Page 254 - 《软件学报》2021年第6期

1828 Journal of Software 软件学报 Vol.32, No.6, June 2021

量 response time.在完成通信时,统计奖励值,依此标志节点通信所需要的响应时间.实验中,我们设置数据流大小
M 为 10;设置 Reliable1 和 Best-Effort1 策略下数据丢包率相同,均为 0.05;Reliable2 和 Best-Effort2 策略下的数
据丢包率相同,均为 0.1.如图 10 所示,实验中,我们验证了两种 DDS 策略在不同传输方式下的响应时间.可以看
出:在数据丢包率相同时,可靠传输模式因其良好的重传确认机制,系统响应时间比高效传输方式响应时间久;
在数据丢包率不同时,在相同的数据传输策略下,丢包率越大,系统响应时间越久.

Fig.10 Influence of QoS policy on system responsetime
图 10 QoS 策略对系统响应时间的影响

在数据分发服务的数据传输中,为满足不同的通信需求,每个传输数据的过程以及数据写入者、数据读取
者、发布者和订阅者等实体对象都配有相应的 QoS 策略.在系统可靠性与实时性上,ROS2 的不同节点在通信时
采用了适当的服务质量策略,其通信服务可以选择可靠传输服务,也可以选择尽可能快速的数据传输服务.但如
果在某些特定的网络环境对数据分发的性能有相关需求,则可以自定义相关的 QoS 策略.通过对以上的属性提
取与实验验证,可以针对不同的服务需求与网络环境更改相应的 QoS 策略.当处于网络环境较差的条件下,即上
述实验中当丢包率较大时,可调节 QoS 策略中的 RELIABLITY 属性,即增加系统数据流方式传输中的重传次数,
以实现系统较高的稳定性;在相同网络环境下,为保证系统数据的实时传输,即减少上述实验的响应时间,可选
择 BEST-EFFORT 服务质量策略,即系统要求尽可能速度快的方式交付与处理数据,则需要调整数据传输过程
中的数据块大小以及重传次数等相应的参数,以尽可能实现较高的实时性.

4 总 结
本文提出了一种基于 DDS 的 ROS2 通信系统的抽象模型的形式化验证框架,应用概率模型检测器 PRISM
通过分析数据丢失率和系统响应时间,从而验证 ROS2 通信系统的实时性、可靠性.并通过加入重传机制、QoS
策略量化分析,实现不同的数据需求和传输方式.本文的形式化建模框架为面向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.基于本文的工作,下一步我们将基于本文所提出的框架,针对不
同应用领域分布式众节点之间通信的数据分发服务进行层次化的建模与性能分析,为实现性能优良的应用系
统设计提供参考.

References:
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