천문데이터 네트워크 융합연구보고서

천문데이터 네트워크 융합연구보고서

Advanced network for astronomy data

-(주관기관 : 한국과학기술정보연구원)

차 례

Ⅰ. 개 요 ···3

Ⅱ. 추진배경 ···5

Ⅲ. 연구내용 ···6

Ⅳ. 네트워크형 융합연구 모델 ···16

Ⅴ. 결 론 ···50

I.

개 요

천문데이터 네트워크

는 개별 과학자 및 연구기관에서 진행되고 있는 연구개발체계(단독형, 집중형)에 비해 국내외 연구자원의 효과적 결집, 데 이터의 온라인 활용과 공동협력을 통해 우수한 연구결과 창출에 유리한 네트워크형 융합연구체계 구현을 연구목표로 하고 있다. 연구내용으로는 네트워크 인프라 및 대용량 데이터 송수신 환경 최적화 모델 설계, 협력을 통한 상호간의 데이터의 활용과 기술이해, 실질적 서비 스단계까지의 빠른 전환이며, 클러스터 사업은 한국과학기술정보연구원(이 하 KISTI)과 한국천문연구원(이하 KASI)간 융합 협력연구를 통해 미래의 천문분야의 대용량데이터 활용체계 패러다임으로 전환뿐 아니라, 타 대용 량데이터 활용 과학기술연구에 선행 및 기준 모델 개발을 통해 국가적인 과학기술연구의 환경발전과 과학기술 경쟁력 제고를 목표로 하고 있다. 현재 과학기술·연구개발체계의 패러다임은 기존 단독형 연구수행 형태 를 탈피하여 고속화된 네트워크를 기반으로 관측과 실험을 통해 대규모로 발생하는 데이터자원과 대용량 데이터를 연구현장으로 송수신, 저장하여 이를 각 연구자(기관)의 목적에 맞도록 분석하는 계산자원을 중심으로 협 업화, 공유화, 공용화, 글로벌화로 변화하고 있다.

이러한 연구의 형태와 과정은 제4세대 데이터중심형 과학으로 대표되고 있으며, IT기술과 기초·응용연구와의 융합으로 통해 상호간의 발전뿐 아 니라 또 다른 과학기술의 영역 확대와 신규 융합기술이 개발되고 있다. 이러한 연구형태를 통칭하여 네트워크형 융합연구라고 하고 있으며, 네 트워크형 융합연구의 실제 환경구현을 위해서는 환경(인프라)구축, 준비기 간(상호기술이해, 환경이해 등), 성능수준, 테스트단계에서 서비스단계로의 빠른 전환 등의 주요 단계가 필요하다. 네트워크형 융합연구는 사전 연구인프라의 준비와 연동이 기존 개인연 구 환경체계와 비교할 때 서비스 도달까지 물리적인 준비기간은 단축되지 만, 상호 이해와 자원과 데이터의 활용형태 분석에서 장시간 소요되기 때 문에 연구자의 노력과 융합 시 전문적 인력과 이에 따른 지원과 결합에 필요한 설계가 매우 중요하다. 따라서 본 연구사업에서 개발된 천문데이터 네트워크 융합형 모델이 단 계적이고 구체적으로 개발되면, 타 분야 연구의 네트워크 융합연구로의 전환에 기준으로 적용되며, 이를 통해 시간과 노력에 대한 절약에 긍정적 인 영향을 기대한다. <그림2> 국가과학기술연구망(KREONET) 네트워크 융합형 연구 인프라

II. 추진배경

천문데이터네트워크 융합클러스터사업

은 과학기술과 참여기관의 역 할 협력강화를 위해 네트워크 중심의 공동체 구성과 자원 공동활용, 실시 간 정보 공유, 대용량데이터의 교류가 가능한 융합환경의 개발과 제안을 목적으로 하고 있다. 네트워크와 과학기술의 능동적 융합과 데이터의 편리하고 실시간 활용 을 위해 새로운 연구환경의 중심인 네트워크형 융합연구를 선도하고 최적 화가 가능한 천문분야와의 협업을 구성을 기획하고 있다. 천문데이터네트 워크 클러스터 사업의 결과는 관련된 천문과학분야의 네트워크융합형 연 구환경을 구성하고 제안하는 것과 함께 유사한 대용량데이터 중심형 핵심 연구 및 국가 대표과학 육성을 위해 개발된 모델을 중심으로 체계적 연구 환경을 구성하고 대용량 데이터활용 연구의 다양화와 미래 환경 변화와 글로벌 메가트랜드에 대응이 가능한 국내의 특성에 맞는 전략과 공동문제 에 대한 국제협력강화를 목적으로 하고 있다. 이를 통해 데이터중심의 도전적 융합연구와 다학제적 연구에 확산하여 세계를 선도하는 과학기술 지식과 원천기술 창출이 가능한 융합연구를 체 계적 발굴, 육성에 필요한 모델을 체계화하고자 한다. 대용량데이터 활용 연구그룹을 대상으로 융합형 협업연구 환경에 필요한 대용량데이터의 고속전송을 위한 연구그룹별 특화네트워크 등 핵심서비스 콘텐츠 지원을 위한 서비스와 모델 개발을 통해 네트워크 인프라 이상 (NET-Plus)의 각 연구그룹에 최적화된 네트워크 서비스로 연구결과의 효 율성과 데이터 연구 활용효과의 극대화를 목적으로 한다. 연구기관의 데이터의 전송량과 전송요구량, 전송형태의 전략적 분석을 통해 해당 연 구그룹의 데이터의 활용과 송수신의 특성을 이해하고 연구자 또는 연구기 관의 요구에 따라 적용되는 네트워크의 인프라, 기술, 구성의 최적화를 판 단하고 이를 해당 연구에 적용하는 형태로 네트워크와 과학기술의 융합을 구성한다.

III. 연구의 내용 및 소개

1. 네트워크 중심의 연구

네트워크를 통해 데이터를 공유하는 연구는 다양한 연구 및 과학적 목 적을 이루기 위해 크게 데이터 중심형(Data-Intensive), 고해상도영상 중심 형(Media-Intensive), 컴퓨팅, 데이터, 장비중심의 자원과 연구에 필요한 전 송환경을 요구하는 테스트 및 도메인형(Domain&Testbed- Intensive) 으로 특성을 분류 할 수 있다. [표 1] 첫 번째, 데이터집약형(중심형)의 첨단연구의 특성은 국내외에서 관측과 실험장비와 기기로 부터 발생하는 대용량 관측, 실험 데이터를 중심으로 응용연구자들이 페타급의 데이터를 전송하여 이를 기반으로 데이터를 자 신의 응용연구를 진행하기 위해 빠르고 안정적인 네트워크의 속도와 성능 을 활용하는 연구헝태라 할 수 있다. 두 번째, (멀티) 미디어 중심형 첨단연구의 특성은 원거리에 있는 인적 자원과 이미지, 동영상, 오디오를 중심으로 협력하는 협업연구의 특성으로 보다 고품질, 고해상도의 미디어를 송수신하고 또는 다 지역의 미디어를 통합, 싱크(Sync)하는 연구들을 총칭할 수 있다. 핵심서비스 내용 서비스콘텐츠 해당분야 ∙TCP/UDP 성능튜닝 ·∙ 고속(병렬)전송 ∙글로벌전송 Cache ∙2단계전송 Proxy ∙Buffer, MTU 서비스 ∙병렬 전송 ∙연구특화전송어플리케 이션 HEP, 기상 /기후, 천 문 (멀티)미디어중심형 ∙실시간 자료공유 ∙미디어중심 협업 ∙연구그룹별 Venue ∙H.323 Venue 서비 스 ∙Multicast ∙Low Jitter/Delay 의료, 사이 버 문 화 예 술 도메인/테스트베드형 ∙논리특화그룹형 네트워크 ∙동일 Subnet ∙가상연구실 구현 ∙L2/OPN ∙Slice형 논리그룹구 현 네 트 워 킹 기술실험 [표 1] 첨단연구 분류 및 콘텐츠

