本文聚焦无人系统联合架构(JAUS)。JAUS是国际自动机工程师学会(SAE)AS-4无人系统指导委员会制定的国际标准。本文将阐述该标准的基本概念及其在实现异构无人系统互操作性方面的适用性,同时介绍相关标准文档与JAUS服务集,最后剖析JAUS标准的优势与局限。
无人系统联合架构(JAUS)是一项国际标准,旨在确立一套通用的消息格式与通信协议,以支持无人飞行器与地面控制站内部及相互间的互操作。该架构最初由美国国防部(DoD)授权制定,旨在为无人地面机器人领域提供开放式架构。此后,JAUS逐步转化为国际行业标准——现归属拥有机器人技术积淀的标准制定机构国际自动机工程师学会(SAE),该学会于2004年8月成立航空航天标准无人系统指导委员会(AS-4)。界定JAUS的全部标准文档均可直接从SAE官网购买。其初衷在于定义开放式通信标准,以支持军用机器人系统的互操作。众多项目与厂商已参与JAUS实践,并成功验证了其在无人系统中的适用性,典型案例包括2004年、2005年DARPA大挑战赛及2007年DARPA城市挑战赛中的多款机器人平台。
JAUS概览
JAUS的核心目标在于规范网络环境下无人系统的通信与协同运作机制。JAUS系统由接入公共数据网络的若干子系统构成。子系统通常对应系统网络中的物理实体,例如无人飞行器或操作员控制单元(见图1)。
JAUS网络进一步划分为层级化结构。子系统下辖节点,节点代表系统中的物理计算端点,例如子系统内部的计算机或微控制器。节点可承载一个或多个组件,组件通常为运行于节点上的应用程序或线程。组件最终由一项或多项服务构成。因此,系统架构呈现如下层级关系:
服务旨在为系统提供特定实用功能。面向服务架构(SOA)赋能无人系统的分布式指挥与控制。JAUS采用的SOA方法致力于规范化系统组件间的消息格式与协议交互。该方法由JAUS服务接口定义语言(JSIDL)予以标准化;这是一种基于XML的语言,为界定JAUS服务提供基础结构与语法规范。所有经JAUS标准化的服务均须采用合规的JSIDL语法进行描述。