ROS 2 me rrjetë pa tela: Cilësimet e DDS QoS për ekipet e robotëve celularë

Ekipet e robotëve celularë shpesh komunikojnë në mënyrë të besueshme në një laborator, më pas zhvillojnë komanda të vonuara, mungojnë përditësimet e sensorëve ose rikuperim i ngadaltë kur ndryshojnë rrugët e rrjetës. A Rrjeta pa tel ROS 2 shton luhatjen e gjerësisë së brezit, humbjen e paketave dhe ndryshimin e numrit të hop-eve, ndërsa DDS mund të ritransmetojë ose të vendosë në radhë të dhëna që janë tashmë të vjetruara. Cilësimet QoS ndihmojnë në kontrollin e besueshmërisë, historisë, thellësisë, qëndrueshmërisë, afatit dhe jetëgjatësisë për secilën temë, por politikat e papajtueshme të botuesve dhe pajtimtarëve mund të ndalojnë plotësisht shpërndarjen.

Çështja kryesore është të dish se cilat rryma kanë nevojë për çdo mostër, cilat kanë nevojë vetëm për më të renë dhe si të parandalosh ngarkesat e mëdha që të mbingarkojnë një lidhje të rikuperuar.

Filloni me Trafikun, jo me menynë QoS

Vendosni nëse freskia apo plotësia ka më shumë rëndësi

Filloni duke pyetur se çfarë ndodh kur një mesazh humbet dhe çfarë ndodh kur ai arrin vonë. Skanimet LiDAR, kornizat e kamerës, odometria, përditësimet e lokalizimit dhe telemetria e lëvizjes zëvendësohen vazhdimisht. Humbja e një kampioni mund të jetë e pranueshme, ndërsa dorëzimi i tij pas disa mostrave më të reja mund të korruptojë vendimet lokale ose të humbasë kohën e përpunimit.

Tranzicionet e misionit, caktimet e detyrave, ndryshimet e konfigurimit, ngjarjet e sigurisë dhe disa transferime të hartave kanë kërkesa të ndryshme. Një ngjarje diskrete që mungon mund t'i lërë robotët në gjendje operimi jokonsistente, kështu që ritransmetimi i kufizuar mund të justifikohet. Ky dallim ka më shumë rëndësi sesa vetëm lloji i ngarkesës: një komandë me shpejtësi të vogël mund të jetë e rrezikshme kur është e ndenjur, ndërsa një fotografi e madhe e hartës mund të mbetet e dobishme pas një vonese.

Klasifikimi i trafikut sipas freskisë dhe plotësisë parandalon një gabim të zakonshëm të rrjetës pa tel ROS 2—duke e vendosur çdo temë në TË BESUESHME sepse e besueshme tingëllon më e sigurt. DDS e besueshme ruan mostrat e papranuara dhe ritransmeton të dhënat që mungojnë, duke krijuar shpenzime të larta që komunikimi me përpjekjet më të mira shmang. Prandaj, profili standard i të dhënave të sensorëve ROS 2 përdor besueshmërinë e përpjekjeve më të mira me një radhë më të vogël, ku shpërndarja në kohë në përgjithësi ka më shumë rëndësi sesa marrja e çdo leximi.

Jepini secilës temë një buxhet shpërndarjeje

Çdo temë ndër-robot ka nevojë për katër kufij: moshën maksimale të mesazhit të dobishëm, shkallën e pranueshme të humbjes, frekuencën e kërkuar të përditësimit dhe kohën maksimale të rikuperimit pas shkëputjes. Këta kufij i kthejnë pritshmëritë e paqarta të tilla si 'vonesa e ulët' në kërkesa të testueshme. Një rrjedhë komande mund të ketë nevojë për një kufi moshe të matur në dhjetëra milisekonda, ndërsa një fotografi e hartës mund të tolerojë sekonda nëse roboti vazhdon të funksionojë i sigurt me kopjen e tij lokale.

Vlerësoni ngarkesën e ofruar nga madhësia e ngarkesës së serializuar, shkalla e publikimit dhe numri i destinacioneve. Pastaj krahasoni këtë shifër me fuqinë e matur të shumë-hop dhe jo me shpejtësinë nominale të të dhënave të radios. Lini kapacitet për mirënjohje, ritransmetime, trafik zbulimi, trafik të menaxhimit të rrugëve dhe botues të njëkohshëm.

