[국내논문]VLBI 관측데이터 초고속 전송을 위한 VSI 광변환 송수신 장치의 설계 및 개발 Design and development of VSI Optical Adapter for high speed transmission of VLBI observation data원문보기
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 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.
This paper describes the design and development of VSI (VLBI standard interface) optical adapter for transmitting VLBI(Very long baseline interferometry) observation data with optical signal. VSI cable comprised of 80-line is being used for observed data transmission with maximum length of 5-meter b...
This paper describes the design and development of VSI (VLBI standard interface) optical adapter for transmitting VLBI(Very long baseline interferometry) observation data with optical signal. VSI cable comprised of 80-line is being used for observed data transmission with maximum length of 5-meter between playbacks (Mark5B, VERA2000) and raw VLBI data buffer (RVDB), RVDB and VLBI correlation subsystem (VCS) in Daejeon correlator. It has a plan to conduct the data processing for 16-stations and introduce the 14 RVDB systems in near future. And data loss frequently occurred because of trouble of VSI cable MDR80 connector. By considering the data loss by connector error of VSI cable, RVDB system extension plan, effective space usage and long distance data transmission(e-VLBI), the VSI optical adapter was proposed and developed for effectively transmitting and receiving VLBI data through optical signal. In order to confirming the performance of developed VSI optical adapter, the experiments for data transmission was conducted between playback and RVDB system, and confirmed that data transmission was clearly done without any data loss.
This paper describes the design and development of VSI (VLBI standard interface) optical adapter for transmitting VLBI(Very long baseline interferometry) observation data with optical signal. VSI cable comprised of 80-line is being used for observed data transmission with maximum length of 5-meter between playbacks (Mark5B, VERA2000) and raw VLBI data buffer (RVDB), RVDB and VLBI correlation subsystem (VCS) in Daejeon correlator. It has a plan to conduct the data processing for 16-stations and introduce the 14 RVDB systems in near future. And data loss frequently occurred because of trouble of VSI cable MDR80 connector. By considering the data loss by connector error of VSI cable, RVDB system extension plan, effective space usage and long distance data transmission(e-VLBI), the VSI optical adapter was proposed and developed for effectively transmitting and receiving VLBI data through optical signal. In order to confirming the performance of developed VSI optical adapter, the experiments for data transmission was conducted between playback and RVDB system, and confirmed that data transmission was clearly done without any data loss.
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문제 정의
본 논문에서는 데이터의 손실과 운용효율을 높이기 위해 개발한 VOA 송수신 장치를 설계·개발하고 데이터 전송시험을 수행하였다.
본 논문에서는 상관센터에서 운영하고 있는 대전상관기를 구성하는 시스템들 간의 VSI 데이터 케이블의 길이제한에 따른 전송 효율 저하와 관측데이터의 처리 용량 증가 및 시스템 증설에 따른 공간 활동도를 높이며, 향후 장거리 데이터 전송을 수행하기 위해 VSI 광송수신 장치의 설계·개발과 성능시험 결과에 대해 기술하고자 한다.
본 연구에서 설계하고 개발한 VOA 송수신장치의 성능시험을 수행하였다. 우선 VOA 송수신 장치간의 연결성 시험을 위해 TVG 패턴 데이터를 이용하여 데이터 전송시험을 수행하였다.
제안 방법
그리고 실제 관측 데이터를 이용하여 전송시험에서는 그림15에 나타낸 것과 같이 Mark5B와 RVDB 사이를 VSI 케이블로 연결한 경우(그림 5(a))와 Mark5B와 RVDB 사이를 VOA 송신장치와 수신장치를 10GbE으로 연결하고, VOA 송신장치 4개의 VSI 포트에 각각 같은 데이터를 4회 재생하여 VDIFCP 프로토콜로 전송된 각 포트의 데이터를 RVDB에 저장한 후, Mark5B와 RVDB 사이를 VSI 케이블만 연결하여 저장한 데이터와 스펙트럼의 모양으로 비교하였다. 실험에 사용된 관측데이터는 2011년 1월 25일에 KVN으로 연속파 천체(Continuum radio source)인 J1927+7358을 관측한 것이다.
우선 VOA 송수신 장치간의 연결성 시험을 위해 TVG 패턴 데이터를 이용하여 데이터 전송시험을 수행하였다. 그리고 실제 관측데이터를 고속재생기인Mark5B 시스템과 개발한 VOA 송수신장치를 연결하고 동기재생처리장치인 RVDB로 데이터가 정상적으로 전송되는지를 확인하는 시험을 수행하였다.
이 방식은 송신측에서 H측/L측 프레임 각각 속도 제한을 설정할 수 있기 때문에 일반 공중회선망으로 전송대역의 여유가 없는 경우에도 H측 프레임만을 전송하는 것이 가능하다. 두 번째는 H측과 L측으로 나누지 않고 1,280byte마다 프레임화해서 전송한다(프레임 분할이 없는 경우). 이 방식은 VDIF를 제어컴퓨터와 주고받을 경우 제어 컴퓨터에서의 처리를 단순화하는 것이 가능하다.
