Why ROS 2.0?
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為何要大改ROS API 直上ROS2的原因。
* [官網英文原文](http://design.ros2.org/articles/why_ros2.html)

* 作者：[Brian Gerkey](http://brian.gerkey.org/)
* NOW:CEO of OSRF[ (Open Source Robotics Foundation)](https://www.osrfoundation.org/)
* Before:
* Computer Scientist in the AI Center at SRI[ (Standford Research Institure)](https://www.sri.com/)
* ROS Developer(since 2008)
* Lead Developer of Player Project

ROS的起源於2007年11月，我們相信該是時候建立下一代的機器人運作平台了，本文將介紹背後的故事和緣由。

## How We Got here
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ROS(Robot Operation System)的起源是為了支援[Willow Garage PR2 robot](http://www.willowgarage.com/pages/pr2/overview)
開發環境。主要是為了提供前沿研究所需的軟體工具和PR2上的開發專案使用。當時，我們認知到PR2不會是世上唯一或最重要的Robot平台，因此我們希望ROS能對其他平台也有價值。所以我們花了很多的功夫在定義及建構抽象層(levels of abstraction, 通常指傳訊的界面)，以利它能被不斷的再利用。

但，我們是在PR2 需求上進行，它具有以下具體特色：
1. 獨立的Robot
2. 上面具備工作站級別的運算資源
3. 沒有實時系統(Real-time)需求
* 特定的實時需求，都以個別設計方式達成
4. 極佳的網路環境
* 實體線路或鄰近(close-proximity)的高頻寬無線方式連接。
5. 研究使用，多於學術圈
6. 最大限度的彈性，沒有預設(prescribed)或限制(proscribed)
* EX: “we don’t wrap your main()”.

平心而論，ROS 完全滿足了 PR2 的使用需求，而且超乎預期的被各式各樣的[Robots](http://robots.ros.org/)採用。今天我們看到了ROS不僅在PR2上或類似的平台上運行，它也在各尺寸的輪型機器、雙足機器人(legged humanoids)、工業手臂、戶外運作的載具(包含自駕車)、空中的及水面的各式平台上運作著。

除此之外，我們看到它跨出了我們當初所預設的學術社群，以ROS衍伸的產品正推向市場，在生產自動化、農業應用、商用清潔等領域。政府相關部門也在密切的關注其可能的應用。例如美國航空航天局(NASA)預計將在國際太空站上配置採用ROS的 [Robonaut 2
](https://robonaut.jsc.nasa.gov/R2/)。

在新延伸的應用中，ROS擴展到眾多沒有事先預料的領域。在它被廣泛採用的同時，我們相信我們能為了這新納入的ROS社群，提供更好的方案攻克可預見的使用者需求。

## New use cases
在ROS社群正進行中及未來發展的方向上，我們特別關注以下的使用案例，而這些是我們在計畫開始時沒有預設的。
1. 多 Robot 的編隊
* 雖然以現今的 ROS 也是能建立多機群組，但並沒有標準化的方式，且無倫如何避不開的就是中心化架構(Master)的限制。
2. 小型的嵌入式系統
* 我們想將小型電腦，包含近乎單晶片("bare-metal")的架構能直接納入ROS環境開發，而非隔離在環境外僅能對接其驅動程式。
3. 實時系統
* 我們要直接用ROS支援實時的控制系統，它包括內部程序及機器間的通訊(在適當的操作系統及硬體支援下實現)。

4. 不理想的連線環境
* 我們要讓ROS在網路環境降階時造成短線、延遲等狀態下盡可能的良好運作，包含從受限的Wi-Fi連線到地面對太空的連線。
5. 可產品化的開發環境
* 在研究及實驗室熱切接納ROS做為開發平台的同時，我們希望確保以此開發的原型能延續在此平台上跌代演化為產品(ROS-based Product)，推進到真實應用環境中。

6. 預設的建構及架構模式
* 在我們維持ROS標誌性的底層彈性特色時，我們想要提供明確的開發模式(pattern)和對應的工具支持諸如生命週期管理及定義配置設定(static configuration for deployment)的功能。

