[ROS2 QoS] Did you know ROS2 communication can improve only changing QoS(Quality of Service) value?

[Reference]

[Book] ROS2로 시작하는 로봇 프로그래밍, 표윤석 지음

[Communication between ROS1 and ROS2]

[ROS1]
- (1) 한 대의 master 에서 roscore 가 동작
- (2) master 를 꼭 지정해주어야 하고 이 master 를 통해서 꼭 메세지 publish & subscribe 가 이루어짐
- (3) ROS1 의 기본적인 communication 방식은 TCP 기반이어서 TCPROS 통신 라이브러리를 사용

[ROS2]
- (1) 별도의 master 가 필요가 없음
  - 해당 terminal 에서 terminal 에 ROS_DOMAIN_ID 만 동일하게 설정해주면 여러 로봇들간의 데이터 전송이 가능해짐
    # Terminal $ export ROS_DOMAIN_ID=1 # you can easily change ROS_DOMAIN_ID !
- (2) DDS (Data Distribution Service) 방식의 통신이 이루어지고 RMW (ROS Middleware) 로 추상화하였음
  - 4가지 DDS 방식이 존재
    - [1] rmw_fastrtps_cpp (ROS2 foxy default)
    - [2] rmw_cyclonedds_cpp
    - [3] rmw_connext_cpp
    - [4] rmw_gurumdds_cpp
  - bashrc 에서 또는 terminal 에서 RMW_IMPLEMENTATION 만 설정해주면 DDS 방식이 변경
    $ export RMW_IMPLEMENTATION=rmw_cyclonedds_cpp
- (3) 노드 간의 데이터 통신을 목적에 맞춰서 세부적으로 조정하는 QoS 를 설정할 수 있어서 다양한 방식으로 DDS 통신을 할 수 있음
  - Reference: https://docs.ros.org/en/foxy/Concepts/About-Internal-Interfaces.html
- ROS1 & ROS2 architecture
  - Reference: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=7743223

[DDS QoS]

DDS 의 품질을 담당하는 QoS, 쉽게 말하면 데이터 통신 옵션이다.
- (1) Reliability
  - TCP 처럼 데이터 손실을 방지함으로써 신뢰도를 우선시하는 것에 대한 설정
- (2) Best effort
  - UDP 처럼 통신 속도를 최우선시하여 사용하는 신뢰성 기능
- (3) History
  - 통신 상태에 따라 정해진 크기만큼의 데이터를 보관하는 것에 대한 설정
- (4) Durability
  - 데이터를 수신하는 subscriber 가 생성되기 전의 데이터를 사용할지 폐기할지에 대한 설정
- (5) Deadline
  - 정해진 주기 안에 데이터가 발신 및 수신되지 않을 경우 이벤트 함수를 실행
- (6) Lifespan
  - 정해진 주기 안에서 수신되는 데이터만 유효 판정하고 그렇지 않은 데이터는 삭제
- (7) Liveliness
  - 정해진 주기 안에서 노드 혹은 토픽의 생사를 확인

rmw_qos_profile
- ROS 2 의 RMW 에서 QoS 설정을 쉽게 사용할 수 있도록 가장 많이 사용하는 QoS 설정을 세트로 표현해둔 것이 있는데 이를 RMW QoS Profile 이라 한다.
  - Reference: https://github.com/ros2/rmw/blob/rolling/rmw/include/rmw/qos_profiles.h
  - Reference: https://velog.io/@leesy970906/019-DDS의-QoSQuality-of-Service

[QoS Profile Example Realsense Camera]

Reference: https://github.com/zinuok/VINS-Fusion-ROS2/blob/main/realsense_install.sh

Reference: https://github.com/IntelRealSense/realsense-ros/blob/8285d84813ff7c08bd58698800299f8a50ed36f5/realsense2_camera/src/ros_utils.cpp

  static const rmw_qos_profile_t rmw_qos_profile_latched =
  {
      RMW_QOS_POLICY_HISTORY_KEEP_LAST,
      1,
      RMW_QOS_POLICY_RELIABILITY_RELIABLE,
      RMW_QOS_POLICY_DURABILITY_TRANSIENT_LOCAL,
      RMW_QOS_DEADLINE_DEFAULT,
      RMW_QOS_LIFESPAN_DEFAULT,
      RMW_QOS_POLICY_LIVELINESS_SYSTEM_DEFAULT,
      RMW_QOS_LIVELINESS_LEASE_DURATION_DEFAULT,
      false
  };

[Result]

QoS 방식 중 rmw_fastrtps_cpp 을 사용한 rqt_image_view 결과 (default setting)
- rqt_image_view 를 통해서 확인할 수 있듯이, delay 가 매우 커져서 나중에는 안보이는 것으로 확인되었다. 이는 reliable 으로 설정하였기 때문에 (TCP 방식) 해당 topic 이 다시 돌아올 때까지 아얘 기다리므로 화면이 멈춰버리게 된다.
QoS 방식 중 rmw_cyclonedds_cpp (+ Best effort) 을 사용한 rqt_image_view 결과
- rqt_image_view 를 통해서 확인할 수 있듯이, 돌아오지 않은 메세지에 대해서는 기다리지 않고 메세지를 받기 때문에 delay 가 나타나지 않음을 알 수 있다.