제5장

Phase 2: 구현

구현 고려사항

5.1 API 표면과 발견 규약

WIA-COMM-009의 Phase 2는 Phase 1에서 정의한 무선 전력 전송(Wireless Power Transfer, WPT) 시스템 기술 봉투(envelope)를 HTTPS와 WebSocket 인터페이스로 노출합니다. 표면은 시스템, 링크, 안전 시험, 텔레메트리, 규제의 다섯 영역으로 나뉘며 엔드포인트는 다음 일곱 가지입니다.

POST /wireless-power-transfer/v1/systems         # register WPT system
GET  /wireless-power-transfer/v1/systems/{id}    # fetch system record
POST /wireless-power-transfer/v1/links           # establish link
GET  /wireless-power-transfer/v1/links/{id}/state# current link state
POST /wireless-power-transfer/v1/safety/test     # run safety self-test
WS   /wireless-power-transfer/v1/telemetry/stream# live link telemetry
GET  /wireless-power-transfer/v1/regulatory/{id} # regulatory authorisation status

모든 엔드포인트는 /.well-known/wia-wireless-power-transfer의 발견(discovery) 규약을 따릅니다. 클라이언트는 이 경로에서 호스트가 제공하는 표면을 확인한 뒤 호출을 시작합니다. 마이크로파, 레이저, 우주 태양광 시스템은 규제 봉투(regulatory envelope)에 따른 추가 승인이 필요합니다. 근거리 유도 방식과 달리 빔을 공간으로 방사하는 방식은 허가와 안전 통제가 API 수준에서 강제되기 때문입니다.

• 시스템 영역: 송신기(Tx)와 수신기(Rx)를 등록하고 기록을 조회합니다.
• 링크 영역: 등록된 Tx와 Rx 사이의 전력 전달 세션을 열고 상태를 확인합니다.
• 안전 영역: 자체 시험을 실행하며, 결과가 링크 개설 가능 여부를 좌우합니다.
• 텔레메트리 영역: 링크의 실시간 이벤트를 WebSocket으로 받습니다.
• 규제 영역: 관할권별 허가 상태와 감사 이력을 조회합니다.

5.2 시스템·링크 API와 안전 자체 시험

POST /systems는 Phase 1 §A.1의 봉투를 받아 변하지 않는 systemId를 돌려줍니다. 이후 POST /links가 등록된 Tx와 Rx 사이에 링크를 엽니다. 요청에는 링크별 파라미터인 정렬(alignment), 요청 전력(requested-power), 링크 지속 시간(link-duration)을 담습니다. 서버는 링크 요청을 규제 봉투와 대조하여 검증합니다.

링크 유형	개설 전제 조건
마이크로파 빔 전송	유효한 운영자 승인(operator authorisation)
레이저 빔 전송	문서화된 유효 기간 안에 안전 스캐너 자체 시험을 통과

POST /safety/test는 시스템 안전 자체 시험을 수행합니다. 시험 항목은 네 가지입니다.

• 인터록 체인(interlock chain)의 연속성
• 안전 스캐너 교정(calibration)의 유효성
• 송신기 전력계 교정 점검
• 규제 토큰(regulatory token)의 최신성(freshness)

엔드포인트는 항목별 결과를 반환합니다. 한 항목이라도 실패하면 원인을 해소하고 자체 시험을 다시 성공시킬 때까지 이후의 POST /links 요청이 차단됩니다. 구현자는 이 차단 동작을 우회 가능한 경고로 취급하지 말고 링크 개설 경로의 필수 게이트로 구현해야 합니다. 시험 통과 기록은 감사 이력에 남아, 레이저 링크가 어느 시험 결과에 기대어 열렸는지 사후에 추적할 수 있습니다.

5.3 텔레메트리, 규제·감사, 호출 한도

텔레메트리 WebSocket은 링크별 이벤트를 다중화하여 전달합니다. 전달 항목은 다음과 같습니다.

• Tx와 Rx의 순간 전력, 종단 간 효율
• 정렬 지표
• 빔 차단 침입(beam-block intrusion) 이벤트
• 송신기와 수신기의 열 상태
• 규제 이벤트 스트림(예: 예정된 종료 임박, 예정 외 종료 발생)

구독자는 링크 클래스와 이벤트 클래스로 필터링할 수 있습니다. 브로커는 안전 트리거 조건이 발생하면 경보 이벤트를 내보내며, 그 처리는 Phase 3 §A.6에서 다룹니다.

GET /regulatory/{id}는 시스템의 규제 승인 봉투를 반환합니다. 포함 내용은 관할권별 면허 참조, 유효 기간, 조건부 제한, 발급 이후의 준수 모니터링 봉투입니다. 감사 추적 엔드포인트는 다음 이력을 변경 불가능한 형태로 제공합니다.

• 시스템 등록
• 안전 시험 결과
• 링크 개설
• 규제 이벤트
• 예정 외 종료 이벤트

감사 무결성은 테넌트별 머클 트리(Merkle tree)에 고정(anchor)됩니다.

