揭示基于ROS2的自主系统中未被充分探索的运行时行为

《ACM Transactions on Internet of Things》：Uncovering Underexplored Runtime Behaviors in ROS2-Based Autonomous Systems

ROS2自主系统在安全关键领域应用广泛，现有研究多基于简化假设，实际运行中存在因果链不完整、动态执行路径、时间波动性、非FIFO数据访问及线程失控等问题。本文通过扩展跟踪工具，揭示真实场景下的运行时行为，并基于仿真和Autoware案例验证，强调需重构ROS2建模、调度与分析体系。

　　

摘要

基于ROS2的自主系统在安全性和性能要求极高的领域（如自动驾驶和移动机器人技术）中得到了越来越多的应用。尽管现有研究提出了多种针对ROS2的时序分析和调度策略，但许多策略依赖于一些在现实应用中并不成立的简化假设。在本文中，我们对基于ROS2的自主系统进行了详细的实证研究，揭示了一些尚未被充分探讨的运行时行为，这些行为对系统的实时性能和功能表现有着重要影响。这些行为包括部分因果链的重要性、动态执行路径和时序变化性、非FIFO数据访问模式，以及不受ROS2执行器控制的计算线程。我们扩展了一种现有的跟踪工具，以支持Transform库和ROS2的Action实体，从而能够重建和分析真实的因果链。我们的研究结果通过在模拟的自主机器人场景中的实验以及使用Autoware自动驾驶框架进行的案例研究得到了验证。总体而言，我们的研究结果强调了需要重新思考ROS2的建模、调度和分析方法，以更好地反映自主系统的实际运行情况。