JP4577422B2 - 情報処理システム及び情報処理方法、ロボットの制御システム及び制御方法、並びコンピュータ・プログラム - Google Patents
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Description
リアルタイムの同期処理が要求されるモジュール群を、プログラムを実行する単位となる1つのプロセス内で実行する同期処理手段と、
非同期であることが許容されるが並列処理が要求される各モジュールをそれぞれ個別のプロセスに配置して並列して実行する並列処理手段と、
前記モジュール間でのデータの受け渡しをメッセージ・パッシングにより行なうモジュール間通信手段と、
を具備することを特徴とする情報処理システムである。
リアルタイムの同期処理が要求されるモジュール群を、プログラムを実行する単位となる1つのプロセス内で実行する同期処理手段と、
非同期であることが許容されるが並列処理が要求される各モジュールをそれぞれ個別のプロセスに配置して並列して実行する並列処理手段と、
前記モジュール間でのデータの受け渡しをメッセージ・パッシングにより行なうモジュール間通信手段と、
として機能させるためのコンピュータ・プログラムである。
図1には、本発明に係る分散処理システムを適用して制御を実現することができるロボット装置の構成例を示している。図示のロボット装置1は、全体の動作の統括的制御やその他のデータ処理を行なう制御ユニット20と、入出力部40と、駆動部50と、電源部60で構成される。
ロボット装置1とホスト・コンピュータ間におけるデータ通信により、遠隔のコンピュータ資源を用いて、ロボット装置1の複雑な動作制御を演算したり、リモート・コントロールしたりすることができる。
[背景技術]の欄でも述べたように、ロボットの制御は、各モジュールが同期しながらリアルタイム処理を行なうことが要求される運動制御と、視覚認識や音声認識のように非同期であることが許容されつつも各モジュールを並列処理することが要求される運動制御以外の制御に分けることができる。本実施形態に係る行動制御システムは、モジュール化、並列化、再利用性の観点から分散システムで構築されるが、同期リアルタイム処理と非同期・並列処理の双方を両立させた単一のシステムである点に主な特徴がある。かかる分散システムにおいては、リアルタイムの同期処理が要求されるモジュール間のメッセージ・パッシングと、割り込み処理が発生した際などプロセス内で同期マルチキャスト通信を行なう場合のモジュール間での処理の順序依存性が問題となる。以下では、これらの点について詳解する。
メッセージ・パッシングによるモジュール間通信の仕組みについて、図3を参照しながら説明する。
本実施形態に係る分散システムでは、同一のプロセス内のモジュール間でメッセージ・パッシングを行なう際に、シリアライズ及びデシリアライズという処理時間を要する処理を省略することで、高速通信を実現する。
メッセージ・パッシングを行なう際にメッセージ・データのシリアライズ及びデシリアライズが必要か否かを判断するメッセージ・ブローカを各プロセス内に配置している。
シリアライズは、具体的には、オブジェクトの状態を表す変数(フィールド)、さらにはオブジェクトの種類(クラス)を表す何らかの識別子を、ファイル化できるようなバイト列やXMLフォーマットの形に書き出す直列化に相当し、デシリアライズは、その逆の直列化復元に相当する。プロセス内のメッセージ・パッシングは共有メモリ型並列処理として扱われることから、メッセージ・データのシリアライズ及びデシリアライズを省略することが可能である。
各モジュールは、他のモジュールから届いたメッセージを一時的に保管するためのメッセージ・キューを備えている。本実施形態に係る分散システムでは、メッセージ・パッシングを高速化するためのその他の方法として、メッセージ・キューを利用しないメッセージ受信を行なうようにしている。
まず、メッセージ・キューを利用したメッセージ・パッシングについて説明する。送信先モジュールが受信したメッセージはメッセージ・キューに一時保存される。メッセージ・キューに一時保存することで、送信元モジュールと送信先モジュールの実行を切り離すことができ、非同期分散処理が可能になる。
続いて、メッセージ・キューを利用しないメッセージ・パッシングについて説明する。送信先モジュールが受信したメッセージは即時処理される。このメッセージ・パッシング方法は、送信元と送信先のモジュールが同一プロセス内にあるときに実施される。
割り込み処理が発生した際には、プロセス内ではあるモジュールから他の複数のモジュール宛ての同期マルチキャスト通信を行なうことがあるが、送信先となる各モジュール間において処理の順序依存性が問題になる。
図8には、分散システムのあるプロセス内で複数のモジュールに対する同期型マルチキャスト通信が実行される様子を示している。
