分布式 ROS2 系统中边到边与边到云通信的中间件比较
机器人学
2024-11-19 v4
摘要
分布式系统通信中数据传输量和设备数量的增加，使得拥有高效可靠的网络中间件极具挑战却又十分必要。在机器人与自主系统中，ROS\,2 的广泛应用带来了将多种网络中间件与 ROS\,2 中的 DDS 结合使用，以实现边缘设备间或边缘设备与云之间更好通信的可能。然而，缺乏将这些网络中间件与 ROS\,2 集成的通信性能综合比较。在本研究中，我们对多主机系统中 ROS\,2 里所用网络中间件（包括 MQTT 和 Zenoh 以及 DDS）的通信性能提供定量分析。为完整可靠的比较，我们通过以太网、Wi-Fi 和 4G 等不同网络设置发送不同量和类型的数据，计算这些中间件的延迟与吞吐量。为进一步扩展到真实应用场景评估，我们以机器人在相同方形路径上移动，评估这些网络中间件随时间引起的漂移误差（位置变化）。结果表明，CycloneDDS 在以太网下表现更好，而 Zenoh 在 Wi-Fi 和 4G 下表现更好。在实际机器人测试中，Zenoh 随时间（96\,s）的移动轨迹漂移误差最小。值得注意的是，我们在文末讨论了这些网络中间件的 CPU 利用率以及 ROS\,2 中启用安全特性所带来的性能影响。
引用
@article{arxiv.2309.07496,
title = {Comparison of Middlewares in Edge-to-Edge and Edge-to-Cloud Communication for Distributed ROS2 Systems},
author = {Jiaqiang Zhang and Xianjia Yu and Sier Ha and Jorge Pena Queralta and Tomi Westerlund},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.07496},
year = {2024}
}
备注
Accepted by the Journal of Intelligent & Robotic Systems