1294.80 Fallback에서의 자식 Halt 처리

1. Fallback에서 Halt가 발생하는 상황

Fallback 노드에서 자식의 Halt가 발생하는 상황은 Sequence와 대칭적 구조를 가진다. 주요 상황은 다음과 같다: (1) Fallback 자체가 부모로부터 Halt 요청을 받는 경우, (2) ReactiveFallback에서 앞쪽 자식의 SUCCESS에 의해 뒤쪽 RUNNING 자식이 중단되는 경우이다(Colledanchise & Ogren, 2018).

2. 부모로부터의 Halt 전파

2.1 Sequence 부모에 의한 Fallback Halt

<Sequence>
    <Fallback name="FB">
        <Action ID="Alt1"/>        <!-- RUNNING -->
    </Fallback>
    <Action ID="NextStep"/>
</Sequence>

Sequence의 부모가 Halt를 호출하면, Sequence는 RUNNING 상태인 Fallback에 Halt를 전파하고, Fallback은 자신의 RUNNING 자식인 Alt1에 Halt를 전파한다.

부모 → Sequence.halt()
       → Fallback.halt()
         → Alt1.halt() (RUNNING → IDLE)
       → Fallback: IDLE
     → Sequence: IDLE

2.2 Halt의 재귀적 전파

<Fallback name="Outer">
    <Fallback name="Inner">
        <Action ID="DeepAction"/>    <!-- RUNNING → Halt -->
    </Fallback>
</Fallback>

Halt는 트리 구조를 따라 재귀적으로 전파된다. Outer의 Halt가 Inner로, Inner의 Halt가 DeepAction으로 전달된다.

3. ReactiveFallback에서의 Halt

3.1 상위 대안의 SUCCESS에 의한 Halt

ReactiveFallback에서는 매 Tick 첫 번째 자식부터 재평가한다. 앞쪽 자식이 SUCCESS를 반환하면, 뒤쪽에 RUNNING 상태인 자식이 Halt된다.

<ReactiveFallback>
    <Sequence>
        <Condition ID="IsPrimaryAvailable"/>
        <Action ID="PrimaryAction"/>
    </Sequence>
    <Action ID="FallbackAction"/>    <!-- RUNNING → Halt -->
</ReactiveFallback>

Tick 1: IsPrimaryAvailable→F → Sequence: FAILURE
        FallbackAction→R      → RUNNING (대안 수행 중)
Tick 2: IsPrimaryAvailable→F → Sequence: FAILURE
        FallbackAction→R      → RUNNING
Tick 3: IsPrimaryAvailable→S, PrimaryAction→R → RUNNING
        FallbackAction→Halt   (RUNNING → IDLE)

Tick 3에서 1순위 대안이 가용해지면, ReactiveFallback은 1순위 대안의 Sequence를 실행하고 FallbackAction을 Halt한다. 이는 “더 우선순위가 높은 대안이 가용해졌으므로, 현재 대안을 중단한다“는 의미이다.

3.2 Halt 후 재전환

Tick 3: IsPrimaryAvailable→S, PrimaryAction→R  (1순위 실행)
        FallbackAction→Halt
Tick 4: IsPrimaryAvailable→F → Sequence: FAILURE  (1순위 다시 불가)
        FallbackAction→R      (대안 재시작, onStart() 호출)

1순위 대안이 다시 불가해지면 FallbackAction이 재시작된다. Halt된 액션은 IDLE 상태이므로 onStart()부터 새로 시작한다.

