Einsatz einer Echtzeit-Publish/Subscribe-Kommunikation für die Teleoperation mobiler Roboter

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1 Einsatz einer Echtzeit-Publish/Subscribe-Kommunikation für die Teleoperation mobiler Roboter, André Herms und Michael Schulze Fakultät für Informatik Institut für Verteilte Systeme Otto-von-Guericke Universität Magdeburg 27. November 2008

2 Gliederung 1 Problemexposition 2 Drahtloses Mesh-Netz 3 Publish/Subscribe Kommunikation 4 Applikationen 5 Zusammenfassung

3 Szenario Teleoperation mobiler Roboter Steuerbefehle drahtloses Netz

4 Szenario Teleoperation mobiler Roboter Steuerbefehle Sensordaten, Videostreaming drahtloses Netz

5 Szenario Teleoperation mobiler Roboter Steuerbefehle Sensordaten, Videostreaming 125 ms drahtloses Netz 125 ms Echtzeit

6 Verteilte Robotersteuerung Roboter Joystick Steuerung Antrieb

7 Verteilte Robotersteuerung Roboter Operator Joystick Steuerung drahtloses Netz Antrieb

8 Roaming im WLAN IEEE Infrastruktur-Netzwerk (WLAN)

9 Roaming im WLAN IEEE Infrastruktur-Netzwerk (WLAN)

10 Roaming im WLAN IEEE Infrastruktur-Netzwerk (WLAN) Scanning...

11 Roaming im WLAN IEEE Infrastruktur-Netzwerk (WLAN) Sekunden später!

12 Roaming im WLAN IEEE Infrastruktur-Netzwerk (WLAN) Sekunden später! Echtzeitbedingungen nicht erfüllt!

13 Routing im drahtloses Mesh-Netz

14 Routing im drahtloses Mesh-Netz

15 Routing im drahtloses Mesh-Netz

16 Routing im drahtloses Mesh-Netz

17 Routing im drahtloses Mesh-Netz echtzeitfähig

18 Routing im drahtloses Mesh-Netz echtzeitfähig ausfallsicher

19 Dynamische Teilnehmer

20 Dynamische Teilnehmer

21 Dynamische Teilnehmer

22 Dynamische Teilnehmer Spontane Kommunikation mit neuen Teilnehmer

23 Publish/Subscribe-Kommunikation inhaltsbasierte Kommunikation

24 Publish/Subscribe-Kommunikation inhaltsbasierte Kommunikation eindeutiges Subject identifiziert Inhalt (Distanzwert, Steuerbefehl)

25 Publish/Subscribe-Kommunikation inhaltsbasierte Kommunikation eindeutiges Subject identifiziert Inhalt (Distanzwert, Steuerbefehl) Publisher produziert Daten

26 Publish/Subscribe-Kommunikation inhaltsbasierte Kommunikation eindeutiges Subject identifiziert Inhalt (Distanzwert, Steuerbefehl) Publisher produziert Daten Subscriber konsumiert Daten

27 Publish/Subscribe-Kommunikation inhaltsbasierte Kommunikation eindeutiges Subject identifiziert Inhalt (Distanzwert, Steuerbefehl) Publisher produziert Daten Subscriber konsumiert Daten Middleware leitet Daten von Publisher zu Subscriber

28 Publish/Subscribe-Middleware Steuerbefehle Publish/Subscribe- Middleware

29 Publish/Subscribe-Middleware Steuerbefehle Publish/Subscribe- Middleware

30 Publish/Subscribe-Middleware Steuerbefehle Sensorwerte Publish/Subscribe- Middleware

31 Publish/Subscribe-Middleware Steuerbefehle Sensorwerte Publish/Subscribe- Middleware

32 Publish/Subscribe Middleware Roboter Operator Steuerung Antrieb Middleware drahtloses Mesh-Netz Middleware Joystick netzwerktransparente Kommunikation über Publish/Subscribe Middleware

33 Modularer Roboter Distanzsensoren Kameras Greifarm Antrieb Liniensensor

34 Modulare Software modularer Aufbau des Roboters

35 Modulare Software modularer Aufbau des Roboters modularer Aufbau der Software Aktoren Sensoren Regelungen

36 Modulare Software modularer Aufbau des Roboters modularer Aufbau der Software Aktoren Sensoren Regelungen netzwerktransparente Kommunikation über Middleware

