Adaptive Bridge: un livello di disaccoppiamento basato su proxy per mitigare la backpressure DDS in ROS 2

Abstract degli autori

Nei sistemi basati su Robot Operating System 2 (ROS 2) che utilizzano Data Distribution Service (DDS), un solo subscriber di un topic RELIABLE con una connessione di rete degradata o una velocità limitata può causare una backpressure che peggiora il throughput e la latenza di tutti gli altri subscriber, compresi quelli critici per la sicurezza che condividono il publisher. Questo accade perché il writer DDS del publisher non riesce più ad accettare nuovi campioni. Presentiamo Adaptive Bridge, un livello basato su proxy che separa i subscriber critici da quelli con prestazioni degradate o non critici, isolando così il percorso critico mediante la suddivisione dei topic e il controllo dinamico della frequenza. Il proxy funge da intermediario: si sottoscrive al topic originale e ripubblica i messaggi tramite due writer DDS indipendenti, uno RELIABLE per i nodi critici e uno BEST EFFORT per i nodi non critici o con prestazioni degradate. In questo modo isola i nodi con prestazioni degradate e protegge il publisher e i nodi critici dalla backpressure. Un classificatore basato su sonde monitora attivamente lo stato dei subscriber mediante campionamento con isteresi e ne regola in tempo reale i limiti di frequenza. Valutiamo il sistema con un modello Gilbert-Elliott di perdite intermittenti su rete wireless, utilizzando un ambiente di test riproducibile basato su Docker. I risultati mostrano che, nel nostro ambiente di test, Adaptive Bridge riduce la latenza di coda p95 del subscriber critico da un massimo di 15 s a 1,55 ms per tutti i livelli di gravità del degrado, preservando al contempo il throughput configurato per il publisher.