メッセージ・ブローカが処理順序関係を元にメッセージ配信を行なうためには、モジュール間の処理依存関係を調査し、その結果をメッセージ・ブローカに登録しておかなければならない。
(2)モジュールAからメッセージ・パッシングで繋がっているモジュールB、Cに処理番号2を登録するとともに、処理番号を1だけ増分する。
(3)モジュールCからメッセージ・パッシングで繋がっているモジュールBには、既に処理番号2が登録されているが、新しい処理番号3の方が大きいので、処理番号3に更新する。また、モジュールCからメッセージ・パッシングで繋がっているモジュールFに対しても、処理番号3を登録する。そして、処理番号を1だけ増分する。
(4)モジュールFからメッセージ・パッシングで繋がっているモジュールGに対して、処理番号4を登録する。
本実施形態に係るロボットの行動制御システムは、オブジェクト指向(前述)により実装され、多数のスキーマをツリー状に階層化することで構築される(スキーマは、オブジェクト指向技術を用いて実装されるモジュールのことである)。このような分散システムは、運動制御において要求される同期リアルタイム性と、非同期が許容される運動制御以外の制御において要求される処理の並列性とを両立させる必要がある。
15…CCDカメラ
16…マイクロフォン
17…スピーカ
18…タッチ・センサ
19…LEDインジケータ
20…制御部
21…CPU
22…RAM
23…ROM
24…不揮発メモリ
25…インターフェース
26…無線通信インターフェース
27…ネットワーク・インターフェース・カード
28…バス
29…キーボード
40…入出力部
50…駆動部
51…モータ
52…エンコーダ
53…ドライバ
Claims (15)
- リアルタイムの同期処理が要求されるモジュール群を、プログラムを実行する単位となる1つのプロセス内で実行する同期処理手段と、
非同期であることが許容されるが並列処理が要求される各モジュールをそれぞれ個別のプロセスに配置して並列して実行する並列処理手段と、
プロセス毎に配置され、モジュール間でのメッセージの交換に介在するメッセージ・ブローカを備え、前記モジュール間でのデータの受け渡しをメッセージ・パッシングにより行なうモジュール間通信手段と、
前記メッセージ・ブローカは、メッセージを初期表現から他の表現へ変換するシリアライズ並びにその逆変換となるデシリアライズを行なう機能を備えるが、受け取ったメッセージの送信元が同一プロセス内であるときはデシリアライズを省略するとともに、受け取ったメッセージの送信先が同一プロセス内のときにはシリアライズを省略する、
を具備することを特徴とする情報処理システム。 - リアルタイムの同期処理が要求されるモジュール群を、プログラムを実行する単位となる1つのプロセス内で実行する同期処理手段と、
非同期であることが許容されるが並列処理が要求される各モジュールをそれぞれ個別のプロセスに配置して並列して実行する並列処理手段と、
前記モジュール間でのデータの受け渡しをメッセージ・パッシングにより行なうモジュール間通信手段と、
を具備し、
各モジュールは、他のモジュールから受信したメッセージを一時的に保管するメッセージ・キューを装備し、メッセージの送信先となる場合において、送信元となるモジュールが同じプロセス内にないときには受信したメッセージを前記メッセージ・キューに一時保管するが、送信元となるモジュールが同じプロセス内にあるときには受信したメッセージの前記メッセージ・キューへの保管を省略する、
ことを特徴とする情報処理システム。 - リアルタイムの同期処理が要求されるモジュール群を、プログラムを実行する単位となる1つのプロセス内で実行する同期処理手段と、
非同期であることが許容されるが並列処理が要求される各モジュールをそれぞれ個別のプロセスに配置して並列して実行する並列処理手段と、
前記モジュール間でのデータの受け渡しをメッセージ・パッシングにより行なうモジュール間通信手段と、
プロセス内で同期マルチキャスト通信を行なう際の送信先となるモジュール間におけるメッセージ送受信関係に基づいて、プロセス内で同期マルチキャスト通信する際のモジュール間の処理順序依存性を取得する処理順序依存性取得手段と、
プロセス内のあるモジュールから他の複数のモジュール宛ての同期マルチキャスト通信を行なう際に、前記処理順序依存性に基づく順序に従って各送信先モジュールに対してメッセージ送信を行なう同期マルチキャスト通信手段と、
を具備することを特徴とする情報処理システム。 - 前記処理順序依存性取得手段は、同期マルチキャスト通信の送信先となるモジュール間におけるメッセージ送受信関係においてメッセージ・パッシングの送信先にしかならないルート・モジュールからメッセージ・パッシングで繋がる順に基づいて前記処理順序依存関係を取得する、
