ROS2 마이그레이션을 위한 DDS 프로토콜과 노드 구조 이해하기

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by baknoah 2025. 3. 12. 10:07

ROS2 마이그레이션 준비: DDS 프로토콜과 노드 구조 이해

최근 몇 년 사이에 로봇 소프트웨어 개발에 대한 관심이 매우 높아졌습니다. 이와 함께 로봇 운영 시스템인 ROS(Robotic Operating System) 또한 많은 주목을 받고 있습니다. 특히, ROS2는 이전 버전인 ROS1에 비해 많은 개선 사항과 새로운 기능을 제공하며, 그 중에서도 데이터 분산 서비스(DDS) 프로토콜과 노드 구조는 매우 중요한 요소로 부각되고 있습니다. 본 글에서는 ROS2로의 마이그레이션을 준비하는 과정에서 DDS 프로토콜과 노드 구조에 대해서 자세히 소개하고자 합니다.

DDS 프로토콜 이해하기

데이터 분산 서비스(DDS)는 실시간 데이터 통신을 위한 미들웨어로, 여러 노드 간의 효율적인 데이터 교환을 가능하게 합니다. ROS2에서 DDS는 기본적인 통신 메커니즘으로 채택되어 있으며, 이는 데이터의 전송 속도와 신뢰성을 크게 향상시킵니다.

DDS의 주요 특징

실시간 통신: DDS는 실시간 데이터 전송을 지원하여, 로봇과 관련된 데이터가 즉각적으로 전송될 수 있도록 합니다.
데이터 중심 아키텍처: DDS는 데이터의 구독 및 발행 모델에 기반하여, 데이터가 생성된 곳과 소비되는 곳을 분리합니다.
유연한 QoS 정책: Quality of Service(QoS) 정책을 통해 데이터 전송의 신뢰성과 지연성을 조절할 수 있습니다.

DDS의 구성 요소

DDS는 여러 주요 구성 요소로 이루어져 있습니다. 이들 각각은 데이터 통신을 최적화하는 데 중요한 역할을 합니다.

Publisher: 데이터를 생성하고 이를 다른 노드에 전송합니다.
Subscriber: Publisher로부터 데이터를 수신합니다.
Topic: 데이터를 구독하고 발행하는 주제입니다.
Data Reader: Subscriber가 데이터를 읽기 위해 사용하는 인터페이스입니다.
Data Writer: Publisher가 데이터를 작성하기 위해 사용하는 인터페이스입니다.

DDS의 적용 사례

DDS는 다양한 산업에서 사용되고 있으며, 특히 로봇 공학 분야에서 그 중요성이 점차 증가하고 있습니다. 다음은 DDS의 주요 적용 사례입니다.

자율 주행 차량: 다수의 센서와 장치 간의 실시간 데이터 통신을 가능하게 합니다.
드론: 여러 드론 간의 효과적인 데이터 공유를 지원하여 협업 가능성을 높입니다.
산업 자동화: 다양한 기계와 시스템 간의 원활한 통신을 통해 생산성을 향상합니다.

ROS2 노드 구조 이해하기

ROS2에서의 노드 구조는 시스템을 구성하는 기본 단위로, 각 노드는 특정 기능을 수행하며 다른 노드와 통신할 수 있습니다. ROS2의 노드는 이전 버전인 ROS1과 비슷하지만, DDS의 도입으로 인해 몇 가지 변화가 있습니다.

노드의 구성 요소

노드 이름: 각 노드는 유일한 이름을 가지며, 이를 통해 서로를 식별합니다.
서비스: 노드가 제공하는 기능으로, 다른 노드가 요청할 수 있습니다.
주제(Topic): 노드 간 데이터 전송을 위해 사용되는 커뮤니케이션 채널입니다.
액션(Action): 서비스와 유사하지만, 피드백을 제공할 수 있는 비동기 프로세스입니다.

노드 간의 통신 방식

ROS2에서는 노드 간의 통신을 위해 여러 가지 방식이 제공됩니다. 이들 통신 방식은 다음과 같습니다.

Publish-Subscribe 패턴: Publisher가 데이터를 발행하면 Subscriber가 이를 구독하여 수신합니다.
서비스 호출: 고객 요청 방식으로, 요청을 보내고 응답을 기다립니다.
액션 호출: 요청 후에 진행 상황을 제공받는 비동기 모델입니다.

ROS2 노드 생명 주기

ROS2의 노드 생명 주기는 노드가 생성되고 종료되는 과정을 설명하는 데 중요한 개념입니다. 노드는 다음과 같은 생명 주기 상태를 가집니다.

생성(Created): 노드가 생성된 상태입니다.
활성화(Active): 노드가 정상적으로 작동하며 서비스와 주제를 제공하는 상태입니다.
비활성화(Inactive): 노드가 일시적으로 작동하지 않는 상태입니다.
종료(Shutdown): 노드가 종료된 상태입니다.

ROS2로 마이그레이션하는 방법

ROS1에서 ROS2로의 마이그레이션은 몇 가지 단계로 나눌 수 있습니다. 이러한 절차를 따라가면 HTTPS 및 DDS 프로토콜을 기반으로 하는 새로운 기능을 효율적으로 활용할 수 있습니다.

마이그레이션 준비 단계

현재 시스템 분석: ROS1에서 작성한 시스템 및 노드를 분석하여 어떤 기능을 유지하고 어떤 기능을 개선할 것인지 결정합니다.
목표 설정: ROS2에서 구현하고자 하는 기능 및 성능 목표를 설정합니다.
기술 요구 사항 검토: DDS 및 기타 ROS2 관련 기술 요구 사항을 검토합니다.

마이그레이션 실행 단계

코드 변환: 기존 코드를 ROS2에 맞게 변환합니다. 이 때 필요한 패키지를 설치하고 종속성을 확인합니다.
테스트 및 검증: 변환한 코드를 테스트하여 모든 기능이 정상적으로 작동하는지 확인합니다.
최적화: 성능을 개선하기 위한 최적화 작업을 수행합니다.

마이그레이션 후 단계

문서화: 시스템의 변경 사항 및 새로운 기능을 문서화하여 팀 내에서 공유합니다.
유지 보수: 시스템을 정기적으로 유지 보수하고 필요한 업데이트를 수행합니다.

결론

ROS2의 DDS 프로토콜과 노드 구조는 로봇 소프트웨어 개발의 핵심 요소로 자리 잡고 있습니다. 이러한 요소를 잘 이해하고 활용하는 것은 성공적인 로봇 시스템 구축을 위한 중요한 첫걸음이 될 것입니다. ROS1에서 ROS2로의 마이그레이션은 다소 복잡할 수 있지만, 올바른 절차를 따른다면 효율적이고 신뢰성 높은 시스템을 구축할 수 있습니다. 따라서, ROS2의 특징을 충분히 이해하고 이에 따른 노드를 정립하는 것이 중요합니다. 본 글이 ROS2 마이그레이션 준비에 도움이 되기를 바랍니다.