제5장

Phase 2: 구현

개요

Phase 2는 Phase 1에서 정한 봉투(envelope) 형식을 HTTPS 엔드포인트로 노출하는 단계입니다. 통합 개발자가 실제로 코드를 작성하는 대상은 지상국과 사용자 단말의 API, 링크 버짓(link budget) 보고, 지연 시간 최적화, 그리고 공식 엔드포인트 집합입니다. 이 장은 먼저 API가 표현하는 물리 계층의 현실, 즉 게이트웨이, 단말, 전파 손실, 왕복 지연을 정리합니다. 그다음 엔드포인트와 운영 규칙을 설명합니다. 링크 버짓과 지연 수치를 알아야 API가 돌려주는 값의 의미를 읽을 수 있기 때문입니다.

기술적 기초

5.1 게이트웨이 스테이션과 텔레포트 설계

게이트웨이는 위성망과 인터넷 백본을 잇는 지상 거점입니다. 명세상의 대표 사양은 다음과 같습니다.

Antenna Diameter: 3-13 meters
Frequency: Ka-band (27.5-30 GHz uplink, 17.7-20.2 GHz downlink)
Data Rate: 10-100 Gbps per gateway
Number Needed: 10-50 gateways globally

게이트웨이는 인터넷 백본 연결, 트래픽 집선(aggregation), 네트워크 관리, 텔레메트리 및 제어를 맡습니다. 텔레포트(teleport)는 세 계층으로 구성됩니다.

RF 장비: 고출력 증폭기(HPA), 저잡음 증폭기(LNA), 주파수 변환기
베이스밴드 처리: DVB-S2X 또는 5G NR 변복조, LDPC·터보 부호 기반 오류 정정, 트래픽 셰이핑
네트워크 인터페이스: 100 Gbps 이상의 광섬유 백본, CDN 피어링, 인터넷 익스체인지 포인트(IXP) 접속

배치 원칙은 IXP 인근, 주요 데이터센터까지의 낮은 지연, 지리적 분산, 규제 친화적 관할권입니다. 운영자가 게이트웨이를 어디에 두느냐가 뒤에서 다룰 지상 구간 지연(ground processing, network routing)에 직접 영향을 줍니다.

5.2 사용자 단말과 링크 버짓

사용자 단말은 위상배열(phased-array) 안테나를 씁니다. 안테나 지름은 Starlink 30~60 cm, OneWeb 50~70 cm이고 소자는 1,000~2,000개입니다. 빔은 기계적 움직임 없이 전자적으로 조향하며, 주사 범위는 천정 기준 ±60°이고 편파는 이중 원형 또는 선형입니다. 조향각은 소자 간 위상차로 정해집니다.

θ = arcsin(λ × Δφ / 2πd)
θ: 조향각, λ: 파장, Δφ: 소자 간 위상차, d: 소자 간격

모뎀의 물리 계층은 DVB-S2X의 QPSK, 8PSK, 16APSK, 32APSK 변조와 LDPC 부호화를 사용하고, 부호율은 1/4부터 9/10까지 정의되어 있습니다. 단말의 대표 성능은 다운로드 100~500 Mbps, 업로드 20~50 Mbps, LEO 지연 20~40 ms입니다. 소비 전력은 유휴 20~50 W, 활성 50~150 W, 피크 100~200 W입니다.

다운링크 링크 버짓은 다음 식으로 표현합니다.

P_rx = EIRP_sat - L_path - L_atm - L_rain + G_rx - L_rx

항목	의미	명세 범위
EIRP_sat	위성 EIRP	50~60 dBW
L_path	자유공간 손실	165~175 dB
L_atm	대기 흡수	0.5~2 dB
L_rain	강우 감쇠	1~10 dB (주파수·기후에 따라 변동)
G_rx	단말 안테나 이득	35~40 dBi
L_rx	수신기 손실	1~2 dB

수신 전력은 -90~-110 dBm 수준이며, SNR은 수신 전력에서 열잡음 N = kTB를 뺀 값입니다. 여기서 k는 볼츠만 상수, T는 시스템 잡음 온도(100~300 K), B는 대역폭입니다. 맑은 날 SNR은 15~25 dB, 강우 시에는 5~15 dB입니다. 업링크는 단말 EIRP 35~45 dBW, 위성 안테나 이득 25~30 dBi를 기준으로 같은 구조로 계산합니다.

