閱讀以下關于機器人操作系統架構的描述，回答問題1至問題3。

案例場景

隨著人工智能技術的發展，工業機器人已成為當前工業界的熱點研究對象。某宇航設備公司為了擴大業務范圍，決策層研究決定準備開展工業機器人研制新業務。公司將論證工作交給了軟件架構師王工，王工經過分析和調研，從機器人市場現狀、領域需求、組成及關鍵技術和風險分析等方面開展了綜合論證。論證報告指出:首先，為了保障本公司機器人研制的持續性，應根據領域需求選擇一種適應的設計架構;其次，為了規避風險，公司的研制工作不能從零開始，應該采用國際開源社區所提供機器人操作系統(RobotOperating System, ROS)作為機器人開發的基本平臺。

在討論會上，架構師李工提出不同意見，他認為公司針對宇航領域已開發了某款嵌入式實時操作系統，且被多種宇航裝備使用，可靠性較高。因此應該采用現有架構體系作為機器人的開發平臺。會上王工說明了機器人操作系統與該款操作系統的差別，要沿用需要進行改造，投入較大。經過激烈討論，公司領導同意了王工采用 ROS 的意見。

問題內容:

[問題1] (5分)

王工擬采用的 ROS 具有分布式進程框架，以點對點設計以及服務和節點管理器方式，使得執行程序可以各自獨立地設計，松散地、實時地組合起來。這些進程可以按照功能包和功能包集的方式分組，因而可以容易地分享和發布。請用400 字以內文字說明 ROS 與嵌入式實時操作系統的共同點，以及在實時性和任務通信方式兩個方面的差異。

[問題2] (10分)

ROS 為應用程序間通信提供了主題(Topic)、服務(Service)和動作(Action)三種消息通信方式,每種通信方式都有其特點。請將以下給出的三類通信的主要特點填入表 3-1

中(1)-(5)的空白處。

(a)適合用于傳輸傳感器信息(數據流)

(b) 能夠知道是否調用成功

(c)一對多模式

(d)有握手信號

(e)服務執行完會有反饋

(f)可以監控長時間執行的進程

(g) 較復雜

(h)可能讓系統過載(數據太多)

(i)服務執行完之前，程序會等待

(j) 建立通信較慢

(k)可能丟失數據

[問題3]

(10分)

ROS 的架構定義了 ROS 系統由多個各自獨立的節點(組件)組成，并且各個節點之間可以通過發布/訂閱(Publish/Subscribe)消息模型進行通信。圖3-1給出一個簡單機器人結構實例，請根據以下文字描述，補充圖3-1 中(1)~(5)處空白。

“機器人開始階段，所有節點都要注冊(Registration)到Master上，注冊后，攝像頭節點聲明它要發布(Publish)一個叫作/image_data 的消息。另外兩個節點(圖像處理節點和圖像顯示節點)聲明它們需要訂閱(Subscribe)這個/image_data 消息。因此，一旦攝像頭節點收到相機發送的數據(Data)，就立即將數據/image_data直接發送到另外兩個節點。

試題答案:

[問題1]

ROS 與嵌入式實時操作系統的共同點:

(1)系統微型化

(2)系統專用性強

(3)軟硬件依賴性強

(4)系統資源受限

ROS 與嵌入式實時操作系統的差異:

實時性:ROS 弱于嵌入式實時操作系統。

通信方式:ROS 的通信方式較為豐富，嵌入式實時操作系統通信方式單一。

[問題2]

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