RobotKube: Orchestrating Large-Scale Cooperative Multi-Robot Systems with Kubernetes and ROS

要約

協調型高度道路交通システム (C-ITS) などの最新のサイバー物理システム (CPS) は、これらのシステムを操作するソフトウェアによって定義されることが増えています。
実際には、マイクロサービス アーキテクチャを使用できます。これは、ロボットとサポート インフラストラクチャで構成されるクラスター内で実行されるコンテナ化されたマイクロサービスで構成されます。
これらのマイクロサービスは、システムに課せられる刻々と変化する要件に従って動的に調整する必要があります。
さらに、これらのシステムは、CPS コンポーネントとシステム全体の機能の両方を継続的に更新およびアップグレードすることを目的とした DevOps プロセスに組み込まれています。
このペーパーでは、Kubernetes に基づいた大規模な協調マルチロボット CPS 向けにコンテナ化されたマイクロサービスを調整するアプローチである RobotKube を紹介します。
CPS 全体でソフトウェアのオーケストレーションを自動化する方法を説明し、発生する関連データを監視して選択的に保存する可能性を含めます。
これに関連して、このようなシステムの 2 つの主要コンポーネントを紹介します。1 つは追加のアプリケーションのデプロイメントを要求できるイベント ディテクタで、もう 1 つは Kubernetes クラスタで必要な変更を自動的に構成できるアプリケーション マネージャです。
広く採用されている Kubernetes プラットフォームとロボット オペレーティング システム (ROS) を組み合わせることで、C-ITS でのマイクロサービスの開発、デプロイ、スケーリング、監視のための標準ツールとプラクティスの使用が可能になります。
私たちは、 https://github.com/ika-rwth-aachen/robotkube で公開している模範的で再現可能なユースケースで RobotKube を実証し、評価します。

要約(オリジナル)

Modern cyber-physical systems (CPS) such as Cooperative Intelligent Transport Systems (C-ITS) are increasingly defined by the software which operates these systems. In practice, microservice architectures can be employed, which may consist of containerized microservices running in a cluster comprised of robots and supporting infrastructure. These microservices need to be orchestrated dynamically according to ever changing requirements posed at the system. Additionally, these systems are embedded in DevOps processes aiming at continually updating and upgrading both the capabilities of CPS components and of the system as a whole. In this paper, we present RobotKube, an approach to orchestrating containerized microservices for large-scale cooperative multi-robot CPS based on Kubernetes. We describe how to automate the orchestration of software across a CPS, and include the possibility to monitor and selectively store relevant accruing data. In this context, we present two main components of such a system: an event detector capable of, e.g., requesting the deployment of additional applications, and an application manager capable of automatically configuring the required changes in the Kubernetes cluster. By combining the widely adopted Kubernetes platform with the Robot Operating System (ROS), we enable the use of standard tools and practices for developing, deploying, scaling, and monitoring microservices in C-ITS. We demonstrate and evaluate RobotKube in an exemplary and reproducible use case that we make publicly available at https://github.com/ika-rwth-aachen/robotkube .

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