강우로 SNR이 떨어지면 적응 코딩·변조(ACM)가 변조 방식과 부호율을 낮춰 링크를 유지합니다.

조건	변조·부호율	처리량
Clear Sky	32APSK, 9/10	500 Mbps
Light Rain	16APSK, 3/4	300 Mbps
Heavy Rain	QPSK, 1/2	100 Mbps

시장 분석

5.3 지연 시간 비교와 최적화

사용자가 위성 인터넷을 고르는 기준은 대개 속도와 지연입니다. 궤도에 따라 지연이 크게 달라지므로 명세는 비교 기준을 함께 제시합니다.

구분	왕복 지연(RTT)
LEO	20~40 ms
MEO	100~150 ms
GEO	500~600 ms
광섬유 (1000 km)	10~15 ms

LEO의 20~40 ms는 세 부분으로 나뉩니다. 고도 550 km 기준 전파 지연은 2 × (550 km / 300,000 km/s) ≈ 3.7 ms에 불과하고, 지상 처리 5~10 ms와 네트워크 라우팅 5~15 ms가 나머지를 차지합니다. 지연의 큰 부분이 우주 구간이 아니라 지상에 있으므로 최적화 수단도 지상과 프로토콜 쪽에 걸쳐 있습니다.

위성 간 링크(ISL): 우주 메시로 트래픽을 보내 여러 번의 지상 홉을 피하며, 명세는 지연이 50~70% 줄어든다고 기술합니다.
엣지 컴퓨팅: 게이트웨이에 CDN 노드를 두고 인기 콘텐츠를 캐시해 왕복 지연을 줄입니다.
프로토콜 최적화: TCP BBR, QUIC, 맞춤형 혼잡 제어를 사용합니다.

시장 관점에서 중요한 것은 이 수치를 공개하는 방식입니다. 표준을 따르는 운영자는 분기마다 지역별 RTT 중앙값, 95번째 백분위 RTT, 단말 등급별 지속 처리량, 핸드오버 성공률, 페이드 이벤트 MTBF를 벤치마크로 공개합니다. 이 자료는 고객의 사업자 선택과 규제 보고에 쓰입니다.

산업 응용

운영 현장에서는 세 가지 배치 패턴이 반복해서 나타나며, 패턴마다 병목이 다릅니다.

패턴 A, 고밀도 도심: 옥상의 고고도각 단말과 촘촘한 지상국 망을 쓰고, 주 용도는 지상 광케이블 장애 때의 백업 연결입니다. 위성당 용량은 거의 제약이 되지 않고 지연 최적화가 지배적이며, 지연 최적화 엔드포인트가 경로 선택에 정보를 줍니다.
패턴 B, 농어촌 광대역: 가정에 저밀도로 설치된 단말과 성긴 지상국 망을 쓰며, 광케이블이 없는 지역의 주 연결 수단입니다. 위성당 용량이 병목이어서 군집 규모 결정이 곧 가입자당 대역폭으로 이어집니다.
패턴 C, 이동체(선박·항공기·RV): 단말이 군집 안을 이동하므로 핸드오버 빈도가 가장 큰 운영 과제입니다. 핸드오버 관리 프로토콜이 단말의 이동 속도를 따라가야 하며, 핸드오버 예산은 운영자별로 문서화됩니다.