Mbajeni trafikun e brendshëm të robotit jashtë rrjetës së përbashkët

Jo çdo temë ROS 2 duhet të kalojë kufijtë e robotëve. Furnizimet e papërpunuara të kamerës, retë me pikë të plota, të dhënat e korrigjimit dhe rezultatet e perceptimit të ndërmjetëm shpesh i përkasin robotit që i prodhon ato. Publikimi i vetëm zbulimeve, gjurmëve të objekteve, planeve lokale, reve të reduktuara ose ndryshimeve të hartave ul kërkesën për kanalin e përbashkët pa ndryshuar sjelljen DDS.

Ky hap filtrimi është veçanërisht i vlefshëm në një rrjetë pa tel ROS 2 me shumë robotë, ku një rrymë e panevojshme me shpejtësi të lartë mund të konsumojë kapacitetin e nevojshëm për disa tema koordinimi. Heqja e trafikut zakonisht prodhon një sistem më të parashikueshëm sesa përpjekja për të mbrojtur një lidhje të mbingarkuar me radhë më të thella dhe riprova shtesë.

Profilet praktike QoS për temat e zakonshme të flotës

Rrjedhat e sensorëve dhe gjendja e rifreskuar shpesh

Sensorët me shkallë të lartë dhe temat e gjendjes zakonisht kanë nevojë për mostrën më të re të disponueshme, jo një sekuencë të plotë historike. Një profil praktik fillestar është BEST_EFFORT, VOLATILE dhe KEEP_LAST me një thellësi midis një dhe pesë. Thellësia një i përshtatet të dhënave që zëvendësohen menjëherë, ndërsa një radhë pak më e madhe mund të thithë vonesa të shkurtra të planifikimit të kthimit të telefonatave pa krijuar një ngarkesë të gjatë.

LIFESPAN mund të shtojë një mbrojtje tjetër duke bërë që mesazhet të skadojnë pas periudhës së tyre të dobishme. AFATI shërben për një qëllim tjetër: ai shpreh intervalin e pritur midis mesazheve dhe mund të shkaktojë një ngjarje kur kjo pritshmëri humbet. Asnjëra nga politikat nuk rrit kapacitetin e lidhjes, por të dyja i bëjnë transmetimet e ndenjura ose të ndërprera më të lehta për t'u zbuluar dhe trajtuar.

Profili i saktë duhet të pasqyrojë konsumatorin. Një nyje lokale e shmangies së pengesave mund të ketë nevojë për skanime të shpeshta me moshë minimale, ndërsa një panel kontrolli i flotës mund të pranojë një shkallë më të ulët përditësimi. Dërgimi i të dyjave përmes të njëjtës rrjetë pa tel ROS 2 nuk do të thotë se ato kërkojnë cilësime identike të besueshmërisë, thellësisë ose jetëgjatësisë.

Komandat dhe ngjarjet e koordinimit kanë nevojë për trajtim të ndryshëm

Komandat e vazhdueshme dhe ngjarjet diskrete të koordinimit nuk duhet të ndajnë një profil të paracaktuar. Rrjedhat e shpejtësisë, drejtimit dhe korrigjimit të formimit rifreskohen në mënyrë të përsëritur, kështu që mostrat e vjetra nuk duhet të qëndrojnë në radhë pas ritransmetimeve. Një histori e cekët, një jetëgjatësi e shkurtër dhe një kohëzgjatje e nivelit të aplikacionit ndihmojnë për të siguruar që një robot të ndalojë ose të hyjë në një modalitet të caktuar kthimi kur komandat e reja zhduken.

Pranimi i detyrave, ndryshimet në modalitetin e funksionimit dhe tranzicionet e misionit mund të kërkojnë shpërndarje të besueshme sepse çdo ngjarje ndryshon gjendjen e përbashkët. Edhe atëherë, historia duhet të mbetet e kufizuar. Riprodhimi i një sekuence të gjatë komandash të zëvendësuara pas rikuperimit të një rruge mund të jetë më e dëmshme sesa raportimi i ndërprerjes dhe risinkronizimi i gjendjes aktuale të misionit.

