KAREN 네트워크를 활용한 전파천문 데이터 전송 및 실시간 eVLBI 구현

와크워스 라디오천문대(WRAO)는 뉴질랜드 오클랜드 북쪽에 위치한 12 m 전파망원경으로, 지구과학·우주과학·천체물리학 분야의 VLBI(초장거리 간섭계) 관측에 활용되고 있다. 관측당 수십 테라바이트에 달하는 원시 데이터는 신속히 처리·분석을 위해 국제 협력 파트너가 운영하는 상관관계 센터로 전송되어야 한다. 전통적인 물리적 매체 전송 방식은 비용·시간이 많이 소요되었으며, 최근에는 하드디스크 기반 저장 매체를 이용한 물리적 이동이 일반적이었다. 그러나 고속 네트워크 인프라인 KAREN(Kiwi Advanced Research and Education Network)이 구축되면서, 원격 데이터 전송이 실시간에 가깝게 가능해졌다. 본 논문은 KAREN을 이용한 데이터 전송 현황과 다양한 전송 프로토콜의 성능을 실험적으로 평가한다. 먼저, KAREN을 통한 포인트‑투‑포인트 연결이 구축된 주요 파트너(호주 CSIRO, 독일 본, 네덜란드 JIVE, 핀란드 메츠아호비, 미국 USNO, 일본 GSI 등)와의 연결 상태를 정리하고, 각 사이트에서 지원되는 프로토콜(FTP, ‘tsunami’, UDT)과 원격 접속 방법(ssh, iperf) 등을 표로 제시한다. 다음으로, 실제 16 bit VLBI 파일(65 GB)을 사용해 FTP, ‘tsunami’, UDT 세 가지 프로토콜의 전송 속도를 비교한다. FTP는 TCP 기반이지만 홉 수가 많고 패킷 손실이 발생하면 혼잡 제어가 전송 속도를 크게 억제한다. 결과적으로 독일 본과 핀란드 메츠아호비로 각각 65 Mbps, 61 Mbps의 평균 전송률을 보였다. ‘tsunami’는 UDP 기반이지만 자체적인 오류 복구 메커니즘이 없어 손실이 적은 경우에만 높은 속도를 유지한다. 본 실험에서는 본에서 151 Mbps, 메츠아호비에서 105 Mbps를 기록했다. UDT는 UDP 위에 자체 흐름·혼잡 제어를 구현한 프로토콜로, 동일 파일을 본에서는 273 Mbps, 메츠아호비에서는 453 Mbps로 가장 높은 전송 효율을 보였다. 이는 UDT가 네트워크 혼잡 상황에서도 대역폭을 효율적으로 활용하고, 패킷 손실에 대한 복구를 적절히 수행함을 의미한다. 추가 실험에서는 2010년 8월 마스 익스프레스(Mars Express) 관측 데이터(86 GB, 187 GB)를 ‘tsunami’와 UDT로 전송했으며, 각각 평균 250 Mbps와 300 Mbps를 달성했다. 2010년 9월에는 ‘tsunami’를 이용해 실시간 VLBI 데이터 스트리밍을 시도했으나, 장거리 전송 시 수천 개의 패킷 손실이 발생해 350 Mbps 수준에 머물렀다. 반면, 2010년 6월 호주 퍼스(Curtin University)로의 전송에서는 ‘tsunami’가 300 Mbps, UDT가 400 Mbps를 기록했다. 2010년 12월에는 호주 CSIRO와의 eVLBI 시험에서 512 Mbps(8채널, 2 bit) 전송을 성공했으며, 2011년 1월에도 동일 속도를 유지했다. 2011년 2월에는 뉴질랜드와 호주 LBA 안테나 간에 실시간 eVLBI 시연이 이루어졌다. 또한, 일본 GSI와의 iperf 테스트에서는 512 Mbps를 거의 무손실(패킷 손실 0.00021%)로 달성했다. 실시간 스트리밍을 위해서는 기존 VLBI 소프트웨어가 ‘tsunami’ 전용으로 구현돼 있어, UDT 적용을 위해서는 애플리케이션 레이어의 코드 수정이 필요하다. UDT는 API를 제공해 통합이 비교적 용이하지만, 네트워크 코드가 애플리케이션에 직접 포함돼 있어 별도 라이브러리 형태로 유지되는 것이 바람직하다. 결론적으로, KAREN은 국제 VLBI 파트너와의 대용량 데이터 전송에 매우 유용한 인프라이며, UDP 기반 UDT 프로토콜이 현재 가장 효율적인 전송 수단으로 확인되었다. UDT는 TCP와 공존하면서도 네트워크 대역폭을 효율적으로 사용하고, API를 통해 다양한 애플리케이션에 쉽게 통합될 수 있다. 향후에는 KAREN 내에서 실험 기간 동안 전용 논리 파이프를 예약해 대역폭을 보장하고, UDT 기반 실시간 스트리밍 파이프라인을 자동화함으로써 전 세계 VLBI 관측소 간의 실시간 데이터 교환이 한층 원활해질 것으로 기대된다.