ROS 2.0 – Study and Evaluation of ROS 2 in comparison with ROS 1

Abstract

O Robot Operating System (ROS) é um middleware robótico de código aberto bem estabelecido utilizado para a prototipagem rápida de aplicações robóticas. No entanto, o ROS tem alguns pontos fracos, tais como a falta de suporte para sistemas de tempo real e limitações significativas em sistemas de múltiplos robôs. Para resolver estes problemas, o ROS sofreu uma importante atualização e, em 2015, foi lançada a primeira versão alfa do ROS 2. A principal diferença no ROS 2 em relação ao ROS 1, é que a necessidade de um nó central, ROS Master, já não está presente. Isto porque o ROS 2 utiliza Data Distribution Service (DDS) como a principal camada de comunicação entre processos. Como o suporte a longo prazo do ROS 1 chegará ao fim em maio de 2025, é mais importante do que nunca analisar e explorar as características do ROS 2. Este trabalho concentra-se na investigação do desempenho do ROS 2 em comparação com o ROS 1, com foco em sistemas multi-robô (MRS). Para este fim, realizámos primeiro um estudo dirigido à comunidade ROS para compreender as suas necessidades, determinar o nível de adoção de ROS 2, e identificar o que está a impedir a comunidade de migrar as suas aplicações de ROS 1 para ROS 2. Subsequentemente, foi migrado para ROS 2 um software multi-robô desenvolvido em ROS 1 e são apresentadas neste estudo considerações importantes acerca desta migração. Finalmente, para avaliar ambas as versões do ROS, foram realizadas experiências em ambiente de simulação de forma a avaliar a eficiência de comunicação e utilização de recursos computacionais. Os resultados demonstram um desempenho promissor para ROS 2 em termos de escalabilidade no número de robôs e eficiência de comunicação.

The Robot Operating System (ROS) is a well-established open-source robotics middleware used for rapid prototyping of robotic applications. However, ROS has several weaknesses, such as lack of support for real-time systems and significant limitations when working with multiple robots. To address this issue, ROS underwent a major update and the first alpha version of ROS 2 was released in 2015. The main difference with ROS 2 is that the need for a central node, ROS Master, is no longer present. This is because ROS 2 uses Data Distribution Service (DDS) as the main communication layer between processes. As long-term support for ROS 1 will come to an end on May 2025, it is more important than ever to analyze and explore the features of ROS 2. This work focuses on studying the performance of ROS 2 compared to ROS 1 with emphasis on multi-robot systems (MRS). To this end, we first conduct a user study targeting the ROS community to understand their needs with respect to ROS 2, determine the level of adoption of ROS 2, and identify what is holding the community back from migrating their ROS 1 applications to ROS 2. Subsequently, a ROS 1 multi-robot simulation software was migrated to ROS 2 and guidelines and considerations important to such a migration are given. Finally, experiments were conducted in a simulation environment to evaluate both versions in terms of communication efficiency and resource usage. The results showed promising performance of ROS 2 in terms of scalability and communication efficiency.