2. 可选（但建议）：获取调制解调器的固定公共IP地址。

验证步骤（验证您的网络上是否允许PF ）：

1. 除了您的提供商/管理员确认允许/启用PF之外，此处无需验证。
2. 验证后，继续执行步骤2

第2步：调制解调器/路由器设置

在此阶段，您的ISP启用/允许Portforwarding，接下来我们需要配置调制解调器，以便允许远程查询转发到您的机器人（或ROS网络中的其他组件，见图1和图3）

配置步骤：

1. 在您的浏览器/应用程序上，登录您的调制解调器，导航到防火墙设置=>启用端口转发，DMZ和其他过滤设置

2. 可选（但建议）：设置本地IP地址和端口范围（有关详细信息，请参阅“纸张”）

3. 对该远程网络的每台机器的每个调制解调器重复此步骤（参见图3）

图5：PortForwarding的调制解调器配置

验证步骤（验证您的调制解调器/路由器是否成功允许PF）：

1. 首先确保您的连接已启动，打开浏览器并连接到互联网
2. 选择1024到65000之间的端口号
3. 在所选端口上托管netcat聊天会话（nc -l portNumber）

4. 在浏览器上，打开PortChecker网站并检查所选portNumber的状态

5. 如果状态为OPEN，则表示此步骤已完成，并且您已在调制解调器上成功启用PF
6. 验证后，即可继续执行步骤3

第3步：操作系统（Linux）设置

在此阶段，您的ISP已允许/启用Portforwarding，并且您的调制解调器/路由器已正确配置为将查询转发到您的计算机。接下来，我们需要配置您的系统，以便根据ROS 网络要求识别远程ROS网络的所有成员并与之交互（参见图1和图3）。对远程ROS网络的每个成员（机器人，笔记本电脑等）进行以下步骤。

现在，让我们假设所有公共/本地IP地址都是固定的。固定的公共IP可以由ISP授予，固定的本地IP在调制解调器的主页中定义/保留。动态IP将在稍后介绍。

配置步骤：

1. 在hosts文件中，定义ROS网络中所有组件的所有公共/本地IP地址和主机名。

2. 可选（但建议）：定义尽可能多的定义，无论是本地/远程网络，还是固定/移动调制解调器等（参见图6）

图6：多个网络配置的主机定义

验证步骤（验证主机是否为PF正确定义）：

要验证主机名和IP地址是否已正确配置，我们将使用三个测试; Ping测试，SSH测试和netcat测试。选择这些测试来验证ROS网络要求是否满足，即：1）每个成员可以通过其IP 公共地址（Ping）识别网络中的所有其他成员，2）每个成员可以访问网络中的其他成员（ SSH），以及3）每个成员可以充当网络中的服务器和/或客户端（netcat）。

• Ping测试

• 在家庭计算机之一的网络成员之一打开终端
• 运行：ping otherMemberHostName，如hosts文件中所定义，（例如：ping turtlebot）
• 如果Ping测试OK，则从另一侧运行相同的测试
• 如果所有成员都可以，那么继续进行SSH测试。

• SSH测试

• 在家庭计算机之一的网络成员之一打开终端
• 从本机到机器人的SSH，使用其主机名或IP地址（在hosts文件中定义）
• 如果SSH测试正常，则从另一侧运行相同的测试
• 如果所有成员都可以，那么继续进行netcat测试。

• netcat测试

• 在家庭计算机之一的网络成员之一打开终端
• 从家用计算机启动netcat会话（选择一个portNumber，然后运行：nc -l portNumber）
• 在笔记本电脑上，在同一端口上启动netcat会话，并交换一些快速消息
• 如果消息双方成功读取和接收，则netcat测试OK。
• 从机器人的计算机重复进程（在那里主持会话），并验证它也没问题
• 如果验证的所有成员都可以作为主机和/或客户端，则继续执行步骤4。

第4步：ROS设置

在此阶段，您的ISP已启用/允许PF，您的调制解调器/路由器已正确配置，并且您的网络的每个成员都已配置为通过PortForwarding远程识别并与网络的所有其他成员进行交互。接下来，我们需要在每台机器中配置ROS以方便远程ROS nework。之前的教程从这一点开始。配置步骤：

1. 在网络的ROSmaster成员中，打开终端...

