제4장
WIA-COMM-005 Phase 1은 위성 인터넷 시스템을 주고받는 데이터의 형식, 곧 "와이어 포맷 계약"을 정의합니다. 대상은 LEO 별자리(Starlink, OneWeb, Kuiper 등), MEO 시스템, 전통적인 GEO 위성입니다. 이 단계에서 정한 봉투(envelope)는 Phase 2에서 HTTPS 엔드포인트로 노출됩니다. Phase 3에서는 신뢰 경계를 넘나드는 프로토콜 교환에 실리고, Phase 4에서 더 넓은 생태계와 통합됩니다. 따라서 이 장의 내용은 이후 모든 단계가 기대는 바닥입니다.
표준이 다루는 범위는 다음과 같습니다.
이 표준은 弘益人間(홍익인간) 정신에 따라 원격지, 농촌, 해상, 항공 환경까지 보편적 인터넷 접근을 제공해 디지털 격차를 줄이는 것을 목표로 삼습니다. 이후 절을 읽는 데 필요한 용어는 아래와 같습니다.
| 용어 | 의미 |
|---|---|
| LEO | 저궤도(Low Earth Orbit). 고도 500~2000 km |
| MEO | 중궤도(Medium Earth Orbit). 2000~35,786 km |
| GEO | 정지궤도(Geostationary Earth Orbit). 고도 35,786 km |
| ISL | 위성 간 링크(Inter-Satellite Link). 광 또는 RF |
| EIRP | 등가 등방 복사 전력 |
| G/T | 이득 대 잡음 온도 비 |
| Ku / Ka / V 대역 | 각각 12~18 GHz, 26.5~40 GHz, 40~75 GHz |
| 페이드 마진(fade margin) | 수신기 감도 위에 확보한 링크 버짓 여유 |
| 위상배열(phased array) | 기계적 움직임 없이 전자적으로 빔을 조향하는 안테나 |
Phase 1의 데이터 형식은 궤도와 링크의 물리적 사실을 그대로 담도록 설계되었습니다. 이 절에서는 별자리 서술자의 바탕이 되는 궤도 구조와, 별자리를 하나의 네트워크로 묶는 위성 간 링크를 차례로 살펴봅니다.
LEO 별자리는 500~2000 km 고도에서 저지연 전 지구 커버리지를 제공합니다. 명세가 제시하는 전형적인 구성은 고도 550 km(Starlink), 600 km(OneWeb), 590 km(Kuiper)이고, 궤도 경사각은 커버리지 패턴에 따라 53°, 70°, 87° 등을 씁니다. 궤도면은 20~80개, 면당 위성은 20~80기이며, 전체 위성 수는 300기에서 4만 기 이상까지 폭이 넓습니다. 궤도 주기는 약 90~100분입니다.
경사각은 커버리지 성격을 결정합니다. 87~90°의 극궤도는 극지방을 포함한 지구 전역을 덮어 과학, 군사, 긴급 용도에 쓰입니다. 53~70°의 중위도 구성은 인구 밀집 지역에 최적화되어 상업 광대역에 쓰입니다.
위성은 궤도면 전체에 균등하게 배치해 끊김 없는 커버리지를 확보합니다. 명세의 위상 관계식은 다음과 같습니다.
Phase Angle = 360° × (plane_number / total_planes)
Satellite Spacing = 360° / satellites_per_plane명세의 예시인 Starlink Phase 1은 72개 궤도면에 면당 22기, 총 1,584기이고 궤도면 사이의 위상각은 5°입니다. 72개 궤도면으로 360°를 나누면 5°가 되므로 식과 일치합니다.
사용자가 위성을 볼 수 있는지는 최소 앙각(minimum elevation angle)이 결정합니다. 명세는 가시성 관계를 다음과 같이 적습니다.
cos(θ) = R_e / (R_e + h)
r = R_e × arccos[R_e × cos(θ) / (R_e + h)]여기서 θ는 최소 앙각(통상 25~40°), R_e는 지구 반지름(6,371 km), h는 위성 고도입니다. 두 번째 식은 최소 앙각에서의 커버리지 반경입니다. 이 값이 서술자의 expected_minimum_elevation_deg 필드로 들어갑니다.
