ROS 2 Over Wireless Mesh: DDS QoS -asetukset mobiilirobottiryhmille

Mobiilirobottitiimit kommunikoivat usein luotettavasti laboratoriossa ja kehittävät sitten viivästyneitä komentoja, puuttuvia anturipäivityksiä tai hidasta palautumista, kun mesh-reitit muuttuvat. A Langaton ROS 2 -verkko lisää vaihtelevaa kaistanleveyttä, pakettihäviöitä ja muuttuvia hyppymääriä, kun taas DDS voi lähettää uudelleen tai asettaa jonoon jo vanhentuneita tietoja. QoS-asetukset auttavat hallitsemaan kunkin aiheen luotettavuutta, historiaa, syvyyttä, kestävyyttä, määräaikaa ja käyttöikää, mutta yhteensopimattomat julkaisija- ja tilaajakäytännöt voivat pysäyttää toimituksen kokonaan.

Tärkeintä on tietää, mitkä virrat tarvitsevat jokaisen näytteen, mitkä vain uusimman, ja kuinka estää suuria hyötykuormia ylittämästä palautuvaa linkkiä.

Aloita liikenteestä, ei QoS-valikosta

Päätä, onko tuoreudella vai täydellisyydellä enemmän merkitystä

Aloita kysymällä, mitä tapahtuu, kun viesti katoaa ja mitä tapahtuu, kun se saapuu myöhässä. LiDAR-skannaukset, kamerakehykset, matkamittaus, lokalisointipäivitykset ja liiketelemetria vaihdetaan jatkuvasti. Yhden näytteen häviäminen voi olla hyväksyttävää, kun taas sen toimittaminen useiden uudempien näytteiden jälkeen voi vahingoittaa paikallisia päätöksiä tai tuhlata käsittelyaikaa.

Tehtäväsiirtymillä, tehtävämäärityksillä, konfiguraatiomuutoksilla, turvallisuustapahtumilla ja joillakin karttasiirroilla on erilaiset vaatimukset. Puuttuva erillinen tapahtuma voi jättää robotit epäjohdonmukaisiin toimintatiloihin, joten rajoitettu uudelleenlähetys voi olla perusteltua. Tällä erolla on enemmän merkitystä kuin pelkällä hyötykuorman tyypillä: pieni nopeuskomento voi olla vaarallinen vanhentuneena, kun taas suuri kartan tilannekuva voi jäädä hyödylliseksi viiveen jälkeen.

Liikenteen luokittelu tuoreuden ja täydellisyyden mukaan estää yleisen langattoman ROS 2 -verkkovirheen – jokaisen aiheen asettaminen LUOTETTAVAksi, koska luotettava kuulostaa turvallisemmalta. Luotettava DDS säilyttää hyväksymättömät näytteet ja lähettää puuttuvat tiedot uudelleen, mikä luo ylimääräisiä kustannuksia, joita parhaan mahdollisen tiedonsiirron avulla vältetään. Standardi ROS 2 -anturidataprofiili käyttää siksi parasta luotettavuutta pienemmällä jonolla, jossa oikea-aikainen toimitus on yleensä tärkeämpää kuin jokaisen lukeman vastaanottaminen.

Anna kullekin aiheelle toimitusbudjetti

Jokainen crossrobot-aihe tarvitsee neljä rajaa: käyttökelpoisten viestien enimmäisikä, hyväksyttävä hävikkisuhde, vaadittu päivitystiheys ja enimmäispalautusaika yhteyden katkeamisen jälkeen. Nämä rajat muuttavat epämääräiset odotukset, kuten 'matala latenssi' testattaviksi vaatimuksiksi. Komentovirta saattaa tarvita ikärajan, joka mitataan kymmenissä millisekunneissa, kun taas kartan tilannekuva voi kestää sekunteja, jos robotti jatkaa turvallisesti toimintaansa paikallisella kopiollaan.

