ROS jp 2022/11/21 What's the zenoh?

ROSCon2022で見かけた面白そうな通信ミドルウェアのZenohについて紹介します。

Transcript

1. 細合 晋太郎（東京大学）
   Zenohってなに？
   ROS Japan UG #48 ROSCon 2022ふりかえり会
   Twitter : @ShintaroHosoai
   GitHub : s-hosoai
   

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2. 元ネタ：ROSCon2022 10/20, Fleet Management Track
   Zenoh: How to Make ROS 2 Work at any Scale
   and Integrate with Anything
   Slide: http://download.ros.org/downloads/roscon/2022/Zenoh%20How%20to%20Make%20ROS2%20Work%20at%20any%20Scale%20and%20Integrate%20with%20Anything.pdf
   あれ・・資料公開されてるなら、この発表いらんのでは・・？
   

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3. Zenoh
    The Eclipse Zenoh: Zero Overhead Pub/sub, Store/Query and Compute.
    Zetta Scale社の通信ミドルウェア
    当初Ocamlで実装されていたものをRustに移植（2020/10-)
    Eclipse Foundation
    Github : https://github.com/eclipse-zenoh/zenoh
    Web : https://zenoh.io
   

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4. 通信方式 Pub / Sub
    Pub / Sub (Push) : ROSと同様のPub/Sub
    Pub / Sub (Pull)：Sub時に一時保管され、任意のタイミングでPull可
    Pub / Store / Get：上記Pullの一時保管場所がRouter上になったもの
    Get / Reply：ROSのService相当。RPC
   Peer Peer
   Peer Peer
   Peer Peer
   Peer Peer
   Pub
   sub(callback)
   sub(Pull)
   Pub
   Pub
   Get
   Reply
   Pull
   

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5. ネットワーク構造
   Peer
   Peer Peer
   Peer
   Router
   Peer
   Peer
   Peer client
   client
   Peer
   Peer
   Router
   client
   client
   Router
   Peer to peer
   Clique Mesh
   Brokered Routed
   Router Router Router
   Router
   client
   client
   Router
   client
   client
   Peer Router
   client 機能は同じ要素っぽい。
   メッセージの送受をする
   中継のみ
   

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6. 通信レイヤ、対応言語
    ZenohはRust実装で、Rust, Python, Cのク
   ライアントライブラリあり
    各ネットワークレイヤが綺麗に抽象化されており、
   様々なネットワークレイヤの上で動作可能
    https://zenoh.io/blog/2022-08-12-
   zenoh-serial/
   QUIC, TLS, TCP,
   UDP Unicast,
   UDP Multicast
   IPc4, IPv6
   6LoWPAN
   WiFi, Ethernet,
   Thread, Bluetooth,
   Serial
   

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7. 相互運用性・拡張性
   

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8. 性能
    8byteのペイロードで4.2M msg/s
    1MBペイロードで51GB/s
    無負荷時、最小15 μsecのレイテンシ
    パケットのオーバーヘッドは5 byte
   （状況によってはもうちょっと増える）
    https://zenoh.io/blog/
   2022-09-30-zenoh-bahamut/
    https://zenoh.io/blog/
   2021-07-05-zenoh-overhead/
   

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9. Zenoh Client Library：examples (Rust)
   Publisher
   Subscriber
   Resolve
   (builder pattern)
   Future Some
   セッション作成
   Publish
   セッション終了
   セッション作成
   Subscriber作成
   非同期でメッセージ待ち
   

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10. Zenoh-pico
     Cで再実装した組込みボード向け軽量Zenoh
     かなりええ感じの性能が出ているらしい
    2.2.1. Zephyr
    Note: tested with reel_board, nucleo-f767zi, nucleo-f420zi,
    and nRF52840 boards.
    2.2.2. Arduino
    Note: tested with az-delivery-devkit-v4 ESP32 board
    2.2.3. ESP-IDF
    Note: tested with az-delivery-devkit-v4 ESP32 board
    2.2.4. MbedOS
    Note: tested with nucleo-f747zi and nucleo-f429zi boards
    2.2.5. OpenCR
    Note: tested with ROBOTIS OpenCR 1.0 board
    https://github.com/eclipse-zenoh/zenoh-pico
    

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11. zenoh-bridge-dds
    

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12. Robot 2
    Robot 1
    Zenohを使ったROS 2のNAT越え
    Zenoh-bridge-dds Zenoh-bridge-dds
    Zenoh router
    ROS 2
    Node
    ROS 2
    Node
    NAT NAT
    bridgeでzenohに翻訳して通信
    

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13. Zenoh-bridge-ddsとZenohdの導入方法
     グローバルIPの取れるどこかのクラウドVMなどにZenoh Routerをインストール
     各クライアントにzenoh-bridge-ddsをインストール
     各クライアントで別プロセスやバックグラウンドとしてzenoh-bridge-ddsを実行しておく、こ
    の時Zenoh routerのアドレス：ポートを指定する。
     あとは各クライアントでROS 2を実行すればつーつーで話せる。
     詳細はQitta記事をミテネー。
     https://qiita.com/Shintaro_Hosoai
    /items/a2f6c253a5b4599b056c
    

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14. ROS 2とZenohの併用
    

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15. ROS 2とZenohとElixirの併用
    Raspberry Pi 4
    Ubuntu 20.04
    ROS 2 foxy
    Raspberry Pi 4
    Nerves
    Rclex
    turtlesim
    ?
    ?
    Zenoh
    dds-bridge
    Azure VM
    Ubuntu 20.04
    Zenoh Router
    Code BEAM America
    高瀬先生のライブデモ
    日本で寝起きの細合
    https://twitter.com/loreniuxmr/status/1588318378724237312
    

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16. おわりに
     Zenohは、
     主要な通信メソッド（Pub/Sub, Get, Store, Query）が揃ってる
     ネットワーク形態も自由自在
     言語対応も多く、多様な通信層にも対応
     相互運用性に優れ、多様なプロトコルに対応、組込みボードにも載せられる。
     通信性能も高い
    と、かなりつおいです。
     一方、ROSのようなツールやライブラリは揃ってなさそうです。他と繋いでこそ真価を発揮するかと
     ROSと繋がるなんかええ感じの通信ミドルウェアないかなーって時に、
    ぜひ候補に覚えておいてください
    

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17. さいごに
    ROSjpなのにROSの話を殆どしなくて
    誠に申し訳ございません
    

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