Reaaliaikaisen e-vlbi. kehitystyö Metsähovissa. Jan Wagner, Metsähovin radiotutkimusasema

Transkriptio

1 Reaaliaikaisen e-vlbi pitkäkantainterferometrian kehitystyö Metsähovissa Jan Wagner, Metsähovin radiotutkimusasema

2 VLBI (1/2) Yksittäiset radioteleskoopit: Resoluutio / D Sumea kuva koska apertuuri D100 m VLBI pitkäkantainterferometria: VLBI pitkäkantainterferometria: Keksitty 1960-luvulla USA:ssa (NRAO) Sovelletaan klassista apertuurisynteesiä, yhdistetään useita radioteleskoopeja Syntetisoitu D pisin kanta B; B1000km => erinomainen resoluutio, «1 marcsec

3 VLBI (2/2) Tyypillisen VLBI-kokeen ominaisuuksia: Tähtitaivaan kohdetta havainnoidaan yleensä 4 16 asemalla Kuva sitä tarkempi mitä suurempi RF-kaistanleveys nykynopeudet Mbit/s Korrelaattori suorittaa apertuurisynteesin (JIVE, Bonn MPIfR) kaikkien asemien datat oltava paikalla, tosin VLBI => pitkä kuljetusmatka! Aseman tietojen perinteinen siirtotapa: Asema tallentaa tiedot kovalevyille ja postitetaan Kuljetus etäisiltä asemilta kestää useita viikkoja => korrelointitulokset vasta pitkän viiveen jälkeen Haystack Mark5 ( $20k) 2 kovalevypakkaa Nykyään liian hidasta

4 e-vlbi Tähtitieteilijät ja geodeetit tahtovat VLBI:ltä: Lisää kohteita per 24h VLBI-sessio <=> lyhyempi havainnointiaika per kohde, näytteistettävä leveämpää RF-kaistaa Parempi herkkyys, signaali/kohina <=> vielä enemmän RF-kaistanleveyttä, yhä suurempi näytevirran nopeus Mbit/s Korrelointitulokset saataville heti <=> asemadata mahd. nopeasti korrelaattorille Target of opportunity -havainnointi <=> mielellään täysin reaaliaikainen VLBI mm. supernovat, gammapurkaukset Ratkaisu electronic-vlbi näytteiden siirto verkon yli heti : 10 Gbit/s Internetyhteydet halpoja Internet-runkoverkot 10Gbit/s (GÉANT2,..) Observatorion 512 Mbit/s VLBI-näytevirta EU-kehitysprojekti : Express Real-time Production e-vlbi Service - rahoitetaan kaikille asemille Gbit/s Internet-yhteys - kehitetään reaaliaikainen e-vlbi-tiedonsiirto ja korrelointi I : off-line e-vlbi, näytetiedostot vasta VLBI-session jälkeen korrelaattorille II : real-time e-vlbi, siirto reaaliajassa korrelaattoriaseman kovalevyille III: real-time e-vlbi, siirto ja korrelointi reaaliajassa, ei lainkaan kovalevyjä

5 Metsähovin tiedonkeruujärjestelmä Metsähovin PC-EVN kuluttajatietokone: Koneeseen VSIB PCI-kortti (Mujunen, Ritakari), 768 Mbit/s hyötynopeus VSIB liitetään digitaaliseen VLBI Standard Interface väylään Väylän näytteet siirretään keskusmuistiin rengaspuskuriin - puskurikoko usein 144MB : ~2 512 Mbit/s Kortin ajuri tarjoaa tiedoston /dev/vsib jota ohjelmat lukevat PC-EVN käyttö e-vlbi-kokeissa: off-line e-vlbi /dev/vsib:istä skannin näytteet tiedostoon RAID0-levylle RAID0-nopeus helposti 1000 Mbit/s Tilaa oltava tyypillisesti 1..5 teratavua Myöhemmin tiedostosiirto Tsunami UDP protokollalla Reaaliaikainen e-vlbi Siirto suoraan /dev/vsib:istä Tsunami UDP protokollalla Tsunami-protkolla =>

6 Tsunami UDP protokolla (1/2) Ensimmäinen versio 2002 Indiana University: Kertaluokkia nopeampi kuin TCP/IP-pohjaiset tiedonsiirrot (FTP) Buginen, oli kirjoitettava pitkälti uusiksi => Toimintaperiaate: Hidas TCP/IP ohjaukseen, varsinaiset tiedot siirretään UDP/IP:llä Siirrettävä data pilkotaan numeroituihin osiin Osat lähetetään peräjälkeen asiakkaalle UDP-paketteina Asiakas voi pyytää siirrossa kadonneet UDP-paketit uudestaan => häviötön tiedonsiirto

