[Physical AI W1D2] 3/6 — ROS 2 통신의 4가지 길: 노드·토픽·서비스·액션

[Physical AI W1D2 · 3/6]

로봇 소프트웨어는 하나의 거대 프로그램이 아니다. 카메라·인식·계획·제어가 각각 독립 노드로 돌며 데이터를 주고받는다. ROS 2의 네 가지 통신 방식 — 노드·토픽·서비스·액션을 "왜, 언제 쓰는가"로 잡는다.

이 글에서 잡는 개념

• 로봇 SW를 왜 여러 노드로 쪼개나
• 토픽(계속 흐르는 데이터) vs 서비스(요청/응답) vs 액션(오래 걸리는 목표 작업)
• 네 방식의 차이와 선택 기준
• 실제 이동 로봇·로봇 팔에서 어떻게 조합되나

(이 글은 Week1 Day2 ROS 2 블록의 시작입니다. 1·2편의 리눅스 기초 위에서 진행합니다. 4편부터 이 개념들을 직접 코드로 구현합니다.)

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들어가며 — 로봇은 하나의 프로그램이 아니다

ROS 2 기반 로봇 시스템은 하나의 거대한 프로그램으로 만들어지지 않습니다. 카메라 데이터를 읽는 프로그램, LiDAR를 처리하는 프로그램, 위치를 계산하는 프로그램, 경로를 계획하는 프로그램, 모터를 제어하는 프로그램이 각각 독립적으로 실행됩니다.

왜 이렇게 쪼갤까요? 모든 기능을 한 프로그램에 넣으면 관리가 어렵고, 하나가 죽으면 전체가 멈춥니다. 기능을 나누면 필요한 부분만 고치거나 재사용할 수 있고, 한 노드가 문제여도 나머지는 살아 있습니다(장애 격리).

ROS 2는 이렇게 나뉜 프로그램들이 서로 데이터를 주고받도록 노드·토픽·서비스·액션이라는 통신 구조를 제공합니다.

카메라 노드 ──(이미지 토픽)──▶ 객체 인식 노드 ──▶ 경로 계획 노드 ──(속도 명령)──▶ 제어 노드

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1. 통신 4종 한눈에

통신 방식	구조	사용 상황
노드	기능 단위 실행 프로그램	센서 처리·제어·인식·계획 등 개별 기능
토픽	Publisher → Subscriber	센서 데이터·로봇 상태·속도 명령처럼 계속 흐르는 데이터
서비스	Client → Server → Response	설정 변경·계산 요청·상태 조회처럼 즉시 응답이 필요한 작업
액션	Client → Server → Feedback/Result	목표 지점 이동·로봇 팔 동작처럼 오래 걸리는 작업

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2. 노드 — 기능 하나의 실행 단위

노드(Node) 는 ROS 2에서 하나의 기능을 수행하는 기본 실행 단위입니다. 다음처럼 각 기능이 노드가 됩니다.

노드 예시	역할
camera_node	카메라 이미지 수집
lidar_node	LiDAR 거리 데이터 수집
object_detector_node	객체 탐지
navigation_node	이동 경로 계획
motor_controller_node	모터 제어

노드는 독립적으로 실행되지만 토픽·서비스·액션을 통해 서로 연결됩니다. 그래서 ROS 2 시스템을 볼 때 가장 먼저 묻는 질문은 "지금 어떤 노드들이 실행 중인가?" 입니다(→ 4편에서 ros2 node list로 확인).

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3. 토픽 — 계속 흐르는 데이터 (Publisher/Subscriber)

토픽(Topic) 은 ROS 2에서 가장 많이 쓰는 통신 방식으로, 데이터를 지속적으로 흘려보내는 채널입니다.

Publisher Node ──▶ Topic ──▶ Subscriber Node

핵심은 Publisher와 Subscriber가 서로 직접 연결되어 있지 않다는 점입니다. 둘은 같은 토픽 이름 + 같은 메시지 타입을 기준으로 느슨하게 연결됩니다. 예를 들어 카메라 노드는 /camera/image 토픽으로 이미지를 발행하고, 인식 노드는 같은 토픽을 구독해 처리합니다. 발행자가 누구인지 구독자는 몰라도 됩니다.

데이터	토픽을 쓰는 이유
카메라 이미지	프레임이 계속 들어옴
LiDAR 스캔	실시간 거리 데이터 반복
로봇 위치	현재 위치가 계속 갱신
속도 명령	이동 명령을 지속 전달

💡 Day1에서 만든 /clock(시뮬레이션 시간)도 토픽이었습니다 — 계속 갱신되는 값이라 토픽이 적합했죠.

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4. 서비스 — 요청하면 바로 응답 (Client/Server)

서비스(Service) 는 요청과 응답 구조입니다. 토픽이 계속 흘려보내는 방식이라면, 서비스는 필요한 순간 요청하고 응답을 받는 방식입니다.

