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ROS 2 기반 로봇 시스템에서 다중 로봇 협업과 확장이 가능한 DDS 통신 성능을 최적화하는 공식을 세계 최초로 개발 

DGIST CSI lab에서 ‘로봇 운영체제(이하 ‘ROS’) 2’에서 데이터 분산 서비스(이하 ‘DDS’)의 데이터 전달 지연(latency)을 정량적으로 분석할 수 있는 수학적 모델을 세계 최초로 개발했다. CSI lab은 통신 과정에서 발생하는 시간 지연을 주요 통신 매개변수 변화에 따라 폐형식(closed-form)으로 표현했으며, 이를 통해 기존에 다루기 어려웠던 통신 지연 문제를 체계적으로 분석할 수 있는 기반을 마련했다.

기존 ‘ROS 1’이 Transmission Control Protocol(이하 ‘TCP’) 기반 통신을 사용했던 반면, 2017년 발표된 ‘ROS 2’는 DDS를 미들웨어로 채택하며 User Datagram Protocol(이하 ‘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.

CSI lab은 DDS 구조가 통신 시간 지연에 미치는 영향을 정량적으로 평가하기 위해 패킷 전달률(packet delivery ratio), 데이터 주기(data period), 하트비트 주기(heartbeat period) 등 주요 통신 파라미터를 고려한 시간 지연 모델을 제안했다. CSI lab이 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. 연구결과는 5월 런던에서 개최 예정인, 관련 분야 최우수 국제학회 "IEEE INFOCOM 2025"에서 발표할 예정이다.

[제안된 지연시간 모델 함수와 실제 측정된 지연시간 비교 그래프]