6. 协议综述

本文范围：Bridge 协议谱系、业界方案、选型依据与 Autonomy 能力边界。
架构与实现见 §2；契约见 §3；插件见 §4 gRPC · §5 MQTT。

6.1 综述定位

维度	本文	其他文档
分层、数据流、Handler 接线	不展开	§2 架构
Proto 字段、Topic 对照	摘要 + 链接	§3 · rpcs/ · mqtt/04
async_grpc / Mosquitto 实现	摘要 + 链接	grpc/ · mqtt/
协议分类、业界对比、选型	本文	—

建议阅读顺序

角色	路径
选型 / 集成	§6.2 → §6.7 决策树
协议设计	§6.3 → §6.5 设计原则 → §6.6 工程约束
背景调研	§6.4 → §6.8 参考

6.2 Autonomy 能力边界

Bridge 位于机载栈（Localization / Planning / Control / Navigator）与场外系统（App、云平台、调度）之间，对标 rosbridge_suite、foxglove_bridge 及 Apollo / Autoware 的对外 API 层。

Offboard ── gRPC / MQTT ──► autonomy/bridge ──► Navigator / Exploration
Onboard  ◄── autolink / commsg ────────────────────────────────────────┘

能力	状态	说明
gRPC + Protobuf 契约	✅	`AutonomyService` 13 RPC 已定义
async_grpc 服务端骨架	✅	2 Handler 已注册（Nav / Expl）
其余 Command / Query / System	❌	Proto 有，未 RegisterHandler
BotStates / BotEvents Stream	❌	`vehicle_msgs` 已定义，Handler 未注册
MQTT（libmosquitto 客户端）	❌	空壳
TLS / 认证 / uplink	⏳	Proto 预留字段

实现明细见 grpc/07 §7.1（上表为能力边界摘要）。

6.3 协议谱系

6.3.1 按层次

层次	代表	Autonomy
应用 RPC	gRPC, REST, WebSocket	✅ gRPC
消息中间件	MQTT, AMQP, Kafka	⏳ MQTT
机器人中间件	DDS (ROS 2), Cyber RT	内部 autolink
传输	TCP / HTTP/2 / QUIC	gRPC → HTTP/2 → TCP

6.3.2 按交互模式

模式	Bridge 映射
Server Streaming	`Send*Command`（Nav/Expl/Follow/Dock/Map）
Bidirectional Streaming	`SendTeleopCommand`
Empty → Stream	`ReceiveBotStates` / `ReceiveBotEvents`
Unary	`Get*` / `EmergencyStop` / `CancelAllTasks`

6.3.3 序列化

格式	Bridge 使用
Protobuf	gRPC 主格式
JSON	MQTT 载荷备选
commsg / ROS msg	机载内部，不经 Bridge 暴露

6.4 业界方案

方案	传输	特点	与 Autonomy 差异
`rosbridge_suite`	WebSocket + JSON	浏览器友好	弱类型、性能一般
`foxglove_bridge`	WebSocket + Protobuf	可视化集成	偏 Foxglove 生态
Apollo Cyber RT	gRPC / HTTP Gateway	多模块 DAG	async_grpc 同源参考
Autoware AD API	REST / WebSocket	标准化对外 API	ROS 2 绑定
Nav2 `simple_commander`	进程内 Python	非网络 Bridge	无跨网契约

Autonomy 选型：gRPC 强类型 RPC 为主，MQTT Pub/Sub 为辅；与 Navigator 解耦，独立 autonomy/bridge 模块。

6.5 设计原则

命令 vs 推送：外部接口区分有副作用的 Command（NAV_CMD_*，须 FSM）、无副作用的 Query（可重试）、单向 Event（Stream 推送）。当前 Proto 以命令 + Stream 为主，近似 CQRS。

幂等：弱网重发时建议 cmd_id + 服务端滑动窗口去重（建议保留 60 s）。

多点导航：repeated PoseStamped goals + NavigationMode（单点 / 多点巡航）；执行由 Navigator 封装，Bridge 透传。

6.6 工程约束

主题	要点
延迟	遥控端到端 < 200 ms；导航启动 < 2 s（含 RTT + FSM + Navigator）
背压	Stream 推送速率超过客户端消费时降采样或断开慢连接，防 OOM
重连	gRPC 客户端指数退避（\(T_0 \cdot 2^k\)，上限约 30 s）
安全	默认 `127.0.0.1`；生产 mTLS + 反向代理；`timestamp` + nonce 防重放
可观测	`bridge_rpc_total` / `bridge_rpc_latency_ms` / `bridge_active_streams` / `bridge_fsm_reject_total`

配置与安全实践见 mqtt/02 · §4 gRPC。

6.7 选型决策树

需要浏览器直连？
├── 是 → WebSocket（rosbridge）或 gRPC-Web
└── 否 → 强类型 RPC？
         ├── 是 → gRPC + Protobuf ✅（Autonomy 默认）
         └── 否 → IoT 广播 / 弱网？
                  ├── 是 → MQTT ✅（规划）
                  └── 否 → REST / 自定义 TCP

场景	推荐	备注
局域网移动端	gRPC + TLS	`host:0.0.0.0:5005`
云端调度	gRPC Stream	`uplink_server_address`
多机监控	MQTT	QoS 0 状态 + QoS 1 事件
调试原型	gRPC localhost	当前默认硬编码待修复
弱网	MQTT	低频 + 差分状态

6.8 路线与参考

阶段	目标
v0.1	gRPC 骨架 + Proto
v0.2	Handler 接线 Navigator
v0.3	BotStates Stream
v0.4	MQTT 插件
v0.5	TLS / 认证 / uplink
v1.0	接入 `system::Autonomy`

参考	与 Bridge 关系
rosbridge (IROS 2017)	WebSocket 互操作架构
gRPC on HTTP/2	线程池与多路复用
Cartographer Cloud	async_grpc / uplink
Apollo Cyber RT	高性能中间件 + Gateway

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