또한 KVN의 각 관측국에서 관측한 VLBI 데이터를 광케이블을 통해 상관센터로 전송하는 시스템으로 활용하기 위해 새로운 시스템의 개발이 필요하다. 따라서 데이터 전송 손실을 보상하고 사용공간을 효율적으로 활용하기 위해 대전상관기의 일부로 사용할 VSI optical adapter(VOA)를 설계하였다.
본 연구에서 설계하고 개발한 VOA 송수신장치의 성능시험을 수행하였다. 우선 VOA 송수신 장치간의 연결성 시험을 위해 TVG 패턴 데이터를 이용하여 데이터 전송시험을 수행하였다. 그리고 실제 관측데이터를 고속재생기인Mark5B 시스템과 개발한 VOA 송수신장치를 연결하고 동기재생처리장치인 RVDB로 데이터가 정상적으로 전송되는지를 확인하는 시험을 수행하였다.
VDIF는 VSI-H 표준의 관측데이터를 프레임화해서 형식을 변환한 후 전송하는데, 이 프레임화의 방식은 크게 2가지로 구분한다. 첫 번째는 VSI-H 표준의 관측데이터를 2개로 분리해서 각각 H측 프레임/L측 프레임을 1,280byte마다 프레임화해서 전송한다(프레임 분할이 있는 경우). H측과 L측의 프레임은 모두 송출된다.
대상 데이터
그리고 실제 관측 데이터를 이용하여 전송시험에서는 그림15에 나타낸 것과 같이 Mark5B와 RVDB 사이를 VSI 케이블로 연결한 경우(그림 5(a))와 Mark5B와 RVDB 사이를 VOA 송신장치와 수신장치를 10GbE으로 연결하고, VOA 송신장치 4개의 VSI 포트에 각각 같은 데이터를 4회 재생하여 VDIFCP 프로토콜로 전송된 각 포트의 데이터를 RVDB에 저장한 후, Mark5B와 RVDB 사이를 VSI 케이블만 연결하여 저장한 데이터와 스펙트럼의 모양으로 비교하였다. 실험에 사용된 관측데이터는 2011년 1월 25일에 KVN으로 연속파 천체(Continuum radio source)인 J1927+7358을 관측한 것이다. 천체의 전파관측은 1,024 Msps(Mega sample per second), 2bit로 샘플링된 후 2,048Mbps의 데이터량은 디지털 필터로 16 MHz 대역폭에 16 stream으로 필터링하여 1,024Mbps의 기록속도를 갖는 Mark5B 고속기록기에 저장한 것이다.
성능/효과
VOA 수신장치는 10GbE 포트로 입력된 이더넷 신호를 VDIF 프레임 데이터로 변환한 후 다시 VSI 데이터로 변환하여 각 4개의 VSI 포트로 전송한다. 개발한 VOA 송수신 장치의 성능시험을 위해 실제 천체 관측데이터를 대상으로 데이터 전송시험을 수행하였으며, VOA 송수신 장치를 사용한 경우와 그렇지 않은 경우에 대해 전송된 2 종류의 데이터가 완벽하게 일치하는 것을 확인하였다.
각 장치간의 연결성 시험의 경우 그림 15(b)의 시험구성에 대해 일정한 패턴을 갖는 TVG 데이터를 Mark5B에서 재생하여 VOA 송신장치와 수신장치를 거쳐 RVDB의 OCTAVIA에서 TVR check기능으로 확인하였다. 즉, VOA 송수신 장치에도 TVG 패턴 데이터를 확인하는 기능이 있으므로 VOA 송신장치는Mark5B의 TVG 패턴, VOA 수신장치는 VOA 송신장치의 TVG 패턴, RVDB의 OCTAVIA는 VOA 수신장치의 TVG패턴을 각각 확인할 수 있는 것이다. 이 TVG 패턴으로 각 장치간의 케이블 연결 상태나 데이터가 정상적으로 전송되었는지를 확인하는데 매우 유용하게 활용하고 있다.
후속연구
RVDB, VCS 등이 동일공간에 배치되지만, 향후 16관측국의 자료처리를 위해 RVDB 시스템이 증설될 경우 VCS 주변에 16대의 RVDB 시스템이 배치되어야 하므로 최대 5m인 VSI 케이블의 연결로 인해 복잡한 구성이 될 것으로 예상된다. 따라서 효율적인 공간 활용과 장비들의 안정된 운영을 위해 VCS와 RVDB 시스템을 분리하여 배치할 예정이다.
