해당 실습 자료는 표윤석, 임태훈 “ROS2로 시작하는 로봇 프로그래밍” 루비페이퍼 (2022)를 참고하여 제작하였습니다.

📌목차

ROS2 DDS와 QoS

DDS(Data Distribution Service)

• ROS2는 산업용 시장을 위해 표준 방식 사용을 중요하게 여겼고, ROS 1때와 같이 자체적으로 만들기 보다는 산업용 표준을 만들고 생태계를 꾸려가고 있었던 DDS를 통신 미들웨어로써 사용하였습니다.

• 특징

  • 산업 표준: 비영리단체인 OMG(Object Management Group)가 분산 객체에 대한 기술 표준을 정하고자 만든 미들웨어로 산업표준으로 자리잡았습니다.
  • 운영체제 독립: DDS는 Window,Linux, MacOS, Android등 다양한 운영체재를 지원합니다.
  • 언어 독립: DDS는 미들웨어로 그 상위 레빌인 사용자 코드 레벨에서 프로그래밍 언어를 바꾸지 않아도 됩니다. ROS2에서도 RMW(Ros Middle Ware)로 디자인되어 다양한 언어를 지원합니다.
  • UDP기반의 전송 방식: 여러 목적지로 동시에 보낼 수 있다는 장점이 있으나 TCP방식에 비해 신뢰성이 떨어진다는 단점이 있었습니다. 이는 QoS를 도입하여 어느정도 해결되었습니다.
  • 데이터 중심적: DDS 사양 중 DCPS(Data-Centric Publish-Subscribe)는 적절한 수신자에게 적절한 정보를 효율적으로 전달하는 것을 목표로 하는 발간 및 구독 방식입니다.
  • 동적 검색: DDS는 동적검색을 제공하여 어떤 토픽이 지정 도메인 영역에 있고 어떤 노드가 이를 발산하고 수신하는 지 알 수 있습니다. ROS1의 노드들 이름 지정 및 등록, 노드간의 메세지 연결 등을 지원하던 ROS Master를 사용하지 않고 노드들이 Participant로 취급되어 동적 검색을 통해 연결할 수 있게 되었습니다.

• 실시간 데이터 전송을 보장하였고, DDS의 사용으로 노드 간의 동적 검색 기능을 지원하고 있어서 기존 ROS 1에서 각 노드들의 정보를 관리하였던 ROS Master가 없어도 여러 DDS 프로그램 간에 통신할 수 있습니다.

  ⇒ DDS를 사용하므로써 퍼블리시, 서브스크라이브형 메시지 전달이 가능해지고, 실시간 데이터 전송, 불안정한 네트워크에 대한 대응, 보안 등이 강화되었다

QoS (Quality of Service)

• DDS의 서비스 품질 (QoS, Quality of Service)로, 데이터 통신의 옵션으로 생각하시면 됩니다.
• ROS 2에서는 TCP처럼 신뢰성을 중시여기는 통신 방식과 UDP처럼 통신 속도에 포커스를 맞춘 통신 방식을 선택적으로 사용할 수 있습니다.
• 이를 위해 DDS의 QoS를 도입하였고 퍼블리셔나 서브스크라이브 등을 선언할 때 QoS를 매개 변수형태로 지정할 수 있어서 원하는 데이터 통신의 옵션 설정을 유저가 직접할 수 있게 되어 있습니다.
• QoS 종류
  • ROS 2에서는 TCP처럼 데이터 손실을 방지함으로써 신뢰도를 우선시하거나 (reliable), UDP처럼 통신 속도를 최우선시하여 사용(best effort)할 수 있게 하는 Reliability
  • 통신 상태에 따라 정해진 사이즈만큼의 데이터를 보관하는 History
  • 데이터를 수신하는 서브스크라이버가 생성되기 전의 데이터를 사용할지 폐기할지에 대한 설정인 Durability
  • 정해진 주기 안에 데이터가 발신 및 수신되지 않을 경우 이벤트 함수를 실행시키는 Deadline
  • 정해진 주기 안에서 수신되는 데이터만 유효 판정하고 그렇지 않은 데이터는 삭제하는 Lifespan
  • 정해진 주기 안에서 노드 혹은 토픽의 생사 확인하는 Liveliness
  • QoS 종류와 종류별 Value

ROS 패키지