The electronic transmission of VLBI data(dubbed e-VLBI) presents a special challenge to the use of high-speed global network. with long-term requirements for simultaneous or near-simultaneous Gbps data streams from antennas worldwide converging in a single processing center, e-VLBI is both a useful and highly synergetic application for global high-speed networksAs broband access to high speed research and education networks has become increasingly available to radio telescopes around the world the use of e-VLBI has also increased. High bandwidth e-VLBI experiments have been achieved across wide areas e-VLBI has also been used for the transfer of data from "production"exoeriments
한국천문연구원은 한일상관센터 (Korea-Japan Correlation Center, KJCC)에 2009년부터 한일공동VLBI상관기(Korea-Japan Joint VLBI Correlator, KJJVC)를 설치하여 운영하고 있다. 한일공동VLBI상관기는 한국우주전파관측망(Korean VLBI Network, KVN), VERA(VLBI Exploration of Radio Astrometry), JVN(Japanese VLBI Network) 및 공동 관측망 등에서 관측한 VLBI(Very Long Baseline Interferometer) 데이터를 상관처리하고, 과학적 목적을 위해 관측데이터를 처리하는 전용 계산기로 사용된다. KJJVC는 각 구성시스템 사이의 데이터 입출력 규격으로 VLBI 국제표준인 VSI(VLBI Standard Interface)를 따르고 있다. 특히 관측된 데이터를 상관처리하기 위해 고속재생기인 Mark5B시스템과 동기재생처리장치(Raw VLBI Data Buffer, RVDB) 사이에는 1024 Mbps급으로 데이터가 전송된다. 고속 데이터 전송에 있어 발생하는 전자기 방해 (Electromagnetic Interference, EMI)는 관측데이터의 손실을 야기 시키며, 전송 케이블의 길이가 길수록 손실 발생빈도가 많고, 디지털 데이터 신호의 전압레벨을 감소시켜 데이터 인식 오류를 초래한다. 따라서 본 논문에서는 VSI 규격의 통신에서 발생하는 EMI 잡음 정도를 측정하고, 데이터 손실을 최소화할 수 있는 방법으로 1) RC 필터를 사용한 방법, 2) Microstrip 라인을 이용한 임피던스 매칭, 3) Differential line driver를 이용한 신호 복원 방법 등을 제안하였다. 각 제안방법들의 유효성을 확인하기 위해 제안방법들은 시뮬레이션과 실험적인 구현을 통하여 성능시험을 수행하였으며, 각각의 제안 방법이 VSI 규격의 고속 데이터 전송에 유효함을 확인하였다.
As a preparatory study for Global Positioning System-Very Long Baseline Interferometry (GPS-VLBI) hybrid system, we examined if VLBI type observation of the GPS signal is realizable through a test experiment. The test experiment was performed between Kashima and Koganei, Japan, with 110 km baseline. The GPS L1 and L2 signals were received by commercial GPS antennas, down-converted to video-band signals by specially developed GPS down converters, and then sampled by VLBI samplers. The sampled GPS data were recorded as ordinary VLBI data by VLBI recorders. The sampling frequency was 64 MHz and the observation time was 1 minute. The recorded data were correlated by a VLBI correlator. From correlation results, we simultaneously obtained correlation fringes from all 8 satellites above a cut-off elevation which was set to 15 degree. 87.5% of L1 fringes and 12.5% of L2 fringes acquired the Signal to Noise Ratios which are sufficient to achieve the group delay precision of 0.1nsec that is typical in current geodetic VLBI. This result shows that VLBI type observation of GPS satellites will be readily realized in future GPS-VLBI hybrid system.
