사진. 대구경북과학기술원
대구경북과학기술원(이하 DGIST) 전기전자컴퓨터공학과 박경준 교수팀이 '로봇 운영체제(ROS)에서 데이터 분산 서비스(DDS)의 데이터 전달 지연(latency)을 정량적으로 분석할 수 있는 수학적 모델을 개발했다고 24일(금) 밝혔다.
연구팀은 통신 과정에서 발생하는 시간 지연을 주요 통신 매개변수 변화에 따라 폐형식(closed-form)으로 표현하고, 이를 통해 기존에 다루기 어려웠던 통신 지연 문제를 체계적으로 분석할 수 있는 기반을 마련했다고 밝혔다.
현재 다양한 로봇 소프트웨어 프레임워크가 개발되고 있으나, 그중 ROS는 꾸준한 발전과 활발한 커뮤니티 지원으로 주목받고 있다. 기존 'ROS 1'이 'Transmission Control Protocol(TCP)' 기반 통신을 사용했던 반면, 2017년 발표된 'ROS 2'는 DDS를 미들웨어로 채택하며 User Datagram Protocol(UDP)기반으로 변경됐다. 이를 통해 높은 확장성과 유연성을 제공하고 있다. 특히, DDS의 신뢰성 있는 데이터 전달은 TCP와 달리 애플리케이션 계층에서 재전송이 이루어지기 때문에 지연 특성이 달라지는 것이 특징이다.
박경준 연구팀은 DDS 구조가 통신 시간 지연에 미치는 영향을 정량적으로 평가하기 위해 패킷 전달률, 데이터 주기, 하트비트 주기 등 주요 통신 파라미터를 고려한 시간 지연 모델을 제안했다. 연구팀이 35가지 시나리오를 통해 실험적으로 검증한 결과, 제안된 모델이 실제 측정값과 평균 6.88% 오차 범위 내에서 일치함을 확인했다. 이는 'ROS 2' 응용 분야에서 통신 지연을 최소화하기 위한 설계 가이드라인을 제공할 것으로 기대된다.
박경준 교수는 “이번 연구는 'ROS 2' DDS 신뢰성 전달 구조의 지연을 네트워크 관점에서 구체적으로 규명한 최초의 시도다. 데이터 주기와 하트비트 주기 등 주요 통신 파라미터를 어떻게 설정하느냐에 따라 로봇의 성능이 크게 달라질 수 있다”면서 “향후 로봇 및 산업 자동화 분야에서 효율적인 통신 설계를 위한 핵심 가이드가 될 것으로 기대된다”라고 말했다.
한편, 이번 연구는 방위사업청과 국방과학연구소의 군집형 무인 CPS 특화연구실 사업과 한국연구재단의 중견연구자지원사업의 지원으로 수행됐다. 연구결과는 5월 런던에서 개최 예정인 국제학회 'IEEE INFOCOM 2025'에서 발표될 예정이다.