MEO와 GEO는 궤도 특성이 크게 다릅니다.
| 구분 | 고도 | 주기 | 위성 수 | 왕복 지연 |
|---|---|---|---|---|
| MEO | 8,000~20,000 km | 6~12시간 | 10~50기 | 100~150 ms |
| GEO | 35,786 km | 23시간 56분 | 전 지구 커버에 3~5기 | 500~600 ms |
MEO는 GPS, Galileo, BeiDou 같은 항법, 지역 광대역, LEO 백업에 쓰입니다. GEO는 TV 방송과 DTH, 기존 방식의 해상·항공 통신, 기상 관측, 긴급 백업에 쓰입니다. 현대 시스템은 이 세 궤도를 섞어서 씁니다. LEO가 저지연 사용자 접속을, MEO가 지역 커버리지 보완을, GEO가 방송과 백업을 맡습니다.
ISL은 위성끼리 직접 데이터를 주고받게 해 지상국 의존도를 낮춥니다. 광 ISL은 1550 nm 파장을 쓰고 링크당 1~100 Gbps, 최대 5,000 km 범위, 10 마이크로라디안 미만의 빔 발산각을 갖습니다. RF 대비 10~100배의 대역폭을 내고, 주파수 면허가 필요 없으며, 간섭이 적고, 도청이 어렵다는 장점이 있습니다. RF ISL은 Ka(23~27 GHz), V(60 GHz), E(71~76 GHz) 대역을 쓰며, Ka는 100 Mbps~1 Gbps, V는 1~10 Gbps 수준입니다.
링크 버짓은 다음 식으로 계산합니다.
P_rx = P_tx + G_tx + G_rx - L_space - L_pointP_rx는 수신 전력(dBm), P_tx는 송신 전력(dBm), G_tx와 G_rx는 안테나 이득(dBi), L_space는 자유공간 손실, L_point는 지향(pointing) 손실입니다.
ISL이 갖춰지면 메시 토폴로지가 가능해집니다. 지상국에 덜 의존하고, 우주 구간에서 라우팅하므로 지연이 줄고, 복원력이 커지며, 지상 인프라 없이도 전 지구 커버리지를 얻습니다. 라우팅에는 OSPF 기반 방식, 별자리 간 라우팅용 BGP, 심우주용 DTN(Delay-Tolerant Networking)이 거론됩니다.
궤도 계층(tier)은 시장에서 서비스 성격을 가르는 기준이기도 합니다. 위 표의 왕복 지연 차이가 곧 제품 차이로 이어집니다. 지연에 민감한 상호작용형 광대역은 LEO가 맡고, 방송과 백업은 GEO가 맡으며, MEO는 두 영역 사이에서 지역 커버리지를 채웁니다. 명세는 하이브리드 구성을 현대 시스템의 일반적 형태로 봅니다.
운영 사업자의 성능을 비교하는 기준도 표준에 들어 있습니다. 표준을 준수하는 사업자는 분기마다 다음 지표를 공개합니다.
이 벤치마크는 고객의 사업자 선택과 규제 보고서에 쓰입니다. 같은 형식으로 공개되므로 사업자 간 비교가 가능합니다.
명세는 운영 사업자에게서 반복해 나타나는 배치 패턴 세 가지를 소개합니다.
