ROS 2 üle traadita võrgu: DDS-i QoS-i seaded mobiilsetele robotimeeskondadele

Mobiilsete robotite meeskonnad suhtlevad sageli laboris usaldusväärselt, seejärel töötavad välja hilinenud käsklused, puuduvad andurite värskendused või aeglane taastumine, kui võrgumarsruudid muutuvad. A ROS 2 traadita võrk lisab kõikuvat ribalaiust, pakettide kadu ja muutuvat hüppamiste arvu, samas kui DDS võib juba aegunud andmeid uuesti edastada või järjekorda panna. QoS-i seaded aitavad kontrollida iga teema töökindlust, ajalugu, sügavust, vastupidavust, tähtaega ja eluiga, kuid kokkusobimatud väljaandja ja tellija eeskirjad võivad edastamise täielikult peatada.

Peaasi on teada, millised vood vajavad iga näidist, millised ainult uusimat, ja kuidas vältida, et suured kasulikud koormused taastava lingi üle koormaksid.

Alustage liiklusest, mitte QoS-i menüüst

Otsustage, kas olulisem on värskus või terviklikkus

Alustuseks küsige, mis juhtub siis, kui sõnum kaob ja mis juhtub siis, kui sõnum saabub hilja. LiDAR-i skaneeringuid, kaamerakaadreid, läbisõidu mõõtmist, lokaliseerimise värskendusi ja liikumistelemeetriat vahetatakse pidevalt. Ühe proovi kaotamine võib olla vastuvõetav, samas kui selle tarnimine pärast mitut uuemat proovi võib rikkuda kohalikke otsuseid või raisata töötlemisaega.

Ülesannete üleminekul, ülesannete määramisel, konfiguratsioonimuudatustel, ohutussündmustel ja mõnel kaardiülekandel on erinevad nõuded. Puuduv diskreetne sündmus võib jätta robotid ebajärjekindlasse tööolekusse, seega on piiratud taasedastus õigustatud. See eristus on olulisem kui ainult kasuliku koormuse tüüp: väikese kiiruse käsk võib olla ohtlik, kui see on aegunud, samas kui suur kaardi hetktõmmis võib pärast viivitust kasulikuks jääda.

Liikluse klassifitseerimine värskuse ja täielikkuse järgi hoiab ära levinud ROS 2 traadita võrgusilma vea – iga teema määramine ULUSTAV, kuna usaldusväärne kõlab turvalisemalt. Usaldusväärne DDS säilitab kinnitamata näidised ja saadab puuduvad andmed uuesti, tekitades lisakulusid, mida parimal viisil side väldib. Standardne ROS 2 anduriandmete profiil kasutab seetõttu parimat töökindlust väiksema järjekorraga, kus õigeaegne kohaletoimetamine on üldiselt olulisem kui iga näidu vastuvõtmine.

Andke igale teemale esituseelarve

Igal robotitevahelisel teemal on vaja nelja piirangut: maksimaalne kasuliku sõnumi vanus, vastuvõetav kadumise määr, nõutav värskendussagedus ja maksimaalne taastumisaeg pärast ühenduse katkestamist. Need piirangud muudavad ebamäärased ootused (nt 'madal latentsus') testitavateks nõueteks. Käsuvoog võib vajada vanusepiirangut, mida mõõdetakse kümnetes millisekundites, samas kui kaardi hetktõmmis võib taluda sekundeid, kui robot jätkab oma kohaliku koopiaga ohutult töötamist.

Hinnake pakutavat koormust serialiseeritud kasuliku koormuse suuruse, avaldamiskiiruse ja sihtkohtade arvu järgi. Seejärel võrrelge seda arvu mõõdetud mitme hüppega hea võimsusega, mitte raadio nominaalse andmeedastuskiirusega. Jätke maht kinnituste, kordusedastuste, avastusliikluse, marsruudi haldamise liikluse ja samaaegsete avaldajate jaoks.

Hoidke roboti siseliiklus jagatud võrgust eemal

Mitte iga ROS 2 teema ei tohiks ületada roboti piire. Kaamera töötlemata vood, täispunktipilved, silumisandmed ja vahepealsed tajuväljundid kuuluvad sageli neid tootvasse robotisse. Ainult tuvastuste, objekti jälgede, kohalike plaanide, vähendatud pilvede või kaardimuudatuste avaldamine vähendab jagatud kanalite nõudlust ilma DDS-i käitumist muutmata.

