조건 입력 값 추적 (Condition Input Value Tracing)

1. 개요

조건 입력 값 추적은 조건 노드가 평가에 사용하는 입력 데이터(토픽 메시지 필드, 블랙보드 값, 파라미터 등)의 값을 시계열로 기록하여, 조건 평가 결과의 원인을 정밀하게 분석하는 디버깅 기법이다. 조건 평가 결과만으로는 왜 특정 시점에서 결과가 변경되었는지를 파악하기 어려우므로, 입력 값의 변화 이력을 함께 추적하여 원인 분석의 정확도를 높인다.

2. 입력 값 추적의 구현

2.1 토픽 메시지 필드 추적

조건 노드 내부에서 평가에 사용하는 메시지 필드 값을 ROS2 토픽으로 재발행하여 외부에서 모니터링한다.

class TracedCondition
    : public BT::RosTopicSubNode<sensor_msgs::msg::LaserScan>
{
public:
    TracedCondition(const std::string& name,
                    const BT::NodeConfiguration& config,
                    const BT::RosNodeParams& params)
        : RosTopicSubNode(name, config, params),
          node_(params.nh)
    {
        trace_pub_ = node_->create_publisher<
            std_msgs::msg::Float64>("/bt_trace/" + name, 10);
    }

    BT::NodeStatus onTick(
        const sensor_msgs::msg::LaserScan::SharedPtr& msg) override
    {
        if (!msg || msg->ranges.empty())
        {
            publishTrace(std::numeric_limits<double>::quiet_NaN());
            return BT::NodeStatus::FAILURE;
        }

        // 최소 거리 추출
        double min_range = *std::min_element(
            msg->ranges.begin(), msg->ranges.end(),
            [](float%20a,%20float%20b) {
                return std::isfinite(a) &&
                       (!std::isfinite(b) || a < b);
            });

        publishTrace(min_range);

        double threshold;
        getInput("threshold", threshold);

        return (min_range > threshold) ? BT::NodeStatus::SUCCESS
                                       : BT::NodeStatus::FAILURE;
    }

private:
    void publishTrace(double value)
    {
        std_msgs::msg::Float64 trace_msg;
        trace_msg.data = value;
        trace_pub_->publish(trace_msg);
    }

    rclcpp::Node::SharedPtr node_;
    rclcpp::Publisher<std_msgs::msg::Float64>::SharedPtr trace_pub_;
};

추적 토픽 /bt_trace/<노드이름>을 rqt_plot이나 PlotJuggler에서 실시간으로 시각화하여, 입력 값의 변화와 조건 결과의 관계를 분석한다.

2.2 블랙보드 값 추적

블랙보드에서 읽은 값을 로깅한다.

BT::NodeStatus tick() override
{
    double value, threshold;
    getInput("value", value);
    getInput("threshold", threshold);

    RCLCPP_DEBUG(node_->get_logger(),
        "[%s] Inputs: value=%.4f, threshold=%.4f",
        name().c_str(), value, threshold);

    return (value > threshold) ? BT::NodeStatus::SUCCESS
                               : BT::NodeStatus::FAILURE;
}

3. 시각화 도구 연동

3.1 PlotJuggler를 활용한 시계열 분석

추적 토픽을 PlotJuggler에서 구독하면, 입력 값과 조건 결과를 동일 시간 축에서 시각적으로 비교할 수 있다. 조건 결과가 변경된 시점에서 입력 값이 어떻게 변화하였는지를 직관적으로 파악할 수 있다.

3.2 rqt_plot을 활용한 실시간 모니터링

ros2 run rqt_plot rqt_plot /bt_trace/IsObstacleDetected/data

4. 조건부 추적 활성화

추적 오버헤드를 줄이기 위해, 파라미터로 추적을 활성화/비활성화한다.

bool enable_tracing;
node_->get_parameter_or("enable_bt_tracing", enable_tracing, false);

if (enable_tracing)
{
    publishTrace(value);
}

5. 설계 시 고려 사항

5.1 추적에 의한 성능 영향

추적 토픽의 발행은 직렬화, DDS 전송 등의 오버헤드를 수반한다. 프로덕션 환경에서는 추적을 비활성화하거나, 발행 빈도를 제한하여야 한다.

5.2 추적 데이터의 동기화

입력 값 추적과 조건 결과 로깅의 타임스탬프를 일치시켜, 두 데이터를 정확히 대응시킬 수 있도록 한다.

5.3 다중 입력의 추적

복수의 입력 값을 가진 조건 노드에서는 모든 입력을 추적하여야 어떤 입력이 결과 변경의 원인인지를 식별할 수 있다. 구조화된 메시지 타입(예: diagnostic_msgs::msg::KeyValue 배열)을 사용하여 다중 입력을 단일 토픽으로 발행하면 관리가 용이하다.

6. 참고 문헌

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