## New Technologies
現今ROS的底層核心是一個從頭建構起的匿名的"發佈-訂閱"中間層系統(middleware)。從2007年起，我們建構起原創的系統處理軟體中搜尋(discovery)、訊息定義(message definition)、序列化(serialization)及傳輸(transport)功能。這期間數個新的技術，在上述 ROS的各項領域中發展、改進及廣泛的被接納使用，比如下列幾項：
* [Zeroconf](http://www.netadmin.com.tw/article_content.aspx?sn=1604150016)
* 針對
* 指派位址（Address Selection）
* 名稱解析（Name Resolution）
* 服務搜尋（Service Discovery）

* [Protocol Buffers](https://zh.wikipedia.org/wiki/Protocol_Buffers)
* Google 公司内部的混合語言數據交換標準：簡單、快速
* [ZeroMQ](https://zh.wikipedia.org/wiki/%C3%98MQ) (and the other MQs)
* 設計給可伸縮的分散式、並行應用程式的高效能異步訊息庫
* [Redis](https://aws.amazon.com/tw/elasticache/what-is-redis/)
* 快速、開放原始碼的記憶體內鍵值資料結構存放區。_Redis_ 隨附一組多功能的記憶體內資料結構，讓您能夠輕鬆地建立各種自訂應用程式

* [WebSockets](https://zh.wikipedia.org/wiki/WebSocket)
* WebSocket是一種在單個[TCP](https://zh.wikipedia.org/wiki/TCP "TCP")連線上進行[全雙工](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%85%A8%E9%9B%99%E5%B7%A5 "全雙工")通訊的協定。

* [DDS (Data Distribution Service)](https://en.wikipedia.org/wiki/Data_Distribution_Service)

在這些開源的軟體庫支持下，已經能建立起像ROS一樣功能的中介層(middleware)。我們能大幅地受益於整合的開發方式，原因包括如下幾項：
1. 維護更少的程式碼，尤其是非專用於Robot的部分。
2. 能利用這些軟體庫中的功能，而這些常是超過我們能自行打造的範疇。
3. 能同步接受開源社群對這些軟件庫的持續改善的益處
4. 借鏡基於這些軟體庫產品化的過程，強化 ROS 商品化的基礎。

## 應用程式介面(API)的改變
推動 ROS2 開發的進一步原因是能趁機改善使用者面對的應用程式介面，現在大量的 ROS 程式碼是相容於很早期的"Mango Tango" ROS 版本 (2009二月釋出)，從穩定性的角度來看是好事，但反面則是我們遵守數年前的 API 定義，某些決策已被證明有更好的方式。
所以 ROS 2.0 將善用社群第一代版本的協作及經驗設計新的應用程式介面，除了將維持一貫的設計邏輯(分散式運算、匿名訊息發布及訂閱機制、具回饋機制的遠程程式調用<RPC with feedback, ie., actions>，支援多種程式語言, system introspectability(?), ...)外,不會追求相容於第一代的API。

但各位不用擔心手上的程式碼會全然失效，我們將會設計一個 ROS1.0 和 2.0共存的機制。至少，會有一個串接機制讓兩個系統能同時互聯運作。而開發讓ROS1.0的程式能以ROS2.0的軟體庫編譯的介接工具(library shim)，讓使用者能維持類似現在的使用方式也是有機會的。

## 為何不直接改善 ROS1
原則上，上述的改變都能整合進現有的 ROS 核心碼中，比如說讓roscpp 和 rospy 整合新的通訊技術。綜和考量改善和新建兩個選項，有鑑於我們瞄準的改善需求對現有系統核心的調動，對社群中的眾多使用者風險太高，所以決議平行開發ROS2.0，讓原系統維持原發展架構，並讓兩者可以通過訊息串接(message bridge)彼此協作。

## 翻譯附註
1. Robot 劍橋字典定義如下
> a machine controlled by a computer that is used to perform jobs automatically

中文慣用翻譯為機器人，但我覺得有刻板印象，故維持以英文 Robot方式呈現。

2. System Introspectability **(?)**

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翻譯群：
- 林信男 Ken Lin

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