마지막으로 도메인과 테스트베드형 연구는 고가의 실험과 관측 장비를 중 심으로 다수의 연구자들이 이를 활용하는 네트워크 융합형 연구는 슈퍼컴 퓨터, 대용량 클러스터를 중심으로 하는 계산자원 또는 실험, 시뮬레이션 을 수행할 수 있는 자원을 원격에서 공유하고 또는 제어하는 연구를 말 할 수 있다. 또한 일반적으로 사용하는 네트워크 환경에서 벗어나 자신의 최종연구목적에 맞도록 환경을 구성하고 이는 다른 연구환경이나 또는 네 트워크에 영향을 주지 않는 연구환경을 요구하는 분야라고 할수 있다. 분류된 네트워크의 주요서비스를 중심으로 분류한 3가지 연구문야지만 공 통적으로는 다수의 연구자 또는 연구기관은 자신의 연구 또는 과학의 목 적을 달성하기 위해 발생하는 데이터를 제어하고 이로 인해 발생한 데이 터를 저장, 재가공, 분류하며 원천데이터를 의미있는 분석 또는 수요데이 터로 재가공하고 이를 기반으로 협업을 수행하는 연구자 또는 기관과 공 동협업을 한다. 즉, 전체적으로 데이터를 중심으로 이를 활용하는 대상을 분석하면 중복적이고 융합적인 연구형태를 나타낸다. 다만, 복합적 또는 중복적인 연구형태를 나타난다 하더라도 대표적 용도와 해당 연구자 또는 연구기관에서 수행하는 연구 목적과 데이터를 활용하는 형태를 기준으로 3가지 연구 분류 형태는 연구전체나 주요활용에 국한된 분류이다. 연구내용과 형태에 따라 연구목표의 공동 추진과 연구 협력이 필수적이고 이와 함께 발생하는 데이터와 전송과 영상과 음성을 원격에서 공동 활용 하는 연구형태로 나타나며, 실시간으로 공유하는 자원과 기술이 수행하는 연구가 주요 연구의 수행(Research Process)일 때, 이러한 기관 또는 연 구자들이 진행하는 연구의 형태를 네트워크융합형 연구라고 할수 있다. 네트워크융합형 연구는 네트워크 활용 형태 및 기반과 환경구축을 중심으 로 연구기관이 기가급이상으로 접속 가능하고, 광 경로 구성과 연계가 가 능한 초고속, 고성능의 망 자원을 요구하는 특성을 가지고 있다. 위의 3가지 연구의 특성을 분류하고 정의하는 것은 이러한 특성을 중심으 로 과학기술연구망과 글로리아드를 활용하는 융합형 연구를 정의하고 연 구형태와 특성을 3가지로 분류하여 이에 최적화된 네트워킹 기술과 환경, 자원을 투자하는 것이 합리적이며, 또한 특성에 따라 다시 핵심 연구나 주요 활용형태를 정의하여 자원과 기술에 대해 분류하는 것으로 연구와

번호 분야/대역폭 연구내용/활용내용 1 고에너지물리 (1G-40G) ・국내 대학 및 연구기관에 스위스 입자가속기(LHC)에서 발생하 는 2.5Peta급의 데이터를 연구에 활용하기 위해 데이터전송 및 테스트를 진행하고 있음 ・국제간 대용량 데이터전송에 관련된 네트워크 대역폭조정과 튜닝 기술이 필요 2 천문우주 (1G-100G) ・천문 관측 장비(전파망원경)는 관측위치와 장비획득데이타의 교류가 중요한 요소 ・글로리아드를 통해 국제간 고용량 관측정보의 교류가 가능해 짐에 따라 국제간 eVLBI 참여 가능 3 기상기후 (10G) ・국제간 기후데이터의 교류에 따라 예측범위 및 시간, 예보 정 확성의 향상을 위해 유관기관간 대용량 기후데이터의 교류를 [표 2] 네트워크 융합형 연구분류 원의 내용이 비슷하여 네트워크의 자원과 기술을 적극적으로 제공하는 것 이 용이하고 네트워크를 활용하는 연구의 특성에 따라 국가연구망의 우수 자원 활용 부합성을 분석하여 모델을 제시하는 것이 적합하다. <그림3> 네트워크 융합형 연구의 분류 및 분야 아래 표[2]은 과학기술연구망의 자원과 네트워킹 기술을 활용하여 첨단연 구를 수행하고 있는 연구분야와 대표적 기관을 나타내고 있다.

진행하고 있음 ・유럽(영국) 및 APEC국가간의 데이터교류에 따라 기상, 기후, 태풍등의 예보에 필요한 데이터를 글로리아드를 통해 교류 가 능 4 생물정보/ 바이오 (1G) ・다양한 영상 및 정보의 실시간 교류가 매우 중요한 요소이며, 이를 위해 국제간 커뮤니티 참여와 실시간 원격회의를 중심으 로 연구를 수행하고 있음 ・글로리아드를 통해 글로벌 범위의 가상 바이오랩(Lab)및 바이 오정보 네트워크 구축이 가능 5 항공우주 (100G) ・해외위성정보 수집을 위해서 노르웨이에서 2개월 단위로 자 료를 수집하고 있으며, 국내 과학자 및 사용자들이 필요로 하 는 실시간 자료 전송을 진행하고 있음 ・실시간 전송이 가능함에 따라 연구분야의 확대, 연구자들의 요구 및 수요확대, 데이터의 안정성 및 보안성 유지가 가능해 지며, 특히 국가 K-2 위성자료를 실시간으로 획득이 가능해지 면 국가위성의 메모리의 활용능력이 극대화되어 국가연구 및 활용능력 향상 가능 6 원거리제어 (1G) ・고해상도 영상 및 원격지시 시스템 간 글로벌 제어 ・건설/건축 실험장비의 원격제어 및 공동활용 7 고화질 비디오전송 (10G) ・전송기술과 기반의 발달과 영상자료/데이터의 고용량화 추세 에 따라 전송기술 및 성능의 연구가 활발히 진행되고 있음 ・고용량 미디어데이터의 국제적 전송은 글로리아드를 통해 가 능하며, 이를 중심으로 커뮤니티 구성과 협력이 가능 8 미래 인터넷 기술 (10G) ・한-미간 미래인터넷 테스트베드 구축과 미래인터넷 연구수행 지원 9 의학 연구 (1G) ・핵의학 영상(Nuclear Burn)에서 발생하는 고용량 데이터의 관리를 위해 협력 기관간의 영상교류와 원격화상회의를 통하 의견교환을 통해 연구를 수행하고 있음 ・글로리아드를 통해고용량 데이터의 체계적 관리가 가능해짐에 따라 연구자들간의 의견교류와 영상정보교환이 가능함에 따라 빠르게 연구진행이 가능해지며, 상세 데이터 운용 가능 10 SDSS ・SDSS 관측자료의 계산과 시물레이션을 위해 관측데이터를 빠 르게 전송하여 계산 후 국내외 유관기관간 교류를 통한 연구 수행이 진행되고 있음

