壹悟科技实现VDA5050协议大约有两年了，我们实现了基于该协议的调度系统，并在几款自研的 AGV 车体实现了该协议。

同时也和国内外数家 AGV 厂商实现了标准对接，这期间大家互相促进学习。在这个过程中我们将协议一次实现，多次对接（不同的协议版本，不同的厂家，不同的车型），每一次都会有更深的领悟。

本系列旨在分享我们在这个过程中对 VDA5050 协议的理解和实现。

本文试图从通讯角度探幽协议，对VDA5050语焉不详或需要留意的地方加以拆解。

消息可靠性策略

为了减少通信开销，MQTT QoS 级别 0（尽力而为）将用于order、state、factsheet和visualization等topic。“connection” topic 应使用 QoS 级别 1（至少一次）。

这是一个容易被忽略的细节，在协议里也只有一句话带过，没有解释为什么。

VDA5050 作为一个通讯协议，除了基础功能外，状态一致性是协议要解决的一个重要问题。这个问题在软件行业的分布式系统中已经被广泛的研究和分析，以Paxos论文为代表，衍生出大量的中间件、协议和框架来解决这个问题。

在 AGV 领域的通讯对可靠性的要求和软件行业略有不同；举例说明它们的差别。

在一个交易场景中，一个支付请求或支付确认一旦被发送到消息队列中，那么确保消费者能够收到消息，加上消费方的幂等机制；再加一个死信队列做兜底，基本上可以认为这是一条可靠的链路（基于 RPC 调用原理类似）

在 AGV 的场景下，AGV 的状态实时变化。基于某个时刻的 AGV 实时状态 (坐标，角度，速度，机构装置状态等 ) 主控做出了决策，如果 AGV 由于任何原因（可能断网，重启，被人工干预，比如挪动过位置）错过了当前下发的Order，那么作为通讯协议的 VDA5050 一味的追求 ”使命必达“ 没有任何价值和意义，换句话说，提高消息可靠性没有意义，甚至有害(比如，即使关机了也坚持不懈的重发，哪怕 AGV 关机维修过了半个月重新入网，坚持让它把历史任务完成)。

因此，我们回到 VDA5050 协议的 QoS 定义：

为了减少通信开销，MQTT QoS 级别 0（尽力而为）将用于order、state、factsheet和visualization等topic。“connection” topic 应使用 QoS 级别 1（至少一次）。

用简单的说就是order丢了就丢了，有什么大不了的呢？如果需要重发，那么合理的方式是 MC 根据当前的实时状态，重新构造一个新的order下发，而不是坚持重发老的order。

为什么connection的 QoS 级别是 1 呢？因为connection是 AGV 接入 broker 的第一条消息，MC 如果依赖 connection 来建立后续的流程，如果要严谨实现，如果错过了这个消息，那么就会导致后续的流程无法建立。（不严谨的实现，如果收到一个state但是发现没有这个 agv 的上下文，在一定的时效内可以把这个state本身当做一个conneciton ONLINE）

如果 MC 收到多个 connection 会怎么样呢？无所谓, MC 可以只处理一个，QoS=2 没有必要。

等待戈多

作为 AGV 调度系统最常被问到的问题是: 为什么 AGV 会停在路上不动了？

这个原因可能有无数个，我们先不考虑硬件相关的故障。站在通讯的视角，最常见的原因是在壹悟内部被称为“死等”的现象：

• 调度系统认为已经给 AGV 下发了指令，接下来会持续的等待完成
• AGV 没有收到指令（或收到后重启了），一直等待

以通讯的视角来看，或者协议的状态机有问题，或者协议的实现有问题。我们看下 VDA5050 的协议对这个问题是否有解。

在传统的分布式系统中，系统之间的调用有上下游关系；且有各种重传、超时机制的支持，比如Hystrix，Sentinel等；另外每次的调用几乎都是独立/幂等，不会有上下文的依赖。

在 AGV 调度中，如果不确定叉车是否收到和执行了取货指令，无脑的执行重发；严重的情况下会导致车货损毁。

在 VDA5050 协议里提供了充分的消除“死等”的机制:

• 1 AGV 上报的 state 里有 orderId 字段，用于标识当前执行的指令，MC 可以通过比较自身持有的最新下发的orderId和上报的orderId是否一致来判断 AGV 是否收到了指令
- • 1.1 如果 AGV 上报的state里包含nodeStates/edgeStates/actionStates，且有任何一个包含没有结束的状态，那么可以认为 AGV 正在执行指令，这时 MC 可以选择等待，也可以选择取消指令（通过cancelOrder）
- • 1.2 如果 AGV 上报的state里的状态都是结束状态(协议 6.11 FINISHED/FAILED)，那么可以认为 AGV 是静止待命状态，这时 MC 可以选择重新下发当前指令，也可以废弃当前指令重新构造和下发。

注意，在 VDA5050 协议中的Figure 8 AGV 接受 order 或路段追加的过程一图中，只介绍了 AGV 收到了新的 Order 后的处理流程。上述过程是站在 MC 的角度，对收到 AGV 上报的state 后如何处理当前 Order 的过程。

总结

本文从两个微不足道的细节入手，分析了VDA5050协议对消息可靠性的选择的内在原因，以及如何基于协议的机制消除“死等”的问题。

文/栾瑞鹏