2. 运行此命令：export ROS_MASTER_URI = ROSmaster_local_IP：11311（将ROSmaster_local_IP替换为ROSmaster机器的本地 IP地址）

3. 在网络的所有其他组件中，打开终端......

4. 运行此命令：export ROS_MASTER_URI = ROSmaster_public_IP：11311（将ROSmaster_public_IP替换为ROSmaster计算机的公共 IP地址）

现在，远程网络中的每台机器都知道哪台机器是ROSmaster，这是ROS网络要求的另一个要求。

验证步骤：

再一次，将进行三次测试以验证所有配置是否正确，并且再一次，这些测试将在远程ROS网络的每个成员上运行。

• 最小网络测试（验证ROSmaster是否被大家认可）

• 至于每个成员都可以识别ROSmaster，在确保所有先前的STEPS成功后，转到ROSmaster机器，并运行：roscore

• 这将启动一个ROS会话，应该被远程ROS网络的所有成员识别。

• 在网络的任何成员中，打开终端并运行：rostopic列表

• 如果一切正常，那么您应该从ROSmaster启动的会话中看到ROS主题列表。由于网络连接，可能会导致命令结果延迟
• 重复远程网络的所有成员
• 如果正常，请继续进行Talker / Listener测试。

• 讲话者/听者测试（验证所有成员可以充当服务器/客户端）

• 会话仍在运行时，从网络的任何成员启动Talker。
• 在网络的任何其他成员中，启动监听器，并查看是否成功发送/接收了消息
• 重复测试，但反转Talker和Listener
• 对所有网络成员重复，
• 如果所有成员都可以，那么继续进行机器人交互测试。

• 机器人交互测试（用实际机器人验证）

如果到目前为止一切正常，那么恭喜，远程ROS网络正在通过PortForwarding运行！接下来，您需要通过使用真实机器人进行测试来进一步验证它。以Turtlebot的互动为例。

• 在机器人的机器上，启动机器人（或者你可以从你的家用电脑ssh到它，然后把它拿出来）
• 从家用计算机启动可视化，键盘遥控器和其他组件。
• 使用家用计算机的键盘，远程操作机器人。
• 如果一切顺利，机器人应该通过远程网络接收命令并相应地移动
• 此外，机器人应该通过远程网络返回其可视化（甚至其生命片段）。

第4步：管理动态更改的IP

某些ISP可能无法向订户提供固定的公共IP。相反，它们会为其IP提供一系列值，例如173.17.XXX.XXX，其中XXX的范围可以从000到255.这显然会使上面讨论的设置和配置步骤复杂化，因为步骤2到4需要每次更改IP地址时都会重新访问。解决方案是通过使用环境脚本和云解决方案（具有讽刺意味！）自动执行此步骤，如图7所示。

图7：自动更新IP以克服动态IP地址

当前的IP定义（类似于hosts文件中的定义）将存储在云存储设施中，例如Dropbox或其他。每个成员都可以访问该文件，并可以读取/写入该文件。ROSmaster中的环境脚本将检查当前的IP值并通过网络自动更新配置。自治程度可由用户定义。

配置步骤（自动更新IP地址）

实际的脚本和进一步的讨论可以在论文（及其随附的Github页面）中找到，以下是自动更新算法和逻辑。

1. 启动ROSmaster计算机后，将运行主脚本，执行以下操作：
   1. 检查计算机的当前公共IP地址

   2. 将IP地址与存储在云中hosts文件中的值进行比较。

   3. 如果值相同，则退出（不需要更改/更新）
   4. 如果值不同，则更新PF设置

      1. 更新主机值

      2. 更新ROSmaster_Public_IP和ROSmaster_Local_IP
      3. 在存储设施的文件中更改值后，将通知网络中的所有成员。
      4. 这会触发所有成员计算机中的环境scipts以相应地更新值。

可以通过tweeking脚本（以及注释/取消注释某些特定行）来定义Autonomy的程度（完全自主或用户验证）

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