Arvioi tarjottu kuorma sarjoitetun hyötykuorman koon, julkaisunopeuden ja kohteiden lukumäärän perusteella. Vertaa sitten tätä lukua mitattuun monihyppyiseen hyötytuloon radion nimellisen tiedonsiirtonopeuden sijaan. Jätä kapasiteettia kuittauksille, uudelleenlähetyksille, etsintäliikenteelle, reitinhallintaliikenteelle ja samanaikaisille julkaisijoille.

Pidä robotin sisäinen liikenne poissa jaetuista verkkoista

Kaikkien ROS 2 -aiheiden ei pitäisi ylittää robotin rajoja. Raakakamerasyötteet, täyspistepilvet, virheenkorjaustiedot ja välihavaintolähdöt kuuluvat usein niitä tuottavan robotin sisälle. Pelkän havainnoinnin, objektijälkien, paikallisten suunnitelmien, vähentyneiden pilvien tai karttamuutosten julkaiseminen vähentää jaetun kanavan kysyntää muuttamatta DDS-käyttäytymistä.

Tämä suodatusvaihe on erityisen arvokas usean robotin langattomassa ROS 2 -verkossa, jossa yksi tarpeeton nopea stream voi kuluttaa useiden koordinointiaiheiden tarvitsemaa kapasiteettia. Liikenteen poistaminen tuottaa yleensä ennakoitavamman järjestelmän kuin yrittää suojata ylikuormitettua linkkiä syvemmillä jonoilla ja lisäyrityksillä.

Käytännön QoS-profiileja yleisiin laivaston aiheisiin

Anturivirrat ja usein päivitetty tila

Nopeat anturi- ja tilaaiheet tarvitsevat yleensä uusimman saatavilla olevan näytteen, eivät täydellistä historiallista sarjaa. Käytännöllinen aloitusprofiili on BEST_EFFORT, VOLATILE ja KEEP_LAST, syvyys yhdestä viiteen. Syvyys yksi sopii tiedoille, jotka korvataan välittömästi, kun taas hieman suurempi jono voi absorboida lyhyitä takaisinsoittojen ajoitusviiveitä rakentamatta pitkää ruuhkaa.

LIFESPAN voi lisätä toisen suojan aiheuttamalla viestien vanhenemisen hyödyllisen ajanjakson jälkeen. DEADLINE palvelee eri tarkoitusta: se ilmaisee odotetun aikavälin viestien välillä ja voi laukaista tapahtuman, kun tämä odotus jää huomiotta. Kumpikaan käytäntö ei lisää linkin kapasiteettia, mutta molemmat helpottavat vanhentuneiden tai keskeytettyjen streamien havaitsemista ja käsittelyä.

Tarkan profiilin tulee kuvastaa kuluttajaa. Paikallinen esteitä välttävä solmu saattaa tarvita usein tarkistuksia vähimmäisiän ollessa kyseessä, kun taas kaluston kojelauta voi hyväksyä pienemmän päivitysnopeuden. Molempien lähettäminen saman langattoman ROS 2 -verkon kautta ei tarkoita, että ne vaativat identtisiä luotettavuus-, syvyys- tai käyttöiän asetuksia.

Komennot ja koordinointitapahtumat vaativat erilaista käsittelyä

Jatkuvat komennot ja erilliset koordinointitapahtumat eivät saa jakaa yhtä oletusprofiilia. Nopeus-, ohjaus- ja muodostuskorjausvirrat päivitetään toistuvasti, joten vanhoja näytteitä ei pitäisi jonottaa uudelleenlähetysten taakse. Matala historia, lyhyt käyttöikä ja sovellustason aikakatkaisu auttavat varmistamaan, että robotti pysähtyy tai siirtyy määritettyyn varatilaan, kun tuoreet komennot katoavat.

Tehtävän hyväksyminen, toimintatilan muutokset ja tehtävän siirrot voivat vaatia LUOTETTAVAA toimitusta, koska jokainen tapahtuma muuttaa jaettua tilaa. Silloinkin historian on oltava rajallinen. Korvattujen komentojen pitkän sarjan toistaminen reitin palautumisen jälkeen voi olla haitallisempaa kuin keskeytyksen ilmoittaminen ja nykyisen tehtävän tilan uudelleensynkronointi.

