Internal Zonal Network Architectures for Humanoid

Abstract

With the increasing popularity of humanoid robots, efficient and reliable inter-robot communication is crucial. This thesis explores the architecture of an In-robot network (IRN) by leveraging concepts and technologies from the In-vehicle network (IVN). The objective is to optimize network structures, improve communication efficiency, and overcome wiring and communication congestion in IRN. The research describes relevant network communication technologies and architectures, organizes essential network communication parameters and component requirements for the IRN domain, and proposes two innovative design approaches: Domain-based IRN architecture (DIRA) and Zone-based IRN architecture (ZIRA). These architectures are tailored to the unique requirements of IRN, and ZIRA exhibits advantages over DIRA in wiring weight and length. To evaluate the performance of the proposed IRN architecture, calculations compare the wiring weight and length of both architectures. A network simulation tool is developed using OMNeT++ with time-aware shaping (TAS) functionality from IEEE 802.1 and novel redundant frame filtering (RFF) introduced in this thesis. The simulation tool demonstrates efficient data transmission by controlling resource allocation and reducing communication overhead. Moreover, the performance of the proposed IRN network architecture is assessed through end-to-end delay testing, validating its capability to meet communication requirements. In conclusion, this research enhances IRN by applying IVN concepts and technologies. The proposed ZIRA, along with TAS and RFF integration, showcases potential in optimizing network performance and overcoming wiring challenges in IRN. The comparative analysis confirms ZIRA's advantages in wiring weight and length, and the evaluation validates its ability to achieve desired E2E delay performance. |휴머노이드의 보급과 함께 효율적이고 신뢰성 있는 로봇간 통신은 매우 중요해지고 있다. 본 연구에서는 차량 내 네트워크 (IVN)의 개념과 기술을 활용하여 내부 로봇 네트워크 (IRN)의 아키텍처에 대해 탐구하였다. 이 연구의 목적은 네트워크 구조를 최적화하고 통신 효율을 향상시켜 IRN에서의 배선 및 통신 혼잡 문제를 해결하는 것이다. 이 연구에서는 관련 네트워크 통신 기술과 아키텍처를 설명하고, IRN 영역에서 필요한 네트워크 통신 매개변수와 구성 요소 요구 사항을 정리하였다. 더 나아가 도메인 기반 IRN 아키텍처 (DIRA)와 존 기반 IRN 아키텍처 (ZIRA)라는 두 가지의 혁신적인 설계 방법을 제안하였다. 이러한 아키텍처는 IRN의 특성에 맞추어 맞춤화되어 있으며, 특히 ZIRA는 배선의 무게와 길이 측면에서 우위를 가지고 있다. 제안된 IRN 아키텍처의 성능을 평가하기 위해 두 아키텍처의 배선 무게와 길이를 계산하여 비교하였다. 또한 IEEE 802.1의 타임어웨어 쉐이핑 (TAS) 기능과 본 논문에서 소개된 새로운 종복 프레임 필터 (RFF)를 결합한 OMNeT++를 사용한 네트워크 시뮬레이션 도구를 개발하였다. 이 시뮬레이션 도구는 자원 할당 제어 및 통신 오버헤드 감소를 통해 효율적인 데이터 전송을 입증한다. 더 나아가 엔드 투 엔드 지연 테스트를 통해 제안된 IRN 네트워크 아키텍처의 성능을 평가하고 통신 요구 사항을 충족하는 능력을 검증하였다. 이 연구에서는 IVN의 개념과 기술을 적용하여 IRN을 강화하였다. 제안된 ZIRA 아키텍처와 TAS 및 RFF의 통합을 통해 네트워크 성능 최적화와 IRN에서의 배선 과제 해결의 잠재력이 입증되었다. 비교 분석은 ZIRA가 배선 무게와 길이 측면에서 우위를 가지고 있음을 뒷받침하며, 평가를 통해 기대되는 엔드 투 엔드 지연 성능을 실현할 수 있는 능력이 검증되었다.