ことを特徴とする請求項3に記載の情報処理システム。 - 各モジュールは、送信メッセージの一覧を取得する関数及び受信メッセージの一覧を取得する関数を含み、
モジュール毎の前記の送信メッセージの一覧を取得する関数及び受信メッセージの一覧を基に各メッセージの送信モジュール及び受信モジュールに関するメッセージ送受信情報を収集する手段と、
各プロセスを実行するコンピュータ名と、プロセス内に配置されるモジュール並びに各モジュールのメッセージ処理タイミングを記述するとともに、処理順序依存性のあるメッセージを指定した構成ファイルをさらに備え、
前記処理順序依存性取得手段は、前記構成ファイル及び前記メッセージ送受信情報を用いて、前記処理順序依存関係を取得する、
ことを特徴とする請求項3に記載の情報処理システム。 - 前記メッセージ・ブローカは、各モジュール内の前記送信メッセージの一覧を取得する関数及び受信メッセージの一覧を取得する関数を用いて、メッセージを扱う、
ことを特徴とする請求項5に記載の情報処理システム。 - 少なくとも一部のモジュールは、他のモジュールから受信したメッセージを一時的に保管するメッセージ・キューを装備し、
前記メッセージ・ブローカは、前記構成ファイルに記述されている受信モジュールのメッセージ処理タイミングに応じて、メッセージを該受信モジュールのメッセージ・キューに保管するか否かを決定する、
ことを特徴とする請求項5に記載の情報処理システム。 - 2以上のコンピュータを用いて構築され、
前記並列処理手段により非同期で実行されるモジュールのうちとりわけ並列性が要求されるモジュールの組み合わせに関しては、異なるコンピュータ上で実行されるプロセスに分散して配置する、
ことを特徴とする請求項1に記載の情報処理システム。 - コンピュータを用いて構築される情報処理システム上で実行される情報処理方法であって、
前記コンピュータが備える同期処理手段が、リアルタイムの同期処理が要求されるモジュール群を、プログラムを実行する単位となる1つのプロセス内で実行する同期処理ステップと、
前記コンピュータが備える並列処理手段が、非同期であることが許容されるが並列処理が要求される各モジュールをそれぞれ個別のプロセスに配置して並列して実行する並列処理ステップと、
前記コンピュータが備えるモジュール間通信手段が、前記モジュール間でのデータの受け渡しをメッセージ・パッシングにより行なうモジュール間通信ステップと、
を有し、
前記コンピュータが備えるモジュール間通信手段は、プロセス毎に配置され、モジュール間でのメッセージの交換に介在するメッセージ・ブローカを備え、
前記メッセージ・ブローカは、メッセージを初期表現から他の表現へ変換するシリアライズ並びにその逆変換となるデシリアライズを行なう機能を備えるが、受け取ったメッセージの送信元が同一プロセス内であるときはデシリアライズを省略するとともに、受け取ったメッセージの送信先が同一プロセス内のときにはシリアライズを省略する、
ことを特徴とする情報処理方法。 - 関節動作に基づく運動を通じて外界に対するインタラクションを行なうロボットの制御システムであって、
リアルタイムの同期処理が要求される、運動制御を処理するためのモジュール群を、プログラムを実行する単位となる1つのプロセス内で実行する同期処理手段と、
非同期であることが許容されるが並列処理が要求される、前記運動制御以外の制御を処理するための各モジュールをそれぞれ個別のプロセスに配置して並列して実行する並列処理手段と、
プロセス毎に配置され、モジュール間でのメッセージの交換に介在するメッセージ・ブローカを備え、前記モジュール間でのデータの受け渡しをメッセージ・パッシングにより行なうモジュール間通信手段と、
を具備し、
前記メッセージ・ブローカは、メッセージを初期表現から他の表現へ変換するシリアライズ並びにその逆変換となるデシリアライズを行なう機能を備えるが、受け取ったメッセージの送信元が同一プロセス内であるときはデシリアライズを省略するとともに、受け取ったメッセージの送信先が同一プロセス内のときにはシリアライズを省略する、
ことを特徴とするロボットの制御システム。 - コンピュータを用いて構築される情報処理システム上で実行される、関節動作に基づく運動を通じて外界に対するインタラクションを行なうロボットの制御方法であって、
前記コンピュータが備える同期処理手段が、リアルタイムの同期処理が要求される、運動制御を処理するためのモジュール群を、プログラムを実行する単位となる1つのプロセス内で実行する同期処理ステップと、
前記コンピュータが備える並列処理手段が、非同期であることが許容されるが並列処理が要求される、前記運動制御以外の制御を処理するための各モジュールをそれぞれ個別のプロセスに配置して並列して実行する並列処理ステップと、