2. 천문분야 네트워크 활용분석

네트워크의 자원과 기술을 연구기관의 요구와 양적인 성과와 전략적 분 석을 통해 핵심지원 연구그룹을 대상으로 요구에 따라 연구망의 인프라, 기술, 구성이 최적화, 차별화 적용과 지원을 추진하고 있다. 연구 커뮤니 티별 그룹네트워킹(Group Networking) 의 자원과 기술을 지원하는 특성적 네트워킹 환경구축 및 서비스분야는 기존의 연구전용 네트워크인 국가과 학기술연구망 인프라의 연구활용에 적극적인 대응단계에서 기술 제공과 서비스를 시작하였다. 연구의 과학기술연구망의 활용과 성과는 양적인 연구단위의 확대 뿐 아 니라 각 연구자 및 연구기관의 요구를 충족함에 따라 연구결과의 개선과 성과의 효율성 향상에 기여하고 있다. 천문(eKVN)서비스 그룹이외에 대상그룹을 확장하기 위해 기상 및 기후 커뮤니티, 고에너지 연구커뮤니티 중 CMS, ALICE, Belle 연구그룹을 중심 으로 타 연구에 비해 그룹화 성격이 강하고, 요구하는 망 자원 구성과 기 술 적용에 따라 기존대비 연구효율성 향상이 기대되는 연구 분야 들이다. 동남권의학원 원격포럼 SDO 천문센터 지원 미래기술유망세미나 원격전송 병리학데이터전송 광주과기원 10G 네트워크 사이버랩 시연 및 네트워크 지원 <그림 4> 네트워크 융합형 연구협력활동

특히, 천문연구에 관련된 네트워크 활용분야는 대용량데이터의 생성과 지 속적인 증가, 관측된 데이터의 분석과 연구활용을 위한 이동으로 네트워 크 활용의 시점에서 매우 특별한 연구분야이다. 다음은 네트워킹 기술과 자원을 제공하는 입장에서 천문연구를 요구량과 형태 향후 융합시 기본적으로 네트워크 활용을 분석한 내용이다. ❍ 천문 및 우주관측 장비(또는 장소)에서는 년간 TB, PB급의 대용량 과학 데이터가 지속적으로 발생 ❍ 관측시간과 효율성을 높이기 위해 지역분산 또는 해외에 설치된 관측 장비로부터 발생하는 천문데이터는 다양한 형태로 연구현장으로 전달 또는 전송 ❍ 한국천문연구원에서는 대표적으로 전파망원경데이터, 태양이미지데이 터 등을 관측, 또는 전송받아 저장 후 연구에 활용 및 배포 - 관측 가동률이 높은 지역은 자원과 시설의 부족으로 관측소의 운영부담 증가 → 네트워크를 통한 실시간 전송과 원격 실험 및 운영으로 변화 ❍ 천문 우주 관측장비 연결과 KISTI, 국가과학기술연구망을 통한 가동률/데 이터확보 연구명 (지원) 대상 발생데이터/년 우주 초미세구조 탐사연구(eKVN) 3개전파망원경 센터(서울,제주,울산)+ 상관센터(천문연) 5.0PB 외계행성 탐색시스템 충북대, 천문연 500TB 한국SDO 데이터센터 천문연,스텐포드대(미국) 0.5PB 가. KVN 천문데이터

KVN은 초장기선 전파간섭기술(VLBI, Very Long Baseline Interferometer)은 수 백 킬로미터 이상 떨어져 있는 여러 대의 전파망원 경을 동시에 사용하여 가상적인 하나의 거대한 전파망원경으로 만들어 초 고분해능의 효과를 얻는 관측기술이며 이를 구현하기 위한 국가 연구시설 로 독자적인 우주 전파의 초고분해능 관측 연구를 진행하고 있다.

<그림 5> KVN 나, SDO 태양이미지 SDO 위성은 태양관측기기 기술의 발달로 픽셀해상도가 4K 이상의 고 해상도 영상에 시간분해능(time cadence)이 짧은 고속 관측이 가능하게 되 었고, 다채널 영상을 동시에 관측하여 다른 온도층의 태양 관측을 목표로 하고 있다. 현재 SDO 관측기의 경우 1일 약 1.5 TB(1년 0.5 PB)의 데이터 가 얻어지고 있으며, 차세대 태양천문대인 DKIST(Daniel K. Inouye Solar Telescope)의 경우 1일 약 50 TB(1년 5 PB)의 데이터가 획득하고 있다.

다. KMTNet 우리은하 중심부 영역의 전처리 후 영상 63TB를 충북대학교에 제공하 여 공동연구 수행을 목표로 하고 있다. KMTNet은 국가과학기술연구망 중 심 글로벌 연구망 연동으로 국제 관측소 시스템의 원격 제어총 96.02TB의 관측 영상 실시간 전송 (칠레 43.92TB, 호주 20.09TB, 남아공 32.02TB)을 협력하고 있다. <그림 7 KMTNet 망원경 위의 3가지 천문연구원과 과학기술연구망에서 협력하고 있는 연구의 특성 을 보면, 우주환경 관측 데이터의 빅데이터화가 뚜렷해지고 있으며, 우주 환경 연구와 서비스에 있어 빅데이터 기술이 필수요소가 되고 있음을 판 단 할수 있다. 과학기술연구망(KREONET)에서는 광네트워킹 기술을 근간으로 대용량화 되는 천문데이터의 실시간, 안정적인 전송과 관측장비의 공유, 저장장소의 데이터 확보율을 지원하고 있으며, 이러한 데이터 확보율은 관련된 유관 기관과 연구에 직접적인 영향을 주고 있다.

관측장비명 관측데이터 가동률 데이터확보율 설치위치 NASA관측위성 4K 태양이미지 (1TB/일) - 95%이상 프린스턴대학 광시야 관측시스템 CCD카메라 (장당:680MB) 85%이상 -칠레(CCTIO), 호주(SSO), 남아프리카(SAA O) 거 대 우 주 구 조 물 관측시스템 SDSS - 100%(DR7버전) 미국, 뉴멕시코 [표 4] 관측장비별 가동률/데이터확보율 관측장비에서 발생하는 TB, PB급 천문·우주 관측 데이터는 주요연구지 점에서의 분석과 활용을 위해서는 천문연구원의 데이터처리와 전달체계에 대한 협력 필요하다. 기본적으로 과학기술연구망과 천문·우주 관측장비의 공유를 통한 효율적 연구활용 협력 필요하며, 다수의 국가연구프로젝트와 기관들이 참여하는 국제 대형 관측장비와 연구자 사이트의 초고속 연결을 통한 국제협력은 매우 기본적인 네트워크 융합형태라고 할 수 있다. 또한, KVN과 같이 각각의 천문대가 3개지역에 설치된 사례처럼 국내 분 산된 대형 관측장비간 연결을 통한 거대장비 구성 협력은 자체연구의 발 전을 위한 필수적인 협력사안이다. 분산된 국내외 천문 관측장비들을 과학기술연구망 통한 실시간 공유로 거대관측시설로 재구성으로 관측 성능 업그레이드 할수 있는 것은 매우 중요한 융합내용이라고 할 수 있다. KVN 3개 사이트(서울, 울산, 제주) 및 상관센터(대전)의 실시간 연결로 원거리(>수백km) 기준 시각/주파수 동기화 및 데이터 전송, 상관처리 기술 을 통하여 eKVN으로 재구성 및 관측 성능 및 관측범위 업그레이드가 가 능하며, 원거리 기준 시간/주파수 전송을 통한 e-KVN 및 수백 km 기선의 VLBI 망원경들을 마치 하나의 단일망원경으로 자체 관측능력을 업그레이 드 할 수 있다. 이러한 네트워크와 천문분야의 융합을 통해 저장자원 및 분석기술, 관측 데이터, 연구인력의 실시간연결로 국제협업 및 국내커뮤니티 협력체계 구 현하며, 국제협력 수준의 융합 인프라의 확보를 위해 천문데이터네트워

크 클러스터 협력구성이 가능하다. 이러한 협력과 장비의 네트워크화를 통해 빠른 관측 및 결과 피드백을 통해 불가능하거나 어려운 관측을 가능하여 매우 짧은 관측 지속시간의 경우 원격관측을 통해 관측생산성 향상을 기대할 수 있으며, 관측효과와 데이터 분석향상에 따른 빠른 연구결과의 생산성 증대 및 관측효과 증대 에 따른 타분야 연구 확대 및 연구생상성 증진을 도모할 수 있다.

