[ROS2 심화] Day 4: 멀티 로봇 시스템 - 도메인 격리와 Fleet 관리

서론: 로봇 한 대보다 열 대가 어렵다

로봇이 여러 대가 되면 토픽 충돌, 통신 트래픽, 중앙 조정 로직이 문제가 된다. ROS2는 네임스페이스와 DDS 도메인으로 멀티 로봇을 격리하고, 브리지로 필요한 정보만 교환하는 구조를 지원한다.

1. 네임스페이스 기반 격리

가장 단순한 방법이다. 로봇마다 네임스페이스를 부여해 토픽 이름이 충돌하지 않게 한다.

robot_1/cmd_vel
robot_1/odom
robot_1/scan

robot_2/cmd_vel
robot_2/odom
robot_2/scan

# launch 파일에서 네임스페이스 지정
from launch_ros.actions import Node, PushRosNamespace
from launch.actions import GroupAction

def generate_launch_description():
    robot_1 = GroupAction([
        PushRosNamespace('robot_1'),
        Node(package='my_robot', executable='base_node'),
        Node(package='my_robot', executable='sensor_node'),
    ])

    robot_2 = GroupAction([
        PushRosNamespace('robot_2'),
        Node(package='my_robot', executable='base_node'),
        Node(package='my_robot', executable='sensor_node'),
    ])

    return LaunchDescription([robot_1, robot_2])

# 네임스페이스 인수로 런타임 설정
ros2 run my_robot base_node \
  --ros-args -r __ns:=/robot_3

2. DDS 도메인 격리

네임스페이스는 같은 DDS 도메인에 있어 트래픽이 공유된다. 도메인 ID를 다르게 하면 네트워크 레벨에서 완전히 분리된다.

# 로봇 1: 도메인 0
ROS_DOMAIN_ID=0 ros2 run my_robot base_node

# 로봇 2: 도메인 1 (완전 격리)
ROS_DOMAIN_ID=1 ros2 run my_robot base_node

# 도메인 간 통신: ros2 bridge 필요

도메인 0 (robot_1)          도메인 1 (robot_2)
  ├─ base_node      Domain Bridge      ├─ base_node
  └─ sensor_node  ←──────────────→    └─ sensor_node

브리지는 필요한 토픽만 선택적으로 중계

3. 도메인 브리지 설정

# domain_bridge_config.yaml
bridges:
  # robot_1(도메인 0)의 위치를 fleet_manager(도메인 100)로 전달
  - topic: /robot_1/odom
    type: nav_msgs/msg/Odometry
    from_domain: 0
    to_domain: 100

  # fleet_manager의 명령을 robot_1으로 전달
  - topic: /robot_1/cmd_vel
    type: geometry_msgs/msg/Twist
    from_domain: 100
    to_domain: 0

ros2 run domain_bridge domain_bridge \
  --config domain_bridge_config.yaml

4. Fleet 관리 아키텍처

중앙 집중형:
  Fleet Manager (도메인 100)
    ├─ robot_1 브리지 (도메인 0)
    ├─ robot_2 브리지 (도메인 1)
    └─ robot_3 브리지 (도메인 2)

  장점: 전역 최적화, 충돌 방지 쉬움
  단점: Fleet Manager 단일 장애점

분산형:
  robot_1 ──→ 주변 로봇에 직접 브로드캐스트
  robot_2 ──→ 주변 로봇에 직접 브로드캐스트

  장점: 중앙 장애점 없음
  단점: 전역 최적화 어려움

5. Fleet Manager 노드 예시

class FleetManager(Node):
    def __init__(self, robot_ids: list):
        super().__init__('fleet_manager')
        self.robot_ids = robot_ids
        self.robot_states = {}

        for rid in robot_ids:
            # 각 로봇의 위치 구독
            self.create_subscription(
                Odometry,
                f'/{rid}/odom',
                lambda msg, r=rid: self.update_state(r, msg),
                10
            )
            # 각 로봇에 명령 퍼블리시
            self.cmd_pubs[rid] = self.create_publisher(
                Twist, f'/{rid}/cmd_vel', 10)

        # 임무 액션 서버
        self._action_server = ActionServer(
            self, AssignTask, 'assign_task',
            self.execute_task_callback)

    def execute_task_callback(self, goal_handle):
        """로봇을 목적지에 배정하는 임무 할당"""
        target = goal_handle.request.target_pose
        # 가장 가까운 유휴 로봇 선택
        robot_id = self.find_nearest_idle_robot(target)
        self.dispatch_to(robot_id, target)
        goal_handle.succeed()

6. 충돌 방지: 공유 Costmap

여러 로봇이 같은 공간에서 움직일 때 서로를 장애물로 인식해야 한다.

# nav2_params.yaml (robot_1)
global_costmap:
  global_costmap:
    ros__parameters:
      plugins: ["static_layer", "obstacle_layer",
                "other_robots_layer", "inflation_layer"]

      other_robots_layer:
        plugin: "nav2_costmap_2d/ObstacleLayer"
        observation_sources: robot_2_footprint robot_3_footprint
        robot_2_footprint:
          topic: /robot_2/footprint
          marking: true
          clearing: true

7. 시뮬레이션에서 멀티 로봇 테스트

# multi_robot.launch.py
def generate_launch_description():
    robots = [
        {'name': 'robot_1', 'x': 0.0, 'y': 0.0},
        {'name': 'robot_2', 'x': 2.0, 'y': 0.0},
        {'name': 'robot_3', 'x': 4.0, 'y': 0.0},
    ]

    nodes = []
    for robot in robots:
        nodes.append(
            Node(
                package='ros_gz_sim',
                executable='create',
                arguments=[
                    '-file', urdf_path,
                    '-name', robot['name'],
                    '-x', str(robot['x']),
                    '-y', str(robot['y']),
                ],
            )
        )
        nodes.append(
            Node(
                package='nav2_bringup',
                executable='bringup_launch.py',
                namespace=robot['name'],
            )
        )

    return LaunchDescription(nodes)

8. Day 4 체크리스트

1. 네임스페이스(__ns)로 멀티 로봇 토픽 충돌을 방지했다.
2. ROS_DOMAIN_ID로 로봇별 DDS 도메인을 분리했다.
3. domain_bridge로 도메인 간 필요한 토픽만 선택적으로 브리지했다.
4. Fleet Manager 노드에서 로봇 상태를 수집하고 임무를 할당했다.
5. 다른 로봇의 위치를 Costmap 장애물 소스로 추가해 충돌을 방지했다.

다음 글 예고

Day 5에서는 ROS2 성능 분석을 다룬다. ros2_tracing으로 콜백 레이턴시를 추적하고, 병목을 찾아 Executor와 QoS를 튜닝하는 방법을 정리한다.