See filtreerimise samm on eriti väärtuslik mitme robotiga ROS 2 traadita võrgus, kus üks tarbetu suure kiirusega voog võib kulutada mitme koordineerimise teema jaoks vajalikku mahtu. Liikluse eemaldamine loob tavaliselt prognoositavama süsteemi kui ülekoormatud lingi kaitsmine sügavamate järjekordade ja täiendavate korduskatsetega.

Praktilised QoS-profiilid tavaliste autopargi teemade jaoks

Anduri vood ja sageli värskendatav olek

Suure kiirusega anduri- ja olekuteemad vajavad tavaliselt uusimat saadaolevat näidist, mitte täielikku ajaloolist järjestust. Praktiline algusprofiil on BEST_EFFORT, VOLATILE ja KEEP_LAST sügavusega üks kuni viis. Sügavus üks sobib kohe asendatavatele andmetele, samas kui veidi suurem järjekord võib absorbeerida tagasihelistamise ajastamise lühikesed viivitused ilma pikka mahajäämust tekitamata.

LIFESPAN võib lisada veel ühe kaitsemeetme, põhjustades sõnumite aegumise pärast nende kasulikku perioodi. TÄHTAEG täidab teist eesmärki: see väljendab eeldatavat intervalli sõnumite vahel ja võib käivitada sündmuse, kui see ootus jääb mööda. Kumbki poliitika ei suurenda lingi mahtu, kuid mõlemad muudavad aegunud või katkenud voogude tuvastamise ja käsitlemise lihtsamaks.

Täpne profiil peaks kajastama tarbijat. Kohalik takistuste vältimise sõlm võib vajada minimaalse vanusega sagedast skannimist, samas kui masinapargi armatuurlaud suudab aktsepteerida väiksemat värskendussagedust. Mõlema saatmine sama ROS 2 juhtmevaba võrgu kaudu ei tähenda, et need nõuavad identseid töökindluse, sügavuse või eluea sätteid.

Käsklused ja koordineerimissündmused vajavad erinevat kohtlemist

Pidevad käsud ja diskreetsed koordineerimissündmused ei tohiks jagada ühte vaikeprofiili. Kiiruse, juhtimise ja formatsiooni korrigeerimise vooge värskendatakse korduvalt, nii et vanad proovid ei tohiks kordusedastuste taha järjekorda jääda. Madal ajalugu, lühike eluiga ja rakendusetaseme ajalõpp aitavad tagada, et robot peatub või siseneb määratletud varurežiimi, kui värsked käsud kaovad.

Ülesande vastuvõtmine, töörežiimi muudatused ja missioonide üleminekud võivad nõuda USALDVAST edastust, kuna iga sündmus muudab jagatud olekut. Isegi siis peab ajalugu jääma piirituks. Pika asendatud käskude jada taasesitamine pärast marsruudi taastumist võib olla kahjulikum kui katkestusest teatamine ja praeguse missiooni oleku uuesti sünkroonimine.

DDS-i töökindlus on vaid üks kaitsekiht. Iga mobiilne robot peaks võrgust sõltumatult jõustama kohalike käskude aegumist, liikumispiiranguid ja side katkemise käitumist. ROS 2 juhtmeta võrk võib parandada ulatust ja marsruudi vastupidavust, kuid see ei suuda otsustada, kas vana käsk on endiselt ohutu.

Kaardid, konfiguratsioon ja hilja liituvad robotid

Kasutage RELIABLE koos funktsiooniga TRANSIENT_LOCAL, kui liituv või uuesti ühendav robot vajab viimast avaldatud olekut. Praegused kaardid, geopiirded, jagatud töörežiimid ja konfiguratsiooni hetktõmmised sobivad sageli selle mustriga. KEEP_LAST(1) on tavaliselt sobivam kui iga versiooni säilitamine, sest ainult uusim täielik hetktõmmis jääb operatiivseks.

KEEP_ALL tuleks reserveerida andmete jaoks, mille täielik järjestus on tõeliselt oluline ja mille ressursinõuded on teada. Säilita kogu salvestusruumile kehtivad vahevara ressursipiirangud, seega pole see piiramatu garantii. Mööduv-kohalik vastupidavus paneb väljaandja vastutama ka hilise liitumise tellimuste näidiste säilitamise eest.