Besueshmëria e DDS është vetëm një shtresë mbrojtjeje. Çdo robot celular duhet të zbatojë skadimin e komandës lokale, kufizimet e lëvizjes dhe sjelljen e humbjes së komunikimit, pavarësisht nga rrjeti. Një rrjetë pa tel ROS 2 mund të përmirësojë shtrirjen dhe elasticitetin e rrugës, por nuk mund të vendosë nëse një komandë e vjetër është ende e sigurt.

Hartat, konfigurimi dhe robotët që bashkohen vonë

Përdor RELIABLE me TRANSIENT_LOCAL kur një robot që bashkohet ose rilidhë ka nevojë për gjendjen më të fundit të publikuar. Hartat aktuale, gjeofonet, mënyrat e përbashkëta të funksionimit dhe fotografitë e konfigurimit shpesh i përshtaten këtij modeli. KEEP_LAST(1) është zakonisht më i përshtatshëm se mbajtja e çdo versioni, sepse vetëm fotografia më e re e plotë mbetet e rëndësishme nga ana operacionale.

KEEP_ALL duhet të rezervohet për të dhënat, sekuenca e plotë e të cilave ka vërtet rëndësi dhe kërkesat e burimeve të të cilave dihen. Ruajtja e të gjithë ruajtjes mbetet subjekt i kufijve të burimeve të programeve të mesme, kështu që nuk është një garanci e pakufizuar. Qëndrueshmëria lokale kalimtare gjithashtu e bën botuesin përgjegjës për mbajtjen e mostrave për abonimet që bashkohen vonë.

Përputhshmëria duhet të kontrollohet nga të dyja anët. Një botues me përpjekjet më të mira nuk mund të kënaqë një pajtimtar të besueshëm dhe një botues i paqëndrueshëm nuk mund të kënaqë një abonim lokal kalimtar. Botuesit e besueshëm mund t'u shërbejnë abonentëve me përpjekjet më të mira, ndërsa botuesit lokalë të përkohshëm mund t'u dërgojnë mesazhe të reja abonentëve të paqëndrueshëm. Dorëzimi i ruajtur historik kërkon cilësime të përputhshme kalimtare-lokale.

Ndaloni mesazhet e mëdha nga marrja e lidhjes

Zvogëloni fragmentimin përpara se të shtoni përsëritjet

Imazhet, rrjetet e zënies dhe retë me pika të dendura ndahen në njësi të shumta transporti përpara se të kalojnë rrjetin. Kur një datagram i madh UDP është i fragmentuar në shtresën IP, humbja e një fragmenti parandalon rindërtimin e të dhënave të plotë. Fragmentet e mbetura mund të zënë buferat e kernelit derisa të skadojnë, duke e bërë lidhjen të duket e bllokuar dhe duke bllokuar trafikun më të ri.

Degradimi i ngarkesës së madhe mbi lidhjet ROS 2 me valë shoqërohet zakonisht me tre mekanizma të lidhur: fragmentimi i tepërt i IP-së, koha joefikase e ritransmetimit dhe shpërthimet kongjestive të tamponit. Ndryshimet e parametrave DDS të pajtueshme me standardet mund t'i zvogëlojnë këto efekte pa kërkuar një protokoll tjetër aplikimi.

Matni shtegun e vërtetë MTU në të gjithë rrjetën pa tel ROS 2, duke përfshirë enkriptimin, tunelet, ndërfaqet virtuale dhe çdo segment të drejtuar. Aty ku lejon konfigurimi i transportit, zvogëloni madhësinë e mesazhit RTPS ose UDP mjaftueshëm për të shmangur fragmentimin e shtresës së rrjetit. Një vlerë e llogaritur nga një MTU Ethernet 1500-byte është vetëm një hipotezë fillestare sepse kokat dhe kapsulimi mund të zvogëlojnë madhësinë e përdorshme.

