NEXPReS: Dynamische Lichtpadenvoor Radio Astronomie

Image by NASA

Radio Astronomie

• Zon

• Waterstof: onze Melkweg en andere melkwegstelsels

• Supernovae en hun restanten, pulsars

• Active Galactic Nuclei

• Spacecraft

M33 in zichtbaar licht en radio

Image courtesy NRAO/AUI and NOAO/AURA/NSF

Radio Astronomie

Radio Astronomie

Courtesy of NRAO

Radio vs. Optische astronomieDe resolutie van een telescoop:θ ≈ 1.2 λ/D (λ = golflengte, D = diameter)

Hubble Space Telescope:λ = 600nm (zichtbaar licht)D = 2.4mθ = 0.06 boogseconde

Onsola Space Observatory:λ = 6cm (5GHz)D = 25mθ = 600 boogsecondenGezocht: 240km schotel?

Interferometrie• Afstand bepaalt resolutie

• Apertuur-synthese door draaing van de Aarde

Very Long Baseline Interferometry• Maak een veel grotere, virtuele radiotelescoop door telescopen over de gehele wereld tegelijkertijd te gebruiken

• Resolutie wordt bepaald door grootste afstand tussen telescopen, en golflengte

• Gevoeligheid wordt bepaald door schotel- oppervlak, waarneemtijd en bandbreedte

• Elk observatorium heeft een atoomklok voor timing

Very Long Baseline Interferometry

Very Long Baseline Interferometry

• EVN correlator: kan 16 stations van elk 1024Mb/s verwerken

• 5 TB in een typische 12h observatie

• De dataset na correlatie is enkele GB

• 3 EVN sessies per jaar, elk duurt 3 tot 4 weken.

Onze storage: een paternoster• De EVN storage pool is 1.7 PB

• Draait meestal niet, en is vaak onderweg

JIVEJIVE: Beheer van de EVN correlator en ondersteuning van astronomen bij VLBI waarnemingen

EVN: Een samenwerkingsverband van degrote radio-astronomie observatoriain Europa, China en Zuid Afrika.

NEXPReS is een drie-jarig project gericht op het verder ontwikkelen van e-VLBI binnen de EVN, met als doel om alle EVN observaties via e-VLBI te verrichten.

Very Long Baseline Interferometry

tekst

• In den beginne (1990) gebruikten we tapes

tekst

• Daarna kwamen harddisk-packs

• En nu: e-VLBI

e-VLBI observaties

Telescope CC Bandwidth RTT (ms)Sheshan CN 622M LP / 512M R 354 / 180ATNF AU 1G LP 343

Kashima JP 512M R 288Hartebeesthoek SA 900M R 239

Arecibo PR 128M R / 512M VLAN 154TIGO CL 95M R 150

Westford US 512M R 92Yebes ES 900M R 42,1Torun PL 1G LP / 10G R 34,9Onsala SE 1.5G MPLS/VLAN 34,2

Metsahovi FI 10G R 32,7Medicina IT 1G LP 29,7

Jodrell Bank UK 2x 1G LP 18,6Effelsberg DE 10G shared VLAN 13,5

WSRT NL 2x 1G CWDM 0,57

JIVE network overview

JIVE network overview

GEANT

SURFnet

External

router

10 Gb/s fiber1 Gb/s fiber

1024 Mb/sSerial links

1 Gb/s RJ−4510 Gb/s CX4

16x SURFnet

16x Mark5 server

lightpaths

RadioTelesopes

5Gb/s IP connection

JIVE Correlator

Internalswitch/router

WSRT

switch/

Legend 1 2 30

JIVE network overview

• RTT tot 354ms• Bandbreedte > 1Gb/s • TCP Window Size• TCP Backoff / Recovery

• Tuning kan, maar niet ‘fair’• Dus: UDP

• ‘Eigen’ verbindingen nodig: (Lichtpad, VLAN + QOS, Dark Fiber) of • Overprovisioned netwerk

TCP of UDP?

• VLBI (tape based) snelheden zijn machten van 2:128Mb/s, 256Mb/s, 512Mb/s - and 1024Mb/s

• 1024Mb/s > 1Gb/s! (met headers > 1030Mb/s)

• Pakketjes droppen kan, maar kost 2x gevoeligheid

• ʻTracksʼ droppen kan, maar kost erg veel rekenkracht omdat er bitoperaties op 1024Mb/s nodig zijn.

• Waar mogelijk: VLANs, dubbele lichtpaden, 10G links

De 1Gb/s drempel

e-VLBI observaties• Experimenteel, maar wel wetenschappelijke waarnemingen

• Maandelijks, 24h slots - vaak overbooked.

e-VLBI run 2010-11-23

Disk VLBI e-VLBI

Volledige bandbreedte op elk station Bandbreedte soms beperkt door netwerk

Data weken lang onderweg Doorlopende real-time checks

Beperkt door diskruimte Data komt nooit op disk

Kapotte harddisks, opname problemen Kapotte fibers, netwerk problemen

Moet ruim van te voren gepland Target-of-Opportunity observaties

Beste gevoeligheid Beste betrouwbaarheid

Disk VLBI vs. e-VLBI

NEXPReS: beste van beide

Het NEXPReS project

• Is een ʻIntegrated Infrastructure Initiativeʼ (I3)• Funded under the EU Seventh Framework Programme• 15 Astronomische Instituten en NRENs als deelnemersJIVE, ASTRON, SURFnet, Nordunet, DANTE, PSNC (pl), TUM (de), INAF (it), MPG (de), UMAN (uk), OSO (se), VENT (it), FG-IGN (es), AALTO (fi), CSIRO (au)

• 4 workpackages:• WP5: ʻCloudʼ correlation• WP6: High Bandwidth on Demand• WP7: Computing in a shared infrastructure• WP8: Provisioning High Bandwidth, High Capacity Storage on demand

• Een dienst waarbij eindgebruikers een netwerk-pad kunnen opzetten tussen zelf te kiezen eindpunten, met een gewenste bandbreedte, latency etc.

• Besturing via website of webinterface

• OpenDRAC Nortel, SURFnet

• ION Internet2/ESNET

• Interdomain: Autobahn NSI (Fenius)

Bandwidth-on-Demand

• Huidige lichtpaden zijn statisch: inefficent gebruik van schaarse internationale netwerk-capaciteit

• Efficienter gebruik van poorten en switches

• Bandbreedte per telescoop gaat omhoog (4Gb/s, ...)

• Meer flexibiliteit: gedistribueerde correlatie

• Maar: internationale BoDis nog volop in ontwikkeling

Bandwidth-on-Demand

WP6: High Bandwidth on DemandTask 1: Integration of e-VLBI with Bandwidth-on-Demand(JIVE, SURFnet, NORDUnet, OSO, CSIRO)

Task 2: On-demand access for large archives(ASTRON (LOFAR), SURFnet)

Task 3: Testing and validation of on-demand circuits(UMAN, JIVE)

Task 4: Multi Gbps on demand for e-VLBI (4Gb/s, 10Gb/s)(JIVE, SURFnet, NORDUnet, OSO)

NEXPReS is an Integrated Infrastructure Initiative (I3), funded under the European Community's Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013) under grant agreement n° RI-261525 NEXPReS.

De toekomst ...• Nieuwe telescopen

• Nieuwe correlators (CPU-based, FPGA-based)

• Grotere bandbreedtes (4Gb/s / station, 8Gb/s, ...)

Uniboard Nieuwe 64m in Sardinie

Vragen?