The rise of intelligent autonomous systems, especially in robotics and autonomous agents, has created a critical need for robust communication middleware that can ensure real-time processing of extensive sensor data. Current robotics middleware like Robot Operating System (ROS) 2 faces challenges with nondeterminism and high communication latency when dealing with large data across multiple subscribers on a multi-core compute platform. To address these issues, we present High-Performance Robotic Middleware (HPRM), built on top of the deterministic coordination language Lingua Franca (LF). HPRM employs optimizations including an in-memory object store for efficient zero-copy transfer of large payloads, adaptive serialization to minimize serialization overhead, and an eager protocol with real-time sockets to reduce handshake latency. Benchmarks show HPRM achieves up to 173x lower latency than ROS2 when broadcasting large messages to multiple nodes. We then demonstrate the benefits of HPRM by integrating it with the CARLA simulator and running reinforcement learning agents along with object detection workloads. In the CARLA autonomous driving application, HPRM attains 91.1% lower latency than ROS2. The deterministic coordination semantics of HPRM, combined with its optimized IPC mechanisms, enable efficient and predictable real-time communication for intelligent autonomous systems.


翻译:智能自主系统,尤其是在机器人学和自主智能体领域的兴起,对能够确保海量传感器数据实时处理的鲁棒通信中间件产生了迫切需求。现有的机器人中间件,如机器人操作系统(ROS)2,在多核计算平台上处理跨多个订阅者的大数据时,面临着非确定性和高通信延迟的挑战。为解决这些问题,我们提出了基于确定性协调语言 Lingua Franca(LF)构建的高性能机器人中间件(HPRM)。HPRM采用了一系列优化措施,包括用于高效零拷贝传输大负载的内存对象存储、最小化序列化开销的自适应序列化,以及采用实时套接字的急切协议以降低握手延迟。基准测试表明,在向多个节点广播大消息时,HPRM的延迟比ROS2低高达173倍。随后,我们通过将HPRM与CARLA模拟器集成,并运行强化学习智能体及目标检测工作负载,展示了HPRM的优势。在CARLA自动驾驶应用中,HPRM的延迟比ROS2低91.1%。HPRM的确定性协调语义,结合其优化的进程间通信机制,为智能自主系统提供了高效且可预测的实时通信能力。

0
下载
关闭预览

相关内容

International Middleware会议是讨论中间件设计、构造和使用方面的重要创新和最新进展的论坛。中间件是位于应用程序和底层平台(操作系统;数据库;硬件)之间的分布式系统软件,和/或将分布式应用程序、数据库或设备连接在一起。它的主要作用是协调和实现不同层或组件之间的通信,同时将分布的大部分复杂性隔离为一个单一的、经过充分测试和理解的系统抽象。 官网链接:http://www.middleware-conference.org/
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
29+阅读 · 2022年3月28日
VIP会员
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员