IV. 네트워크형 융합연구

1. 네트워크 인프라와 기술의 융합

네트워크 중심의 과학기술 환경은 과거 개개인 우수한 단일 과학(연구) 자의 능력에서 우수한 커뮤니티 중심의 공동체 구성과 자원 공동 활용, 실시간 정보 공유와 대용량데이터의 교류를 위해서 ‘인터넷 이상의 (Beyond Internet)’, 네트워킹 이상의 (Not Just network anymore) 역할이 필요하며, 우수한 국가연구망(National Research Network) 환경에서 끊임 없이 다양한 정보와 지식의 교류는 과학기술의 발전과 경제사회에 핵심적 영향력으로 인정받고 있다. <그림 6> <그림 6> 연구망의 역할의 변화 세계 각국의 첨단연구망들은 글로벌 환경에서 기술혁신과 융합효과의 최대화를 위해 우수한 연구 네트워킹(자원, 기술, 서비스)를 필요로 하는 데이터중심 과학기술 및 데이터를 활요하는 응용연구개발 중 우수한 연구 자(기관)을 대상으로 ‘연구자의 요구중심의 수동적 협력’을 넘어서 ‘연 구자의 필요중심의 능동적 협력’1)_{을 진행하고 있다.} 1) Internet2 NREN 3.0, TNC2012

이러한 패러다임의 변화에 따라 국가과학기술연구망(이하, KREONET)의 연구망 자원 구축, 네트워킹 서비스 및 망 활용을 위한 기술은 국내외 협 업과 실시간 지식, 고부가가지의 정보를 창출하고 공유를 가능하게 하는 과학기술과 연구개발의 핵심동력이다. KREONET에서는 참여 파트너의 국내외 협업 연구 환경을 구축 및 지원하 기 위해 타 연구기관 또는 글로벌연구팀과 기가급이상의 접속을 지원하고 있다. 지원에 제공되는 연결은 전용회선 및 광 패스(Light-path) 구성과 연계 가 능한 1Gbps～10Gbps급의 연구망 백본 간 액세스 회선(WDM, SONET/SDH, 전용회선, Metro ethernet 포함) 등의 인프라를 제공하고 있다. <그림 7> 과학기술연구망 백본 네트워킹 중심의 데이터를 공유하는 다양한 분야와 연구. 또한 이렇게 형성된 연구커뮤니티는 생산→처리/가공→유통→활용(제공)의 연구일련의 과정과 수행을 네트워크를 통한 공통의 환경에서 역할별로 생산자, 소비 자 뿐 아니라, 유통, 가공, 연구의 고도화 등을 담당하여 사이버 환경을

<그림 8> 미디어 중심의 생태계 <그림 9 > 과학 정보 생태계 네트워크 융합형 환경에서의 연구기관들은 분야별 특성에 따라 대용량 데이터전송, HD급 이상의 고해상도 영상전송, 관측데이터와 가공데이터의 송수신, 연구장비와 자원의 공동 활용 등을 중심으로 빠르고 안정적인 연 결을 요구한다. 융합형 연구과 글로벌 협력, 네트워킹 환경은 기존 일반네트워킹의 제 약사항을 해결하고 융합형 연구환경에서 요구하는 자원 및 기술의 효용성 과 요구사항을 지원하기 위해서 구조적 네트워킹 기반을 제공받아야 한 다. 각각의 융합형 연구에 적합한 연구환경 구축을 위해서는 넓은 지역의 연 구생산자와 소비자 그리고 연구장비등을 네트워크 하에서 빠르게 데이터 를 이동하고 계산자원과 저장자원, 관측장비와 실험장비와 같은 연구자 원을 효율적으로 연계하여 각각의 기능과 용량, 성능을 공유할 수 있는 환경이 필요로 한다.

2. 천문네트워크 분석과 전송네트워크 모델

네트워크를 활용하여 대용량데이터를 연구에 활용하는 다수의 연구자들 의 연구환경의 형태와 특성은 일반적인 연구환경에 적합한 네트워크 혹은 범용 네트워크의 환경보다는 데이터전송과 연구에 적합한 우수한 성능의 네트워크 환경을 요구하게 된다. 또한, 연구자들이 소속되어 있는 기관외 커뮤니티 또는 협력사이트의 공동연구를 위해 연구환경에 최적화된 네트 워크의 인프라와 기술을 요구한다. 대용량데이터를 연구에 활용하는 관련 연구자(기관)들이 필요로 하는 네 트워크의 특징을 정리하면 다음과 같다. 첫째, 성능과 품질이 일반망보다 우수하고, 연구시간 혹은 사용시간 내 에 안정적인 망이 필요하다. 둘째, 범용적인 활용보다는 연구데이터의 크기와 송수신의 목적에 따른 특정 자원용량의 네트워크 환경이 필요로 하다. 셋째, 범용적인 일반망의 기술보다는 특정한 연구목적을 충족하는 특수 한 망 기술을 필요로 한다. 특히, 컴퓨팅 자원과 데이터를 저장하는 스토리지등의 시스템자원을 공유하는 경우 공유하는 시스템 자원의 성능과 품질은 각 시스템의 성능 에 좌우되지만, 이러한 시스템들이 연결되어 자원을 공유하는 컴퓨팅자원 구성에서는 자원의 성능만큼 이를 연결하는 네트워크의 성능과 최적화된 트래픽의 흐름이 매우 중요한 요소이다. 데이터의 흐름에 따른 구조를 정 의하여 기본적으로 인프라, 콘텐츠, 사용자로 구성된다. 사용자와 인프라 서비스, 데이터 발생을 담당하는 인력뿐아니라 이를 활용하는 연구자 또 한, 연구 커뮤니티에 포함되며, 이에 속한 다수의 연구자 및 기관의 공동 활용 및 만족도 동시 향상으로 공동의 목적 달성이 가능하다. 인프라를 구성하는 요소는 크게 데이터를 발생하는 관측과 실험장비, 데 이터를 저장하고 저장된 데이터를 제공하는 스토리지, 데이터를 직간접적

<그림 10> 연구트래픽 흐름과 데이터 관리 네트워크 인프라를 구성하는 국가의 연구망자원인 과학기술연구망과 국 제연구망인 글로리아드의 망 자원과 기술은 국가 프로젝트, 글로벌연구협 력, 국가주요문제 및 현안 해결과 같은 다양한 역할과 목적으로 사용되고 있으며, 이런 과학기술 또는 연구의 목적 달성과 역할을 지원하기 위해 해당 연구자와 기관 및 시스템 구성요소를 효과적으로 연계하여 제공되는 속도와 성능 뿐 아니라, 트래픽의 흐름을 분석하여 하나의 기관이 아닌 전체 연구환경을 대상으로 연구망의 우수한 성능과 품질을 최대한 활용하 고 융합을 지원한다. 가. 천문네트워크 트래픽 흐름의 분석 천문연구와 네트워크의 데이터 중심의 연구환경을 구현하기 위한 융합 연구는 가장 기본적으로 현재 천문연구원에서 발생하는 데이터를 연구에 적용하는 형태와 기본적인 네트워크의 구성을 분석하여 네트워크 융합연 구환경으로 전환하기 위한 분석이 우선되어야 한다. 천문데이터 네트워크 융합을 위한 분석은 다음과 같다. 천문연구의 대용량 데이터중심 연구환경과 초고속네트워크 인프라/기술 융합을 목적으로 한다. ① 대용량 관측 데이터와 네트워크 융합으로 관측 주요데이터 연구