DDS:n luotettavuus on vain yksi suojakerros. Jokaisen mobiilirobotin tulee valvoa paikallisten komentojen vanhenemista, liikerajoituksia ja tiedonsiirron katkeamista verkosta riippumatta. Langaton ROS 2 -verkko voi parantaa tavoittavuuden ja reitin joustavuutta, mutta se ei voi päättää, onko vanha komento edelleen turvallinen.

Kartat, määritykset ja myöhään liittyneet robotit

Käytä LUOTETTAVAA yhdessä TRANSIENT_LOCAL:in kanssa, kun liittyvä tai uudelleen yhdistävä robotti tarvitsee viimeisimmän julkaistun tilan. Nykyiset kartat, geoaidat, jaetut toimintatilat ja konfiguraatiovedokset sopivat usein tähän malliin. KEEP_LAST(1) on yleensä sopivampi kuin jokaisen version säilyttäminen, koska vain uusin täydellinen tilannekuva säilyy toiminnallisesti merkityksellisenä.

KEEP_ALL tulisi varata tiedoille, joiden koko järjestyksellä on aidosti merkitystä ja joiden resurssivaatimukset ovat tiedossa. Säilytä kaikki tallennustila on edelleen väliohjelmiston resurssirajoitusten alainen, joten se ei ole rajoittamaton takuu. Ohimenevä ja paikallinen kestävyys tekee kustantajasta myös vastuun näytteiden säilyttämisestä myöhään liittyneiden tilausten yhteydessä.

Yhteensopivuus on tarkistettava molemmilta puolilta. Paras julkaisija ei voi tyydyttää luotettavaa tilaajaa, eikä epävakaa julkaisija ei voi tyydyttää tilapäistä paikallista tilausta. Luotettavat julkaisijat voivat palvella parhaiten toimivia tilaajia, kun taas väliaikaiset paikalliset julkaisijat voivat lähettää uusia viestejä epävakaille tilaajille. Säilytetty historiallinen toimitus edellyttää yhteensopivia ohimeneviä paikallisia asetuksia.

Estä suuria viestejä ottamasta linkkiä

Vähennä pirstoutumista ennen uudelleenyritysten lisäämistä

Kuvat, käyttöasteruudukot ja tiheät pistepilvet jaetaan useisiin kuljetusyksiköihin ennen verkon ylittämistä. Kun suuri UDP-datagrammi pirstoutuu IP-kerroksessa, yhden fragmentin menettäminen estää koko datagrammin rekonstruoinnin. Jäljellä olevat fragmentit voivat varata ytimen puskureita, kunnes ne vanhenevat, jolloin yhteys näyttää pysähtyneen ja estää uudemman liikenteen.

Suuren hyötykuorman heikkeneminen langattomissa ROS 2 -yhteyksissä liittyy yleensä kolmeen yhdistettyyn mekanismiin: liiallinen IP-osien pirstoutuminen, tehoton uudelleenlähetyksen ajoitus ja ruuhkaiset puskuripurskeet. Standardien mukaiset DDS-parametrimuutokset voivat vähentää näitä vaikutuksia ilman erilaista sovellusprotokollaa.

Mittaa todellinen polku MTU koko langattomassa ROS 2 -verkossa, mukaan lukien salaus, tunnelit, virtuaaliset rajapinnat ja jokainen reititetty segmentti. Jos siirtomääritys sallii, pienennä RTPS- tai UDP-sanoman kokoa riittävästi verkkokerroksen pirstoutumisen välttämiseksi. 1500-tavuisesta Ethernet-MTU:sta laskettu arvo on vain aloitushypoteesi, koska otsikot ja kapselointi voivat pienentää käytettävää kokoa.