표준 준수

준수 범위는 엔드포인트 동작과 법적 요구 두 갈래입니다. 1.x 계열에서는 기존 Phase 1 봉투, Phase 2 엔드포인트, Phase 3 프로토콜 교환이 계속 접근 가능해야(MUST) 하고, 문서화된 상태 코드와 콘텐츠 형식도 유지해야 합니다. 호스트는 선택 필드와 새 봉투를 추가할 수 있지만(MAY) 기존 요소를 제거해서는 안 됩니다(MUST NOT). 호환성을 깨는 변경은 메이저 버전 상승과 IETF RFC 8594, 9745에 따른 12개월 폐기 유예, 위원회 3분의 2 찬성이 필요합니다.

합법적 감청(lawful intercept)을 요구하는 관할권은 미국 CALEA, ETSI ES 201 671에 따른 EU, 한국의 통신비밀보호법 등입니다. 해당 요구는 디스커버리 문서에 선언합니다. 그런 관할권의 세션은 시작 시 고지 봉투(notice envelope)를 내보내고, 실제 감청은 모든 접근을 감사 로그에 남기는 별도의 서명된 채널로 이루어집니다. 이 Phase가 참조하는 규격은 ISO 19156, ISO 24113, CCSDS 502.0-B와 132.0-B, ITU-R Radio Regulations, IEEE 802.3df, 3GPP NTN 명세, IETF RFC 8446(TLS 1.3), RFC 8785(JSON Canonicalization)입니다.

적합성 시험 스위트(wia-satellite-internet-conformance)는 모든 엔드포인트와 프로토콜 교환을 순회하며 점검합니다. 참조 컨테이너 wia/satellite-internet-host:1.0.0은 목(mock) 데이터와 함께 모든 Phase 2 엔드포인트를 제공합니다.

구현 고려사항

5.4 엔드포인트와 운영 규칙

공식 엔드포인트는 네 개이며, 모든 엔드포인트는 /.well-known/wia-satellite-internet의 디스커버리 규약을 따릅니다.

POST /satinternet/v1/terminal/register     # register a user terminal
GET  /satinternet/v1/coverage/{lat}/{lon}  # coverage at a location
POST /satinternet/v1/handover/request      # request a handover
GET  /satinternet/v1/link/{id}/budget       # link-budget telemetry

커버리지 엔드포인트는 위치를 받아 가시 위성 목록과 예측 고도각, 예측 링크 품질, 다음 가시 구간을 돌려줍니다. 이 값은 단말 안테나 지향과 운영 대시보드의 입력입니다. 서울 좌표로 호출한 예는 다음과 같습니다.

GET /satinternet/v1/coverage/37.5665/126.9780
Accept: application/json

→ 200 OK
{
  "wia_satinternet_version": "1.0.0",
  "location_iso6709": "+37.5665+126.9780/",
  "current_visible_satellites": 22,
  "predicted_minimum_visibility_seconds": 3600,
  "predicted_minimum_link_quality_db": 18.5,
  "next_visibility_window": null
}

커버리지 봉투는 활성 서비스 지역에 대해 매분 다시 게시되며, 소비자는 60초 동안 캐시합니다. 링크 버짓 엔드포인트의 봉투는 송신 전력, 안테나 이득, 자유공간 경로 손실, 대기 손실, 강우 페이드 마진, 잡음 지수를 담습니다. 활성 링크에서는 대체로 매분 갱신되므로 운영팀이 페이드 이벤트를 감시할 수 있습니다. 지연 최적화 엔드포인트는 군집의 ISL 토폴로지를 이용해 두 지점 사이의 예측 최소 RTT를 반환하며, 특정 경로에서 위성 인터넷과 지상망 지연을 비교하는 대시보드에 쓰입니다.

운영 규칙은 다음과 같습니다.