활용 실시간화 ② 관측 시스템의 안정적 운영으로 국가적 고가 장비의 성능향상 ③ 과학용 빅데이터의 실질적 연구활용 가능여부 테스트/검증 나. 주요 내용 천문 관측 연구효율성 증가와 연구자의 활용 및 편의성 향상을 위해 기 존연구형태 분석 및 네트워크 융합형 연구환경 테스트 및 검증 수행을 진 행하였다. 기존 천문연구원에서 각 천문대에서 발생하는 데이터를 대전에 위치한 천문연구원의 상관센터까지 이동하여 분석하고 연구에 활용하는 형태를 분석하였다. 이는 최초 발생하는 데이터의 양과 실험과 년간 증가량을 분석하여 네 트워크 융합형 연구로의 환경 전환에 필요한 네트워크 자원과 연결, 연구 에 필요한 송수신 성능을 분석하는데 필수적인 내용이다. 천문연구원에서 데이터를 연구에 활용하는 형태는 다음과 같이 요약될수 있다. ① 현재 천문연구원의 KVN의 경우 관측 데이터는 각 전파천문대에 서 8개로 이루어진 디스크 팩 단위로 기록 저장되며, 이후 택배 업체를 통해 상관센터로 이송되고 있음 ② 관측 데이터의 기록 및 저장에 매달 200TB급 이상의 디스크 팩 이 필요하지만 한정된 디스크 팩 및 스토리지로 인한 데이터 유 지 관리가 어려움 ③ 매 관측 시마다 디스크 팩 컨디셔닝은 물론 데이터 분석 및 처리 에 상당 시간이 소요되는 기존 방식 하에서 양질의 과학적 성과 창출은 한계에 부딪힐 수 밖에 없음 ④ 상기 난제는 초고속 네트워크 및 클라우드 컴퓨팅 적용을 통해 충분히 해결될 수 있는 사항이지만 아직 그 어느 나라에서도 시

1) 관측데이터 현황 분석 3개 지역의 천문대에서 발생하는 데이터의 량과 대전에 위치한 상관센터 의 데이터 저장과 서비스를 수행하는 시간을 요약하면 다음과 같다.

◇ KVN 관측데이터 분석내용

· 디스크 팩 단위 용량: 최대 16TB · 디스크 팩 합산 용량: 1000 TB · 월별 관측 데이터 용량: 58TB/Obs. * 3Obs. = 174TB · 상관센터 스토리지 용량: 864TB · 매달 컨디셔닝 소요 시간: 350시간 정도(16TB 디스크 팩 1기 기준) 이러한 분석을 통해 천문연구원에서 수행하는 데이터 중심 연구를 정 리하면, 현재 대용량의 데이터가 발생하며 (1000TB 이상) 이를 네트워크로 전송하여 데이터를 취합하기가 어려운 환경이다. 따라서 월별 관측 데이 터 별로 데이터 생성과 이를 저장하기 위한 디스크팩(58TB)를 활용하여 상관센터로 이동하고 있다. 또한 상관센터 스토리지의 용량은 약 900TB의 크기이며, 이는 디스크팩 총 합산에서 발생하는 데이터를 모두 저장하거나 관리하기에 어려우므로, 기존의 데이터를 저장시 필요없거나 또는 일정이 지난 데이터는 삭제하여 스토리지의 용량을 관리하고 있다. 2) 천문연구원 네트워크 현황 분석 KVN 천문대간 융합형 네트워크 인프라 분석은 제4세대 대용량 데이 터중심 과학으로의 연구환경 변화와 확산을 목표로 하고 있다. 이는 대 용량 관측 및 실험데이터 처리, 계산/저장자원간 발생하는 데이터의 프로 세스 (저장/관리/계산/가공/확산)가 통합적으로 가능한 환경 설계를 수행하 고, 대용량 데이터 활용의 적절성, 효율성, 실질 성능을 고려한 연구환경 구현이 최종 목표이다. 또한 이러한 네트워크 융합형 연구환경을 천문연 구원과의 협력을 통해 적용했을 때 관측효과와 데이터 분석향상에 따른 빠른 연구결과의 생산성 증대 및 관측효과 증대에 따른 타분야 연구 확대 와 연구생상성 증대를 기대하고 있다. 데이터의 흐름에 따른 구조를 정의하여 네트워크 인프라와 관측장비의 구조, 데이터의 송수신 플랫폼, 대용량 데이터 융합 및 공유 환경을 이해 하고 분석하는 것이 가능하다. 또한 이러한 분석은 다수의 연구자 및 관

측 장비와 데이터 활용 기관의 공동 활용 및 만족도 동시 향상으로 지원 대비 최대효과 창출로 이어질 수 있다. 국가의 연구망자원인 과학기술연 구망과 국제연구망인 글로리아드의 망 자원과 기술을 천문연구 프로젝트, 천문대와 상관센터간의 연결, 유관 기관간의 데이터 중심의 연구협력 등 주요역할에 맞는 네트워크 융합형 설계하여 과학기술 또는 연구의 목적 달성과 역할을 지원하기 위해 해당 관측 참여연구자와 주관기관을 대상으 로 우수한 성능과 품질의 네트워크 구현을 목적으로 한다. ① 네트워크 구조 문제점 및 요구사항 - 업무용 트래픽과 연구용 트래픽의 충돌 (성능저하) - 연결거리 및 지연시간 차이에 따른 물리적 성능저하 해결방안 - 일반 업무용 네트워크와 연구용 네트워크의 구조적 분리 - 장/단거리 연결(Long/Short Distance)의 네트워크 구조 설계 - 내부와 외부네트워크간의 구조 선형(線形) 연계로 성능 보장 ② 레가시(Legacy) 구성요소 및 보안요소 문제점 및 요구사항 - 관행적 TCP 및 시스템 Buffer, MTU 크기 - 기관내 방화벽, IDS, QoS시스템의 다수 존재 ※ 참고자료. 방화벽에서 다수의 성능저하 발생 해결방안 - TCP 충돌에 대비한 대용량 전송 지역 구성 - 장/단거리 연결(Long/Short Distance)의 네트워크 구조 설계 - 방화벽, IDS 등을 대신하여 성능저하가 없는 ACL, 모니터링

③ 전송어플리케이션 성능 문제점 및 요구사항 - SCP, Legacy FTP의 대역폭에 무관한 전송성능 ※ 참고 . 전송툴 성능비교표 - 예측 불가능한 속도저하에 따른 대용량 전송 시간별 적확성 부족 해결방안 - 대용량 전송전용 어플리케이션 시스템 지원 ※ 예) Globus online, FDT, HPN-SSH 등 - 병렬전송어플리케이션 지원 및 전송시스템 전용 네트워크 경로 지정 ※ 참고자료 . 전송툴 성능비교표 전송툴 대역폭/RTT 성능(bps) 비고 SCP 10G/53ms 140Mbps HPN-SCP 1.2Gbps FTP 1.4Gbps Grid FTP(p=4) 5.4Gbps 병렬전송 Grid FTP(p=8) 6.6Gbps ④ 성능모니터링 문제점 및 요구사항 - SNMP, Netflow의 트래픽량 중심의 모니터링과 성능모니터링의 한계 - 단대단 실시간 성능중심의 전송시간별 정확한 성능예측 필요 해결방안 - PerfSONAR 중심의 단대단 성능중심의 모니터링 강화 - 실제 전송시간중심의 성능측정 스케줄로 정확한 시간대별 성능 및 안정성 예측