Pidä historiajonot pienempiä kuin palautusikkuna

Reitin keskeytyksen aikana luotettava julkaisija voi jatkaa viestien tuottamista, kun kuittaukset lakkaavat saapumasta. Tunnustamattomat näytteet kerääntyvät historiaan, kunnes resurssirajat saavutetaan. Kun yhteys palautuu, palautetun polun on kuljettava samanaikaisesti nykyiset julkaisut, ohjattava liikennettä ja säilytetty ruuhka.

Valitse historian syvyys näytteiden määrästä, jotka ovat hyödyllisiä uudelleenyhteyden muodostamisen jälkeen. 20 Hz:n tilavirta, jonka käyttöikä on 250 millisekuntia, tarvitsee harvoin kymmeniä jonossa olevia näytteitä; useimmat niistä olisivat jo vanhentuneita. Korvattavan tilan tulisi suosia viimeisintä näytettä, kun taas olennaiset tapahtumasarjat tarvitsevat rajoitetun palautussuunnitelman.

Suuret luotettavat näytteet vaativat lisätarkistuksen: voiko heikoin odotettu reitti tyhjentää jonon hidastamatta nykyistä liikennettä? Syvä historia voi vähentää välitöntä tietojen menetystä, mutta se lisää myös muistin käyttöä, palautumisaikaa ja katkosten jälkeisen liikenteen nousun todennäköisyyttä. Liiallinen säilytetty historia voi aiheuttaa puskuripurskeita, jotka pahentavat ruuhkaa yhteyden palautumisen jälkeen.

Tarkkaile uudelleenlähetyspurskeita

Luotettava DDS käyttää syke- ja kuittausvaihtoja puuttuvien näytteiden tunnistamiseen ja uudelleenlähetyksen käynnistämiseen. Harvinaiset palautusjaksot voivat mahdollistaa useiden häviöiden kerääntymisen ennen kuin ne lähetetään uudelleen, mikä tuottaa lyhyitä purskeita, jotka ylittävät linkin hetkellisen kapasiteetin. Sykejaksot, pirstoutuminen ja uudelleenlähetysvälit ovat myös tiiviissä vuorovaikutuksessa häviöllisissä langattomissa olosuhteissa.

Testaa uudelleenlähetysajoitus kunkin aiheen julkaisuvälin perusteella sen sijaan, että käyttäisit yhtä arvoa koko laivaston laajuisesti. Mittaa palautusviivettä, hännän latenssia, värinää, ohjauspaketin ylikuormitusta ja suorittimen kuormitusta jokaisen muutoksen jälkeen. Nopeampi palautussignalointi voi vähentää viivettä ja purskeen kokoa, mutta liiallinen ohjausliikenne voi kuluttaa prosessointia ja kaistanleveyttä.

Mikään ajoituksen säätö ei voi pelastaa langatonta ROS 2 -verkkoa, jonka jatkuva tarjottu kuormitus ylittää käyttökelpoisen tehon. Kun linkki pysyy kylläisenä, uudelleenyritykset lisäävät liikennettä jo ylikuormitetulle polulle.

Päätä, milloin muutat hyötykuormaa

QoS-virityksen pitäisi päättyä sinne, missä sovellusarkkitehtuurista tulee suurempi ongelma. Pienennä kuvan resoluutiota, koodauslaatua tai kuvanopeutta, kun visuaaliset streamit hallitsevat kanavaa. Rajaa tai ota näyte pistepilvestä ennen lähetystä ja julkaise objektijäljet, läpikulkutulokset tai paikalliskarttapäivitykset, kun joukkuetoverit eivät tarvitse raakahavaintoja.

Reunojen käsittely tarjoaa usein puhtaimman ratkaisun. Jokainen robotti voi säilyttää suuren kaistanleveyden anturidataa paikallisesti ja jakaa vain koordinointiin tarvittavaa tietoa. Tämä ei ole kompromissi DDS:n luotettavuudessa; se on tietoinen päätös sovittaa viestintätarve matkaviestinverkon fyysiseen kapasiteettiin.

