ROS2로의 여정: DDS 프로토콜과 노드 구조의 심층 탐구

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by baknoah 2025. 3. 18. 20:59

ROS2 마이그레이션 준비: DDS 프로토콜과 노드 구조 이해

로봇 소프트웨어 플랫폼인 ROS(로봇 운영 체제)의 새로운 버전인 ROS2는 이전 버전에서의 많은 한계를 극복하고 다양한 기능을 제공합니다. 이 글에서는 ROS2 마이그레이션을 준비하는 데 있어 필수적인 DDS(데이터 배포 서비스) 프로토콜과 노드 구조에 대해 다루겠습니다. 이 글은 특히 ROS 사용자들이 ROS2로 원활하게 전환할 수 있도록 기초 정보를 제공합니다.

DDS 프로토콜 개요

DDS는 실시간 시스템을 위한 데이터 배포를 지원하는 프로토콜입니다. ROS2는 DDS를 사용하여 노드 간의 통신을 처리하며, 이로 인해 분산 시스템 내에서 데이터의 신뢰성 있고 효율적인 전송이 가능합니다.

DDS의 주요 목적

데이터의 신뢰성: DDS는 데이터 전송의 신뢰성을 보장하는 다양한 메커니즘을 제공합니다.
분산 처리: 복잡한 시스템에서 여러 노드가 서로 데이터를 수신하고 전송할 수 있도록 지원합니다.
실시간 통신: DDS는 실시간 데이터 전송을 위한 다양한 QoS(품질 서비스) 설정을 제공합니다.

DDS의 작동 방식

DDS는 퍼블리셔-서브스크라이버 모델을 기반으로 작동합니다. 이는 데이터 제공자(퍼블리셔)와 데이터를 소비하는 측(서브스크라이버) 간의 관계를 정의합니다.

퍼블리셔: 데이터를 생성하고 이를 전송합니다.
서브스크라이버: 필요한 데이터를 요청하고 수신합니다.

이 구조는 데이터 통신의 유연성을 높이며, 여러 노드가 독립적으로 동작할 수 있도록 합니다.

ROS2 노드 구조 이해하기

ROS2에서는 모든 프로세스가 노드라는 단위로 구현됩니다. 각 노드는 특정 작업을 수행하며, 서로 통신하기 위해 DDS를 활용합니다.

노드의 정의

노드는 ROS2의 기본 구성 요소로, 메시지를 송수신하고 기능을 수행합니다. 일반적으로 로봇의 센서, 액추에이터, 제어 시스템 등을 각각의 노드로 구현합니다.

노드 구조

각 노드는 다음과 같이 구성됩니다.

엔티티: ROS2에서는 노드가 퍼블리셔, 서브스크라이버, 서비스 등 다양한 엔티티를 가질 수 있습니다.
메시지: 노드 간에 전송되는 데이터 구조입니다. 메시지는 형식이 정해져 있으며, 세부적인 데이터 필드를 포함합니다.
QoS 설정: 각 노드는 데이터 전송의 품질을 조절하기 위한 QoS 설정을 가질 수 있습니다.

노드 생성 및 통신

노드는 ROS2의 API를 사용하여 생성할 수 있으며, 통신할 노드의 URL을 사용하여 메시지를 송수신합니다. 기본적인 노드 생성을 위한 코드 구조는 다음과 같습니다.

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"

class MyNode : public rclcpp::Node {
public:
    MyNode() : Node("my_node") {
        // 퍼블리셔 등록
        publisher = this->createpublisher<stdmsgs::msg::String>("topicname", 10);
        // 타이머 설정
        timer = this->createwall_timer(
            std::chrono::milliseconds(500),
            std::bind(&MyNode::timer_callback, this));
    }

private:
    void timer_callback() {
        auto message = std_msgs::msg::String();
        message.data = "Hello, ROS2!";
        publisher_->publish(message);
    }

    rclcpp::Publisher<stdmsgs::msg::String>::SharedPtr publisher;
    rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_;
};

DDS와 노드의 통합

ROS2의 가장 큰 특징 중 하나는 DDS를 통한 노드 간의 통합된 통신입니다. 이는 개발자에게 높은 유연성과 신뢰성을 제공합니다. 그러나, DDS를 효과적으로 활용하기 위해서는 몇 가지 중요한 점을 이해해야 합니다.

QoS(품질 서비스) 설정의 이해

QoS는 DDS에서 데이터 통신의 품질을 제어하는 매개변수들입니다. 각 노드의 요구사항에 맞춘 QoS 설정이 필요합니다. 대표적인 QoS 설정으로는 다음과 같습니다.

QoS 설정	설명
Durability	데이터 내구성을 설정하여 데이터 수신자는 언제든지 퍼블리셔의 데이터를 받을 수 있도록 함.
Reliability	메시지 전송의 신뢰성을 제공하여 모든 데이터가 손실 없이 도달하도록 보장.
History	어떤 과거 데이터를 저장할지 설정, 과거 데이터에 접근 필요 시 유용.

노드 간의 통신 구조

노드는 서로 다양한 방식으로 통신할 수 있습니다. ROS2에서는 아래와 같은 방식으로 통신을 구현합니다.

토픽 기반 통신: pub/sub 모델을 통해 노드가 데이터를 주고 받습니다.
서비스 호출: 서비스 제공자와 요청자가 존재하여 동기식 통신을 수행합니다.
액션 클라이언트/서버: 비동기식 통신을 통해 긴 프로세스를 관리할 수 있습니다.

마이그레이션 과정과 주의 사항

ROS2로 마이그레이션 하는 과정은 상대적으로 간단하지만, 몇 가지 주의할 점이 있습니다. 다음은 마이그레이션 과정에서 유의해야 할 사항입니다.

코드 변환 및 수정

기존 ROS 코드에서 ROS2로의 변환 시 주의해야 할 점은 다음과 같습니다.

API 변화: ROS2의 API는 ROS1과 다소 다르므로, 기존의 API에 의존한 코드에서 API 호출 부분을 수정해야 합니다.
메시지 타입 확인: 메시지 타입이 변경되어야 하는 경우가 있으니 주의해야 합니다.
디펜던시 관리: ROS2에서의 의존성 관리 방식이 변경되었기 때문에, 의존성 선언을 확인하고 수정해야 합니다.

테스트 및 검증

마이그레이션이 완료된 후에는 반드시 충분한 테스트를 수행해야 합니다. 아래는 테스트 과정에서 고려해야 할 요소들입니다.

기능 테스트: 각 노드의 기능이 정상적으로 작동하는지 확인합니다.
성능 검증: 필요 시 성능을 검증하여 시스템의 응답성이 만족하는지 확인합니다.
에러 핸들링: 시스템이 예상치 못한 오류에 대해 적절히 대응하는지 테스트합니다.

결론

ROS2를 통한 마이그레이션은 로봇 소프트웨어의 발전을 이끌어내는 중요한 과정입니다. DDS 프로토콜과 노드 구조를 이해하는 것은 이 과정에서 매우 중요한 요소입니다. 이 글에서 제시한 정보가 ROS2로의 원활한 마이그레이션을 위해 유용하길 바랍니다. 앞으로 ROS와 DDS의 발전이 로봇 기술의 향상을 이끌어줄 것입니다.