1295.46 우선순위 기반 행동 선택 패턴

1. 패턴의 정의

우선순위 기반 행동 선택 패턴은 ReactiveFallback 노드를 활용하여 복수의 행동 중 현재 상황에서 가장 적합한 행동을 우선순위에 따라 선택하는 설계 패턴이다. 각 행동에는 활성화 조건이 부여되며, 매 Tick에서 가장 높은 우선순위의 활성 조건에 대응하는 행동이 실행된다. 상위 조건이 성립하면 하위 행동이 즉시 선점되어 중단된다.

이 패턴은 로봇 행동 제어에서 가장 빈번하게 사용되는 기본 패턴으로, 임무 수행 중 발생하는 다양한 상황에 대해 적절한 행동을 실시간으로 선택하는 의사 결정 구조를 제공한다.

2. 패턴의 구조

ReactiveFallback
├── Sequence [우선순위 1: 최고]
│   ├── Condition_1
│   └── Action_1
├── Sequence [우선순위 2]
│   ├── Condition_2
│   └── Action_2
├── ...
├── Sequence [우선순위 N-1]
│   ├── Condition_{N-1}
│   └── Action_{N-1}
└── DefaultAction [우선순위 N: 최저]

각 우선순위 수준은 Sequence 내의 조건-행동 쌍으로 구성된다. 최하위에는 조건 없는 기본 행동(default action)을 배치하여, 어떤 특수 조건도 성립하지 않을 때의 기본 동작을 정의한다.

3. 의사 결정 흐름

매 Tick에서의 의사 결정 흐름은 다음과 같다.

Tick 시작
  │
  ├── Condition_1 평가
  │   ├── SUCCESS → Action_1 실행 → 결정 완료
  │   └── FAILURE ↓
  │
  ├── Condition_2 평가
  │   ├── SUCCESS → Action_2 실행 → 결정 완료
  │   └── FAILURE ↓
  │
  ├── ...
  │
  ├── Condition_{N-1} 평가
  │   ├── SUCCESS → Action_{N-1} 실행 → 결정 완료
  │   └── FAILURE ↓
  │
  └── DefaultAction 실행 → 결정 완료

이 흐름은 프로그래밍 언어의 if-else if-else 구조와 의미론적으로 동등하되, 매 Tick에서 전체 조건 체인이 처음부터 재평가된다는 점이 핵심이다.

4. 구체적 적용 예시

4.1 이동 로봇의 상황 대응 패턴

ReactiveFallback
├── Sequence [비상 정지]
│   ├── IsEmergencyStopPressed
│   └── PerformEmergencyStop
├── Sequence [근접 장애물 긴급 회피]
│   ├── IsCollisionImminent
│   │   input: "min_distance" = 0.3m
│   └── PerformEmergencyBrake
├── Sequence [일반 장애물 회피]
│   ├── IsObstacleInPath
│   │   input: "detection_distance" = 2.0m
│   └── ExecuteObstacleAvoidance
├── Sequence [배터리 부족 귀환]
│   ├── IsBatteryBelowThreshold
│   │   input: "threshold" = 20%
│   └── NavigateToChargingStation
├── Sequence [통신 두절 대응]
│   ├── IsCommunicationLost
│   │   input: "timeout" = 30s
│   └── ReturnToLastKnownSafePoint
└── ContinueMissionNavigation

이 구조에서 우선순위는 비상 정지 > 긴급 회피 > 일반 회피 > 배터리 관리 > 통신 대응 > 임무 수행 순이다. 각 조건은 독립적으로 평가되며, 가장 높은 우선순위의 성립 조건에 대응하는 행동이 선택된다.

4.2 실행 시나리오

정상 운행 시: 모든 상위 조건이 FAILURE → ContinueMissionNavigation 실행

장애물 감지 시: IsObstacleInPath = SUCCESS → ExecuteObstacleAvoidance 실행, ContinueMissionNavigation에 Halt 전파

장애물 회피 중 배터리 부족 시: IsObstacleInPath = SUCCESS (여전히 장애물 있음) → 장애물 회피가 배터리 관리보다 높은 우선순위이므로, 장애물 회피 계속. 배터리 관리는 장애물이 해소된 후에 활성화됨.

장애물 회피 중 비상 정지 시: IsEmergencyStopPressed = SUCCESS → 비상 정지가 최고 우선순위이므로, ExecuteObstacleAvoidance에 Halt 전파 후 PerformEmergencyStop 실행.

5. 조건 평가 순서의 최적화

조건 평가는 상위부터 순차적으로 수행되므로, 조건의 평가 비용을 고려한 배치가 효율적이다. 평가 비용이 높은 조건을 상위에 배치하면 매 Tick에서 해당 비용이 발생하므로, 다음 원칙을 적용하라.

빈번히 성립하는 조건을 상위에: 자주 성립하는 조건이 상위에 있으면, 해당 조건에서 Tick 전파가 조기에 중단되어 하위 조건의 평가를 건너뛸 수 있다.
평가 비용이 낮은 조건을 상위에: 상위 조건은 매 Tick에서 평가되므로, 블랙보드 값 비교 같은 경량 조건을 상위에 배치하라.
우선순위 요구와의 균형: 위 효율성 원칙은 안전 우선 원칙과 충돌할 수 있다. 안전 관련 조건은 평가 비용과 무관하게 항상 최상위에 배치하여야 한다.

6. 상태 전이 관리

우선순위 기반 행동 선택에서 행동 간 전환이 발생할 때, 전환 전후의 상태 관리가 중요하다.

6.1 전환 시 상태 기록

function Action.halt():
    // 현재 행동의 진행 상태를 블랙보드에 기록
    blackboard.set(self.name + "_last_state", {
        "progress": getProgress(),
        "position": getCurrentState(),
        "timestamp": current_time()
    })
    cleanup()

6.2 재시작 시 상태 복원

function Action.tick():
    if is_first_tick:
        saved ← blackboard.get(self.name + "_last_state")
        if saved is valid and isResumable(saved):
            resumeFrom(saved)
        else:
            startFresh()
        is_first_tick ← false
    
    return executeStep()

이 방식으로 행동이 상위 조건 성립에 의해 중단된 후, 상위 조건이 해소되어 동일 행동이 재선택될 때 이전 진행 상태에서 재개할 수 있다.

7. XML 정의 예시

<ReactiveFallback>
    <Sequence>
        <IsEmergencyStopPressed />
        <PerformEmergencyStop />
    </Sequence>
    <Sequence>
        <IsCollisionImminent distance="0.3" />
        <PerformEmergencyBrake />
    </Sequence>
    <Sequence>
        <IsObstacleInPath distance="2.0" />
        <ExecuteObstacleAvoidance />
    </Sequence>
    <Sequence>
        <IsBatteryBelow level="20.0" />
        <NavigateToCharger station="{charging_station}" />
    </Sequence>
    <ContinueMission goal="{mission_goal}" />
</ReactiveFallback>

자식의 배치 순서가 곧 우선순위이며, XML의 구조만으로 전체 의사 결정 체계를 명확히 파악할 수 있다.