RflySim 各模块间协议与数据交互流程图

上述图展示了 RflySim 平台中运动仿真模块与各类外部接口间的典型数据流交互关系，涵盖了自驾仪软件/硬件在环模块、三维仿真引擎、控制器与传感器回传路径等。为支撑这一交互体系，RflySim 平台定义了一系列标准化协议，包括控制指令下发、传感器数据回传、配置驱动执行、日志记录等。下表汇总了这些基础协议及其适用平台与核心功能。

协议名称	对接平台或模块	功能描述
UDP/TCP通信端口	RflySim 主程序、控制模块、回传模块	统一指定仿真通信使用的端口号范围，通常由RflySim主程序如CopterSim内部分配，暴露给上层控制器等外部程序的端口配置见对应接口中的port字段
UDP控制指令协议	Simulink、Python控制器	实时下发控制指令（如期望姿态、速度、轨迹点），支持多机广播或单机控制
UDP传感器回传协议	Python/ROS客户端	实时回传仿真IMU、GPS、图像等传感器数据
自动化仿真配置协议	RflySim主程序配置生成/控制指令生成	标准结构化任务与仿真场景配置格式，支持一键启动和批量实验自动化
日志记录协议	仿真数据记录系统	以时间戳对飞行状态、传感器数据、控制命令等进行结构化记录，支持导出为CSV等格式

二、RflySim 对接无人系统 / 机器人相关平台协议

RflySim 支持对接多个主流无人系统平台及其通信中间件，包括飞控板 PX4、机器人操作系统 ROS1/ROS2、动捕系统 VRPN 等。以下协议为系统间无缝互操作提供基础保障，是系统集成和软硬联调的重要桥梁。

协议名称	适用平台	功能描述
MAVLink	PX4, ArduPilot, QGroundControl	轻量化飞控通信协议，支持位置/姿态/状态传输与控制命令下发
VRPN (Virtual-Reality Peripheral Network)	动作捕捉系统（如OptiTrack、NOKOV）	提供稳定的6DoF位姿传输，支持MATLAB、Simulink等平台订阅与闭环控制
ROS Topic / Service / Action	ROS1, ROS2	发布-订阅消息机制、服务调用、行为树决策机制等，连接感知-决策-控制全链条
DDS (Data Distribution Service)	ROS2（Foxy/Galactic 等）	高性能实时通信中间件，提供多节点可靠低延迟传输支撑

三、网络通信与组网协议（针对无人系统集群控制开发）

在多机集群控制和分布式协同研究中，网络通信效率和协议灵活性至关重要。本节整理了 RflySim 平台支持的主流通信协议，包括 Redis、MQTT、NS-3 等，以及平台自定义的粗粒度网络结构模拟机制。

协议名称	主要用途	功能描述
自定义组网通信	多机编队、异构系统联合控制	通过UDP广播/单播结合自定义消息结构实现控制器之间的信息交换
MQTT	云端/边缘低带宽环境下的多机通信	基于主题的发布订阅机制，支持QoS控制与断线重连
Redis 发布-订阅	局域网内高效多机状态广播与命令同步	键值对存储结合频道订阅机制，低延迟、结构简单，适合快速实验
自定义粗粒度组网仿真	通信策略验证与延迟测试	构建简化网络拓扑与通信策略，测试抗丢包/抗延迟能力
NS-3 协议栈仿真	仿真集群中的网络行为建模	可构建TCP/IP、UDP、802.11等网络协议模型用于通信行为测试

四、用户引导

不同类型的开发者在使用 RflySim 时将面向不同的接口模块。本节按使用目标将典型用户分为控制算法开发者、感知决策开发者以及集群与组网研究者，并为其分别提供推荐接口与使用路径，助力高效集成与快速验证。

1. 控制算法开发者（使用 Simulink / Python 实现飞控控制）

应用目标	示例接口
下发控制命令	使用 Simulink / Python 实现控制逻辑，并经 UDP 向仿真平台下发指令
接收飞行状态与传感器数据	监听回传端口（如14550/14600），实时接收 `/imu`, `/gps`, `/odom` 等数据流
使用真实飞控/硬件联调	通过 QGroundControl 连接 PX4，结合 MAVLink 实现仿真与实物统一控制流程

2. 感知与决策模块开发者（使用 Python + ROS1 / ROS2）

应用目标	示例接口
感知数据发布/订阅（图像、IMU）	使用`VisionCaptureApi.py` 将仿真图像/IMU发布为 ROS Topic，进行YOLO识别、SLAM等任务
控制指令回传	订阅感知结果，根据决策策略生成控制指令，再通过 UDP/MAVLink 接口回传至仿真平台

3. 无人集群控制与组网研究者

应用目标	示例接口
多机信息同步/命令广播（组网通信）	使用 Redis/MQTT 实现多节点共享目标状态与路径信息，保持集群一致性
仿真环境中验证通信协议行为（组网仿真）	使用 NS-3 模拟信道损耗/带宽/干扰等，评估通信机制对集群任务执行的影响
多机协同规划/调度（集中式、分布式控制）	利用自定义组网通信接口在 Python 中实现中心调度器或局部协同策略

附：典型工作流模板

flowchart TD A[定义仿真任务] --> B[选择协议类型] B --> C1[UDP 控制] B --> C2[ROS 通信] B --> C3[MAVLink 联调] B --> C4[组网协议] C1 --> D[加载示例控制器] C2 --> D C3 --> D C4 --> D D --> E[启动 RflySim 场景] E --> F[调试与数据记录]