2.6 데이터 분배 서비스(DDS) 기반 개방형 통신 구조의 도입 의의

2.6 데이터 분배 서비스(DDS) 기반 개방형 통신 구조의 도입 의의

로봇 운영체제(Robot Operating System 2, ROS 2)의 통신 기반 구조는 기존 ROS 1의 자체 정의 프로토콜(TCPROS/UDPROS)에서 탈피하여 객체 관리 그룹(Object Management Group, OMG)이 제정한 규격인 데이터 분배 서비스(Data Distribution Service, DDS)로 전면 전환되었다. 본 절에서는 분산형 아키텍처 기반의 자율 에이전트 및 멀티 로봇 시스템에 DDS 범용 통신 구조가 채택됨으로써 얻는 학술적 및 기술적 도입 의의를 규명한다.

1. 데이터 중심 퍼블리시-서브스크라이브 모델의 도입

ROS 2 시스템은 DDS를 하부 미들웨어로 통합함으로써 데이터 중심(Data-Centric)의 퍼블리시-서브스크라이브(Publish-Subscribe) 통신 패턴을 확립하였다. 메시지 기반(Message-Centric) 구조와 달리 데이터 중심 구조는 전역 데이터 공간(Global Data Space, GDS)이라는 가상의 데이터 저장소를 형성하여 노드 간 물리적 연결 상태나 식별 정보가 없어도 주제(Topic) 기반 데이터 교환을 수행하도록 지원한다. 이를 통해 멀티 드론 군집 제어 수행 시 각 시스템 모듈 요소의 상태 결합도를 현저히 낮추어 분산 시스템의 통신 유연성을 확보한다.

2. 중앙 집중형 아키텍처 지양 및 발견(Discovery) 프로토콜 적용

ROS 1 환경에서는 단일한 데몬 통제소 역할을 하는 식별자 레지스트리(Registry) 노드가 전역 이름 해석(Name Resolution)과 노드 등록, 네트워크 토폴로지 구성을 전담하여, 네임서버의 장애 시 전체 로봇 통신 인프라 가동이 중단되는 단일 장애점(SPOF, Single Point of Failure) 취약성이 존재하였다. DDS 기반의 ROS 2 아키텍처는 노드가 자체적으로 네트워크 참여자 및 발행/구독자를 상호 탐색(Discovery)하는 실시간 운영 프로토콜(Real-Time Publish Subscribe, RTPS)을 하위 계층에 채택하였다. 이로써 중앙 개입 관리 노드를 제거한 완전한 피어 투 피어(P2P) 아키텍처가 구축되어 다중 에지 자원 및 이기종 로봇 에이전트 그룹 통합 시스템에서도 견고한 무정지 통신 신뢰성을 획득한다.

3. 개방형 표준 규격과 벤더 상호운용성(Interoperability)

DDS는 제한적인 특정 제조사 소프트웨어에 종속되지 않는 벤더 규격 독립적인 개방형 국제 산업 표준이다. ROS 2 프레임워크는 DDS 계층 위로 미들웨어를 동적으로 교체할 수 있는 추상화 인터페이스를 제공하므로, 모의 테스트 환경부터 실제 물리적 드론 모델 등 대상 시스템의 요구 스펙 및 제약 조건에 적합한 개별 DDS 구현체(Fast DDS, Cyclone DDS, Connext DDS 등)를 유연하게 취사선택할 수 있다. 이는 상용(Commercial) 기술 공급자와 순수 오픈소스 구현체 간의 이기종 교환(Interoperability) 기능을 증대시키며, 복잡한 항공우주 시스템 및 고안전 드론 데이터 네트워크 연동에서 안정적이고 검증 가능한 체계를 완성한다.

4. 실시간성 및 서비스 품질(Quality of Service, QoS)의 정밀 제어 정책

하드웨어 드라이버 및 이기종 센트릭 모듈에서 통신 지연시간(Latency) 파라미터에 대한 정밀 제어 등급은 일반 IT 도메인 시스템보다 훨씬 정교해야 한다. DDS 산업 미들웨어의 도입으로 ROS 2는 트래픽, 대역폭 선점, 데이터의 잔존 주기(Durability), 데이터 신뢰 전송 구조(Reliability) 및 이력 관리(History) 등 다차원적인 서비스 품질(QoS) 설정 정책을 애플리케이션 코어 레이어에 제공한다. 최상위 임무 설계자는 무결성 보장 모델부터 데이터 적시성이 우선되는 최적경로(Best-Effort) 전송 모델에 이르기까지 드론을 구성하는 각각의 컴포넌트 환경 속성에 부합하는 통신 메커니즘을 수리적으로 설정하여 동역학 주기 제어를 효과적으로 지원한다.

  • 참고문헌 및 버전 정보
  • OMG Data Distribution Service (DDS) v1.4 규격서, Object Management Group.
  • The Real-time Publish-Subscribe Protocol (RTPS) DDS Interoperability Wire Protocol Specification v2.3, Object Management Group.
  • ROS 2 Design 철학 문헌, Open Robotics.