Comparison of DDS, MQTT, and Zenoh in Edge-to-Edge/Cloud Communication with ROS 2

要約

IoT とエッジ コンピューティングの発展に伴い、エッジ デバイス間またはエッジとクラウド間の通信を処理するための効率的で信頼性の高いミドルウェアが必要になります。
一方、ROS\,2 はロボット システムでより一般的に使用されていますが、ROS メッセージを使用したミドルウェアの比較研究はありません。
この研究では、DDS、Zenoh、MQTT など、ROS\,2 システムで一般的に使用されているミドルウェアを比較しました。
エッジツーエッジおよびエッジツークラウドのシナリオでミドルウェアのパフォーマンスを評価するために、マルチホスト環境で実験を実施し、さまざまな種類とサイズの ROS メッセージでミドルウェアのレイテンシとスループットを比較しました。
イーサネット、Wi-Fi、4G を含む 3 つのネットワーク設定で。
さらに、実際のロボット プラットフォームである TurtleBot 4 にさまざまなミドルウェアを実装し、ホストからロボットにコマンドを送信して四角形の軌道を実行しました。
Optitrack モーション キャプチャ システムを使用して、ロボットの軌道を記録し、ドリフト エラーを分析しました。
結果は、CycloneDDS がイーサネット環境下でより優れたパフォーマンスを発揮し、Zenoh が Wifi および 4G 環境下でより優れたパフォーマンスを発揮することを示しました。
実際のロボットテストでは、全王の軌道ドリフト誤差が最も小さかった。

要約(オリジナル)

With the development of IoT and edge computing, there is a need for efficient and reliable middleware to handle the communication among Edge devices or between Edge and Cloud. Meanwhile, ROS\,2 is more commonly used in robotic systems, but there is no comparison study of middleware using ROS Messages. In this study, we compared the middlewares that are commonly used in ROS\,2 systems, including DDS, Zenoh, and MQTT. In order to evaluate the performance of the middleware in Edge-to-Edge and Edge-to-Cloud scenarios, we conducted the experiments in a multi-host environment and compared the latency and throughput of the middlewares with different types and sizes of ROS Messages in three network setups including Ethernet, Wi-Fi, and 4G. Additionally, we implemented different middlewares on a real robot platform, TurtleBot 4, and sent commands from a host to the robot to run a square-shaped trajectory. With the Optitrack Motion Capture system, we recorded the robot trajectories and analyzed the drift error. The results showed that CycloneDDS performs better under Ethernet, and Zenoh performs better under Wifi and 4G. In the actual robot test, Zenoh’s trajectory drift error was the smallest.

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