한반도 측지 VLBI 네트워크 구축 현황

이상오(YI, Sang Oh),성윤모(Sung Yun Mo),안기덕(Ahn Ki Duk),오홍종(Oh Hong Jong),한상철(Han Sang Cheol),변도영(Byun Do Young),위석오(Wui Suk Oh),오충식(Oh Chung Sik),강현우(Kang Hyun Woo),강용우,정문희(Jeong Mun Hee),송민규(Song Min Kyu) 한국측량학회 2015 한국측량학회 학술대회자료집 Vol.2015 No.4

VCS 상관블록의 TCP/IP 출력데이터의 무결성 검사 소프트웨어의 개발과 성능개선에 관한 연구

염재환,노덕규,오충식,정진승,정동규,오세진,Yeom, Jae-Hwan,Roh, Duk-Gyoo,Oh, Chung-Sik,Jung, Jin-Seung,Chung, Dong-Kyu,Oh, Se-Jin 한국융합신호처리학회 2012 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.13 No.4

본 논문에서는 VLBI상관서브시스템(VLBI Correlation Subsystem, VCS)의 상관블록 TCP/IP 출력데이터의 무결성 검사를 위한 소프트웨어의 개발과 상관출력 데이터의 손실을 방지하기 위한 성능개선 방법에 대해 기술한다. VCS의 상관결과는 TCP/IP 패킷 통신으로 데이터아카이브(Data Archive)에 저장된다. 본 논문에서는 데이터아카이브에 저장된 상관결과의 무결성을 확인하기 위해 VCS의 TCP/IP 패킷 정보를 이용한 무결성 검사 소프트웨어를 개발하였다. 개발한 소프트웨어를 이용하여 3단계의 무결성 검사 과정을 제안하고, 상관처리 실험을 통하여 제안방법의 유효성을 확인하였다. 또한 VCS와 데이터아카이브 사이에는 최소 적분시간 이내에 TCP/IP 패킷 통신이 완료되어야 하지만, 짧은 적분시간에 다량의 패킷과 대용량 데이터로 인해 패킷 손실이 발생할 뿐만 아니라 상관결과의 무결성 문제에도 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 본 논문에서는 TCP/IP 패킷 손실의 원인을 분석하고 VCS의 FPGA(Field Programmable Gate Array) 설계에 대한 수정방법을 제시하여 상관결과의 무결성 문제를 해결하고자 한다. In this paper, we described the software development for verifying the integrity of output data of TCP/IP for VLBI Correlation Subsystem (VCS) correlation block and proposed the performance improvement method in order to prevent the data loss of correlation output. The VCS correlation results are saved at the Data Archive system through TCP/IP packet transmission. In this paper, the integrity verification software is developed so as to confirm the integrity of correlation result saved at the data archive system using TCP/IP packet information of VCS. The 3-step integrity verification process is proposed by using the developed software, its effectiveness was confirmed in consequence of correlation experiments. In addition, TCP/IP packet transmission must be completed within minimum integration period. However, there is not only TCP/IP packet loss occurred but also the problem of correlation result integrity affected in account of a large quantity of packets and data during short integration time. In this paper, the reason of TCP/IP packet loss is analyzed and the modified methods for FPGA(Field Programmable Gate Array) of VCS are proposed, the integrity problem of correlation results will be solved.

무선 센서 네트워크의 에너지 효율성을 고려한 MP-DD 라우팅 알고리즘

장윤식(Yoon-Sik Jang),박남규(Nam-Kyu Park),오충식(Chung-Sik Oh),최승권(Seung-Kwon Choi),이창조(Chang-Jo Lee),조용환(Yong-Hwan Cho) 한국컴퓨터정보학회 2009 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.14 No.7

본 논문의 무선 센서네트워크에서 사용할 수 있는 효율적인 라우팅 방법인 MP-DD (MultiPath-Direct Diffusion) 알고리즘을 제안한다. 기존의 DD(Directed Diffusion)에서는 하나의 경로만을 강화하여 사용하는 것과 달리 제안한 알고리즘은 다중 경로를 강화하면서, 해당 경로에 높여 있는 센서 노드의 남은 에너지 등급을 고려하여 에너지 레벨이 높은 경로에 따라 가중치를 부여하고, 몇 개의 다중경로를 이용하여 사용함으로써 에너지 소모를 감소시키고 동시에 네트워크에 전체적으로 에너지를 골고루 사용하게 할 수 있다. 시뮬레이션 결과에서는 이러한 센서 네트워크를 위한 단순한 라우팅 방법의 가능성을 증명하였다. This paper proposes efficient routing scheme named MP-DD(MultiPath-Direct Diffusion) which is simple enough to be applicable to the wireless sensor networks. Conventional DD uses only one optimal path, therefore it consumes more energy of specific nodes. MP-DD uses multiple path and has a information of hop upstream node in the direction of the base-station is determined which are obtainable via the process of self-organization of the network. Simulation results show the feasibility of the simple routing schemes for the sensor networks.

