1295.40 ReactiveFallback의 조건 노드 우선 평가

1. 조건 노드 우선 평가의 원리

ReactiveFallback의 매 Tick 재평가 원칙에 의해, 자식 리스트의 상위에 배치된 조건 노드(condition node)는 매 Tick마다 가장 먼저 평가된다. 조건 노드는 SUCCESS 또는 FAILURE만을 반환하는 동기적(synchronous) 노드이며, RUNNING을 반환하지 않으므로 단일 Tick 내에서 즉시 평가가 완료된다. 이러한 특성을 활용하여 ReactiveFallback의 상위 자식에 조건 노드를 배치하면, 매 Tick에서 환경 조건을 우선적으로 점검하고 그 결과에 따라 하위 행동의 실행 여부를 결정하는 구조를 구현할 수 있다.

2. 조건-행동 쌍 배치 패턴

ReactiveFallback에서 가장 일반적으로 사용되는 구조는, 각 우선순위 수준을 Sequence 노드 내의 조건-행동 쌍으로 구성하는 것이다.

ReactiveFallback
├── Sequence [우선순위 1]
│   ├── IsEmergency          →  조건 (SUCCESS/FAILURE)
│   └── ExecuteEmergencyStop  →  행동 (RUNNING/SUCCESS/FAILURE)
├── Sequence [우선순위 2]
│   ├── IsObstacleNear       →  조건
│   └── AvoidObstacle        →  행동
├── Sequence [우선순위 3]
│   ├── IsBatteryLow         →  조건
│   └── ReturnToBase         →  행동
└── NavigateToGoal            →  기본 행동 [우선순위 4]

이 구조의 Tick 실행 과정은 다음과 같다.

Sequence [우선순위 1]이 Tick된다. 내부에서 IsEmergency 조건 노드가 평가된다.

SUCCESS이면 ExecuteEmergencyStop이 Tick되고, Sequence가 RUNNING 또는 SUCCESS를 반환하여 ReactiveFallback의 Tick 전파가 중단된다.
FAILURE이면 Sequence가 FAILURE를 반환하고, 다음 우선순위로 진행한다.

Sequence [우선순위 2]가 Tick된다. IsObstacleNear 조건이 평가된다.

동일한 논리로, 조건 성립 시 AvoidObstacle이 실행되고, 미성립 시 다음 우선순위로 진행한다.

이 과정이 모든 우선순위에 대해 반복되며, 모든 조건이 FAILURE이면 최하위의 NavigateToGoal이 실행된다.

3. 조건 노드의 즉시 평가 특성

조건 노드는 행동 트리의 노드 유형 중 유일하게 RUNNING을 반환하지 않는 노드이다. 조건 노드의 tick() 함수는 단일 호출 내에서 조건의 참/거짓을 판정하고 즉시 SUCCESS 또는 FAILURE를 반환한다. 이 특성은 ReactiveFallback의 재평가 구조에서 두 가지 이점을 제공한다.

첫째, 조건 평가에 소요되는 시간이 극도로 짧으므로, 다수의 조건을 매 Tick마다 재평가하더라도 전체 Tick 주기에 미치는 영향이 미미하다. 조건 노드가 수행하는 연산은 일반적으로 블랙보드 값 비교 수준이므로, 마이크로초 이내에 완료된다.

둘째, 조건 노드의 즉시 반환으로 인해 Sequence 노드 내에서 조건 판정과 행동 개시가 동일한 Tick 내에서 순차적으로 처리된다. 조건이 SUCCESS를 반환하면 같은 Tick 내에서 행동 노드의 tick()이 호출되므로, 조건 성립과 행동 개시 사이에 Tick 단위의 지연이 발생하지 않는다.

4. 조건 노드의 배치 순서와 우선순위

ReactiveFallback 내에서 조건-행동 쌍의 배치 순서는 우선순위를 직접적으로 결정한다. 인덱스가 낮은(상위에 배치된) 쌍이 더 높은 우선순위를 가진다. 매 Tick에서 상위 조건부터 순차적으로 평가되므로, 상위 조건이 성립하면 하위 조건은 평가조차 되지 않는다.