Mbajini radhët e historisë më të vogla se dritarja e rikuperimit

Gjatë një ndërprerjeje të itinerarit, një botues i besueshëm mund të vazhdojë të prodhojë mesazhe ndërkohë që pranimet nuk vijnë. Mostrat e papranuara grumbullohen në histori derisa të arrihen kufijtë e burimeve. Kur lidhja kthehet, shtegu i rivendosur duhet të mbajë publikimet aktuale, të kontrollojë trafikun dhe ngarkesën e mbetur në të njëjtën kohë.

Zgjidhni thellësinë e historisë nga numri i mostrave që mbeten të dobishme pas rilidhjes. Një rrjedhë e gjendjes 20 Hz me një moshë të dobishme prej 250 milisekonda rrallë ka nevojë për dhjetëra mostra në radhë; shumica e tyre tashmë do të ishin bajate. Gjendja e zëvendësueshme duhet të favorizojë mostrën e fundit, ndërsa sekuencat e ngjarjeve thelbësore kanë nevojë për një plan rikuperimi të kufizuar.

Mostrat e mëdha të besueshme kërkojnë një kontroll shtesë: a mundet rruga më e dobët e pritshme të kullojë radhën pa vonuar trafikun aktual? Një histori e thellë mund të zvogëlojë humbjen e menjëhershme të të dhënave, por gjithashtu rrit përdorimin e kujtesës, kohën e rikuperimit dhe probabilitetin e një rritjeje të trafikut pas ndërprerjes. Mbajtja e tepërt e historisë mund të prodhojë shpërthime buferi që përkeqësojnë bllokimin pas rikthimit të lidhjes.

Shikoni për shpërthime të ritransmetimit

DDS e besueshme përdor rrahjet e zemrës dhe shkëmbimet e njohjes për të identifikuar mostrat që mungojnë dhe për të shkaktuar ritransmetim. Ciklet e rralla të rikuperimit mund të lejojnë akumulimin e disa humbjeve përpara se ato të dërgohen përsëri, duke prodhuar breshëri të shkurtra që tejkalojnë kapacitetin momental të lidhjes. Periudhat e rrahjeve të zemrës, fragmentimi dhe intervalet e ritransmetimit gjithashtu ndërveprojnë ngushtë në kushte me valë me humbje.

Testoni kohën e ritransmetimit kundrejt intervalit të publikimit të secilës temë në vend që të aplikoni një vlerë në të gjithë flotën. Matni vonesën e rikuperimit, vonesën e bishtit, nervozizmin, ngarkesën e paketës së kontrollit dhe ngarkesën e CPU-së pas çdo ndryshimi. Sinjalizimi më i shpejtë i rikuperimit mund të zvogëlojë madhësinë e vonesës dhe shpërthimit, por trafiku i tepërt i kontrollit mund të konsumojë përpunimin dhe gjerësinë e brezit.

Asnjë rregullim i kohës nuk mund të shpëtojë një rrjetë pa tel ROS 2, ngarkesa e ofruar e qëndrueshme e së cilës tejkalon fuqinë e përdorshme. Kur lidhja mbetet e ngopur, riprovon shton trafikun në një shteg tashmë të mbingarkuar.

Në vend të kësaj, vendosni se kur të ndryshoni ngarkesën

Akordimi QoS duhet të përfundojë aty ku arkitektura e aplikacionit bëhet problemi më i madh. Ulni rezolucionin e imazhit, cilësinë e kodimit ose shpejtësinë e kuadrove kur transmetimet vizuale dominojnë kanalin. Prisni ose zvogëloni retë e pikave përpara transmetimit dhe publikoni gjurmët e objekteve, rezultatet e kalueshmërisë ose përditësimet e hartave lokale kur shokët e ekipit nuk kanë nevojë për vëzhgime të papërpunuara.

Përpunimi i skajeve shpesh ofron zgjidhjen më të pastër. Secili robot mund të ruajë të dhënat e sensorit me gjerësi të lartë në nivel lokal dhe të shpërndajë vetëm informacionin e nevojshëm për koordinim. Ky nuk është një kompromis në besueshmërinë e DDS; është një vendim i qëllimshëm për të përshtatur kërkesën për komunikim me kapacitetin fizik të rrjetit celular.