| 패턴 | 환경 | 주된 용도 | 지배적 고려사항 |
|---|---|---|---|
| A. 고밀도 도심 | 옥상의 고앙각 단말, 촘촘한 지상국 망 | 지상 광케이블 장애 시 백업 연결 | 위성당 용량은 거의 제약이 아니며 지연 최적화가 중심 |
| B. 농촌 광대역 | 가정의 저밀도 단말, 성긴 지상국 망 | 광케이블이 없는 지역의 주 연결 | 위성당 용량이 제약. 별자리 규모 결정이 가입자당 대역폭으로 직결 |
| C. 이동성(해상·항공·RV) | 별자리 속을 이동하는 단말 | 이동 중 연결 유지 | 핸드오버 빈도. 핸드오버 프로토콜이 단말 이동을 따라가야 함 |
패턴 A에서는 표준의 지연 최적화 엔드포인트가 경로 선택에 정보를 줍니다. 패턴 C의 핸드오버 예산은 사업자별로 문서화합니다. 또 한 가지 짚어둘 점은, 실제 별자리가 궤도 셸(shell)마다 서술자를 하나씩 발행한다는 사실입니다. 어떤 지점의 종단 간 커버리지는 소비자가 여러 셸의 서술자를 합산해 계산합니다.
준수의 출발점은 모든 Phase 1 봉투가 지키는 공통 규약입니다. 이 규약은 WIA 계열 표준의 공통 기준선을 따릅니다.
모든 위성 인터넷 봉투는 UTF-8 JSON을 쓰고, RFC 8785로 정규화하며, Ed25519로 서명하고, ULID로 식별합니다. 궤도 요소는 레거시 호환을 위해 TLE(Two-Line Element) 형식을 참조하고, 고정밀 전파(propagation)에는 CCSDS 502.0-B의 OEM(Orbital Ephemeris Message)을 씁니다.
별자리 서술자(constellation_descriptor)의 실제 예는 다음과 같습니다. 셸 하나를 서술한 것입니다.
{
"wia_satinternet_version": "1.0.0",
"type": "constellation_descriptor",
"constellation_id": "starlink-shell-1",
"tier": "leo",
"satellite_count": 1584,
"altitude_km": 550,
"inclination_deg": 53.0,
"expected_minimum_elevation_deg": 25.0,
"isl_capable": true,
"first_launch_at": "2019-11-11T12:56:00Z",
"operator_id": "did:wia:satinternet:operator-A",
"signature": { "alg": "Ed25519", "value": "..." }
}tier는 leo, meo, geo 중 하나입니다. 앞 절의 궤도 변수가 각각 altitude_km, inclination_deg, expected_minimum_elevation_deg에 대응합니다.
ISL 링크 버짓 봉투(isl_link_budget)는 앞서 본 링크 버짓 식의 항목을 필드로 옮긴 것입니다.
{
"type": "isl_link_budget",
"link_id": "isl_01HX...",
"satellites": ["sat-A", "sat-B"],
"carrier": "1550nm-laser",
"transmit_power_dbm": 35,
"receiver_sensitivity_dbm": -40,
"free_space_loss_db": 75,
"atmospheric_loss_db": 0,
"fade_margin_db": 8,
"link_quality_db": 12,
"rate_gbps": 100,
"valid_until": "RFC 3339"
}활성 링크의 봉투는 1분 주기로 갱신됩니다. 운영 대시보드는 이를 구독해 페이드 이벤트를 감지합니다. 링크 끝점과 파장, 링크 속도(레이저 ISL은 통상 100 Gbps), 링크 품질 추정치는 위성 운영자가 서명합니다. 하류 소비자는 이 서명으로 어느 별자리가 링크를 만들었는지 검증합니다.
지상국 봉투에는 국 식별 정보, 지리적 위치, 지원 주파수 대역, 운영 상태가 들어갑니다. 사용자 단말 봉투에는 단말 식별 정보, 소유자, 지원 주파수 대역, 성능 모니터링용 최근 링크 지표가 들어갑니다.
법적 요건에 대한 대응도 표준에 들어 있습니다. 합법적 감청이 요구되는 관할권(미국 CALEA, EU의 ETSI ES 201 671, 한국 통신비밀보호법)은 디스커버리 문서에 그 요구를 선언합니다. 해당 관할권의 세션은 시작 시점에 고지 봉투를 발행합니다. 실제 감청은 별도의 서명된 채널로 이루어지고, 이 채널의 모든 접근은 감사 로그에 남습니다.
이 Phase가 참조하는 외부 표준은 다음과 같습니다.