Service Client ──(Request)──▶ Service Server ──(Response)──▶ Service Client

사용 예시	설명
로봇 상태 조회	배터리·모드 조회
좌표 변환 요청	특정 좌표 계산
설정 변경	센서 파라미터 변경
로봇 초기화	위치 초기화 요청
간단한 계산	두 수 더하기 등

서비스는 응답이 즉시 필요한 작업에 씁니다. 다만 작업이 오래 걸리면 서비스보다 액션이 적절합니다.

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5. 액션 — 오래 걸리는 목표 작업 (Goal/Feedback/Result)

액션(Action) 은 시간이 오래 걸리는 작업을 위한 통신입니다. 서비스는 응답이 올 때까지 기다리는 구조라, 몇 초~몇 분 걸리는 작업엔 부적합합니다(중간 진행 상황도 모르고 취소도 어렵습니다).

Action Client ──(Goal)──▶ Action Server
              ◀─(Feedback)── (작업 중 진행 상황 반복)
              ◀─(Result)──   (완료 후 최종 결과)

기능	설명
Goal	수행할 목표 전달
Feedback	작업 중간 진행 상황 전달
Result	작업 완료 결과 반환
Cancel	진행 중인 작업 취소

사용 예시	이유
목표 지점까지 이동	오래 걸리고 중간 위치 피드백 필요
로봇 팔 경로 실행	진행률·완료 여부 필요
물체 집기	접근→파지→이동→배치 단계
탐색 작업	장시간 수행·취소 필요

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6. 네 방식, 어떻게 고르나

구분	통신 방식	특징	대표 사용 예
노드	실행 단위	하나의 기능 담당	카메라·제어·경로 계획 노드
토픽	비동기 발행/구독	지속적 데이터 흐름	센서 데이터·속도 명령·로봇 상태
서비스	요청/응답	짧은 작업·즉시 응답	상태 조회·설정 변경·계산
액션	목표/피드백/결과	오래 걸림·취소 가능	목표 이동·로봇 팔 동작·탐색

선택은 질문 하나로 정리됩니다.

계속 흘러가는 데이터인가?        → 토픽
요청하면 바로 응답받는 작업인가?  → 서비스
시간이 오래 걸리고 진행 상황이 필요한가? → 액션
기능을 실행하는 독립 프로그램인가? → 노드

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7. 실제 로봇에서 어떻게 조합되나

이동 로봇 예시

기능	ROS 2 구조
LiDAR 데이터 수집	LiDAR 노드가 /scan 토픽 발행
카메라 이미지	Camera 노드가 /image_raw 토픽 발행
현재 위치 추정	Localization 노드가 /odom·/tf 발행
목표 지점 이동	Navigation 액션 서버가 goal 수신
속도 명령	Controller 노드가 /cmd_vel 토픽 구독
맵 저장 요청	Map Server 서비스 호출

로봇 팔 예시

기능	ROS 2 구조
관절 상태	Joint State Publisher가 /joint_states 발행(토픽)
목표 자세	MoveIt 액션 서버에 goal 전송
그리퍼 열기/닫기	서비스 또는 액션
물체 인식	Vision 노드가 객체 위치 토픽 발행

→ 하나의 로봇은 토픽·서비스·액션을 동시에 씁니다. 어떤 데이터냐에 따라 길을 골라 쓰는 거죠.

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3편 정리

• 로봇 SW는 여러 노드로 쪼개 통신으로 연결 — 관리·장애격리·재사용에 유리.
• 토픽 = 계속 흐르는 데이터(Pub/Sub, 느슨한 연결) / 서비스 = 즉시 요청·응답 / 액션 = 오래 걸리는 목표 작업(Goal·Feedback·Result·Cancel).
• 고르는 기준: "흐르는 데이터→토픽 / 즉답→서비스 / 장시간→액션".
• 실제 로봇은 셋을 동시에 조합한다.

다음 편 예고

4편부터 직접 구현합니다. 환경을 준비하고(ros2 pkg create), 토픽 Publisher/Subscriber를 Python(rclpy)으로 작성해 colcon build로 빌드하고 ros2 run으로 실행합니다. 개념이 코드로 살아나는 단계입니다.

📚 Week1 Day2 전체 목차 (총 6편)

• 1/6 리눅스 기초 — 쉘·파일시스템·핵심 명령어
• 2/6 리눅스 실전 8 시나리오
• 3/6 ROS 2 통신 4종 개념 — 노드·토픽·서비스·액션 — 이번 글
• 4/6 ROS 2 토픽 Pub/Sub 직접 만들기
• 5/6 ROS 2 서비스·액션 구현
• 6/6 ROS 2 패키지 빌드 — Python·C++·colcon