論文の概要: ReDAG-RT: Global Rate-Priority Scheduling for Real-Time Multi-DAG Execution in ROS 2
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.18238v1
- Date: Wed, 18 Mar 2026 19:45:58 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-21 18:33:56.961218
- Title: ReDAG-RT: Global Rate-Priority Scheduling for Real-Time Multi-DAG Execution in ROS 2
- Title（参考訳）: ReDAG-RT: ROS 2におけるリアルタイムマルチDAG実行のためのグローバルレートプライオリティスケジューリング
- Abstract要約: ReDAGRTは、ROS 2.0における決定論的マルチDAG実行のためのユーザ空間グローバルスケジューリングフレームワークである。
ROS2コールバックパイプラインのマルチDAGタスクモデルを定式化し、レート・プライオリティスケジューリングの下でDAG間の干渉を分析する。
その結果、デッドラインミス率29.7%、99番目のパーセンタイルレスポンスタイム42.9%、MultiThreadedExecutorよりも13.7%改善した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.2981315866322933
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: ROS 2 has become a dominant middleware for robotic systems, where perception, estimation, planning, and control pipelines are structured as directed acyclic graphs of callbacks executed under a shared executor. However, default ROS 2 executors use best-effort dispatch without cross-DAG priority enforcement, leading to callback contention, structural priority inversion, and deadline instability under concurrent workloads. These limitations restrict deployment in time-critical and safety-sensitive cyber-physical systems. This paper presents ReDAGRT, a user-space global scheduling framework for deterministic multi-DAG execution in unmodified ROS 2. The framework introduces a Rate-Priority driven global ready queue that orders callbacks by activation rate, enforces per-DAG concurrency bounds, and mitigates cross-graph priority inversion without modifying the ROS 2 API, executor interface, or underlying operating system scheduler. We formalize a multi-DAG task model for ROS 2 callback pipelines and analyze cross-DAG interference under Rate-Priority scheduling. Response-time recurrences and schedulability conditions are derived within classical Rate-Monotonic theory. Experiments in a ROS 2 Humble environment compare ReDAGRT against SingleThreadedExecutor and MultiThreadedExecutor using synthetic multi-DAG workloads. Results show up to 29.7 percent reduction in deadline miss rate, 42.9 percent reduction in 99th percentile response time, and 13.7 percent improvement over MultiThreadedExecutor under comparable utilization. Asymmetric per-DAG concurrency bounds further reduce interference by 40.8 percent. These results demonstrate that deterministic and analyzable multi-DAG scheduling can be achieved entirely in the ROS 2 user-space execution layer, providing a practical foundation for real-time robotic middleware in safety-critical systems.
- Abstract（参考訳）: ROS 2は、認識、推定、計画、制御パイプラインが共有エグゼキュータで実行されるコールバックの非循環グラフとして構造化されるロボットシステムの主要なミドルウェアとなっている。
しかし、デフォルトのROS 2エグゼキュータは、クロスDAGの優先度強制なしでベストエフォートディスパッチを使用しており、コールバック競合、構造的優先度の反転、同時ワークロード下での期限不安定の原因となっている。
これらの制限は、時間クリティカルで安全に敏感なサイバー物理システムへの展開を制限する。
本稿では、未修正ROS 2における決定論的マルチDAG実行のためのユーザ空間グローバルスケジューリングフレームワークであるReDAGRTを提案する。
このフレームワークでは、アクティベーションレートでコールバックを順序付けし、DAG単位の並行処理バウンダリを強制し、ROS 2 API、エグゼキュータインターフェース、あるいは基盤となるオペレーティングシステムスケジューラを変更することなく、クロスグラフの優先度インバージョンを緩和するRate-Priority駆動のグローバル準備キューが導入されている。
ROS2コールバックパイプラインのマルチDAGタスクモデルを定式化し、レート・プライオリティスケジューリングの下でDAG間の干渉を分析する。
応答時間の再帰とスケジュール性条件は古典的レート・モノトニック理論で導かれる。
ROS 2 Humble環境での実験では、合成マルチDAGワークロードを使用したSingleThreadedExecutorとMultiThreadedExecutorを比較した。
その結果、デッドラインミス率を29.7%削減し、99番目のパーセンタイルレスポンスタイムを42.9%削減し、MultiThreadedExecutorよりも13.7%改善した。
非対称なDAG並列性は干渉をさらに40.8%減少させる。
これらの結果は,ROS2ユーザ空間実行層において,決定論的かつ解析可能なマルチDAGスケジューリングが完全に達成できることを示し,安全クリティカルシステムにおけるリアルタイムロボットミドルウェアの実践的基盤を提供する。
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