또한 고속재생기와 RVDB 사이의 데이터 케이블 연결, RVDB와 VCS 사이의 데이터 케이블 연결에서 VSI 연결단자 사이의 접촉 오류와 케이블 길이 제한에 따른 데이터 손실이 자주 발생하고 있다. 또한 KVN의 각 관측국에서 관측한 VLBI 데이터를 광케이블을 통해 상관센터로 전송하는 시스템으로 활용하기 위해 새로운 시스템의 개발이 필요하다. 따라서 데이터 전송 손실을 보상하고 사용공간을 효율적으로 활용하기 위해 대전상관기의 일부로 사용할 VSI optical adapter(VOA)를 설계하였다.
본 연구에서 개발한 VOA 송수신 장치는 VSI 케이블을 사용할 경우 자주 발생하는 연결단자의 접촉 오류문제와 5m 길이제한에 대한 문제를 해결하였으며, e-VLBI 등과 같은 장거리 데이터 전송 등에 활용될 수 있으며, 향후 대전상관기에서 RVDB 장치의 확장에 따른 배치공간을 효율적으로 사용할 수 있을 것으로 기대된다.
이상의 시험결과로부터 본 연구에서 개발한 VOA 송수신 장치는 LVDS 신호를 사용하기 때문에 유효거리가 5m인 VSI 케이블로 전송되는 데이터를 장거리에서도 데이터를 전송하는데 유효함을 확인하였으며, 향후 우주전파 관측 자료의 데이터 전송에도 사용될 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
대전상관기는 데이터의 손실보정을 위해 어떠한 기술을 이용하는가?
먼 우주에 위치한 천체에서 나오는 우주전파를 수신하고 이를 디지털신호로 가공하여 분석하는 전파천문학에서는전파망원경(단일경, 간섭계)을 구축하여 이용하고 있다. 기존에는 전파망원경의 주경에 위치하는 수신기실에서 데이터를 저장하는 관측동까지 동축케이블을 이용하고 있지만,데이터의 손실보정을 위해 최근에는 광 네트워크 기술을 이용하고 있다[3]. 또한 전파간섭계 또는 VLBI와 같이 수십 내지 수백 km 떨어진 전파망원경으로 동시에 같은 천체를 관측한 후 자료처리를 위해 상관센터로 데이터를 전송할 때도 e(electronic)-VLBI와 같은 광 네트워크 기술을 도입하고 있다[4].
KJJVC는 어떠한 역할을 수행하고 있는가?
한국천문연구원에서는 일본국립천문대와 공동으로 개발한 한일공동VLBI상관기(Korea-Japan Joint VLBI Correlator, KJJVC)를 한일상관센터에서 2010년부터 운영하고 있다[1]. KJJVC는 한국천문연구원의 한국우주전파관측망(Korean VLBI Network, KVN)과 일본국립천문대의 VERA(VLBI Exploring of Radio Astrometry) 관측망에서 관측한 VLBI(Very long baseline interferometry, 초장기선전파간섭계) 데이터의 상관처리를 수행하고 있다[2]. KJJVC는 2012년 서울 연세대에서 대전 한국천문연구원으로 이전하여 대전상관기(Daejeon correla-tor)로 부르고 있다.
대전상관기는 어떻게 구성되는가?
대전상관기는 고속재생기, 동기재생처리장치(Raw VLBI data buffer, RVDB), VLBI상관서브시스템(VLBI correlation sbsystem, VCS), 데이터 아카이브(Data achive, DA) 시스템및 관련 소프트웨어로 구성된다(그림 1)[2]. 대전상관기를 구성하는 시스템 중에서 RVDB와 VCS의 자체 시스템에는 많은 양의 관측데이터를 전송하고 처리하기 위해 기본적으로 광 통신을 채용하고 있다.
참고문헌 (7)
노덕규, 오세진, 염재환 외 15명, "2008년도 한일공동 VLBI상관기 및 수신기 개발 결과보고서," 한국천문연구원, pp. 3-100, 2008.
오세진, 노덕규, 염재환 외 6명, "VLBI상관서브시스템 본제품의 제작현장 성능시험," 신호처리시스템학회 논문지 제12권, 제4호, pp. 322-331, 2011.
Se-Jin Oh, Duk-Gyoo Roh, Kiyoaki Wajima 외 15명, "Design and development of a high-speed data acquisition system for the Korean VLBI Network," Publication of Astronomical Society of Japan, Vol. 63, pp. 1229-1242, 2011.
송민규, 변도영, 김현구, 오세진, 한석태, 노덕규, 이보안, "e-VLBI 구현을 위한 네트워크 모델설계," 천문학 논총, 제20권, 제1호, pp. 63-71, 2005.
Elecs Industry Co. Ltd., "？測デ？タ？送プロトコル VDIF/VDIFCP 仕？書," 2010.
T. Oyama et al., "The development and performance of a new 4Gbps disk recorder and eVLBI systems using a 10GbE network," 2008 General Meeting of IVS, 2008. 3.
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