대전상관기의 상관결과 고속저장을 위한 데이터아카이브 시스템의 성능시험

노덕규,오세진,염재환,오충식,윤영주,정진승,정동규,Roh, Duk-Gyoo,Oh, Se-Jin,Yeom, Jae-Hwan,Oh, Chung-Sik,Yun, Young-Joo,Jung, Jin-Seung,Jung, Dong-Kyu 한국융합신호처리학회 2014 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.15 No.2

본 논문에서는 대전상관기의 상관결과를 고속으로 저장하기 위한 데이터아카이브 시스템의 성능시험에 대해 기술한다. 대전상관기는 다양한 관측모드를 지원하고 있는데, 이 관측모드 중에서 적분시간에 따라 상관기로부터 출력되는 상관결과의 속도에 영향을 받는다. 대전상관기의 상관결과를 가장 빠른 속도로 출력하는 것은 최대 1.4GB/s를 출력하며, C1 관측모드일 경우 25.6ms의 상관적분인 경우이다. 본 연구에서는 대전상관기의 핵심부분인 VLBI상관서브시스템(VLBI Correlation Subsystem)과 4개의 광케이블로 연결되어 상관결과를 저장하는 데이터아카이브 시스템의 성능시험을 수행하였다. 데이터아카이브 시스템은 본 연구를 위해 2개 회사의 제품을 선정하여 벤치마크테스트(Benchmark Test)를 진행하였다. 본 논문에서는 벤치마크테스트를 위해 개발한 VCS의 상관출력 파일 생성 프로그램과 시험결과에 대해 기술한다. In this paper, we introduce the performance evaluation of data archive system for saving correlation result of Daejeon correlator with high-data rate. Daejeon correlator supports various correlation modes, but the speed of correlation result is affected by correlator according to the integration time in each mode. Maximum data rate of Daejeon correlator is 1.4GB/s in case of C1 mode with 25.6ms integration time. In this research, the performance evaluation of the proposed data archive system is conducted for saving correlation results connected with 4 10GbE optical cable with VCS (VLBI Correlation Subsystem), which is the core system of Daejeon correlator. For the experiments, the data archive system for 2 benders was selected and benchmark test was performed. In this paper, the developed data generation program of VCS correlation result file for benchmark test and evaluation results are described.

대전 상관기의 상관 결과에 나타난 유사 DC 성분과 위상 집중 현상에 대한 원인 분석과 해결 방법

노덕규,오세진,염재환,오충식,정진승,정동규,윤영주,오야마 토모아키,오제키 켄스케,오누키 히로푸미,Roh, Duk-Gyoo,Oh, Se-Jin,Yeom, Jae-Hwan,Oh, Chung-Sik,Jung, Jin-Seung,Chung, Dong-Kyu,Yun, Young-Joo,Oyama, Tomoaki,Ozeki, Kensuke,Onuki, Hirofumi 한국융합신호처리학회 2013 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.14 No.3

In this paper, we investigated the correlation outputs of Daejeon correlator at the viewpoints of the buffer memory setting related to the fine delay tracking and the under/overflow issue in FFT modules, in order to eliminate DC-like component and phase concentration to 0 degree. As the ring buffer memory is being used for the fine delay tracking, the DC-like component in correlation outputs is generated by improper setting of data read/write address, and then that address setting method is modified to exclude a polluted FFT segment in correlation processing when crossing the port/stream boundary. The phase concentration to 0 degree at beginning of bandpass is caused by inadequate scaling factors, which may be the origins of under/overflow occurred at internal computation of FFT stage. With the revised method of the ring buffer memory setting and the scaling factors in FFT, we could obtain higher signal-to-noise ratio and flux density, compared to the previous method, through the correlation processing of true observational data. 본 논문에서는 대전상관기의 상관결과에 나타난 유사 DC 성분과 위상의 0도 집중현상을 해결하기 위해 정교한 지연추적을 담당하는 메모리설정과 FFT 계산모듈의 under/overflow 문제를 살펴보는 실험결과를 고찰하였다. 상관기의 정교한 지연추적에는 링버퍼 메모리가 사용되고 있는데, 이 메모리의 데이터 읽기/쓰기 주소의 부적절한 설정으로 인해 상관출력에서 강한 유사 DC 성분이 생성되는 것을 확인하였으며, 포트/스트림이 변경될 때의 1 세그먼트 데이터를 상관처리에 사용하지 않도록 메모리 설정을 수정하였다. 그리고 상관결과에서 대역폭 시작채널의 위상이 0도에 집중되는 현상은 FFT 모듈의 스케일링 값이 적절하지 않았을 때 발생하는 under/overflow의 효과임을 시험을 통해 확인하였으며, 이 문제의 개선방법에 대해 논하였다. 정교한 지연추적의 메모리 설정을 수정하고 적절한 값의 FFT 스케일링 값을 사용하여, 실제 전파천문 관측데이터에 대하여 상관처리 시험을 수행한 결과, 이전보다 개선된 신호대잡음비(SNR)와 향상된 전파세기를 얻을 수 있었다.