다. 네트워크 융합형 환경 중심 실시간 테스트 및 검증 결과 천문연구원에서 발생하는 데이터의 용량과 저장형태, 그리고 활용형태 뿐아니라, 현재 천문연구원의 내부네트워크의 현황을 분석하여. 다음과 같 은 네트워크 융합형 연구환경 모델을 제시한다. 첫 번째로 요구되는 데이터 송수신량(전체용량, 실시간 전송용량)을 분석 하여 3개 천문대(연세, 울산, 탐라천문대)의 네트워크 인프라의 설계 (40G-10G)로 구성한다. 이는 현재, 그리고 향후에 증가하는 데이터 용량의 예측에 따라 연결되는 네트워크의 대역폭이 결정되었다. 또한, 최대 월별 200TB이상의 각 천문대에서 상관센터로 송신되는 데이터 는 기존의 IP 네트워크의 성능 한계에서 관측장비와 데이터 송수신 플랫 폼간의 직접 연계에 필요한 네트워크 융합형 기술 설계가 필요하며, 이는 일반적인 네트워크 구조에서는 안정적으로 성능구현이 어렵기 때문이다. 1) 네트워크와 데이터 융합 분석 KVN의 경우 VLBI 관측 과정에서 TB급 데이터를 얼마나 효율적으로 저 장, 관리, 활용할 수 있을지가 차츰 주요 의제로 부각되는 상황이며, 네트 워크 대용량데이터의 송수신 성능과 분석에 필요한 계산자원간의 연계와 융합 ① 광대역 관측감도 향상을 위해 대용량 데이터 처리중심의 네트워크 기반이 요구되며 급증하는 관측 데이터 처리에 효과적으로 대응하 는 구조 필요

② 3개 천문대(Scientific Data Collector)와 상관센터(Central Data repository 간 네트워크 성능측정을 통한 네트워크형 융합연구 전 환 가능성 검증 테스트 ③ 테스트 대상 : 천문연구원 내부 시스템 및 3개 지역(총 4개 지역 네 트워크융합 성능테스트) ④ 데이터의 흐름을 단항식 데이터흐름(Monadic Topology)로 구성하여 다수의 데이터 생산지와 발생하는 데이터를 총 집결하는 중앙집결 지로 네트워크 모델 재구성

이를 분석시간에 적용하여, 실시간으로 분석과 데이터 전송완료가 가 능한지를 테스트 ·네트워크 대역폭대비 실제 전송성능을 측정하여 얼마큼의 실질성능 (available performance)가 구현가능하며, 이를 활용할수 있는지 테스 트 ·네트워크 융합형 연구의 실질적 목적인 TB급 용량의 대용량데이터의 위 제안된 사항을 바탕으로 발생과 저장지까지의 송수신, 저장지에서 분석시 스템간의 송수신, 사용자의 총 분석시간까지의 총 연구활용시간을 분석하여 아래와 같이 검증을 위한 테스트를 수행하였다.

◇ 관측데이터 융합네트워크 실시간 성능검증 설계

· 데이터 생산(Scientific Data Collector)지역 3개 사이트

· 데이터 집결지/저장(Central Data repository) : 천문연구원 상관센터 · Scientific Data Collector(N), Central Data repository(3XN)

· N은 동시 데이터생산지역-집결지간 네트워크 성능(요구대역폭)

① 실시간 성능측정 시스템 : PerfSONAR 4.01 (17.8월 최신 소프트웨어) - 네트워크 성능 측정 사이트 : 서울(연세천문대), 울산(울산천문대),

<그림 11> KVN 네트워크 ② 천문연구원 데이터 발생지역-활용시스템간 네트워크 구성내용 SDC(1) CDR SDC(2) A 10G ↔ 10G ↔ 10G B 10G ↔ 10G ↔ 10G C 10G ↔ 10G ↔ 10G Local 100G ↔ 100G ↔ 100G ③ 실시간 네트워크 성능 측정 결과 ·전파천문대(내부)-전송구간(외부)-상관센터(내부)를 구간별로 분리하여

[그림 12] 대전→울산 구간 성능테스트 [그림 13] 대전←울산 구간 성능테스트 라. 천문데이터 융합형 네트워크 최종 모델 네트워크 융합형 연구환경은 기존 일반네트워킹의 제약사항을 해결하고 각 관측데이터가 전송되는 전파천문대에서 대용량 데이터 전송 시 요구하 는 자원 및 기술의 효용성과 요구사항을 지원하기 위해서는 구조적인 전 송을 수행하는 네트워킹 기반을 제공하여야 한다. 실시간 네트워크형 관측장비 활용 활성화를 통한 Rapid Response Science 네트워크 기반을 통해 지구형 외계행성신호는 약 2분30초 간격으 로 관측이 수행되므로, 원격관측이 안되는 경우 다른 나라의 연구자들을 위한 관측으로 전환이 가능하며, 대형 관측장비의 연결을 통한 거대 고 성능 장비의 재구성하여, KVN전파망원경으로 수신한 우주전파를 실시간 으로 처리하고 1Gbps 속도가 관측시간 동안(회당 4~8시간) 지속적으로 보 장되어야 하며, 2비트로 샘플링된 256MHz 대역폭의 신호를 상관기로 실시 간으로 전송하는 모델이 필요하다. 실시간 데이터 전송 및 자료처리 기술은 세계 최대의 전파간섭계망인 SKA(Square Kilometer Array) 프로젝트 및 광시야 관측, 우주거대구조물 시뮬레이션 분야에서 요구되는 환경이며, 국내 기존 VLBI 망(서울,울산,제 주)에 측지VLBI(세종)를 과학기술연구망으로 연결하여 국내 지각판의 국토 변화의 정밀모니터링이 가능한 모델로 확장하여 국가 방재 및 국민 안정 기능 수행이 가능한 환경이 제공되어야 한다. 이러한 네트워크 융합형 연구환경과 모델제안을 통해 과학용 빅데이터 국 내 확보율 증가로 유관 연구기관 기여 증가하고 국제 관측 가동률의 상승 과을 통해 주요 관측데이터의 확보율 증가에 기여할 수 있어야 하며, 추 가적으로 관측 시스템의 안정적 운영으로 국가적 고가 장비의 역할 증가 를 담당 할 수 있는 모델이 설계되어야 한다.

대용량데이터 전송에 적합한 네트워크는 WAN 전달서비스와 LAN구간 의 연결과 네트워크를 공동 사용하는 일반 인터넷보다는 LAN영역에서의 WAN영역간의 확장과 단순화로 전달속도의 향상이 요구된다. 또한, 관측 데이터와 가공데이터의 송수신, 연구장비와 자원의 공동 활용 등을 중심 으로 빠르고 안정적인 연결을 요구한다. 네트워크 융합형 연구환경 구축을 위해서는 각 지역의 연구데이터 생산 지인 전파망원경과 소비자 또는 저장장소인 상관센터를 네트워크 하에서 빠르게 데이터를 이동하고 상관센터내에서 같은 연구자원을 효율적으로 공유할 수 있는 환경이 필요로 한다. 분석된 성능과 천문연구원의 데이터의 활용형태 조사를 기반으로 네트 워크 융합형 연구를 구성하기 위한 천문데이터 융합형 네트워크의 모델을 설계하면 다음과 같다. ○ 구조적 분리 및 일반네트워크와의 논리적 분리 - 천문데이터중심의 연구환경에서 네트워크는 접속망에서부터 전달망, 반대편의 접속망까지의 용량과 성능이 동일하게 보장되어야 한다. - 광네트워킹 기술을 중심으로 최소한의 네트워크 장비에 자원의 할당 과 관리가 지속적으로 이루어져야 한다. ○ 일반화된 데이터 전송 및 스트림 전송과의 차별성 - 전파망원경에서 전달하는 속도뿐 아니라 지속적인 안정성과 품질이 보장되어야 하고 전파망원경센터에 위치한 MARK 시스템의 성능과 접속되는 네트워크의 품질 자체를 향상시켜야 한다. ○ 엑세스 망과 전송망 기술의 대역폭의 보장 - 전파망원경센터에 접속되는 엑세스망 자체가 전달망과 직접 연결 되 어 KREONET 백본의 광 네트워크와 이를 통해 전달되는 용량에서 최 소80%이상이 성능으로 구현되어야 한다. ○ 실시간 기반의 서비스 품질 제공

