Failure 반환 조건 테스트 (Failure Return Condition Testing)

1. 개요

Failure 반환 조건 테스트는 조건 노드가 조건 미충족 시 FAILURE 상태를 올바르게 반환하는지를 검증하는 단위 테스트이다. 이 테스트는 조건이 거짓으로 평가되어야 하는 상황뿐만 아니라, 데이터 부재, 유효하지 않은 입력, 타임아웃 등의 이상 상황에서도 안전하게 FAILURE를 반환하는지를 확인한다. 특히 안전 관련 조건 노드에서는 실패 안전(fail-safe) 원칙의 준수를 검증하는 데 핵심적이다.

2. 테스트 케이스 분류

2.1 정상 FAILURE 케이스

조건이 논리적으로 거짓인 경우의 FAILURE 반환을 검증한다.

2.2 이상 상황 FAILURE 케이스

데이터가 비정상적인 경우에도 안전하게 FAILURE를 반환하는지를 검증한다.

3. 구현 예시

3.1 조건 미충족 FAILURE 테스트

TEST_F(BatteryConditionTest, ReturnsFailureBelowThreshold)
{
    sensor_msgs::msg::BatteryState msg;
    msg.present = true;
    msg.percentage = 0.10;  // 10%, 임계값 20% 미만
    publishAndSpin(msg);

    auto status = tree_.tickOnce();
    EXPECT_EQ(status, BT::NodeStatus::FAILURE);
}

TEST_F(BatteryConditionTest, ReturnsFailureJustBelowThreshold)
{
    sensor_msgs::msg::BatteryState msg;
    msg.present = true;
    msg.percentage = 0.199;  // 19.9%, 임계값 20% 미만
    publishAndSpin(msg);

    auto status = tree_.tickOnce();
    EXPECT_EQ(status, BT::NodeStatus::FAILURE);
}

3.2 데이터 부재 FAILURE 테스트

TEST_F(TopicConditionTest, ReturnsFailureWhenNoMessageReceived)
{
    // 메시지를 발행하지 않고 tick
    auto status = tree_.tickOnce();
    EXPECT_EQ(status, BT::NodeStatus::FAILURE);
}

TEST_F(TopicConditionTest, ReturnsFailureWhenMessageIsNull)
{
    // RosTopicSubNode의 onTick에 nullptr이 전달되는 경우
    auto status = tree_.tickOnce();
    EXPECT_EQ(status, BT::NodeStatus::FAILURE);
}

3.3 무효 데이터 FAILURE 테스트

TEST_F(RangeConditionTest, ReturnsFailureForNanRange)
{
    sensor_msgs::msg::LaserScan msg;
    msg.range_min = 0.1;
    msg.range_max = 30.0;
    msg.ranges = {std::numeric_limits<float>::quiet_NaN()};
    publishAndSpin(msg);

    auto status = tree_.tickOnce();
    EXPECT_EQ(status, BT::NodeStatus::FAILURE);
}

TEST_F(RangeConditionTest, ReturnsFailureForInfRange)
{
    sensor_msgs::msg::LaserScan msg;
    msg.range_min = 0.1;
    msg.range_max = 30.0;
    msg.ranges = {std::numeric_limits<float>::infinity()};
    publishAndSpin(msg);

    auto status = tree_.tickOnce();
    // Inf가 장애물 없음으로 해석되는지, 오류로 해석되는지는 구현에 따라 다름
    // 구현 의도에 맞는 결과를 검증
}

TEST_F(RangeConditionTest, ReturnsFailureForEmptyRanges)
{
    sensor_msgs::msg::LaserScan msg;
    msg.ranges.clear();
    publishAndSpin(msg);

    auto status = tree_.tickOnce();
    EXPECT_EQ(status, BT::NodeStatus::FAILURE);
}

3.4 센서 비활성 상태 테스트

TEST_F(BatteryConditionTest, ReturnsFailureWhenNotPresent)
{
    sensor_msgs::msg::BatteryState msg;
    msg.present = false;  // 배터리 미장착
    msg.percentage = 1.0;  // 값은 있으나 무의미
    publishAndSpin(msg);

    auto status = tree_.tickOnce();
    EXPECT_EQ(status, BT::NodeStatus::FAILURE);
}

TEST_F(GpsConditionTest, ReturnsFailureForNoFix)
{
    sensor_msgs::msg::NavSatFix msg;
    msg.status.status =
        sensor_msgs::msg::NavSatStatus::STATUS_NO_FIX;
    publishAndSpin(msg);

    auto status = tree_.tickOnce();
    EXPECT_EQ(status, BT::NodeStatus::FAILURE);
}

3.5 타임아웃 FAILURE 테스트

TEST_F(FreshnessConditionTest, ReturnsFailureForStaleMessage)
{
    // 오래된 타임스탬프를 가진 메시지 발행
    sensor_msgs::msg::LaserScan msg;
    msg.header.stamp = node_->get_clock()->now() -
                       rclcpp::Duration(10, 0);  // 10초 전
    msg.ranges = {5.0};
    publishAndSpin(msg);

    auto status = tree_.tickOnce();
    EXPECT_EQ(status, BT::NodeStatus::FAILURE);
}

4. RUNNING 미반환 검증

TEST_F(ConditionNodeTest, NeverReturnsRunningOnFailure)
{
    // 의도적으로 FAILURE를 유발하는 입력
    publishInvalidMessage();

    for (int i = 0; i < 100; ++i)
    {
        auto status = tree_.tickOnce();
        EXPECT_TRUE(status == BT::NodeStatus::SUCCESS ||
                    status == BT::NodeStatus::FAILURE)
            << "Tick " << i << " returned RUNNING";
    }
}

5. 설계 시 고려 사항

5.1 FAILURE의 의미론적 일관성

동일한 유형의 이상 상황에 대해 모든 조건 노드가 일관된 FAILURE 반환 정책을 따라야 한다. 예를 들어, “메시지 미수신 = FAILURE” 정책은 모든 토픽 기반 조건 노드에 동일하게 적용되어야 한다.

5.2 실패 원인의 구분

테스트에서 FAILURE가 반환되었을 때, 그것이 조건의 논리적 거짓에 의한 것인지 이상 상황에 의한 것인지를 구분할 수 있어야 한다. 조건 노드의 로깅 기능을 통해 실패 원인을 추적할 수 있도록 한다.

5.3 회귀 테스트

버그 수정이나 리팩토링 후, FAILURE 반환 테스트를 회귀 테스트(regression test)로 실행하여 기존 동작이 변경되지 않았는지를 확인한다.

6. 참고 문헌

• Colledanchise, M., & Ogren, P. (2018). Behavior Trees in Robotics and AI: An Introduction. CRC Press.
• Google Test 문서. https://google.github.io/googletest/
• BehaviorTree.CPP 공식 문서. https://www.behaviortree.dev/