ROS2 QoS 配置策略

简介
ROS 2 常见 QoS 策略
ROS 2 内置 QoS 配置
不同场景下常用 QoS 配置对照表
小技巧

简介

QoS（Quality of Service，服务质量）配置策略。这是 ROS 2 相比 ROS 1 的一个重要特性，因为它基于 DDS（Data Distribution Service），通信时可以灵活配置不同的 QoS 策略，适应不同的应用场景（比如机器人控制 vs 传感器数据流）。

ROS 2 常见 QoS 策略

在 ROS 2 里，QoS 策略主要包含以下几个方面：

Reliability（可靠性）
- RELIABLE: 确保消息一定会送达（适合命令、关键数据）
- BEST_EFFORT: 尽量传输，不保证（适合高频传感器，如激光雷达点云）
Durability（持久性）
- VOLATILE: 只接收订阅后发布的新消息
- TRANSIENT_LOCAL: 订阅者一旦加入，可以收到历史消息（适合参数或状态发布）
History（历史缓存策略）
- KEEP_LAST(n): 只保留最近 n 条消息
- KEEP_ALL: 保留所有消息（受限于内存）
Deadline（截止时间）

指定发布周期约束，订阅者能检测消息是否延迟。
Liveliness（活跃性）

检测发布者是否仍然活着，可以选择自动或手动信号。
Lifespan（消息寿命）

消息在网络中存活的时间，超时会丢弃

ROS 2 内置 QoS 配置

在 rclcpp 和 rclpy 中，ROS 2 已经内置了一些常用 QoS profile，方便直接使用：

qos_profile_default：默认设置

qos_profile_sensor_data：高频传感器，BEST_EFFORT + KEEP_LAST(1)

qos_profile_services_default：服务调用用

qos_profile_parameter_events：参数事件

qos_profile_system_default：跟随 DDS 默认配置

示例（C++）：

rclcpp::QoS qos(rclcpp::KeepLast(10));
qos.reliability(RMW_QOS_POLICY_RELIABILITY_RELIABLE);
qos.durability(RMW_QOS_POLICY_DURABILITY_VOLATILE);

auto sub = node->create_subscription<std_msgs::msg::String>(
    "chatter", qos,
    [](std_msgs::msg::String::SharedPtr msg) {
        RCLCPP_INFO(node->get_logger(), "I heard: '%s'", msg->data.c_str());
    });

不同场景下常用 QoS 配置对照表

场景	推荐 QoS 配置	说明
激光雷达 / 相机图像（高频传感器数据）	`BEST_EFFORT + KEEP_LAST(1)` （`qos_profile_sensor_data`）	高频大数据流，丢少量数据不影响整体，减少带宽和延迟
IMU 数据	`BEST_EFFORT + KEEP_LAST(5)`	高频，但每个数据包较小，允许丢少量数据
机器人控制命令（关节/速度/力矩指令）	`RELIABLE + KEEP_LAST(1)`	必须保证命令送达，但只要最新的，历史没用
状态反馈（关节角度、电流等）	`RELIABLE + KEEP_LAST(10)`	确保可靠传输，可以保留最近一段时间的数据
地图、参数、静态 TF	`RELIABLE + TRANSIENT_LOCAL + KEEP_LAST(1)`	新订阅者加入时也能收到最近的消息（如静态地图、TF 树）
参数事件（Parameter Events）	`RELIABLE + KEEP_ALL`（`qos_profile_parameter_events`）	确保不丢失参数变更通知
服务（Service）	`RELIABLE + KEEP_LAST(1)`（`qos_profile_services_default`）	请求-应答模式，必须可靠
Action（动作接口）	`RELIABLE + KEEP_LAST(10)`	动作反馈需要可靠传输

小技巧

内置 QoS 配置

ROS 2 已经提供了常见 QoS，例如：

qos_profile_sensor_data → 传感器

qos_profile_services_default → 服务

qos_profile_parameter_events → 参数

调试 QoS 不匹配

发布者和订阅者的 QoS 策略必须“兼容”，否则无法通信。

可以用命令行工具检查：

ros2 topic info /topic_name --verbose

QoS 和实时性

控制指令 → 要求低延迟（只要最新消息）。
感知数据 → 要求高吞吐（丢数据没关系）。
状态/参数 → 要求高可靠性（不能丢）。