Ühilduvust tuleb kontrollida mõlemalt poolt. Parima jõupingutusega väljaandja ei suuda rahuldada usaldusväärset tellijat ja muutlik väljaandja ei suuda rahuldada ajutist kohalikku tellimust. Usaldusväärsed väljaandjad saavad teenindada parimaid tellijaid, samas kui ajutised kohalikud väljaandjad saavad saata uusi sõnumeid muutlikele tellijatele. Säilitatud ajalooline edastamine nõuab ühilduvaid mööduvaid-kohalikke seadeid.

Peatage suurte sõnumite lingi ülevõtmine

Enne korduskatsete lisamist vähendage killustumist

Pildid, hõivatuse ruudustikud ja tihedad punktipilved jagatakse enne võrgu ületamist mitmeks transpordiüksuseks. Kui suur UDP-datagramm on IP-kihis killustatud, takistab ühe fragmendi kaotamine kogu datagrammi rekonstrueerimist. Ülejäänud fragmendid võivad hõivata kerneli puhvreid kuni aegumiseni, muutes ühenduse seiskunud ja blokeerides uuema liikluse.

Suure kasuliku koormuse halvenemist traadita ROS 2 ühenduste kaudu seostatakse tavaliselt kolme ühendatud mehhanismiga: liigne IP killustatus, ebatõhus taasedastuse ajastus ja kongestiivsed puhvri pursked. Standarditega ühilduvad DDS-i parameetrite muudatused võivad neid efekte vähendada, ilma et oleks vaja teist rakendusprotokolli.

Mõõtke tegelik tee MTU kogu ROS 2 traadita võrgus, sealhulgas krüptimine, tunnelid, virtuaalsed liidesed ja iga marsruutitud segment. Kui transpordikonfiguratsioon seda võimaldab, vähendage RTPS- või UDP-sõnumi suurust piisavalt, et vältida võrgukihi killustumist. 1500-baidise Etherneti MTU põhjal arvutatud väärtus on vaid lähtehüpotees, sest päised ja kapseldamine võivad kasutatavat suurust vähendada.

Hoidke ajaloojärjekorrad väiksemad kui taasteaken

Marsruudi katkestuse ajal saab usaldusväärne väljaandja jätkata sõnumite koostamist, kuni kinnitused enam ei jõua. Kinnitamata proovid kogunevad ajalukku, kuni ressursside limiit on täis. Ühenduvuse taastumisel peab taastatud tee kandma samaaegselt praeguseid väljaandeid, juhtima liiklust ja säilitatud mahajäämust.

Valige ajaloo sügavus proovide hulgast, mis jäävad pärast taasühendamist kasulikuks. 20 Hz olekuvoog kasuliku vanusega 250 millisekundit vajab harva kümneid järjekorras olevaid näidiseid; enamik neist oleks juba vananenud. Asendatav olek peaks eelistama uusimat näidist, samas kui olulised sündmuste jadad vajavad piiratud taasteplaani.

Suured usaldusväärsed proovid nõuavad täiendavat kontrolli: kas nõrgim eeldatav marsruut võib järjekorra tühjendada ilma praegust liiklust viivitamata? Sügav ajalugu võib vähendada kohest andmekadu, kuid suurendab ka mälukasutust, taastumisaega ja katkestusjärgse liikluse tõusu tõenäosust. Liiga säilitatud ajalugu võib tekitada puhvri purunemisi, mis suurendavad ummikuid pärast ühenduse taastumist.

Jälgige kordusedastuspurskeid

Usaldusväärne DDS kasutab puuduvate proovide tuvastamiseks ja taasedastuse käivitamiseks südamelöökide ja kinnituste vahetamist. Harvad taastumistsüklid võivad enne uuesti saatmist akumuleeruda mitmel kaotusel, tekitades lühikesi katkestusi, mis ületavad lingi hetkevõimsust. Südamelöögiperioodid, killustatus ja taasedastusintervallid mõjutavad tihedalt ka kadudega traadita ühenduse tingimustes.

Testige kordusedastuse ajastust iga teema avaldamisintervalli alusel, selle asemel, et rakendada kogu pargile ühte väärtust. Mõõtke pärast iga muudatust taastamise viivitust, saba latentsust, värinat, juhtpaketi ülekoormust ja protsessori koormust. Kiirem taastumissignaal võib vähendada viivitust ja sarivõtte suurust, kuid liigne juhtimisliiklus võib kulutada töötlemist ja ribalaiust.