○ 광 코어 및 매트로 네트워크의 직접연결 - 광 코어와 매트로의 연동과 기존 기관의 WDM 및 MSPP의 서비스를 통해 연결된 코어 및 회선의 사용을 최적화하고 의 특성에 따라 각기 다른 환경으로 제공하여야 한다. ○ 자원 관리 및 서비스 예약 - 일정한 대역폭이외에 경유하는 장비의 입출력포트, 사용자간을 구성 하는 네트워크 장비의 소프트웨어, 장비의 큐(Queue)등이 모두 자원 화 되어 사용자에게 특정시간동안 서비스 될 수 있는 환경이 구현되 어야 한다. ○ 테스트베드의 역할과 워킹망의 전환 - 향후 추가되는 전파망원경과 국제협력에 전파망원경 센터가 참여하기 위해서는 일반망에서 제공하지 않는 기술과 용량, 성능을 제공할 수 있는 독립적인 환경이 구성되어야 한다. - 전파망원경 추가 또는 세종에 위치한 전파망원경과의 연계에도 최초 테스트스베드의 역할부터 실질적 연구까지를 모두 수행 가능한 네트 워크 환경이 구축되어야 한다. 국내 혹은 국제간 전파망원경 중심의 연구기관을 연결하고 데이터를 전 달하는 전달망(Transfer Network)의 속도는 KREONET의 100G 기반으로 업그레이드 되면서 용량적인 성장을 이루고 있다. 또한, 이에 따라 현재의 일반적인 인터넷 형태의 네트워크 즉, Best-effort중심의 네트워크 구조는 단대단 성능의 구현과 전파망원경과 상관센터의 위치에 의한 분산 형태의 트래픽 흐름 즉, Monadic 구조와 대용량 네트워크 전송성능, 데이터 처리 에서 요구하는 분산 협력, 분산 데이터, 원거리 협력에 따른 거대 데이터 (수십 기가바이트～테라바이트) 전송에는 적합하지 않다. 기존의 천문연구 원의 일반적인 망에서의 적합한 전송은 기본적으로 대용량데이터를 전송 하는 성능 면에서는 취약한 인터넷 구조에 맞도록 설계되었기 때문이다. 다음 [그림 14], [그림 15]는 인터넷형태의 일반적인 범용네트워크 기반 과 특정한 혹은 대용량의 데이터를 전송하기 위해 구조적으로 트래픽 패 스가 별개로 구성된 연구용 단대단(End-to-End) 네트워크를 나타내고 있 다.

<그림 14 > 일반적 전송망 구조 <그림 15> 연구전송 전용 전송망 구조 일반적인 전송망에서 범용으로 활용되는 네트워크 구조에서 벗어나 각 전파천문대에서 송수신에 요구되는 연구환경 구축을 중심으로 다수사용자 의 다양한 어플리케이션에 대한 서비스를 위해 일반적인 서비스를 제공하 는 전달망의 특성에서 상관센터에서 수신받아야 하는 용량과 시간에 만족 하는 네트워크를 그림과 같이 구성되어야 한다. 이는 사용자마다 혹은 연 구그룹마다 요구하는 기술과 용량, 안정성 등을 각각 만족하기는 불가능 하고, 집중된 연구에 필요한 네트워크 환경을 구성하는 것이 네트워크와 특정 연구의 융합에 필요한 구성이기 때문이다. 이를 위해 KREONET을 기반으로 상관센터와 전파천문대를 대상으로 이 를 해결하기 위해 람다네트워크(Lambda Network) 즉, 광패스(Light-Path) 를 백본상과 접속망, 사용자 최종 사용자까지 연장 서비스하고 있으며, 이 를 좀 더 강화하기 위해 캐리어이더넷 기술을 이용하여, 더욱 유연하고 고성능의 네트워킹 환경을 구성하고 있다. 이를 통해 망자원의 예약 및 독점, Layer2 기반의 스위칭 기능을 통하여 국내 전파망원경 센터간의 데이터 송수신 뿐 아니라 국내외간 고용량 데 이터전달을 유연성을 설계할 수 있다.

제 4세대 과학기술 패러다임인 Data-Intensive 즉, Big Data 중심의 과 학기술 형태가 미래 과학기술의 형태를 대비를 위해 데이터발생지역 (Capture) , 데이터저장 및 서비스, 데이터분석지역을 연계하는 생태계적 지원을 강화하는 첨단망 전송체계 도입과 이에 연계되는 시스템을 구조적

<그림 16> KVN 캐리어이더넷 네트워크

◇ 관측데이터 융합형 최적 네트워크

· 데이터 생산(Scientific Data Collector)지역 3개 사이트

· 데이터 집결지/저장(Central Data repository) : 천문연구원 상관센터 · 데이터 활용지(Local data Repository & Research Zone)

· 상관센터 스토리지 용량(3개 사이트 발생 데이터+활용지역내 유지시간) · 데이터실시간 전송/송수신 네트워크 대역폭=스토리지용량+처리시간 거대범위에서 고용량 네트워크 전송성능을 요구하는 분산 시뮬레이션, 분산 계산, 원거리 협력에 따른 거대 데이터(수십 기가바이트～테라바이 트) 전송에는 적합하지 않다. 기존의 일반적인 망에서의 적합한 전송은 기본적으로 성능 면에서는 취약 한 인터넷 구조에 맞도록 설계되었기 때문이다. 이로 인해 네트워크의 발 전에 의한 구축된 용량대비 연구자들은 연구에 필요한 충분한 성능과 품 질을 활용할 수 없다.

단계 특성 구성 주요서비스 성능 (MAX)/ 모니터링 비고 1단계 물리적 연결 ( p h y s i c a l Connection) · E2E 접속 · 광코어 중심 · 분리/직접접속 ·N-to -N · Optical Connection 90%이상 네트워크 인프라 (Infra) 2단계 논리적 연동 (Logical Peer) ·Layer1-2.5 ·Dedication ·E-to -N ·VPN(L2) ·OPN(L1) ·MPLS(L2.5) 80%이상 전송 인프라 3단계 성능구현전달 (Performance Network) ·Application Layer ·Allocation ·E-to -E · S c i e n c e DMZ ·Mash Node ·perfSONAR 70%이상 80%목표 전송 플랫폼 4단계 연구환경 구성 ( A p p l i c a t i o n Network) ·Performance ·Path ·E-to -Mul ti_E ·Flow ·Engagement L i n e r 80% 국제: 70% ∽ /perfSON AR 연구장비 (Instrum ent)

위의 단계별 천문데이터 네트워크 환경분석 요소를 중심으로 최적화된 네 트워크 구성을 다음과 같은 순서로 모델화 할 수 있다.

① 1단계 : 네트워크 연결 (Physical Network Connection)

- 국내(KREONET), 국제(GLORIAD)에 접속가능한 기가급 엑세스망 - 지역/물리적 위치 중심의 네트워크 연결, IP 연결

- 천문대 및 상관센터 내부 기초 인프라 구축 작업 ② 2단계 : 논리망 연동 (Logical Network Peering)

- 국가과학기술연구망 기본(Default)라우팅과 별개의 논리구조 구성 - 연구/협업 그룹 중심의 네트워크 연결, VPN 구성

- 서브넷팅(Subnet)구성 및 터널링 구성

③ 3단계 : 성능전송 네트워크 (Performance Network)

- 1단계/2단계 구성된 패스(Path)를 Long/Short Distance로 구성 - 각 천문대 및 상관센터내 저장시스템간 성능 구현(대역폭의 80%) - 성능 및 보안모니터링(관제) : perfSONAR ④ 4단계 : 어플리케이션 중심 네트워크(Applications Network) - 3단계로 구성된 네트워크 구조 트래픽 흐름 제어 - 실시간 연구, 대상(S-D), Path, 서비스 Flow 등을 조절 위의 네트워크 융합형 환경 구축단계 (물리적단계-논리적단계-성능향상 단계-연구환경단계)를 통해 3개 천문대와 대전의 상관센터의 네트워크를 구성하고, 트래픽흐름 모델(Monadic Traffic Flow)으로 네트워크 연결 (Path)를 구성하며, 각 천문대와 상관센터와의 데이터 성능과 용량을 고려 하여 네트워크 자원을 (10G∼100G)로 할당하여 연동하는 모델로 구성한 다.

