DORA 机器人框架概述

DORA (Data Oriented Robot Architecture) 是一个新兴的机器人框架，其核心在于为基于人工智能的机器人应用提供低延迟、高可组合性和分布式数据流能力。

该框架的关键优势在于：

• 基于 Rust 语言的底层架构
• 对多种编程语言（包括 Python 和 C/C++）的支持
• 高效的通信机制，如共享内存和 Zenoh 网络协议

社区参与度方面，DORA 在 GitHub 上获得了显著关注，并通过训练营等活动积极拓展用户群体。项目的发展趋势表明，DORA 正致力于提升其分布式能力、与 ROS2 的互操作性，并扩展其节点生态系统。

一、DORA 中间件介绍

1.1 核心概念与架构

节点 (Nodes)

节点是独立的、隔离的进程，通过 dora 库与其他节点通信。这种隔离的设计在安全性至上的应用场景中尤为重要，并且能够实现细粒度的资源管理，例如将 CPU 核心绑定到特定的自定义节点上。

💡 如果一个节点发生故障，这种隔离特性可以有效地防止整个系统崩溃。

操作器 (Operators)

操作器是轻量级的、协同的、基于库的组件，由 dora 运行时节点执行。操作器可以利用 dora 运行时提供的各种高级功能，例如：

• 优先级调度
• 原生截止时间支持

这种设计使得在同一台机器上运行数千个操作器成为可能，从而提高了资源利用率。

协调器 (Coordinator)

协调器负责从 YAML 文件中读取数据流配置，进行验证，并将节点和操作器部署到指定的或自动确定的机器上。协调器还具备以下功能：

协调器的这些功能表明 DORA 具备支持复杂、分布式机器人系统的能力，并为云端部署提供了可能性。

数据流模型

DORA 的应用被建模为有向图或管道，这种数据流模型强调了中间件的可组合性。

• 开发者能够轻松地交换和替换机器人应用中的组件
• 提高了开发的灵活性和模块化程度
• 有助于可视化和理解系统内的信息和控制流

数据流的配置采用 YAML 声明式编程。使用 YAML 进行配置简化了机器人应用的部署和管理，降低了用户的入门门槛。声明式配置允许开发者定义应用的期望状态，而无需指定执行步骤。

1.2 关键技术特性

⚡ 低延迟

DORA 非常注重低延迟通信，这主要得益于：

• 使用 Rust 语言实现的核心（高性能特点）
• 基于共享内存的发布/订阅 (PubSub) 机制

这种对低延迟的强调使得 DORA 非常适合需要实时数据处理和控制的机器人应用。

🔧 可组合性

可组合性是 DORA 的另一个关键特性：

• 允许开发者创建包含多种编程语言组件的应用
• 操作器和自定义节点可以被复用和隔离
• 语言无关性和组件复用能力显著提高了开发效率

🌐 分布式能力

DORA 具备强大的分布式能力：

• 通过集成 Zenoh 网络协议实现机器间通信
• 利用 OpenTelemetry 进行分布式遥测

内置的分布式计算支持对于将机器人应用扩展到单个机器之外至关重要，从而能够支持跨多个机器人或云基础设施的复杂部署。

🌍 多语言支持

1.3 通信基础设施

本地通信：共享内存 + Apache Arrow

DORA 在单台机器内部使用共享内存和 Apache Arrow 数据格式来实现零拷贝消息传递。

┌─────────────┐    零拷贝    ┌─────────────┐
│   节点 A     │ ──────────→ │   节点 B    │
│             │  共享内存    │             │
└─────────────┘             └─────────────┘

优势：

• 显著降低系统开销和延迟
• 最小化 CPU 使用率
• 最大化数据吞吐量
• 对实时处理传感器数据至关重要

机器间通信：Zenoh 协议

对于机器间的通信，DORA 集成了 Zenoh 协议，以实现鲁棒的网络通信：

• 处理网络断连
• 网络地址转换 (NAT) 穿透
• 发布/订阅功能
• 对网络问题的弹性

选择 Zenoh 作为通信层突显了 DORA 构建可靠且可扩展的分布式机器人系统的决心。

ROS2 桥接

⚠️ 注意： ROS2 桥接目前处于不稳定状态

DORA 提供了 ROS2 桥接功能：

• 无编译消息传递：简化与 ROS2 生态系统的集成
• 自动类型转换：ROS2 消息与 Arrow 数组之间的自动转换

ROS 拥有庞大的用户基础和丰富的软件包库。与 ROS2 的桥接使得 DORA 能够利用现有的生态系统并吸引熟悉 ROS 的开发者。