37 Modulare Software modularer Aufbau des Roboters modularer Aufbau der Software Aktoren Sensoren Regelungen netzwerktransparente Kommunikation über Middleware Kompositionen verschiedener Module erzeugen unterschiedliche Anwendungen

38 Modulare Software Kommunikation PSAWDS Regelungen ControlRC ControlRC-CA ControlLine Benutzerschnittstellen GUI Joystick Keyboard Sensoren LineSensor DistSensor Aktoren Drive Gripper interne Zustände RCState

39 Modulare Software direkte Steuerung Kommunikation PSAWDS Regelungen ControlRC ControlRC-CA ControlLine Benutzerschnittstellen GUI Joystick Keyboard Sensoren LineSensor DistSensor Aktoren Drive Gripper interne Zustände RCState

40 Modulare Software Roboter ferngesteuert Kommunikation PSAWDS Regelungen ControlRC ControlRC-CA ControlLine Benutzerschnittstellen GUI Joystick Keyboard Sensoren LineSensor DistSensor Aktoren Drive Gripper interne Zustände RCState

41 Modulare Software Operator Kommunikation PSAWDS Regelungen ControlRC ControlRC-CA ControlLine Benutzerschnittstellen GUI Joystick Keyboard Sensoren LineSensor DistSensor Aktoren Drive Gripper interne Zustände RCState

42 Video

43 Zusammenfassung Teleoperation mobiler Roboter Echtzeit-Steuerung über drahtloses Mesh-Netz ausfallsicher und flexibel Unterstützung dynamischer Teilnehmer verteilte Applikationen durch modulare Software netzwerktransparente Kommunikation durch Publish/Subscribe-Middleware

44 Fragen?

45 Anhang AWDS COSMIC Module Middleware

46 AWDS Ad-hoc Wireless Distribution Service Layer 2 Link-State-Routing Open Source - QoS-Erweiterungen zuverlässige Verbindungen [HLI06] Bandbreitenreservierung [HNS08, HSL07]

47 COSMIC COoperating SMart devices [KB02, SZ07] unterstützt diverse Kommunikationsnetze (CAN, TCP/IP) Erweiterung um AWDS als zusätzliches Subnetz [HS08, HSKN08] Anwendung Anwendung Anwendung Anwendung COSMIC COSMIC COSMIC Gateway COSMIC COSMIC AWDS AWDS AWDS Feldbus Feldbus Feldbus

48 Modulare, verteilte Applikationen Roboter Joystick Steuerung Antrieb Middleware

49 Modulare, verteilte Applikationen autonomer Roboter Liniensensor Regelung Antrieb Middleware

50 Modulare, verteilte Applikationen Roboter Operator Steuerung Antrieb Middleware drahtloses Mesh-Netz Middleware Joystick GUI

51 Modulare, verteilte Applikationen autonomer Roboter ausgelagerte Regelung Liniensensor Antrieb Middleware drahtloses Mesh-Netz Middleware GUI Regelung

52 References André Herms, Georg Lukas, and Svilen Ivanov. Realism in design and evaluation of wireless routing protocols. In Proceedings of First international Workshop on Mobile Services and Personalized Environments (MSPE 06), volume P-102, pages 57 70, Aachen, Germany, November Lecture Notes in Informatics (LNI). André Herms, Edgar Nett, and Stefan Schemmer. Real-time mesh networks for industrial applications. In Proccedings of IFAC 08, to appear. André Herms and Michael Schulze. Publish/subscribe middleware für selbstorganisierende drahtlose multi-hop-netzwerke. In Proceedings of SAKS 08, to appear. André Herms, Michael Schulze, Jörg Kaiser, and Edgar Nett. Exploiting publish/subscribe communication in wireless mesh networks for industrial scenarios. In Emerging Technologies in Factory Automation (ETFA 08), Proceedings of, pages , Hamburg, Germany, September André Herms, Stefan Schemmer, and Georg Lukas. Real-time mesh networks for industrial automation. In Proceedings of SPS/IPC/DRIVES, Elektrische Automatisierung, Systeme und Komponenten 07, Nurenberg, Germany, November J. Kaiser and C. Brudna. A Publisher/Subscriber Architecture Supporting Interoperability of the CAN-Bus and the Internet. In 2002 IEEE International Workshop on Factory Communication Systems, Väesteras, Schweden, August

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