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장애물·이동성을 고려한 Wi-Fi Mesh와 LTE 통신 특성 비교 #3 (NS-3 기반)

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작성자최고관리자 댓글댓글 0건 조회조회 10회 작성일 26-02-09 12:32

본문

1. 이번 리포트의 관점

본 Tech Note는 Wi-Fi Mesh, 4G, 5G 통신 기술을 동일 조건에서 노드 수 증가와 트래픽 크기 증가가 통신 성능에 미치는 영향을 NS-3 시뮬레이션 결과를 기준으로 정리한다.

본 리포트는 다음 관점을 전제로 한다.

  • 본 문서는 확장 상황에서 성능이 어떻게 무너지는지에 초점을 둔다.
  • 다중로봇 관제 환경을 가정한 현실적인 증가 시나리오를 기준으로 해석한다.

2. 시뮬레이션 구성 및 비교 조건

본 분석은 동일한 시뮬레이션 환경에서 다음 두 가지 변수를 단계적으로 변화시키는 방식으로 수행되었다.

공통 시뮬레이션 조건은 이전과 같다.

  • 공간 구조: 400 × 400 × 30 m
  • 장애물 구성: 건물 7개 (고정 구조물)
  • 노드 수: 5 / 10 / 15
  • 페이로드 크기: 10 KB / 50 KB / 1 MB
  • 이동 모델: Gauss-Markov 3D Mobility
  • 시뮬레이션 시간: 30초
  • 트래픽 유형: TCP / UDP 혼합
  • 성능 지표:
    • Packet Delivery Ratio (PDR)
    • Throughput
    • End-to-End Delay
    • Jitter

총 108개 시나리오를 구성하여 평균값과 분포를 분석했다.


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3. 노드 수 증가에 따른 확장성 특성

노드 수를 5에서 15까지 증가시켰을 때, 통신 기술별 확장성 특성은 뚜렷하게 구분되었다.

Wi-Fi Mesh 환경에서는 다음과 같은 변화가 관찰되었다.

  • 노드 수 증가에 따라 PDR 감소 폭이 큼
  • 세 기술 중 지연 증가량이 가장 큼
  • 다중 홉 경로 증가로 인해 경로 충돌 및 재설정 비용이 누적

이는 Mesh 구조가 노드 수 증가 시 네트워크 관리·제어 설계의 영향을 직접적으로 받는 구조임을 보여준다.


4G LTE 환경에서는 다음과 같은 경향이 나타났다.

  • 노드 수 증가에 따라 PDR과 지연이 완만하게 저하
  • 성능 저하 곡선이 비교적 예측 가능한 형태
  • 특정 지점에서 급격히 붕괴되는 현상은 제한적

이는 LTE 구조가 확장 시에도 안정적인 품질 하락 패턴을 유지하는 특성을 가짐을 의미한다.


5G NR 환경에서는 다른 양상이 관찰되었다.

  • 노드 수 증가에도 PDR이 오히려 상승
  • 지연 증가 폭이 매우 작음
  • 다중 노드 환경에서도 전반적인 품질 안정성 유지

이는 다중로봇 환경에서 Cellular 계열 구조가 확장 안정성을 구조적으로 확보하고 있음을 시사한다.

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4. 노드 수 증가에 따른 확장성 특성

페이로드 크기를 10 KB에서 1 MB까지 증가시켰을 때, 통신 기술별 반응은 더욱 명확하게 갈렸다.

Wi-Fi Mesh 환경에서는 다음 특성이 관찰되었다.

  • 트래픽 크기 증가에 따라 PDR 감소 폭이 큼
  • 지연이 급격히 증가
  • 대용량 데이터 전송에 취약

이는 Mesh 구조가 대용량 데이터가 지속적으로 유입될 경우 관제 품질을 유지하기 어려운 구조임을 보여준다.


4G LTE 환경에서는 다음과 같은 경향이 나타났다.

  • 트래픽 크기 증가에도 PDR은 소폭 개선 또는 유지
  • 지연은 증가하나 관리 가능한 수준
  • 급격한 성능 붕괴는 발생하지 않음

이는 LTE가 대용량 트래픽에 대해 완충 역할을 수행할 수 있는 구조임을 의미한다.


5G NR 환경에서는 가장 안정적인 특성이 나타났다.

  • 트래픽 크기 증가에 따라 Throughput 증가
  • 지연 변화는 거의 없음
  • 대용량 데이터 처리에 가장 적합한 특성

이는 5G가 대용량 데이터 환경에서도 제어 데이터의 안정성을 유지할 수 있는 구조임을 보여준다.

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5. 결론

위 결과를 관제 시스템 관점에서 해석하면 다음과 같다.

  • Wi-Fi Mesh는 → 소규모·경량 트래픽 환경에 적합하나, 확장 시 관리·제어 로직이 필수
  • Cellular 계열(4G/5G)은 → 노드 수 및 트래픽 증가 상황에서도 구조적으로 안정성 확보 가능

즉, 확장성 문제는 통신 기술 자체보다 관제 구조와 데이터 분리 전략의 문제로 이어진다.

 

NSLab Tech Note

본 기술 리포트는 실제 연구·현장 검토 과정에서의 기술 자료로,
특정 제품이나 솔루션의 성능을 보장하거나 홍보하기 위한 목적은 아니다.