[ ROS2 ] ROS 기초 III (DDS와 QoS)

이전 포스트의 내용에서는 Topic과 Service, 그리고 Action에 대해 다루었다. Node 간 통신 방법이 궁금하다면 해당 포스트를 방문하기 바란다. 본 포스트에서는 메시지 통신 방식 DDS와 QoS에 대해 알아보자.

DDS Data Distribution Service

DDS란?

ROS2는 산업용 시장을 위해 표준 방식 사용을 중요하게 여긴다. 그렇기 때문에 ROS2는 ROS1과 비슷하게 만들기보다는 산업용 표준을 만들고 생태계를 꾸려가고 있었던 DDS를 통신 미들웨어로서 사용한다.

DDS의 특징

• 산업 표준
  • 비영리단체 OMG가 분산객체에 대한 기술 표준을 정하고자 만든 미들웨어
  • 산업 표준으로 자리잡음
• 운영체제 독립
  • DDS는 Window, Linux, MacOS, Android 등 다양한 OS 지원함
• 언어 독립
  • DDS는 미들웨어로, 그 상위 레벨인 사용자 코드 레벨에서 프로그래밍 언어를 바꾸지 않아도 됨
  • ROS2에서도 RMW ROS Middle Ware로 디자인되어 다양한 언어 지원
• UDP 기반 전송 방식
  • 여러 목적지로 동시에 보낼 수 있음 ➡️ 빠른 전송 속도
  • TCP 방식에 비해 신뢰성이 떨어지지만 QoS를 도입하여 어느 정도 해결함
• 데이터 중심적
  • DDS 사양 중 DCPS Data-Centric Publish-Subscribe는 적절한 수신자에게 적절한 정보를 효율적으로 전달하는 것을 목표로 하는 publish 및 subscribe 방식이다.
• 동적 검색
  • 어떤 Topic이 어떤 도메인 영역에 있고, 어떤 Node가 이를 발신/수신하는지 알 수 있음
  • ROS1의 Node 이름 지정 및 등록, Node 간 메시지 연결 지원하던 ROS Master 사용하지 않아도 됨
  • 많은 Node들이 participant로 취급되어 동적 검색을 통해 연결됨

Summary

ROS2는 실시간 데이터 전송을 보장하고, DDS의 사용으로 Node 간의 동적 검색 기능을 지원하고 있어서 기존 ROS1에서 각 Node들의 정보를 관리하였던 ROS Master 없이도 여러 DDS 프로그램 간에 통신이 가능하다.

➡️ DDS를 사용함으로써
publish, subscribe형 메시지 전달이 가능하다.
실시간 데이터 전송, 불안정한 네트워크에 대응하고 보안을 강화할 수 있다.

QoS Quality of Service

QoS란?

QoS란 DDS의 서비스 품질로, 데이터 통신의 옵션이라고 할 수 있다.

ROS2에서는 TCP처럼 신뢰성을 중시 여기는 통신 방식과 UDP처럼 통신 속도에 focus를 맞춤 통신 방식을 선택적으로 사용할 수 있다.

이를 위해 DDS의 QoS를 도입하여 Publisher/Subscriber 등을 선언할 때 QoS를 매개변수 형태로 지정할 수 있어서 원하는 데이터 통신의 옵션 설정을 유저가 직접할 수 있다.

QoS의 종류

• Reliability
  • RELIABLE : TCP처럼 데이터 손실 방지하고 신뢰도 우선
  • BEST_EFFORT : UDP처럼 통신 속도를 최우선시
• History
  • 통신 상태에 따라 정해진 사이즈만큼의 데이터 보관
  • KEEP_LAST : 정해진 메시지 큐 사이즈 만큼의 데이터 보관 (depth : 메시지 큐 사이즈)
  • KEEP_ALL : 모든 데이터를 보관 (메시지 큐의 사이즈는 DDS 벤더마다 다름)
• Durability
  • 데이터 수신하는 Subscriber가 생성되기 전의 데이터를 폐기할지에 대한 설정
  • TRANSIENT_LOCAL : Subscription이 생성되기 전의 데이터도 보관 (Publisher에만 적용 가능)
  • VOLATILE : Subscription이 생성되기 전의 데이터는 무효
• Deadline
  • 정해진 주기 안에 데이터가 발신 및 수신되지 않을 경우 이벤트 함수를 실행
  • deadline_duration : Deadline을 확인하는 주기
• Lifespan
  • 정해진 주기 안에서 수신되는 데이터만 유효 판정
  • 그렇지 않은 데이터는 삭제
  • lifespan_duration : Lifespan을 확인하는 주기
• Liveliness
  • 정해진 주기 안에서 Node, Topic 생사 확인
  • liveliness : 자동/매뉴얼로 확인할지를 지정하는 옵션
    • AUTOMATIC / MANUAL_BY_NODE, MANUAL_BY_TOPIC
  • lease_duration : Liveliness를 확인하는 주기

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프로젝트가 마무리 되면 간단한 실습 내용도 함께 정리해서 업로드할 예정이다.