前記コンピュータが備えるモジュール間通信手段が、前記モジュール間でのデータの受け渡しをメッセージ・パッシングにより行なうモジュール間通信ステップと、
を有し、
前記コンピュータが備えるモジュール間通信手段は、プロセス毎に配置され、モジュール間でのメッセージの交換に介在するメッセージ・ブローカを備え、
前記メッセージ・ブローカは、メッセージを初期表現から他の表現へ変換するシリアライズ並びにその逆変換となるデシリアライズを行なう機能を備えるが、受け取ったメッセージの送信元が同一プロセス内であるときはデシリアライズを省略するとともに、受け取ったメッセージの送信先が同一プロセス内のときにはシリアライズを省略する、
ことを特徴とするロボットの制御方法。 - 複数のモジュールからなりコンピュータ上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータを、
リアルタイムの同期処理が要求されるモジュール群を、プログラムを実行する単位となる1つのプロセス内で実行する同期処理手段、
非同期であることが許容されるが並列処理が要求される各モジュールをそれぞれ個別のプロセスに配置して並列して実行する並列処理手段、
プロセス毎に配置され、モジュール間でのメッセージの交換に介在するメッセージ・ブローカを備え、前記モジュール間でのデータの受け渡しをメッセージ・パッシングにより行なうモジュール間通信手段、
として機能させ、
前記メッセージ・ブローカは、メッセージを初期表現から他の表現へ変換するシリアライズ並びにその逆変換となるデシリアライズを行なう機能を備えるが、受け取ったメッセージの送信元が同一プロセス内であるときはデシリアライズを省略するとともに、受け取ったメッセージの送信先が同一プロセス内のときにはシリアライズを省略する、
コンピュータ・プログラム。 - 複数のモジュールからなり、モジュール間の通信をメッセージ・パッシングにより行なうとともに、プロセスを単位としてコンピュータ・プログラムを実行するコンピュータ上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
リアルタイムの同期処理が要求されるモジュール群を同じプロセス内に配置するとともに、非同期であることが許容されるが並列処理が要求される各モジュールをそれぞれ個別のプロセスに配置し、
モジュール間でのメッセージの交換に介在し、メッセージを初期表現から他の表現へ変換するシリアライズ並びにその逆変換となるデシリアライズを行なう機能を備えるが、受け取ったメッセージの送信元が同一プロセス内であるときはデシリアライズを省略するとともに、受け取ったメッセージの送信先が同一プロセス内のときにはシリアライズを省略するメッセージ・ブローカを各プロセスに配置する、
ことを特徴とするコンピュータ・プログラム。 - 複数のモジュールからなり、モジュール間の通信をメッセージ・パッシングにより行なうとともに、プロセスを単位としてコンピュータ・プログラムを実行するコンピュータ上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
リアルタイムの同期処理が要求されるモジュール群を同じプロセス内に配置するとともに、非同期であることが許容されるが並列処理が要求される各モジュールをそれぞれ個別のプロセスに配置し、
各モジュールは、他のモジュールから受信したメッセージを一時的に保管するメッセージ・キューを装備し、メッセージの送信先となる場合において、送信元となるモジュールが同じプロセス内にないときには受信したメッセージを前記メッセージ・キューに一時保管するが、送信元となるモジュールが同じプロセス内にあるときには受信したメッセージの前記メッセージ・キューへの保管を省略するように記述されている、
ことを特徴とするコンピュータ・プログラム。 - 複数のモジュールからなり、モジュール間の通信をメッセージ・パッシングにより行なうとともに、プロセスを単位としてコンピュータ・プログラムを実行するコンピュータ上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
リアルタイムの同期処理が要求されるモジュール群を同じプロセス内に配置するとともに、非同期であることが許容されるが並列処理が要求される各モジュールをそれぞれ個別のプロセスに配置し、
少なくとも一部のプロセスでは、あるモジュールからの同期マルチキャスト通信の宛先となるモジュール間におけるメッセージ送受信関係に基づいて特定されるプロセス内で同期マルチキャスト通信する際のモジュール間の処理順序関係に従って、当該プロセス内のあるモジュールから他の複数のモジュール宛ての同期マルチキャスト通信を行なう際の送信順序が決定されている、
ことを特徴とするコンピュータ・プログラム。
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