전파천문 관측데이터 분석을 위해 소프트웨어를 이용한 디지털필터 설계에 관한 연구

염재환,오세진,노덕규,오충식,정동규,신재식,김효령,황주연,Yeom, Jae-Hwan,Oh, Se-Jin,Roh, Duk-Gyoo,Oh, Chung-Sik,Jung, Dong-Kyu,Shin, Jae-Sik,Kim, Hyo-Ryoung,Hwang, Ju-Yeon 한국융합신호처리학회 2015 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.16 No.4

본 논문은 전파천문 관측데이터 분석을 위해 소프트웨어를 이용한 디지털필터 설계방법에 대해 제안한다. 전파천문 관측시스템은 컴퓨팅 시스템의 발전과 함께 하드웨어에서 소프트웨어를 이용한 분석방법으로 넘어가는 단계이다. 기존 하드웨어로는 특정규격에 맞도록 설계 제작되었기 때문에 규격을 변경하는 것이 어렵고 제작에 많은 비용이 소요되지만, 소프트웨어는 규격 변경이 유연하고 공개 소프트웨어를 이용할 경우 저렴하게 설계할 수 있는 장점이 있다. 그러나 소프트웨어로 전파천문과 같이 많은 자료를 분석하기 위해서는 컴퓨터 시스템의 성능이 우수해야 하는 점도 있다. 본 연구에서는 한국우주전파관측망에서 운영하고 있는 관측시스템 중에서 하드웨어로 구성된 디지털필터와 같은 성능을 갖는 소프트웨어 디지털 필터 설계에 대해 제안한다. 제안 방법은 표준 C언어를 이용하여 디지털 필터를 설계하였으며, 설계한 디지털필터에 대해 GNU Octave로 시뮬레이션을 수행하여 유효성을 검토하였다. 또한 설계한 디지털필터의 고속연산을 위해 병렬연산이 가능한 SSE 라이브러리를 도입하였다. KVN 관측모드 중에 광대역 관측데이터를 대상으로 제안한 방법의 디지털 필터를 통하여 협대역 관측모드로 데이터 필터링을 수행하였다. 그 결과, 대역 내의 필터링이 설계대로 수행되었고 리플이 발생하지 않아, 제안방법이 유효함을 확인하였다. In this paper, we propose a design method for a digital filter using software in order to analyze the radio astronomy observation data. Recently the analysis method for radio astronomy observing system is transferring from hardware to software by developing of state-of-the-art of computer system. The existing hardware system is not able to easily change the specification because it is implemented to meet special requirements and it takes a high cost and time. In case of software, however, it has an advantage to implement with small cost if open software is used, and flexibly changes to satisfy the desired specification. But, in order to analyze the massive data like radio astronomy with software, the good performance system is needed for computer. Therefore, this paper proposes a digital filter design method using software with the same performance as that of digital filter implemented with hardware in observation system which is operated by the KVN(Korean VLBI Network). To design a digital filter, the proposed method is performed with standard C language and the simulation is conducted with GNU(GNU's Not Unix) Octave and investigated to show its effectiveness. In addition, for the high speed operation of the designed digital filter, the SSE(Streaming SIMD Extensions) library is adopted for available parallel operation. By the proposed digital filter, the digital filtering is performed for the wide band observation data in the KVN observation mode, the filtering result of narrow band observation has no ripple inside of stop band, and confirmed the effectiveness of the proposed method.

