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crane_comm

概要

Craneシステムの**通信・ネットワークユーティリティライブラリ**として、UDP通信、マルチキャスト、診断機能付きパブリッシャー、時刻管理などの通信基盤機能を提供するパッケージです。ROS 2の通信機能を拡張し、SSL競技で必要な高速・信頼性の高い通信を実現しています。

主要機能

  • UDP通信: 高速なUDP送受信機能
  • マルチキャスト: グループ通信サポート
  • 診断機能付きパブリッシャー: 通信状態監視機能付きROS 2パブリッシャー
  • パラメータイベント: 動的パラメータ変更の検知・処理
  • 時刻管理: システム全体の時刻同期ユーティリティ
  • 拡張ノードハンドル: ROS 2ノード機能の拡張

アーキテクチャ上の役割

Craneシステムの**通信基盤層**として、ROS 2標準の通信機能を拡張し、SSL競技特有の要求（低レイテンシ、診断機能、マルチキャスト等）に対応した通信機能を提供します。

主要コンポーネント

UDP通信

class UDPSender {
public:
  UDPSender(const std::string& host, int port);
  void send(const std::vector<uint8_t>& data);
  void sendString(const std::string& message);
};

class MulticastReceiver {
public:
  MulticastReceiver(const std::string& group, int port);
  std::vector<uint8_t> receive();
  void setNonBlocking(bool non_blocking);
};

診断機能付きパブリッシャー

template<typename MessageType>
class DiagnosedPublisher {
public:
  DiagnosedPublisher(rclcpp::Node* node, const std::string& topic_name);

  void publish(const MessageType& message);
  void updateDiagnostics();

  // 診断状態の取得
  bool isHealthy() const;
  double getPublishRate() const;
  size_t getDroppedMessages() const;

private:
  rclcpp::Publisher<MessageType>::SharedPtr publisher_;
  diagnostic_updater::DiagnosticUpdater diagnostic_updater_;
};

パラメータイベント機能

class ParameterWithEvent {
public:
  template<typename T>
  ParameterWithEvent(rclcpp::Node* node, const std::string& name, const T& default_value);

  // 値の取得
  template<typename T>
  T getValue() const;

  // 変更通知コールバック
  void setCallback(std::function<void()> callback);

  // 動的更新
  template<typename T>
  void setValue(const T& value);
};

拡張ノードハンドル

class NodeHandle {
public:
  NodeHandle(rclcpp::Node* node);

  // 診断機能付きパブリッシャー生成
  template<typename MessageType>
  auto createDiagnosedPublisher(const std::string& topic_name, size_t qos = 10);

  // パラメータイベント対応
  template<typename T>
  ParameterWithEvent declareParameterWithEvent(const std::string& name, const T& default_value);

  // ストリーム機能
  template<typename StreamType>
  auto createStream(const std::string& name);
};

時刻管理

namespace time {
  // 高精度タイマー
  class HighResolutionTimer {
  public:
    void start();
    double elapsed() const;  // 秒単位
    void reset();
  };

  // 時刻同期
  double getSystemTime();
  double getRosTime(rclcpp::Node* node);
  double getTimeDifference(double t1, double t2);
}

依存関係

パッケージ依存

  • rclcpp: ROS 2 C++クライアントライブラリ
  • diagnostic_updater: 診断機能

システム依存

  • 標準ライブラリ: STL、ネットワークAPI
  • システムソケット: UDP/TCPソケット

使用方法

UDP通信

#include "crane_comm/udp_sender.hpp"

UDPSender sender("192.168.1.100", 10001);
std::vector<uint8_t> data = {0x01, 0x02, 0x03};
sender.send(data);

診断機能付きパブリッシャー

#include "crane_comm/diagnosed_publisher.hpp"

DiagnosedPublisher<geometry_msgs::msg::Twist> cmd_pub(this, "cmd_vel");

geometry_msgs::msg::Twist cmd;
cmd.linear.x = 1.0;
cmd_pub.publish(cmd);

// 診断状態確認
if (!cmd_pub.isHealthy()) {
    RCLCPP_WARN(get_logger(), "Publisher unhealthy: rate=%.1f Hz",
                cmd_pub.getPublishRate());
}

パラメータイベント

#include "crane_comm/parameter_with_event.hpp"

auto max_speed = declareParameterWithEvent("max_speed", 3.0);

max_speed.setCallback([this]() {
    RCLCPP_INFO(get_logger(), "Max speed changed to: %.1f",
                max_speed.getValue<double>());
    updateRobotLimits();
});

パフォーマンス特性

  • UDP通信遅延: <1ms（ローカルネットワーク）
  • 診断更新頻度: 1-10Hz（設定可能）
  • パラメータ更新遅延: <10ms

最近の開発状況

🟡 中活動: crane_basicsからの分離後、診断機能の強化、マルチキャスト通信の最適化が進められています。特にネットワーク状態の監視機能が充実し、通信品質の可視化が改善されました。

関連パッケージ: crane_sender | robocup_ssl_comm | crane_msg_wrappers