4. FallbackWithMemory에서의 Halt

4.1 부모 Halt 시 idx 초기화

<FallbackWithMemory>
    <Action ID="Alt1"/>    <!-- 이전 FAILURE, 건너뜀 -->
    <Action ID="Alt2"/>    <!-- RUNNING (idx=1) -->
    <Action ID="Alt3"/>
</FallbackWithMemory>

FallbackWithMemory가 부모로부터 Halt를 받으면:

1. RUNNING 상태인 Alt2에 halt() 호출 (RUNNING → IDLE)
2. current_child_idx가 0으로 초기화
3. 다음에 Tick되면 Alt1부터 다시 시작

부모 Halt → Alt2.halt() (RUNNING → IDLE)
           → idx = 0 (기억 초기화)
다음 Tick: Alt1부터 재시작

4.2 자식 FAILURE 시의 자연스러운 전환

FallbackWithMemory에서 현재 자식이 FAILURE를 반환하면, 다음 자식으로 자연스럽게 전환된다. 이 과정에서 Halt는 발생하지 않는다(FAILURE를 반환한 자식은 이미 IDLE 상태로 전이한 것이므로).

Tick 1: Alt1→R (idx=0)
Tick 2: Alt1→F, Alt2→R (idx=1, Alt1 자체적으로 IDLE로 전이)

5. Halt 처리의 구현

5.1 BehaviorTree.CPP에서의 Fallback Halt 구현

void FallbackNode::halt() {
    // 현재 RUNNING인 자식을 Halt
    if (current_child_idx_ < children_nodes_.size()) {
        haltChild(current_child_idx_);
    }
    // 인덱스 초기화 (WithMemory 변형)
    current_child_idx_ = 0;
    // 자체 상태를 IDLE로 설정
    setStatus(NodeStatus::IDLE);
}

5.2 ReactiveFallback에서의 선택적 Halt

// ReactiveFallback의 tick() 내부
for (size_t i = 0; i < children_count; i++) {
    NodeStatus status = children_nodes_[i]->executeTick();
    if (status == NodeStatus::SUCCESS) {
        // i 이후의 RUNNING 자식을 Halt
        haltChildren(i + 1);
        return NodeStatus::SUCCESS;
    }
    // ...
}

ReactiveFallback은 SUCCESS를 반환한 자식 이후의 모든 RUNNING 자식을 Halt한다(Faconti, 2022).

6. Sequence와 Fallback의 Halt 대칭성

7. 로봇 공학에서의 Fallback Halt 시나리오

7.1 복구 행동 중 정상 복귀

<ReactiveFallback>
    <Sequence>
        <Condition ID="IsPathClear"/>
        <Action ID="FollowPath"/>
    </Sequence>
    <Action ID="RecoveryBehavior"/>    <!-- RUNNING → Halt -->
</ReactiveFallback>

복구 행동 수행 중 경로가 다시 깨끗해지면, RecoveryBehavior가 Halt되고 FollowPath로 전환된다. onHalted()에서 복구 행동의 상태를 적절히 정리해야 한다.

7.2 비상 대응 중 상황 개선

<ReactiveFallback>
    <Sequence>
        <Condition ID="IsAllNormal"/>
        <SubTree ID="NormalMission"/>
    </Sequence>
    <Action ID="EmergencyResponse"/>   <!-- RUNNING → Halt -->
</ReactiveFallback>

비상 대응 중 시스템이 정상으로 복구되면, EmergencyResponse가 Halt되고 정상 임무로 전환된다.

8. Halt 처리의 설계 원칙

1. 안전한 상태 전이: Halt 시 물리적 시스템을 안전한 상태로 전이시킨다. 특히 ReactiveFallback에서의 빈번한 Halt-재시작 사이클에서도 안전이 보장되어야 한다.

2. 상태 정리의 완전성: Halt된 액션의 내부 상태가 다음 실행에 영향을 주지 않도록 onHalted()에서 완전히 정리한다.

3. Halt 비용의 최소화: ReactiveFallback에서는 Halt가 빈번하게 발생할 수 있으므로, onHalted()의 실행 비용을 최소화해야 한다.

4. 비동기 작업의 취소: 진행 중인 ROS2 액션 목표, 서비스 호출 등의 비동기 작업은 onHalted()에서 적절히 취소하여 자원 누수를 방지한다(Faconti, 2022).

참고 문헌

• Colledanchise, M., & Ogren, P. (2018). Behavior Trees in Robotics and AI: An Introduction. CRC Press.
• Faconti, D. (2022). BehaviorTree.CPP documentation and API reference. https://www.behaviortree.dev/