RVDB와 대용량 서버 간의 직접 데이터 전송 알고리즘 개발과 시험에 관한 연구

노덕규,오세진,염재환,정동규,오충식,윤영주,김효령,Roh, Duk-Gyoo,Oh, Se-Jin,Yeom, Jae-Hwan,Jung, Dong-Kyu,Oh, Chung-Sik,Yun, Young-Joo,Kim, Hyo-Ryoung,Ozeki, Kensuke 한국천문학회 2014 天文學論叢 Vol.29 No.3

This paper describes the development of algorithm for direct data transmission between Raw VLBI Data Buffer (RVDB) and Huge Capacity Data Server (HCDS) operated in Korea-Japan Correlation Center (KJCC). The transmitted data is the VLBI observation data, which is recorded at each radio telescope site, and the data transmitting rate is varying from 1 Gbps, in usual case, upto 8 Gbps. The developed algorithm for data transmission enables the direct data transmission between RVDB and HCDS through 10 Gbps optical network using VLBI Data Interchange Format (VDIF). Proposed method adopts the conventional UDP/IP protocol, but in order to prevent the loss of data during data transmission, the packet error monitoring and data re-transmission functions are newly designed. The VDIF specification and VDIFCP (VDIF Control Protocol) are used for the direct data transmission between RVDB and HCDS. To validate the developed algorithm for data transmission, we conducted the data transmission from RVDB to HCDS, and compared to the transmitted data with the original data bit by bit. We confirmed that the transmitted data is identical to the original data without any loss and it has been recovered well even if there were some packet losses.

VLBI 관측 데이터의 전송 알고리즘 개발과 서버와 RVDB 사이의 전송 시험

염재환,오세진,노덕규,정동규,오충식,윤영주,김효령,Yeom, Jae-Hwan,Oh, Se-Jin,Roh, Duk-Gyoo,Jung, Dong-Kyu,Oh, Chung-Sik,Yun, Youngjoo,Kim, Hyo-Ryoung 한국융합신호처리학회 2014 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.15 No.4

본 논문에서는 전파천문학에서 초고속 전송망을 위한 관측 데이터의 전송 알고리즘의 개발에 대해 기술한다. 전파망원경으로 관측한 VLBI 데이터 처리를 위한 전처리 과정으로, 데이터 전송 알고리즘은 대용량 스토리지 서버에 저장된 VLBI 데이터를 대전상관기의 동기재생처리장치(RVDB)에 1대 1 방식으로 동작하며 VDIF 규격과 VDIFCP, UDP 프로토콜을 사용한다. 제안방법은 대전상관기의 동기재생처리장치의 데이터 전송을 기다리고 있으면 대용량 스토리지 서버의 Mark5B VSI 규격으로 저장된 2048 Mbps 급 VLBI 관측 데이터를 읽은 후 UDP로 전송하는 방식이다. 제안방법의 유효성을 확인하기 위해 대용량 스토리지 서버와 RVDB OCTADDB 사이에 실제 VLBI 관측 데이터를 전송하고 전송 전후의 데이터에 대해 상관처리 시험을 수행한 후 결과를 비교하였으며, 데이터 전송손실이 없이 전송 전후의 결과가 동일함을 확인하였다. 향후 본 연구에서 개발한 데이터 전송 알고리즘은 KaVA 네트워크에서 e-VLBI로도 유용하게 활용할 수 있을 것으로 기대한다. This paper describes the development of the observational data transmission algorithm for high-speed network in radio astronomy. For the preprocessing of VLBI data observed by radio telescope, data transmission algorithm uses the VDIF specification, VDIFCP, and UDP protocol by transferring VLBI data stored in a massive storage server with one-to-one correspondence between the server and the RVDB of Daejeon correlator. A transmission method is proposed, which reads the recorded data in Mark5B VSI format and trnasmits 2048 Mbps VLBI data by software through UDP packet transmission, while RVDB system is waiting for the transmitting data from the server. In order to check the effectiveness of the proposed method, the data transmission between the massive storage server and RVDB is conducted and the transmitted data is correlated by Daejeon correlator for the accurate comparison concerning the data before and after. The transmitted data is shown to be completely the same as the original data without any data transmission loss. Henceforth, the developed data transmission algorithm in this research is expected to be applied effectively as e-VLBI for KaVA network.

대전 상관기의 전처리를 위한 광역 프린지 탐색 소프트웨어 개발 및 시험

오세진,노덕규,윤영주,염재환,오충식,쿠라야마 토모하루,정동규,정진승,Oh, Se-Jin,Roh, Duk-Gyoo,Yun, Young-Joo,Yeom, Jae-Hwan,Oh, Chung-Sik,Kurayama, Tomoharu,Chung, Dong-Kyu,Jung, Jin-Seung 한국융합신호처리학회 2014 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.15 No.4