대상	한도
시스템·링크 엔드포인트	인증된 호출 기준 시간당 1000건
안전 자체 시험 엔드포인트	시스템당 시간당 60건 (남용 방지)
텔레메트리 WebSocket 구독	자격 증명당 동시 50개
마이크로파·레이저·우주 태양광 규제 엔드포인트	관할권별 쿼터 봉투를 추가 적용

5.4 시스템 설계 절차: 기술 선택, 효율, 열, 비용

API 뒤의 물리 시스템은 명세 11장의 설계 절차를 따릅니다. 순서는 요구사항 분석(전력 수준, 거리, 주파수 제약, 효율 목표, 비용 예산), 기술 선택, 코일·안테나 설계, 전력 전자, 안전 통합, 시험·인증입니다. 기술 선택의 기준은 다음과 같습니다.

전력	거리	기술
< 100 W	< 10 mm	유도 방식(Qi)
100 W – 50 kW	10 mm – 2 m	공진 방식
> 1 kW	> 2 m	마이크로파/레이저

설계 도구로는 자기장 시뮬레이션에 FEMM과 ANSYS Maxwell, RF에 CST Microwave Studio와 HFSS, 광학에 Zemax와 FRED를 듭니다. 전력 전자에서는 풀브리지 또는 하프브리지 인버터를 쓰고, PLL과 주파수 추적으로 제어하며, 통신은 ASK, FSK, Bluetooth를 사용합니다. 안전 통합에는 FOD(이물질 감지)와 LOP 센서, 열 관리, EMI 차폐가 포함됩니다. 시험·인증은 효율 측정, EMC 시험(CISPR 11, FCC Part 15), SAR 측정(IEEE 1528, IEC 62209)으로 구성됩니다.

효율 최적화에서는 주파수 선택이 핵심입니다. 주파수가 높으면 코일이 작아지지만 교류 손실이 커집니다. 명세가 제시하는 대표 주파수는 Qi 80~300 kHz(절충), 공진 방식 6.78 MHz(ISM 대역, 높은 전력 밀도), 전기차 85 kHz(투과성과 효율)입니다. 선재는 20 kHz를 넘으면 표피 효과를 줄이기 위해 리츠선(Litz wire)을 쓰고, 대전류에는 냉각이 가능한 구리 튜브를 씁니다. 페라이트는 1 MHz 미만에서 Mn-Zn, 그 이상에서 Ni-Zn을 쓰며, 투자율과 손실 사이의 절충을 고려합니다. 임피던스 정합은 아래 조건으로 전달 전력을 최대화하며, L-C 정합 회로로 임피던스를 변환합니다.

Z_load = Z_source*

정류기는 쇼트키 다이오드(순방향 전압 0.3~0.5 V), 동기 정류 MOSFET(전압 강하 0.1 V 미만), 고주파용 GaN HEMT가 후보입니다.

열 관리는 손실 전력 계산에서 출발합니다.

P_loss = P_tx × (1 - η)

11 kW EV 충전기, 효율 90 %:
P_loss = 11,000 × 0.10 = 1,100 W

냉각 방식은 손실 규모로 선택합니다. 자연 대류는 50 W 미만, 강제 공랭은 50~500 W, 액랭은 500 W 초과에 해당합니다. 위 11 kW 사례의 1,100 W는 액랭 영역입니다.

비용 분석은 전기차 Level 2 기준 합계를 1,600~3,900달러로 보고 목표를 2,000달러 미만으로 둡니다. 구성은 송신 코일 200~500달러, 수신 코일 300~600달러, 전력 전자 500~1500달러, 제어·통신 100~300달러, 설치(고정식) 500~1000달러입니다.

5.5 요약과 Phase 3로의 연결

이 장은 Phase 2를 두 층으로 정리했습니다. 위쪽은 시스템 등록, 링크 개설, 안전 자체 시험, 텔레메트리, 규제 조회라는 API 계약이고, 아래쪽은 전력·거리에 따른 기술 선택과 코일, 정합, 정류, 열 설계라는 물리 설계입니다. 두 층을 잇는 장치가 링크 개설 검증입니다. 마이크로파는 운영자 승인을, 레이저는 최근에 통과한 안전 시험을 전제로 하며, 시험이 실패하면 링크 개설이 막힙니다.

구현 순서는 명세의 runbook이 안내합니다. 참조 컨테이너 wia/wireless-power-transfer-host:1.0.0을 띄우고 적합성 시험 스위트를 끝까지 통과시킵니다. 그 뒤 mock 백엔드를 실제 백엔드로 엔드포인트 하나씩 교체하고, 감사 로그 복제를 운영 싱크로 연결합니다. 이어서 신뢰하는 피어 하나로 연합(federation)을 시작해 여러 피어로 넓히고, 경고 봉투 구독을 켠 채 운영에 올립니다. 1.x 계열에서는 기존 엔드포인트와 상태 코드, 콘텐츠 형태를 유지해야 하고 선택 필드의 추가만 허용됩니다. 호환성을 깨는 변경은 주 버전 상승과 12개월의 폐기 유예, 위원회 3분의 2 찬성이 필요합니다.

다음 장의 Phase 3는 이 엔드포인트와 봉투를 신뢰 경계를 넘나드는 프로토콜 교환으로 감쌉니다. 이 장에서 텔레메트리가 내보낸 안전 트리거 경보가 어떤 절차로 처리되는지도 그곳에서 확인할 수 있습니다.