명세가 권하는 첫 구현의 순서는 다음과 같습니다.
wia/satellite-internet-host:1.0.0)를 띄웁니다. 이 컨테이너는 모든 Phase 2 엔드포인트를 모의 데이터와 함께 제공합니다.명세는 이 런북을 따른 첫 배포가 약 90일 안에 운영에 도달한다고 봅니다. 그 기간에 감사와 규정 준수 작업이 집중되는데, 위성 인터넷이 모든 주권 경계를 넘고 모든 종류의 트래픽을 나르기 때문입니다. 이후 다른 관할권으로 확장할 때는 같은 체계를 두고 관할권별 정책 오버레이만 덧씌웁니다.
같은 호스트가 여러 WIA 표준을 함께 돌릴 때는 신원, 서명, 감사 체계를 공유할 수 있습니다. 자격 증명 저장은 WIA-OMNI-API, 런타임 신뢰 목록은 WIA-AIR-SHIELD, 연합 핸드셰이크는 WIA-SOCIAL Phase 3 §5, 워크로드 의도 선언은 WIA-INTENT와 조합합니다. 개인정보를 처리하는 경우에는 봉인 데이터 봉투용으로 WIA Secure Enclave도 조합합니다.
하위 호환성에 관한 약속도 구현 계획에 영향을 줍니다. 1.x 계열에서는 기존 봉투 형태, Phase 2 엔드포인트, Phase 3 프로토콜 교환이 계속 도달 가능해야 하며 문서화된 상태 코드와 콘텐츠 형태를 지켜야 합니다. 호스트는 선택 필드와 새 봉투를 추가할 수 있지만 기존 것을 제거해서는 안 됩니다. 파괴적 변경은 메이저 버전 상승으로만 가능하고, RFC 8594와 9745에 따른 12개월의 폐기 유예 기간을 두며, 위원회 3분의 2 찬성이 필요합니다. 구현자는 파서가 모르는 필드를 만나도 실패하지 않도록 만들어야 합니다.
검증 도구는 명세가 함께 제공합니다. 용어집은 https://wiastandards.com/satellite-internet/glossary/, 적합성 테스트 스위트는 https://github.com/WIA-Official/wia-satellite-internet-conformance에 있습니다. 샘플 봉투 생성기인 cli/satellite-internet.sh는 jq와 POSIX 셸만 있으면 동작합니다.
명세 본문에서 앞으로의 방향을 읽을 수 있는 대목은 크게 셋입니다. 첫째, ISL 메시의 비중이 커질 수 있습니다. 광 ISL은 대역폭, 면허 부담, 보안에서 RF에 비해 유리하다고 서술되고, 우주 구간 라우팅은 지상국 의존도를 줄입니다. 이를 반영해 별자리 서술자는 isl_capable 필드로 ISL 능력을 표시하고, 링크 버짓 봉투는 레이저 반송파와 속도를 기록합니다. 둘째, 지상 네트워크와의 접점이 넓어집니다. 참조 목록의 3GPP NTN 규격이 그 방향을 가리킵니다. 셋째, 규제와 환경 요구가 더 무거워집니다. 우주 쓰레기 저감(ISO 24113)과 관할권별 합법적 감청 요건이 이미 범위에 들어 있습니다.
이런 변화가 와도 1.x 계열의 약속(필드 추가는 허용하고 제거는 금지)이 있으므로, 오늘 만든 Phase 1 봉투는 새 요소가 더해져도 계속 읽힙니다.
이 장은 위성 인터넷의 물리적 구조가 데이터 형식으로 옮겨지는 과정을 따라왔습니다. 정리하면 다음과 같습니다.
Phase 1은 무엇을 어떤 모양으로 주고받을지를 정했습니다. 다음 장에서는 같은 봉투를 HTTPS로 노출하는 Phase 2의 API 계층으로 넘어가, 이 장에서 정의한 별자리 서술자, ISL 링크 버짓, 지상국·단말 레코드를 엔드포인트가 어떻게 조회하고 갱신하는지 살펴봅니다.