Bridging the Gap between ROS~2 and Classical Real-Time Scheduling for Periodic Tasks

要約

ロボット オペレーティング システム 2 (ROS~2) は、ロボット システムを開発するためのソフトウェア ライブラリとツールを提供する、広く使用されているミドルウェアです。
これらのシステムでは、タスクは ROS~2 実行プログラムによってスケジュールされます。
デフォルトの ROS~2 エグゼキュータのスケジューリング動作は、古典的なリアルタイム スケジューリング理論とは本質的に異なるため、ROS~2 への大幅な変更を必要とする専用の分析または代替エグゼキュータが必要になりました。
2023 年に、イベント キューを備え、ジョブの完了直後にスケジュールを決定できるようにするイベント エグゼキューターが ROS~2 に導入されました。
この論文では、イベント エグゼキュータをわずかに変更するだけで、古典的なリアルタイム スケジューリング理論から得られた大量の研究結果が適用可能になることを示します。
したがって、これにより、最悪の場合の応答時間とエンドツーエンドの遅延に関する分析限界が有効になり、多くのシナリオでデフォルトの ROS 2 エグゼキューターの限界を上回るパフォーマンスが得られます。
私たちのソリューションは、ROS 2 にネイティブに含まれているイベント エグゼキュータのバックエンドをわずかに変更するだけで済むため、既存の ROS 2 システムに簡単に統合できます。評価結果は、ROS~2 イベント エグゼキュータにわずかな変更を加えることで、大幅な改善が見込めることを示しています。
ドロップされたジョブ、最悪の場合の応答時間、エンドツーエンドの遅延、およびデフォルトの ROS~2 エグゼキュータと比較したパフォーマンスの観点から。

要約(オリジナル)

The Robot Operating System 2 (ROS~2) is a widely used middleware that provides software libraries and tools for developing robotic systems. In these systems, tasks are scheduled by ROS~2 executors. Since the scheduling behavior of the default ROS~2 executor is inherently different from classical real-time scheduling theory, dedicated analyses or alternative executors, requiring substantial changes to ROS~2, have been required. In 2023, the events executor, which features an events queue and allows the possibility to make scheduling decisions immediately after a job completes, was introduced into ROS~2. In this paper, we show that, with only minor modifications of the events executor, a large body of research results from classical real-time scheduling theory becomes applicable. Hence, this enables analytical bounds on the worst-case response time and the end-to-end latency, outperforming bounds for the default ROS 2 executor in many scenarios. Our solution is easy to integrate into existing ROS 2 systems since it requires only minor backend modifications of the events executor, which is natively included in ROS 2. The evaluation results show that our ROS~2 events executor with minor modifications can have significant improvement in terms of dropped jobs, worst-case response time, end-to-end latency, and performance compared to the default ROS~2 executor.

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