面向异构多机器人系统协同仿真的可靠低延迟同步中间件
机器人学
2023-09-07 v1 多智能体系统
网络与互联网体系结构
摘要
搜救、野火监测和洪水/飓风影响评估是近期物联网网络的关键任务服务。通信同步、可靠性和最小通信抖动是基于时间的物理 ROS 仿真器、基于事件的网络无线仿真器以及部署在实际环境中的移动异构物联网设备复杂动力学面临的主要仿真与系统问题。在部署前仿真异构多机器人系统存在困难，原因在于需同步物理（机器人）仿真器与网络仿真器。由于其基于主节点的架构，大多数基于 TCP/IP 的同步中间件使用 ROS1。具有无主节点数据包发现机制的实时 ROS2 架构能够同步机器人与无线网络仿真。针对地面与空中机器人，采用数据分发服务 (DDS) 发布-订阅传输的速率感知传输控制协议 (TCP) 技术可最小化丢包、同步、传输与通信抖动。使用 Gazebo 和 NS-3 进行仿真与测试。该中间件与仿真器无关。我们利用 LOS/NLOS 和 TCP/UDP 协议测试了基于 ROS2 的同步中间件的丢包概率与平均延迟。一项详尽的消融研究用实时无线网络仿真器 EMANE 替换了 NS-3，并用基于主节点的 ROS1 替换了无主节点的 ROS2。最后，我们在无主节点 (ROS2) 和有主节点 (ROS1) 集群中，使用一架空中无人机和两辆地面车辆在不同地形上测试了网络同步与抖动。我们的中间件表明，包含多种固定与机器人设备的大规模物联网基础设施能够实现低延迟通信（仿真与真实场景下分别降低 12% 和 11%），同时满足关键任务应用的可靠性（丢包减少 10% 和 15%）与高保真度要求。
引用
@article{arxiv.2211.05359,
title = {A Reliable and Low Latency Synchronizing Middleware for Co-simulation of a Heterogeneous Multi-Robot Systems},
author = {Emon Dey and Mikolaj Walczak and Mohammad Saeid Anwar and Nirmalya Roy},
journal= {arXiv preprint arXiv:2211.05359},
year = {2023}
}