Page 244 - 《软件学报》2021年第6期

软件学报 ISSN 1000-9825, CODEN RUXUEW E-mail: jos@iscas.ac.cn
Journal of Software,2021,32(6):1818−1829 [doi: 10.13328/j.cnki.jos.006251] http://www.jos.org.cn
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∗
面向数据流的 ROS2 数据分发服务形式建模与分析

1,2
1.4
1,2
1,3
芦 倩 , 李晓娟 , 关 永 , 王 瑞 , 施智平 1,4
1
(首都师范大学 信息工程学院,北京 100048)
2 (高可靠嵌入式系统技术北京市工程研究中心(首都师范大学),北京 100048)
3 (北京成像理论与技术高精尖创新中心(首都师范大学),北京 100048)
4
(轻型工业机器人与安全验证北京市重点实验室(首都师范大学),北京 100048)
通讯作者: 李晓娟, E-mail: lixj@cnu.edu.cn

摘 要: 机器人操作系统(robot operating system,简称 ROS)是一种开源的元操作系统,能够在异种计算簇上提供
基于消息机制的结构化通信层.为改善 ROS1 中存在的数据分发实时性、可靠性问题,ROS2 提出了面向数据流的数
据分发服务机制.采用概率模型检验的方法,分析、验证 ROS2 系统数据分发机制的实时性和可靠性.首先,提出一种
面向数据流的 ROS2 数据分发服务的形式化验证框架,并对通信系统模块建立概率时间自动机模型;其次,运用概率
模型检测器,通过数据丢失率和系统响应时间等参数分析、验证 ROS2 面向数据流的数据分发服务的实时性、可靠
性;最后,基于重传机制、服务质量(quality of service,简称 QoS)策略分析,通过设置和调整服务质量参数,实现不同的
数据需求和传输方式的量化性能分析,为 ROS2 应用的设计人员以及基于数据流的分布式数据分发服务的形式化
建模、验证和量化性能分析提供参考.
关键词: ROS2;数据分发服务;QoS;概率时间自动机;PRISM;形式化建模与分析
中图法分类号: TP311

中文引用格式: 芦倩,李晓娟,关永,王瑞,施智平.面向数据流的 ROS2 数据分发服务形式建模与分析.软件学报,2021,32(6):
1818−1829. http://www.jos.org.cn/1000-9825/6251.htm
英文引用格式: Lu Q, Li XJ, Guan Y, Wang R, Shi ZP. Modeling and analysis of ROS2 data distribution service for data flow.
Ruan Jian Xue Bao/Journal of Software, 2021,32(6):1818−1829 (in Chinese). http://www.jos.org.cn/1000-9825/6251.htm
Modeling and Analysis of ROS2 Data Distribution Service for Data Flow

1,2
1,4
1,3
1,2
LU Qian , LI Xiao-Juan , GUAN Yong , WANG Rui , SHI Zhi-Ping 1,4
1
(College of Information Engineering, Capital Normal University, Beijing 100048, China)
2
(Beijing Engineering Research Center of High Reliable Embedded System (Capital Normal University), Beijing 100048, China)
3
(Beijing Advanced Innovation Center for Imaging Theory and Technology (Capital Normal University), Beijing 100048, China)
4
(Beijing Key Laboratory of Light Industrial Robot and Safety Verification (Capital Normal University), Beijing 100048, China)
Abstract: Robot operating system (ROS) is an open source meta-operating system, which can provide a structured communication layer
based on message mechanism on heterogeneous computing clusters. In order to improve the real-time and reliability problems of data
distribution in ROS1, ROS2 is proposed with data flow oriented data distribution service mechanism. This study adopts the method of

∗ 基金项目: 国家重点研发计划(2019YFB1309900); 国家自然科学基金(61876111); 科技创新服务能力建设-基本科研业务费
(00620530290073); 首都师范大学交叉科学研究项目(0062155087)
Foundation item: National key Research and development program (2019YFB1309900); National Natural Science Foundation of
China (61876111); Capacity Building for Sci-Tech Innovation-Fundamental Scientific Research Funds (00620530290073); Research Fund
from Academy for Multidisciplinary Studies of Capital Normal University (0062155087)
本文由“形式化方法与应用”专题特约编辑邓玉欣教授推荐.
收稿时间: 2020-08-30; 修改时间: 2020-10-26; 采用时间: 2020-12-19; jos 在线出版时间: 2021-02-07