Ükski ajastuse reguleerimine ei suuda päästa ROS 2 juhtmevaba võrku, mille pidev pakutav koormus ületab kasutatavat võimsust. Kui link jääb küllastunud, lisavad uuesti katsed liiklust juba ülekoormatud teele.

Otsustage, millal selle asemel kasulikku koormust muuta

QoS-i häälestamine peaks lõppema seal, kus rakenduse arhitektuur muutub suuremaks probleemiks. Vähendage pildi eraldusvõimet, kodeeringu kvaliteeti või kaadrisagedust, kui kanalis domineerivad visuaalsed vood. Kärbige või vähendage punktipilvesid enne edastamist ja avaldage objektide rajad, läbitavuse tulemused või kohaliku kaardi värskendused, kui meeskonnakaaslased ei vaja toorvaatlusi.

Serva töötlemine pakub sageli puhtaima lahenduse. Iga robot suudab säilitada suure ribalaiusega andurite andmeid kohapeal ja levitada ainult koordineerimiseks vajalikku teavet. See ei ole DDS-i töökindluse osas kompromiss; see on tahtlik otsus sobitada sidevajadus mobiilsidevõrgu füüsilise võimsusega.

Testige profiili liikuvate robotite, mitte ainult pingivõrguga

Looge uuesti marsruudid ja vead, millega laevastik kokku puutub

Fikseeritud ühe hüppe test ei saa esindada mobiilset ROS 2 traadita võrku. Valideerimine peaks hõlmama lühimat marsruuti, maksimaalset kavandatud hüpete arvu, liikumist relee positsioonide vahel, suurenevaid häireid, asümmeetrilist liiklust, lühikesi katkestusi, pikki katkestusi, taasühendamist, hilist liitumist ja samaaegset avaldamist mitme roboti poolt.

Salvestage keskmisest latentsusaeg. Kasulikud mõõtmised hõlmavad järgmist:

●  Vastuvõetud värskenduste sagedus ja sõnumite kadumise määr.

●  Sõnumi vanus, keskmine latentsus, saba latentsus ja värinad.

●  Avastamis- või taasühendamisaeg pärast tee muutmist.

●  Kirjutajate ja lugejate järjekorra kasv katkestuse ajal.

●  Kasulike säilitatud andmete kustutamiseks kuluv aeg.

●  Protsessori ja mälu kasutamine nii väljaandjate kui ka tellijate puhul.

Hinnake iga tulemust varem loodud tarneeelarve alusel. Lokaliseerimise teema võib ebaõnnestuda, kuna selle värskendamise sagedus langeb alla kontrollnõude, isegi kui iga näidis lõpuks saabub. Vastupidi, kaardi ülekanne võib läbida hoolimata suuremast latentsusest, kui see lõpeb lubatud taasteakna jooksul.

Kasutage DDS-i käitumise selgitamiseks võrgusilma telemeetriat

ROS 2 mõõdikud näitavad, mida rakendus kogeb, samas kui võrgu telemeetria aitab selgitada, miks see juhtus. Võrrelge teemade toimivust hüpete arvu, topoloogia muutuste, signaali tugevuse, signaali-müra suhte, üles- ja allalaadimisliikluse ning marsruudi vahetamise ajastusega. Mõlema kihi korreleerimine takistab meeskondadel süüdistamast QoS-i raadiotee muutmises või võrku süüdistamast kokkusobimatus avaldaja ja abonendi seadetes.

WDS MIMOmeshi OEM/ODM-moodulid ja kerged õhusõidukid kasutavad täielikult IP-arhitektuuri koos hajutatud, tsentriteta dünaamilise marsruutimise ja mitme hüppe releerežiimidega. Nende võrguhaldusfunktsioonid pakuvad topoloogiat, väljatugevust, SNR-i, liiklust, sõlmede kaugust ja tööolekuteavet, mida insenerid saavad võrrelda ROS 2 latentsuse, kadumise ja järjekorra käitumisega.

Toote andmeedastuskiirused ja ühe hüppe viivitusnäitajad peaksid jääma pigem planeerimise viideteks kui garanteeritud rakenduse jõudluseks. Tegelik otspunkt-käitumine hõlmab ka marsruudi sügavust, kanali hõivatust, pakettide taastamist, serialiseerimist, vahevara järjekordi ja sõlmede töötlemist. Aastal a ROS 2 traadita võrgu liikumine , mõõdetud hea jõudlus nõrgimal marsruudil peaks suurendama avaldamissagedust ja ajaloopiiranguid.