7 Tsunami UDP protokolla (2/2) Reaaliaikainen e-vlbi Tsunamilla: Uudet ohjelmat - asiakas ja palvelin käyttävät VSIB-kortin /dev/vsib tiedostoa Reaaliaika-Tsunamia voidaan käyttää tavallisen Tsunamin kanssa: Asiakas Tavallinen palvelin observatoriossa Reaaliaika-palvelin observatoriossa tavallinen off-line e-vlbi, tavallinen tiedostonsiirto reaaliaikainen e-vlbi tiedonkeruu reaaliaika e-vlbi tiedontoisto reaaliaikainen VSI-VSI väylien siltaus Reaaliaikaiseen Tsunami-palvelinohjelmaan vaaditut lisäykset: VLBI-session eteneminen aikataulun mukaan Skanneilla aloitusajankohta (UTC, ± X s) ja kesto (s) Asiakas hakee skannitiedostot, asiakkaan kerrottava aloitusaika ja kesto Lisätään tiedot tiedostonimeen, palvelin tulkitsee EVN Filenaming Convention standardi : euro89_mh_3c859_ t12:25:30_dl= evn Puuttuvien UDP-pakettien uudelleenlähetykset : /dev/vsib näytteet vanhenevat Ruuhkatilanteet turha pakettien uudelleenlähetys vain pahentaa häviötä Muutos: asiakasohjelma päättää mitä on kadotettu, käyttäjäparametri Tulos: tehokkaampi, häviöttömämpi siirto huonoilla verkkoyhteyksillä

8 e-vlbi havainnoinin automaatio Reaaliaikaiset e-vlbi session siirrot helpommiksi: Sessioissa >50 skannia, korrelaattoriasema lataa nämä observatorioista, manuaalisesti? Observatorion havainnointiaikataulun muunnetaan Tsunami-asiakasskriptiksi Asiakassripti tekee reaaliaikaiset siirrot peräkkäin aikataulun mukaan. Periaate: #!/bin/bash cd /raid/g07302_onsala/ waittill15sbefore 0830_ T08:30:00 tsunami connect oso.chalmers.se get g07302_on_ _ t08:30:00_dl= evn quit waittill15sbefore 0830_ T08:34:42 tsunami connect oso.chalmers.se get g07302_on_ _ t08:34:42_dl= evn quit waittill15sbefore 0830_ T08:38:15 tsunami connect oso.chalmers.se get g07302_on_ _ t08:38:14_dl= evn quit Skripteissä lisäksi muiden asemien toivomaa lisälogiikkaa EU EXPReS-projektin tarkistuspiste : Month7-demonstraatio Näytettävä e-vlbi -siirtojen toimivuus EU:lle =>

9 EU Month7 demonstraatio (1/2) Tavoite : toimivia e-vlbi siirtoja Metsähovin PC-EVN -järjestelmällä Observatoriot: Onsala (On) 1Gbit kuidula, Jodrell Bank (Jb) 1G, Metsähovi 10G Korrelaattoriasema: JIVE 1G Kolme osaa, jokaisessa ~18 neljän minuutin skannia : Osa A 512 Mbit/s On&Jb, lopuksi off-line siirto JIVE:en Onnistui hienosti, skannitiedostot siirtyivät Tsunamilla >600 Mbit/s Osa B1/B2 256 ja 512 Mbit/s Tsunami-reaaliaikasiirtoja On&Jb=>Metsähovi Menestys, tasainen siirto Osa C 512 Mbit/s Tsunami-reaaliaikasiirtoja On&Jb=>JIVE JIVE:läiset hajoittivat asiakaskoneen osan A lopussa Siirtokuvaajia => Suomen ulkomaanyhteyden liikenne demonstraation ajalta, Suomen ulkomaanyhteyden liikenne demonstraation ajalta, Tilastot Funet:in reitittimeltä

10 EU Month7 demonstraatio (2/2) 4min skannin reaaliaikainen siirto On->Mh ja Jb->Mh JIVE korreloi asemien skannit. Interferenssikuviot löytyivät => kaikki toimii!

11 Yhteenveto Kehitetty automatisoitu reaaliaikainen e-vlbi Metsähovin järjestelmälle (VSIB, Tunami) Järjestelmän toimivuus osoitettiin Month7-demontraatiossa => voidaan ottaa tuotantokäyttöön Nyt jo käytössä useissa observatorioissa, off-line ja reaaliajassa Seuraavaksi Metsähovissa kehitettävää : Nykyisen 512 Mbit/s kasvattaminen 4 Gbit/s nopeuksiin : <=> RF-kaistanleveys 128 MHz sijaan 1 GHz Uusi 10 Gbit/s tiedonkeruujärjestelmä