Testoni profilin në robotët në lëvizje, jo vetëm një rrjet stoli

Rikrijoni rrugët dhe dështimet që do të hasë flota

Një test fiks me një hop nuk mund të përfaqësojë një rrjetë celulare ROS 2. Vërtetimi duhet të përfshijë rrugën më të shkurtër, numrin maksimal të planifikuar të kërcimeve, lëvizjen ndërmjet pozicioneve të stafetës, rritjen e interferencës, trafikun asimetrik, ndërprerjet e shkurtra, ndërprerjet e gjata, rilidhjen, bashkimin me vonesë dhe publikimin e njëkohshëm nga disa robotë.

Regjistroni më shumë se mesatarja e vonesës. Matjet e dobishme përfshijnë:

●  Frekuenca e përditësimit të marrë dhe shkalla e humbjes së mesazheve.

●  Mosha e mesazhit, vonesa mesatare, vonesa e bishtit dhe nervozizmi.

●  Koha e zbulimit ose e rilidhjes pas një ndryshimi të rrugës.

●  Rritja e radhës së shkrimtarit dhe lexuesit gjatë ndërprerjes.

●  Koha e nevojshme për të pastruar të dhënat e ruajtura të dobishme.

●  Përdorimi i CPU-së dhe i memories si për botuesit ashtu edhe për abonentët.

Vlerësoni çdo rezultat kundrejt buxhetit të ofrimit të krijuar më parë. Një temë lokalizimi mund të dështojë sepse frekuenca e përditësimit të saj bie nën kërkesën e kontrollit, edhe kur çdo mostër arrin përfundimisht. Në të kundërt, një transferim i hartës mund të kalojë pavarësisht vonesës më të lartë nëse përfundon brenda dritares së lejuar të rikuperimit.

Përdorni telemetrinë rrjetë për të shpjeguar sjelljen DDS

Metrikat ROS 2 zbulojnë se çfarë përjeton aplikacioni, ndërsa telemetria rrjetë ndihmon në shpjegimin e arsyes se pse ndodhi. Krahasoni performancën e temës me numërimin e hop, ndryshimet e topologjisë, fuqinë e sinjalit, raportin sinjal ndaj zhurmës, trafikun e ngarkimit dhe shkarkimit dhe kohën e ndërrimit të rrugës. Lidhja e të dy shtresave parandalon ekipet që të fajësojnë QoS për një ndryshim të rrugës së radios ose të fajësojnë rrjetën për cilësimet e papajtueshme të botuesit dhe abonentit.

Modulet WDS MIMOmesh OEM/ODM dhe njësitë e lehta ajrore përdorin një arkitekturë gjithë-IP me rrugë dinamike të shpërndarë, pa qendër dhe reletë me shumë hop. Funksionet e tyre të menaxhimit të rrjetit sigurojnë topologjinë, forcën e fushës, SNR, trafikun, distancën e nyjeve dhe informacionin e statusit të funksionimit që inxhinierët mund t'i krahasojnë me vonesën, humbjen dhe sjelljen në radhë të ROS 2.

Normat e të dhënave të produktit dhe shifrat e vonesës me një hop duhet të mbeten referenca planifikimi dhe jo performanca e garantuar e aplikacionit. Sjellja aktuale nga fundi në fund përfshin gjithashtu thellësinë e rrugës, zënien e kanalit, rikuperimin e paketave, serializimin, radhët e programeve të mesme dhe përpunimin e nyjeve. Në një lëvizja e rrjetës pa tel ROS 2 , produktiviteti i matur në rrugën më të dobët operacionale duhet të nxisë normat e publikimit dhe kufijtë e historisë.

Ndryshoni një ndryshore në të njëjtën kohë

Filloni duke konfirmuar emrat e temave, llojet e mesazheve dhe pajtueshmërinë QoS. Testoni zbulimin veçmas nga transferimi i të dhënave sepse një nyje që nuk e zbulon kurrë homologun e saj ka një dështim të ndryshëm nga një pikë përfundimtare e përputhur që humbet paketat. Ngjarjet e papajtueshme-QoS mund të ndihmojnë aplikacionet të zbulojnë mospërputhjet e politikave në vend që ta lënë të pashpjeguar dështimin.

