論文の概要: Deterministic Execution of ROS 2 Applications via Lingua Franca

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.09203v2
• Date: Tue, 09 Jun 2026 08:48:05 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-10 13:21:50.811885
• Title: Deterministic Execution of ROS 2 Applications via Lingua Franca
• Title（参考訳）: ROS2のLingua Francaによる決定論的実行
• Authors: Harun Teper, Shaokai Lin, Shulu Li, Edward A. Lee, Jian-Jia Chen,
• Abstract要約: ROS 2のpub-subパターンは本質的に非決定性である。 論理時間で未修正のROS 2アプリケーションを実行できるフレームワークを提案する。 コールバックが実行される順序は、デフォルトのROS 2と異なり、エンドツーエンドのレイテンシを持つことを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.2960663045863363
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The Robot Operating System 2 (ROS 2) is a widely used middleware for robotic systems, characterized by a publish-subscribe (pub-sub) communication mechanism in which computation is structured as callbacks dispatched by ROS 2 executors. Despite its popularity, the pub-sub pattern in ROS 2 is inherently nondeterministic: the order in which these callbacks run is nondeterministic even within a single executor, and distributed deployments add further nondeterminism from the interleaving of messages across nodes and from network latency. Such nondeterminism often leads to concurrency issues and makes it virtually impossible to analyze for safeness and provide guarantees. We present a framework that is able to convert an unmodified ROS 2 application and run it under Lingua Franca (LF), a coordination language for deterministic execution using logical time, so that the same input always produces the same deterministic execution order. We first describe which ROS 2 features can be executed deterministically under logical time. Such features enable the possibility to establish an automatic conversion framework to extract information from a ROS 2 application and directly convert it into an LF program. The rich features of LF, such as logical-time delays, federated execution across processes, and fault handling, can then be applied to make the ROS 2 application be executed in a deterministic and timing-predictable manner without changing the ROS 2 code. We evaluate the framework on a synthetic example and on the Autoware reference system. We show that the order in which callbacks are executed differs in default ROS 2, while also having end-to-end latencies that vary across executions. In contrast, our LF-controlled ROS 2 system produces a deterministic execution order and consistent end-to-end latencies.
• Abstract（参考訳）: ロボット・オペレーティング・システム2(Robo Operating System 2、ROS2)は、ROS 2エグゼキュータが発行するコールバックとして計算を構造化するパブリッシュ・サブスクライブ(pub-sub)通信機構を特徴とするロボットシステム用ミドルウェアである。 その人気にもかかわらず、ROS 2のパブサブパターンは本質的に非決定論的であり、これらのコールバックが実行される順序は単一のエグゼキュータ内でも非決定的であり、分散デプロイメントはノード間のメッセージのインターリーブやネットワークレイテンシーから、さらに非決定的になる。 このような非決定論は、しばしば並行性の問題を引き起こし、安全のために分析し、保証を提供することを事実上不可能にする。 論理時間を用いた決定論的実行のためのコーディネート言語であるLingua Franca (LF) を用いて,未修正のROS 2アプリケーションを変換して実行することが可能なフレームワークを提案し,同じ入力が常に同じ決定論的実行順序を生成する。 まず、論理時間で決定的にROS 2の機能を実行できるかを説明します。 このような機能により、ROS2アプリケーションから情報を抽出し、LFプログラムに直接変換する自動変換フレームワークを確立することができる。 論理時間遅延、プロセス間のフェデレーション実行、障害処理といったLFの豊富な特徴を適用すれば、ROS 2のコードを変更せずに、決定論的かつタイミング予測可能な方法でROS 2アプリケーションを実行できる。 フレームワークを合成例とAutoware参照システム上で評価する。 コールバックが実行される順序は、デフォルトのROS 2と異なり、また、実行毎に異なるエンドツーエンドのレイテンシを持つことを示す。 対照的に、LF制御されたROS 2システムは、決定論的実行順序と一貫したエンドツーエンドレイテンシを生成する。

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