Testaa profiilia liikkuvilla roboteilla, ei vain penkkiverkossa

Luo uudelleen reitit ja viat, joita laivasto kohtaa

Kiinteä yhden hypyn testi ei voi edustaa langatonta ROS 2 -verkkoa. Validointiin tulee sisältyä lyhin reitti, suurin suunniteltu hyppymäärä, liikkuminen välitysasemien välillä, lisääntyvät häiriöt, epäsymmetrinen liikenne, lyhyet katkokset, pitkät katkokset, uudelleenkytkentä, myöhäinen liittyminen ja useiden robottien samanaikainen julkaisu.

Tallenna keskimääräistä enemmän latenssia. Hyödyllisiä mittoja ovat mm.

●  Vastaanotettu päivitystiheys ja viestien katoamisnopeus.

●  Viestin ikä, mediaanilatenssi, hännän latenssi ja värinää.

●  Löytämis- tai uudelleenyhteysaika polun muutoksen jälkeen.

●  Kirjoitus- ja lukijajonojen kasvu keskeytyksen aikana.

●  Hyödyllisten tallennettujen tietojen tyhjentämiseen tarvittava aika.

●  Suorittimen ja muistin käyttö sekä julkaisijoilla että tilaajilla.

Arvioi jokainen tulos aiemmin luotuun toimitusbudjettiin verrattuna. Lokalisointiaihe voi epäonnistua, koska sen päivitystiheys jää ohjausvaatimuksen alapuolelle, vaikka jokainen näyte lopulta saapuisi. Päinvastoin, karttasiirto voi tapahtua korkeammasta viiveestä huolimatta, jos se valmistuu sallitun palautusikkunan sisällä.

Käytä mesh-telemetriaa selittääksesi DDS:n käyttäytymisen

ROS 2 -mittarit paljastavat, mitä sovellus kokee, kun taas mesh-telemetria auttaa selittämään, miksi se tapahtui. Vertaa aiheen tehokkuutta hyppyjen määrään, topologian muutoksiin, signaalin voimakkuuteen, signaali-kohinasuhteeseen, lähetys- ja latausliikenteeseen sekä reitinvaihdon ajoitukseen. Molempien kerrosten korrelointi estää tiimejä syyttelemästä QoS:ää radiotien muutoksesta tai syyttämästä verkkoa yhteensopimattomista julkaisija- ja tilaaja-asetuksista.

WDS MIMOmesh OEM/ODM -moduulit ja kevyet ilmassa kulkevat yksiköt käyttävät all-IP-arkkitehtuuria hajautetulla, keskustattomalla dynaamisella reitityksellä ja monihyppyvälitystiloilla. Niiden verkonhallintatoiminnot tarjoavat topologiaa, kentänvoimakkuutta, SNR-, liikenne-, solmuetäisyys- ja toimintatilatietoja, joita suunnittelijat voivat verrata ROS 2 -latenssiin, katoamiseen ja jonokäyttäytymiseen.

Tuotteen tiedonsiirtonopeuksien ja yhden hypyn viivelukujen tulisi pysyä suunnittelun viitteinä taatun sovelluksen suorituskyvyn sijaan. Todellinen päästä päähän -käyttäytyminen sisältää myös reitin syvyyden, kanavan käyttöasteen, pakettien palautuksen, sarjoinnin, väliohjelmistojonot ja solmujen käsittelyn. Vuonna a liikkuva langaton ROS 2 -verkko , mitattu suorituskyky heikoimmalla toiminnallisella reitillä pitäisi ohjata julkaisun määrää ja historian rajoja.

Muuta yksi muuttuja kerrallaan

Aloita vahvistamalla aiheiden nimet, viestityypit ja QoS-yhteensopivuus. Testaa etsintä erillään tiedonsiirrosta, koska solmulla, joka ei koskaan löydä vertaistaan, on eri vika kuin sovitetulla päätepisteellä, joka häviää paketteja. Yhteensopimattomat-QoS-tapahtumat voivat auttaa sovelluksia havaitsemaan käytäntöjen ristiriitoja sen sijaan, että jättäisivät vian selittämättä.