한국천문연구원에서는 2009년 1단계 한일공동VLBI상관기(Korea-Japan Joint VLBI Correlator, KJJVC)의 개발과 설치를 완료하였다. KJJVC는 한국우주전파관측망(Korean VLBI Network, KVN), KVN과 일본 내의 VLBI 관측망을 포함하는 한일공동VLBI관측망(Korea-Japan Joint VLBI Network, KJJVN), 그리고 한중일의 VLBI관측망인 동아시아 VLBI관측망(East Asian VLBI Network, EAVN)으로 관측한 VLBI 데이터를 상관처리할 수 있도록 설계 제작되었다. 그리고 고속재생기, 데이터 동기재생처리시스템(Raw VLBI Data Buffer, RVDB), VLBI상관서브시스템(VLBI Correlation Subsystem, VCS), 데이터 아카이브 시스템(Peta-scale Epoch Data Archive, PEDA)로 구성된다. 특히 일본국립천문대 VERA에서는 테이프 형태의 DIR2000 고속기록기를 사용하고 있는데, DIR2000의 제품단종으로 인해 이 데이터를 VCS에 재생하기 위해 DIR1000을 개량한 VERA2000 고속재생기를 개발하였다. 즉, VSI 형태의 데이터를 1Gbps 속도로 재생만 하기 위해 기존의 시스템을 개량하였으며, 2009년 10월에 VLBI상관기실에 설치되었다. 본 논문에서는 VERA2000 시스템의 구성 및 개발, 시험운영 등에 대해 간략히 소개하고자 한다.
VLBI에서 서로 멀리 떨어진 각 관측소에서 생성된 관측 데이터는 데이터 처리 및 분석을 위해 상관센터에 수집되어야 한다. 전통적으로 관측 데이터는 배나 비행기 등의 교통 수단을 통해 전달되었다. 하지만 IT 기술의 급격한 발전 속에 네트워크를 이용한 데이터 전송으로 빠르게 대체되고 있고 이를 통해 국제 공동 협업 연구가 더욱 활발해지고 있다. 이러한 기술 간 융합을 통한 연구 환경의 변화를 고려하여 2010년 9월 KVN 각 관측소와 상관센터를 초고속 네트워크로 연결하는 e-KVN이 구축되었고 두번의 업그레이드 과정을 통해 최대 100GbE에 달하는 인터페이스를 갖추게 되었다. 이후 KVN의 VLBI 관측 수행과 데이터 처리에 있어서 네트워크 활용 비중은 기하급수적으로 증가하고 있다. 본 논문에서는 KVN VLBI 시스템의 구성에 대해 살펴보고 세 관측소와 상관센터를 KREONET으로 연결하는 e-KVN의 성능 최적화 기법 및 개선된 모니터링 방안에 대해 기술하기로 한다. 나아가 광대역 관측 구현을 위한 e-KVN의 향후 계획에 대해 조망해보고자 한다.
VLBI 연구 분야에서 관측소와 상관센터 간 네트워크의 품질이 보장된다면 관측 데이터를 각 관측소와 상관센터에 반복 저장하던 기존의 비효율을 극복할 수 있다. 즉, 데이터 분석 작업이 수행되는 상관센터로 데이터 저장을 일원화할 수 있고 이를 통해 데이터 처리의 신속성, 생산성을 향상시킬 수 있다. 이를 구현하기 위해 본 논문에서는 VLBI 관측소에서 생산되는 관측 데이터 스트림을 초고속 네트워크 KREONET을 경유해 상관센터로 직접 전송, 저장하는 원격 기록 시스템을 설계하였다. 이 시스템을 기반으로 데이터 기록을 실시한 결과 패킷 손실이 최소화된 상태에서 관측 데이터가 상관센터의 기록시스템에 안정적으로 저장된 것을 확인하였다.
본 논문에서는 VLBI 관측데이터를 광신호로 변환하여 전송할 수 있는 광변환 송수신 장치의 설계 개발과 성능시험에 대해 기술한다. 대전상관기에서 고속재생기(Mark5B, VERA2000)와 동기재생처리장치(RVDB) 사이, RVDB와 VLBI상관서브시스템(VCS) 사이에는 80라인의 구리선으로 구성된 VSI 케이블이 사용되고 있는데, 관측데이터를 LVDS 신호로 전송하며 유효길이는 최대 5m이다. 대전상관기는 16관측국의 자료처리를 수행할 예정이며, 향후 14대의 RVDB 시스템이 도입될 예정이다. 그리고 VSI 케이블의 연결단자의 접속 오류로 인해 데이터 손실도 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 VSI 케이블의 접촉오류로 인한 데이터 손실, RVDB와 VCS 사이의 공간 활용과 시스템의 증설계획, 그리고 장거리 데이터 전송(e-VLBI) 등을 고려하여 VLBI 관측데이터를 광신호로 변환하여 데이터를 효율적으로 송수신할 수 있는 장치를 개발하였다. 본 논문에서는 개발한 광변환 송수신 장치의 성능을 확인하기 위해 고속재생기와 RVDB 사이의 데이터 전송시험을 수행하였으며, 시험결과에서 데이터의 손실 없이 전송되는 것을 확인하였다.
