跳转至

4.2.   软件间通讯

本篇文章盘点赛队目前主要使用的软件间的通讯机制，希望大家能够据此了解各软件的定位，串联起整个系统

赛队定义

涉及软件

  • rbk：控制程序，负责决策，判断场上局势，发布运动指令
  • owl2：可视化工具，处理视觉以得到更为准确的位姿，同时显示辅助调试的信息
  • grSim(src-simulation)：仿真器，可提供仿真环境下的相机视觉（裸视觉）、机器人反馈等信息
  • ssl-vision：视觉机，官方推荐使用，在实车模式中提供相机视觉
  • 裁判盒：发送裁判指令（Halt、Stop……），包括owl2自带的和GC

通讯汇总

1

  • Message：通讯传递的信息
    • Vision：视觉，包括裸视觉和滤波处理后的视觉
    • Command：运动指令
    • FeedBack：机器人的反馈，包括红外、踢球情况等
    • Referee：裁判指令
    • Option：模式选择，包括仿真或实车、选色、选边等
    • Debug：辅助调试语句
  • Protocol：通讯协议名称，箭头表示通讯方向，发送方->接收方
  • Protubuf：通讯协议的具体格式，仅用于网络通讯
  • Type：通讯协议的种类，主要有TCP、UDP两类，其中UDP Multicast为使用网络进行组播，可以给到同一网段的多个设备
  • IP Address：IP地址，仅用于网络通讯
  • Port：通讯端口，仅用于网络通讯
  • Mode：通讯存在的模式，Sim指仿真模式，Real为实车模式，Both即两者中都存在
  • 表格中的大部分通讯都是通过网络传播，也列举了软件和机器人（实车）之间的通讯机制，属于无线载波通讯，通讯协议详见机器人通讯协议

官方定义

  • 明确一些赛事通用软件间的通讯机制，统一通讯协议

2

知识补充

通讯协议

  • 通讯，目的是传递信息，简单来说有几个要素，发送设备、接收设备和通讯协议
  • 前两者好理解，通讯协议可以理解为双方统一使用的语言，否则一个说汉语，一个说英语，谁也听不懂谁
  • 网络中的通讯协议主要有两个，TCP和UDP
  • TCP是一种可靠通讯方式，双方先要经过三次握手建立连接，接收端每接收到新的信息还需要给予发送端反馈，以评价通路状况，避免阻塞。其准确率高，丢包率低，但速度受限
  • UDP是一种常在于网络通讯的方式，无需特意建立连接，发送端将信息发至网络，通过网络向某一端口传输，接收端绑定该端口，等待信息。特点是速度快，但丢包率和准确率不如TCP，很大程度上取决于网络状态
  • 所以综合两者优劣，考虑到比赛是个高帧率的场景，对通讯速度要求较高，绝大多数通讯采用UDP
  • 而几处网络通讯采用TCP是因为其可靠性更为重要，如AutoRef对GC的反馈，需要信息的准确，避免误判
  • UDP Multicast是使用UDP进行组播，如视觉机就有如此需求，比赛时各队主机均与视觉机相连（网线、交换机），处于同一局域网段，此时就需要建立一个组播群组，所有设备都在此注册，信息就可传递至每个设备。否则无论连接到局域网的客户端想不想接收该数据，服务端都会给客户端发送该数据（广播），进而造成客户端上数据的拥塞
  • 那么，通讯中的信息到底是什么？其实无论那种通讯协议，信息都以比特流的形式传递，信息如何负载在上面，又要如何恢复出来，就要涉及到具体的格式和编解码方法。而在网络通讯中，最为常用的protubuf就是来完成这两个工作的

Protubuf

  • protubuf其实是一种数据存储格式，因为其结构优异，且方便与比特流相互转化，因此被广泛使用
  • 回到我们的项目里，protubuf用.proto文件的形式编写，几个常用的语法：
  • syntax定义使用protubf的版本，不同版本语法有所差别
  • import类似C++中的include，引入其他文件，以使用其他文件中定义的信息格式
  • package也是一种引用
  • message定义了一种信息格式，具体内容包括：
    • 种类：
    • 类似C++中的bool、double、string，但没有int，但有uint32，也可自定义，即再定义一个message，语法相同
    • 前面需加一个前缀，补充信息特性：required 必要；optional 可缺失；repeated 重复，组成数组
    • 名称
    • 排序：这个最为重要，收发两端必须一致
  • 在C++中使用protubuf，需要先生成定义接口的文件（.pb.h、.pb.cc），使用protoc.exe，输入以下指令（一般都配有自动运行脚本），生成文件在同一路径下的cpp文件夹中

./protoc.exe --cpp_out=cpp *.proto

  • 下面给出一个.proto和C++相对应的示例：
syntax = "proto2";

package tutorial;

message Person {
  required string name = 1;
  required int32 id = 2;
  optional string email = 3;

  enum PhoneType {
    MOBILE = 0;
    HOME = 1;
    WORK = 2;
  }

  message PhoneNumber {
    required string number = 1;
    optional PhoneType type = 2 [default = HOME];
  }

  repeated PhoneNumber phones = 4;
}

message AddressBook {
  repeated Person people = 1;
}

  // name
  inline bool has_name() const;
  inline void clear_name();
  inline const ::std::string& name() const;
  inline void set_name(const ::std::string& value);
  inline void set_name(const char* value);
  inline ::std::string* mutable_name();

  // id
  inline bool has_id() const;
  inline void clear_id();
  inline int32_t id() const;
  inline void set_id(int32_t value);

  // email
  inline bool has_email() const;
  inline void clear_email();
  inline const ::std::string& email() const;
  inline void set_email(const ::std::string& value);
  inline void set_email(const char* value);
  inline ::std::string* mutable_email();

  // phones
  inline int phones_size() const;
  inline void clear_phones();
  inline const ::google::protobuf::RepeatedPtrField< ::tutorial::Person_PhoneNumber >& phones() const;
  inline ::google::protobuf::RepeatedPtrField< ::tutorial::Person_PhoneNumber >* mutable_phones();
  inline const ::tutorial::Person_PhoneNumber& phones(int index) const;
  inline ::tutorial::Person_PhoneNumber* mutable_phones(int index);
  inline ::tutorial::Person_PhoneNumber* add_phones();
  • 具体接口函数可以在生成的文件中查找，几个常用的：
  • xxx()：某一项的内容，无论.proto中变量名有无大写字母，xxx均为小写
  • mutable_xxx()：返回指针，方便程序内修改数值
  • set_xxx(xxx)：设置某一项内容
  • has_xxx()：检查是否有此项
  • clear_xxx()：归为默认值（0），这也是一个小缺憾，无法区分0到底是设置的还是默认的
  • xxx_size()：数组大小
  • add_xxx()：添加数组成员
  • SerializeToArray(xxx,size)：转化为比特流
  • ParseFromArray(byte,size)：从比特流中提取信息
  • 所以具体操作很明显了，发送端按信息格式填好后，转化为比特流发送；接收端将信息提取出后，可以直接利用。编解码方式在protubuf内部定义，使用方便
  • 下方附上两个示例，分别是接收和转发仿真器的机器人反馈，注意引用相关的接口文件

3

4

Reference