Luo toistettava reitti ja liikekuvio ja säädä sitten yhtä muuttujaa juoksua kohden. Muuta luotettavuutta, syvyyttä, kestävyyttä, käyttöikää, julkaisunopeutta, hyötykuorman kokoa tai pirstoutumiskynnystä itsenäisesti. Saman skenaarion toistaminen mahdollistaa sen, että voidaan tunnistaa, johtuuko ilmeinen parannus QoS-muutoksesta vai paremmasta radiotiestä.

Aseta läpäisyehdot ennen testausta. Esimerkkejä ovat komennon enimmäisikä, lokalisointitiheyden vähimmäisarvo, enimmäisaika, jonka aikana yhteyden muodostava robotti vastaanottaa nykyisen kartan, ja ruuhka-ajan rajoitus. Lopullisen profiilin tulee kulkea heikoimman realistisen reitin alta, ei vain tuottaa vaikuttavia keskiarvoja testipenkissä.

 

Johtopäätös

Luotettava kalustoviestintä riippuu DDS-käyttäytymisen sovittamisesta kunkin aiheen tarkoitukseen. Tuoreet anturivirrat tarvitsevat yleensä matalia parhaan toiminnan jonoja, kun taas tehtävätapahtumat ja robottien yhdistäminen voivat vaatia rajoitettua luotettavuutta tai ohimenevää paikallista kestävyyttä. Hajanaisuuden, ruuhkan kasvun ja mitatun monihyppyisen suorituskyvyn pitäisi muodostaa lopullinen profiili.

Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. tarjoaa MIMOmesh OEM/ODM-moduuleja ja kevyitä ilmaradioita mobiilikäyttöön, jossa käytetään langatonta ROS 2 -verkkoa. Yhdessä kurinalaisen QoS-testauksen kanssa nämä alustat voivat auttaa vähentämään vanhentunutta liikennettä, lyhentämään palautumista ja pitämään jaetun kaistanleveyden keskittyneenä toiminnallisesti hyödylliseen dataan.

 

FAQ

K: Sopiiko ROS 2 langattomaan usean robotin tietoliikenteeseen?

V: Kyllä, mutta langattomat linkit edellyttävät aihekohtaisia ​​QoS-asetuksia. Luotettavuuden, jonon syvyyden, kestävyyden ja hyötykuormanopeuden tulisi heijastaa pakettien häviötä, latenssia, liikkuvuutta ja käytettävissä olevaa kaistanleveyttä.

K: Mikä QoS-luotettavuusasetus toimii parhaiten langattomassa ROS 2 -verkossa?

V: Käytä parhaansa usein päivitettävien anturivirtojen ja rajoitetun luotettavan toimitusten komennot, tehtävätapahtumat, kartat tai konfigurointitiedot, joita ei saa hukata.

K: Miksi ROS 2 -julkaisijat ja -tilaajat eivät joskus saa yhteyttä?

V: Yhteensopimattomat QoS-käytännöt voivat estää viestinnän. Yleisiä epäsuhtauksia ovat julkaisijan tarjoaman profiilin ja tilaajan pyytämän profiilin luotettavuus, kestävyys, määräaika tai elävyysasetukset.

K: Kuinka suuria LiDAR- tai kameraviestejä tulisi käsitellä mesh-verkossa?

V: Pienennä hyötykuorman kokoa, vältä IP-osien pirstoutumista, rajoita julkaisunopeutta ja pidä jonot matalina. Paikallinen käsittely tai pakatut lähdöt toimivat usein paremmin kuin jokaisen anturinäytteen lähettäminen.

K: Mitä historian syvyyttä mobiilirobottiryhmien tulisi käyttää?

V: Valitse syvyys viestin keston ja palautustarpeiden mukaan. Käytä syvyyttä yksi vaihdettavassa tilassa, kun taas olennaiset tapahtumat saattavat tarvita suuremman mutta tiukasti rajatun jonon.