이 우선순위 체계를 설계할 때 다음 원칙을 따르라.

안전 우선 원칙: 안전 관련 조건(비상 정지, 충돌 위험)을 최상위에 배치한다.
긴급도 순서 원칙: 긴급한 대응이 요구되는 조건을 상위에, 일상적 조건을 하위에 배치한다.
비용 순서 원칙: 대응 비용이 높은(행동 전환 비용이 큰) 조건일수록 상위에 배치하여, 해당 조건이 성립할 때 즉각적으로 전환이 이루어지도록 한다.

5. 조건 노드 없는 최하위 기본 행동

ReactiveFallback의 최하위 자식은 일반적으로 조건 없이 직접 배치되는 기본 행동(default action)이다. 모든 상위 조건이 FAILURE를 반환한 경우에만 도달하는 이 행동은, “특별한 상황이 없을 때의 기본 동작“을 정의한다.

ReactiveFallback
├── Sequence
│   ├── IsEmergency
│   └── EmergencyAction
├── Sequence
│   ├── IsObstacleNear
│   └── AvoidObstacle
└── NavigateToGoal      ←  조건 없는 기본 행동

기본 행동은 Sequence로 감쌀 필요 없이 직접 배치된다. 기본 행동이 RUNNING을 반환하면 ReactiveFallback도 RUNNING을 반환하며, 다음 Tick에서 상위 조건이 재평가된다.

6. 다중 조건의 결합

하나의 우선순위 수준에 복수의 조건이 동시에 충족되어야 행동이 실행되는 경우, Sequence 내에 다수의 조건 노드를 순차적으로 배치한다.

ReactiveFallback
├── Sequence
│   ├── IsObstacleNear      →  조건 1
│   ├── IsSpeedAboveLimit   →  조건 2
│   └── EmergencyBrake      →  행동 (두 조건 모두 충족 시)
└── NavigateToGoal

Sequence의 의미론에 의해, IsObstacleNear와 IsSpeedAboveLimit가 모두 SUCCESS를 반환해야 EmergencyBrake가 Tick된다. 두 조건 중 하나라도 FAILURE이면 Sequence가 FAILURE를 반환하고 다음 우선순위로 진행한다.

7. 조건 노드의 구현 지침

ReactiveFallback에서 매 Tick마다 재평가되는 조건 노드는 다음 지침에 따라 구현하여야 한다.

무부작용(side-effect free): 조건 노드는 블랙보드에 쓰기를 수행하지 않고, 외부 상태를 변경하지 않아야 한다. 매 Tick마다 반복 호출되므로, 부작용이 존재하면 반복적으로 축적되어 예기치 않은 동작을 유발한다.
결정론적(deterministic): 동일한 입력에 대해 항상 동일한 결과를 반환하여야 한다. 블랙보드 값과 센서 데이터가 변하지 않았다면 반환값도 변하지 않아야 한다.
경량 연산: 조건 평가의 연산 비용을 최소화하라. 블랙보드 값 읽기 및 비교 연산 수준으로 제한하고, 복잡한 연산은 별도의 노드 또는 ROS2 노드에서 수행하여 결과를 블랙보드에 기록한 후 조건 노드에서 읽도록 설계하라.

// 권장: 블랙보드 값 비교
function IsBatteryLow.tick():
    level ← blackboard.get("battery_level")
    if level < threshold:
        return SUCCESS
    return FAILURE

// 비권장: 직접 센서 통신
function IsBatteryLow.tick():
    level ← queryBatteryManagementSystem()  // 통신 지연 발생 가능
    if level < threshold:
        return SUCCESS
    return FAILURE

RUNNING 반환 금지: 조건 노드는 절대 RUNNING을 반환하지 않아야 한다. RUNNING을 반환하면 ReactiveFallback의 Tick 전파가 해당 조건에서 중단되어, 하위 행동이 Tick되지 않는 교착 상태가 발생할 수 있다.