Muutke korraga ühte muutujat

Alustuseks kinnitage teemade nimed, sõnumitüübid ja QoS-i ühilduvus. Katsetage avastamist andmeedastusest eraldi, kuna sõlmel, mis kunagi oma partnerit ei avasta, on tõrge, mis erineb sobitatud lõpp-punkti pakettide kaotamisest. Ühildumatud QoS-i sündmused võivad aidata rakendustel tuvastada eeskirjade mittevastavust, mitte jätta tõrget selgitamata.

Looge korratav marsruut ja liikumismuster, seejärel kohandage üht muutujat jooksu kohta. Muutke sõltumatult töökindlust, sügavust, vastupidavust, eluiga, avaldamiskiirust, kasuliku koormuse suurust või killustatuse läve. Sama stsenaariumi kordamine võimaldab tuvastada, kas ilmne paranemine tuleneb QoS-i muutusest või paremast raadioteest.

Enne testimist määrake läbimise tingimused. Näited hõlmavad käsu maksimaalset vanust, minimaalset lokaliseerimise sagedust, maksimaalset aega, mille jooksul taasühendav robot saab praeguse kaardi vastu võtta, ja mahajäämuse tühjendamise aja piirangut. Lõplik profiil peaks läbima kõige nõrgema realistliku marsruudi, mitte andma katsestendil lihtsalt muljetavaldavaid keskmisi tulemusi.

 

Järeldus

Usaldusväärne sõidukipargi suhtlus sõltub DDS-käitumise sobitamisest iga teema eesmärgiga. Värsked andurivood vajavad tavaliselt madalaid parimate pingutuste järjekordi, samas kui missioonisündmused ja robotite taasühendamine võivad nõuda piiratud töökindlust või mööduvat kohalikku vastupidavust. Lõpliku profiili peaksid kujundama killustatus, mahajäämuse kasv ja mõõdetud mitme hüppega hea jõudlus.

ROS 2 juhtmeta võrku ehitavatele meeskondadele pakub Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. MIMOmeshi OEM/ODM-mooduleid ja kergeid õhuraadioid mobiilseks mitme hüppega juurutamiseks. Koos distsiplineeritud QoS-i testimisega võivad need platvormid aidata vähendada aegunud liiklust, lühendada taastumist ja hoida jagatud ribalaiust keskendunud operatiivselt kasulikele andmetele.

 

KKK

K: Kas ROS 2 sobib juhtmevabaks mitme roboti suhtluseks?

V: Jah, kuid traadita ühendused nõuavad teemapõhiseid QoS-i sätteid. Töökindlus, järjekorra sügavus, vastupidavus ja kandevõime määr peaksid kajastama pakettide kadu, latentsust, mobiilsust ja saadaolevat ribalaiust.

K: Milline QoS-i töökindluse säte töötab ROS 2 juhtmevaba võrgu puhul kõige paremini?

V: Kasutage oma parimaid jõupingutusi sageli värskendatavate andurite voogude ja piiratud usaldusväärse käskude, missioonisündmuste, kaartide või konfiguratsiooniandmete edastamiseks, mida ei tohi vahele jätta.

K: Miks ei õnnestu mõnikord ROS 2 väljaandjatel ja tellijatel ühendust luua?

V: Ühildumatud QoS-poliitikad võivad suhtlust takistada. Levinud mittevastavused hõlmavad usaldusväärsust, vastupidavust, tähtaega või elavuse seadistusi väljaandja pakutava profiili ja tellija soovitud profiili vahel.

K: Kuidas tuleks mesh-võrgus käsitleda suuri LiDAR-i või kaamerateateid?

V: Vähendage kasuliku koormuse suurust, vältige IP killustatust, piirake avaldamiskiirust ja hoidke järjekorrad madalad. Kohalik töötlemine või tihendatud väljundid toimivad sageli paremini kui iga töötlemata anduri näidise edastamine.

K: Millist ajaloo sügavust peaksid mobiilsed robotimeeskonnad kasutama?

V: Valige sügavus vastavalt sõnumi kestusele ja taastamisvajadustele. Kasutage asendatava oleku jaoks sügavust ühte, samas kui olulised sündmused võivad vajada suuremat, kuid rangelt piiratud järjekorda.