본 논문에서는 대전상관기의 전처리를 위한 광역 프린지 탐색 소프트웨어 개발에 대해 기술한다. VLBI 관측의 경우 전파망원경에 의해 천체를 잘 관측하였는지 확인하기 위해 관측자는 관측일정에서 잘 알려져 있는 전파세기가 강하고 밝은 천체(포인터 소스, 참조천체)를 목적천체와 함께 관측을 수행한다. 상관기는 참조천체를 대상으로 상관 프린지가 잘 검출되는지 확인하는 전처리를 수행한다. 본 논문에서는 특정 관측국을 기준으로 각 관측국 사이의 정확한 지연시각을 계산하는 GFS 소프트웨어를 개발하였는데, 이 소프트웨어는 상관 전처리를 통하여 각 관측국에 위치한 수소원자시계와 GPS 시각 사이의 시각오차 정보 및 참조천체의 지연모델(상관모델)을 이용하여 정확한 지연시각을 계산한다. 개발한 소프트웨어의 성능을 확인하기 위한 상관 전처리 시험을 KaVA 관측망으로 관측한 참조천체와 목적천체에 대해 수행하였다. 시험결과는 GFS 소프트웨어로 찾은 지연시각 오차를 보정한 결과와 그렇지 않은 것의 비교에 따라 매우 좋은 성능을 보여 효과적임을 나타내었다. This paper introduces the development of global fringe search (GFS) software for preprocessing of Daejeon Correlator. In case of the VLBI observation, a observer conducts the observation for the reference sources with strong and point-like radio stars on schedule in order to confirm the well-observedness of the radio source by the radio telescope. The correlator performs the correlation for the reference sources to detect the fringe completely. We developed the GFS software by calculating the precise delay time between each observatory based on specific observatory. Then, this software calculates the precise delay time by using the delay model (correlator model) of reference source and information of time offset between the Hydrogen Maser frequency standard and GPS (Global Positioning System) clock located in each observatory through the correlation preprocessing. In order to confirm the performance of the developed software, experiments were carried out for the reference sources and target sources observed by the KaVA (KVN and VERA Array). Experimental results show that the GFS software has effectively good performance by finding the precise delay time offset according to the comparison between the compensated delay time offset and one without compensation.

유효 비트수 확장을 이용한 대전상관기의 상관 정밀도 개선에 관한 연구

염재환,노덕규,오세진,오충식,정진승,정동규,윤영주,김용현,황철준,Yeom, Jae-Hwan,Roh, Duk-Gyoo,Oh, Se-Jin,Oh, Chung-Sik,Jung, Jin-Seung,Chung, Dong-Kyu,Yun, Young-Joo,Ozeki, Kensuke,Onuki, Hirofumi,Kim, Yong-Hyun,Hwang, Cheol-Jun 한국융합신호처리학회 2013 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.14 No.4

본 논문에서는 대전상관기의 상관결과 정밀도 향상을 위해 FFT 모듈의 유효비트 확장에 관해 고찰한다. FPGA를 기반으로 하는 대전상관기는 데이터처리의 고속화를 위해 FFT 연산을 고정소수점으로 구현하였다. 그러나 상관결과에서 연산비트의 부족으로 인해 대역폭의 낮은 주파수 영역에서 위상의 0도 집중현상이 발생하고 있다. 이 현상은 관측천체를 분석할 때 위상 집중현상을 제외시키기 때문에 데이터 손실과 같은 효과를 주어 상관결과의 정밀도에 영향을 주고 있다. 따라서 상관결과의 정밀도 향상을 위해 FPGA의 주어진 리소스 범위 내에서 기존 FFT 모듈의 16비트 연산보다 비트수를 확장할 수 있는지에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 결과를 통하여 사용한 FPGA 리소스 범위 내에서 FFT 모듈의 유효비트 수는 확장할 수 있으며, FFT 모듈의 20-bit 연산비트가 실험결과의 비교를 통하여 상관결과의 정밀도를 향상시키는데 유효한 것으로 확인되었다. In this paper, we propose the effective bit expansion of FFT module for improving the accuracy of correlation result of the Daejeon correlator. The Daejeon correlator based on FPGA was implemented in order to fast data processing with the fixed-point of FFT operation. In correlation result, however, the phenomenon of phase concentration to 0 degree was appeared in lower frequency area of bandwidth due to lack of operational bit. This phenomenon has an affect on the accuracy of correlation result by introducing the effect of data loss because of excluding phase concentration during analysis of observed radio source. In order to improving the accuracy of correlation result we carried out the simulation by expanding bit-number than 16-bit operation of previous FFT module within given resource limits of FPGA. Through the simulation results, the effective bit number for FFT module within used FPGA resource limits is able to expand, and we confirmed that the operational 20-bit of FFT module is effective for improving accuracy of correlation result by comparing with experimental result.