Vendosni një rrugë të përsëritshme dhe model lëvizjeje, më pas rregulloni një variabël për çdo vrapim. Ndryshoni në mënyrë të pavarur besueshmërinë, thellësinë, qëndrueshmërinë, jetëgjatësinë, shkallën e publikimit, madhësinë e ngarkesës ose pragun e fragmentimit. Përsëritja e të njëjtit skenar bën të mundur identifikimin nëse një përmirësim i dukshëm vjen nga ndryshimi QoS apo nga një rrugë më e mirë radio.

Vendosni kushtet e kalimit përpara testimit. Shembujt përfshijnë një moshë komandimi maksimale, një frekuencë minimale lokalizimi, një kohë maksimale që një robot rilidhës të marrë hartën aktuale dhe një kufi në kohën e shkarkimit të mbetur. Profili përfundimtar duhet të kalojë nën rrugën më të dobët realiste, jo thjesht të japë mesatare mbresëlënëse në stolin e provës.

 

konkluzioni

Komunikimi i besueshëm i flotës varet nga përputhja e sjelljes DDS me qëllimin e secilës temë. Rrjedhat e reja të sensorëve zakonisht kanë nevojë për radhë të cekëta të përpjekjeve më të mira, ndërsa ngjarjet e misionit dhe robotët rilidhës mund të kërkojnë besueshmëri të kufizuar ose qëndrueshmëri kalimtare-lokale. Fragmentimi, rritja e mbeturinave dhe produktiviteti i matur me shumë hop duhet të formojnë profilin përfundimtar.

Për ekipet që ndërtojnë një rrjetë pa tel ROS 2, Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. ofron module MIMOmesh OEM/ODM dhe radio të lehta ajrore për vendosje të lëvizshme me shumë hop. Kombinuar me testimin e disiplinuar QoS, këto platforma mund të ndihmojnë në reduktimin e trafikut të ndenjur, shkurtimin e rikuperimit dhe mbajtjen e gjerësisë së brezit të përbashkët të fokusuar në të dhëna të dobishme operacionale.

 

FAQ

Pyetje: A është ROS 2 i përshtatshëm për komunikim pa tel me shumë robotë?

Përgjigje: Po, por lidhjet me valë kërkojnë cilësime QoS specifike për temën. Besueshmëria, thellësia e radhës, qëndrueshmëria dhe shkalla e ngarkesës duhet të pasqyrojnë humbjen e paketave, vonesën, lëvizshmërinë dhe gjerësinë e brezit të disponueshëm.

Pyetje: Cili cilësim i besueshmërisë QoS funksionon më mirë në një rrjetë pa tel ROS 2?

Përgjigje: Përdorni përpjekjet më të mira për rrymat e sensorëve të rifreskuar shpesh dhe dërgimin e besueshëm të kufizuar për komandat, ngjarjet e misionit, hartat ose të dhënat e konfigurimit që nuk duhen humbur.

Pyetje: Pse botuesit dhe pajtimtarët e ROS 2 ndonjëherë dështojnë të lidhen?

Përgjigje: Politikat e papajtueshme QoS mund të parandalojnë komunikimin. Mospërputhjet e zakonshme përfshijnë cilësimet e besueshmërisë, qëndrueshmërisë, afatit ose gjallërisë midis profilit të ofruar nga botuesi dhe profilit të kërkuar nga pajtimtari.

Pyetje: Si duhet të trajtohen mesazhet e mëdha LiDAR ose kamera përmes një rrjeti rrjetë?

Përgjigje: Zvogëloni madhësinë e ngarkesës, shmangni fragmentimin e IP-së, kufizoni normat e publikimit dhe mbani radhët e cekëta. Përpunimi lokal ose rezultatet e ngjeshur shpesh performojnë më mirë sesa transmetimi i çdo mostre të sensorit të papërpunuar.

Pyetje: Çfarë thellësie historie duhet të përdorin ekipet e robotëve celularë?

Përgjigje: Zgjidhni thellësinë sipas kohëzgjatjes së mesazhit dhe nevojave të rikuperimit. Përdorni thellësinë një për gjendjen e zëvendësueshme, ndërsa ngjarjet thelbësore mund të kenë nevojë për një radhë më të madhe, por të kufizuar rreptësisht.