본 논문에서 우리 대용량 데이터를 보다 효과적으로 전송할 수 있는 프로그램 구현 및 시스템 최적화에 대해 논의하고자 한다. 수백 ~ 수천 km 떨어진 전파망원경을 이용해 천체를 관측하는 VLBI에서 각 관측소는 수 TB에 달하는 대용량 데이터를 상관센터로 전송하여야 한다. 이에 따라 보다 효율적으로 데이터를 전송할 수 있도록 전세계적으로 초고속 네트워크를 활용한 e-VLBI 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 이러한 연구 추세에 따라 초고속 네트워크 상에서 Gbps 급의 VLBI 데이터를 효과적으로 전달할 수 있는 프로그램 설계 및 시스템 구축에 대해 기술하였다. 기존의 VTP(VLBI Transport Protocol) 기반 데이터 전송을 넘어 보다 신속한 데이터 전달이 가능하도록 전송 프로그램 설계에 있어 UDP를 적용하였다. 이를 위해 현재 사용되는 VTP 프로그램에 Tsunami UDP 알고리즘을 이식하여 데이터 전달에 있어 성능을 극대화하였고, 시스템 최적화를 통해 보다 신속하고 안정적으로 KVN 각 사이트 간 데이터 전송이 구현될 수 있도록 하였다.
e-VLBI was invented to enhance the efficiency of VLBI (Very-Long-Baseline Interferometry) system by transmitting the data via high speed network. Korean VLBI Network (KVN) has a plan to construct e-VLBI system named e-KVN. High speed backbone network and efficient network model are essential to implement successful e-VLBI system. This paper introduces a network model based on PC cluster technology. The present status of high speed backbone network in Korea is overviewed. We suggest that the network link via Korea Advanced Research Network (KOREN) is one of feasible way for e-KVN. We also describe the principles of e-VLBI and protocol for network transmission such as VSI-E (VLBI Standard Interface - Electronic), RTP (Real-Time Transport Protocol) and RTCP (Real-Time Transport Control protocol).
KVN(Korean VLBI Network)에서는 VLBI(Very Long Baseline Interferometry) 관측을 위해 최대 32Gbps 데이터 기록을 위한 기록기로 MIT Haystack 천문대의 Mark6 시스템을 도입하였다. Mark6 기록기는 시스템 2대와 HDD가 총 64개 장착된 경우 최대 32Gbps로 데이터를 기록할 수 있다. 하지만 Mark6의 특징인 독자적인 기록방식을 사용하고 있기 때문에 대용량의 데이터를 가상 파일 시스템을 도입하거나 일반적인 RAID 방식을 사용하고 있는데, 최고 기록속도나 파일 시스템에서 파일을 읽어서 전송할 때 데이터 손실이 발생하는 문제가 있다. JIVE에서 개발한 소프트웨어 기록기인 Flexbuff 시스템은 RAID 구성과 네트워크 업그레이드를 통하여 데이터 기록기로서 동작할 수 있도록 구성할 수 있다. 특히 Mark6 시스템에 설치할 경우 Mark6의 리소스를 잘 활용하여 기존의 Mark6와 비교하여 데이터 손실이 적으면서 안정적으로 최대 32Gbps 속도로 VLBI 관측 데이터를 기록할 수 있다. 본 논문에서는 기존 Mark6 시스템에 jive5ab 소프트웨어를 설치하여 Mark6-Flexbuff로 동작할 수 있음을 제안하고, 데이터 기록시험을 통하여 VLBI 관측 운영에 효율적으로 활용할 수 있음을 시험을 통하여 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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