속도 제한: 공개 읽기 엔드포인트(커버리지 예측, 운영자 정보)는 소스 IP당 기본 분당 60회, 인증이 필요한 엔드포인트(단말 제어, 핸드오버 요청)는 단말당 분당 10회입니다. 한도는 권고 사항이며 운영자마다 다르므로 실제 값은 디스커버리 문서에서 확인해야 합니다.
웹훅: 핸드오버 시퀀스나 페이드 이벤트처럼 오래 걸리는 작업은 완료 시 웹훅을 보냅니다. 페이로드는 전체 서명 봉투이며 HMAC으로 검증합니다.
재시도 안전성: Idempotency-Key 헤더로 재시도 때 중복 쓰기를 막습니다.
오류 형식: RFC 9457 Problem document를 WIA 계열 전체에서 동일하게 사용합니다.
대량 내보내기: 감사와 규제 점검을 위해 시간 구간 내 링크, 핸드오버, 충돌 경고(conjunction-warning) 기록을 한꺼번에 내려받을 수 있고, 완전성 검증용 머클 루트(Merkle root) 커밋이 붙습니다.

첫 구현은 참조 컨테이너를 띄우고 적합성 스위트를 돌린 뒤, 목 백엔드를 엔드포인트 단위로 실제 백엔드로 교체하는 순서가 일반적입니다. 이어서 감사 로그 복제를 연결하고, 신뢰하는 피어 하나로 연합을 시작해 여러 피어로 넓힌 다음, 경고 봉투 구독과 함께 운영 환경으로 올립니다. 이 순서를 따른 첫 배포는 약 90일이면 운영에 도달하며, 이후 다른 관할권으로 확장할 때는 같은 체계에 관할권별 정책 오버레이만 얹으면 됩니다.

미래 전망

이 명세는 변조·부호화 계층에서 DVB-S2X와 함께 5G NR을 언급하고, 참조 규격에 3GPP NTN 명세를 포함합니다. 위성망과 지상 이동통신망의 접점이 넓어지는 방향이 반영된 것입니다. 지연 면에서는 ISL 메시가 지상 홉을 줄이는 핵심 수단으로 제시되어 있어, ISL 토폴로지를 입력으로 하는 지연 최적화 엔드포인트의 활용 범위도 함께 커질 것입니다. 1.x 계열의 하위 호환 약속 덕분에 이런 확장은 선택 필드와 새 봉투를 추가하는 방식으로 도입됩니다.

요약

5.5 이 장의 정리와 다음 장으로의 연결

이 장은 API가 표현하는 물리적 사실에서 출발했습니다. 게이트웨이는 Ka-band로 10~100 Gbps를 처리하고, 위상배열 단말은 전자식으로 빔을 조향합니다. 링크 버짓은 위성 EIRP에서 경로·대기·강우 손실을 빼고 수신 이득을 더하는 식으로 계산하며, 강우가 심해지면 ACM이 32APSK 9/10에서 QPSK 1/2로 내려가 링크를 유지합니다. LEO의 20~40 ms 지연은 전파 지연이 아니라 지상 처리와 라우팅이 대부분이어서, ISL, 엣지 캐시, BBR·QUIC가 최적화 수단이 됩니다. 이 값들을 통합 개발자에게 전달하는 것이 단말 등록, 커버리지 조회, 핸드오버 요청, 링크 버짓 텔레메트리의 네 엔드포인트입니다. 디스커버리 문서, 속도 제한, 웹훅, RFC 9457 오류 형식이 그 운영 규칙을 이룹니다.

정리하면 Phase 1의 봉투가 와이어 포맷의 계약이고, Phase 2는 그것을 HTTPS로 드러내는 단계입니다. 웹훅의 서명 봉투와 핸드오버 시퀀스, 그리고 신뢰 경계를 넘나드는 합법적 감청 채널은 이미 한 호스트의 API만으로는 닫히지 않는 문제를 가리킵니다. 다음 장에서 다루는 Phase 3는 이 봉투들을 신뢰 경계를 가로지르는 프로토콜 교환으로 감쌉니다. 운영자 간 연합, 핸드오버 조율, 경고 전파가 그 대상입니다.