또한, 각 천문대를 데이터생산지(SDC: Scientific Data Collector)로 모델화 하고, SDC에서 발생하는 데이터를 수집하고 최초 통합 저장하는 천문연구 원 상관센터를 CDR(Central Data Repository)로 지정한후, 각 데이터를 활 용하는 Research Zone과 데이터를 연구자에게 분류하여 제공하는 시스템 을 LDR(Local Data Repository)로 구성한 모델은 최종 다음그림과 같다.

V. 결 론

네트워크융합형 연구환경을 요구하는 연구는 대부분 국가 주요연구프로 젝트, 글로벌연구협력, 국가주요문제 및 현안 해결, 사이버 연구 환경과 같은 국내외 협력을 기본으로 하는 연구 분야이다. 국내 KREONET과 국제 GRORIAD를 통해 연구를 진행하고 있는 연구기관 들은 연구 분야의 특성에 따라 대용량 데이터전송, HD급 이상의 고해상도 영상전송, 관측데이터와 가공데이터의 송수신, 슈퍼컴퓨팅자원의 공동 활 용 등 다양한 분야와 연구협력그룹을 형성하고 있다. 각 연구협력그룹은 구성하는 기관, 인력, 연구내용, 분야, 중심연구자원, 연구데이터 등이 매우 상이하며, 국내 및 국제간 협력 커뮤니티에 소속되 어 가상의 연구실을 중심으로 연구를 진행하며, 이러한 연구자와 연구 장 비, 기관 등의 연결은 국내외 연구망을 중심으로 하고 있다. 또한 이때 필 요한 연구망 자원과 기술은 연구협력그룹별로 상이한 요구사항을 가지고 있다. 또한 각 연구커뮤니티는 생산→처리/가공→유통→활용(제공)의 연구일련의 과정과 수행을 공통의 환경에서 진행하고자 한다. 이는 각 역할별로 생산 자, 소비자 뿐 아니라, 유통, 가공, 연구 고도화를 담당하여 하나의 환경을 중심으로 일련의 연구생산과 결과를 취득하려는 생태계를 형성하고 있기 때문이다. 이러한 연구망을 중심으로 연결 되어있는 글로벌 환경의 가상 연구공간에 서 연구자, 생산자, 소비자가 공존하고, 각 연구수행에 필요한 연구자원, 계산자원, 네트워크자원이 마련된 환경을 가상의 연구환경 즉, 첨단연구별 생태계라고 정의 할 수 있다. 또한 이러한 각 각의 연구분야별 생태계는 확대, 축소, 병합, 융합 등을 통해 발전하고, 다른 연구생태계와 교류하며 고도화된다. 고에너지물리, 천문우주, 핵융합, 기상기후 등 첨단 협업 연구 분야에서 보안성이 보장된 고속의 전송 환경을 요구하고 있으며, 이는 다수의 기관 또는 연구자들이 참여하는 협업형 커뮤니티 연구이다. 기존의 고속 데이 터 전송을 가능하게 하는 연구망의 기능과 더불어 협업 연구에 필요한 다 양한 서비스를 개발 및 적용하여 연구자에게 제공, 과학기술의 생태계를 조성하는 추가적인 서비스가 필요하다.

연구 커뮤니티별 요구와 연결특성을 지원하는 논리그룹망(Logical Group Network) 기술 제공과 이를 커뮤니티에서 공동으로 활용하는 플랫폼, 콘 텐츠활용 서비스의 강화가 요구된다. 이를 구성하기 위한원격 비디오 컨 퍼런싱 서비스, 클라우드 서비스, eduroam 기반 글로벌 로밍 서비스 등 연구자가 필요로 하는 협업 솔루션에 대한 개발 및 적용이 전 세계 연구 망에서 진행되고 있으며, KREONET의 경우 eduroam 기반 글로벌 로밍 서 비스를 확대 강화하고, 향후 연구자를 위한 클라우드, 컨퍼런싱 협업 솔루 션의 서비스가 네트워크와 함께 서비스되어야 한다. <그림 18> 첨단연구망의 지원에 따른 협업연구의 변화 천문, 우주, 핵 물리, 기상, 생명 공학 등 기초과학분야에서 생성되는 데이터의 용량은 실로 어마어마하며 급격히 빠른 속도로 증가하고 있으 며, 이러한 빅 데이터를 어떻게 전송, 저장하고 효율적으로 관리할 지가 과학기술경쟁력과 직결되고 있으며, 이런 추세는 향후 더욱 가속화될 것 으로 전망된다. 과학기술분야에 클라우드 컴퓨팅 기술을 적용하려는 활발한 시도가 이뤄

나 효율적으로 저장, 관리, 활용할 수 있을지가 차츰 주요 의제로 부각되 는 상황이며, 네트워크 기술의 발전 속도를 컴퓨터 기술이 따라잡지 못하 고 있다. 그 격차가 더욱 벌어지는 상황에서, 향후 광대역 관측감도 향상을 위해서 라도 향후 데이터 처리는 네트워크 기반으로 가야하며 이를 통해 급증하 는 관측 데이터 처리에 효과적으로 대응할 수 있다. 본 보고서에서 천문연구의 네트워크 융합형 연구환경을 구현하기 위해 서는 네트워크는 일반적인 망과 비교해서 구조상 동일한 데이터전송의 형 태라 해도 상이한 시각과 다양한 요구사항을 수용하고, 효과적으로 연구 에 활용이 가능한 연구환경이 요구되는 것을 분석하고 천문데이터중심의 연구를 수행하기 위한 네트워크 환경을 모델화하였다. 모델화한 천문데이터 중심의 연구뿐 아니라 대용량 데이터를 중심으로 하 는 연구는 슈퍼컴퓨터, 대용량 저장 장치와 같은 고성능의 자원뿐만 아니 라 글로벌한 환경 하에서 고성능의 네트워크를 통해 공유되는 연구자원을 필요로 한다. 특히, 효과적인 연구환경과 기술의 사용을 위해서는 가능한 넓은 지역의 자원을 고성능 네트워크 하에서 빠르게 데이터를 이동시켜 원격의 컴퓨터와 실험 장비를 효율적으로 제어할 수 있는 환경이 필요하 다. 천문데이터 중심의 네트워크 융합형 모델을 확장하여 데이터 중심의 연 구분야로 모델을 확장하면, 분산된 자원과 장비를 고성능 대규모가상자원 (Virtual Machine)으로의 재구성하고, 데이터의 흐름과 용량에 따라 각각에 최적화된 모델을 연구별 또는 연구목적별로 적용할수 있다. 이때 네트워 크 융합형 연의 요구사항은 크게 두 부분으로 나뉜다. 첫째는 Gbps급의 다중 연결을 대응하는 대용량의 대역폭이고, 둘째는 제어 신호나 실시간 통신에 사용되는 안정적인 네트워크의 성능(Low Delay, Low Jitter)이다. 이러한 기본적인 성능을 바탕으로 각 데이터의 용 량과 트래픽 흐름의 특성에 따라 최적화된 모델이 필요하다. 현재의 인터넷 환경은 고용량 대역폭은 백본에서만 사용가능하고, 일반 적인 Layer3 패킷 전달기술로는 시스템간의 대용량 전달성능 보장이 어렵 다. 또한 대역폭 공유로 인한 지연발생(Latency), 가용대역폭(Available Bandwidth)의 변화는 안정적인 연결을 보장하기 어렵다. 또한, 데이터의 생산지와 소비지까지 또는 저장소나 통합지역까지 연결되는 네트워크 융 합형 환경에 최적화된 흐름을 단독적으로 구현하기 어렵다.

위와 같은 문제를 해결하기 위해서는 종단 사용자간의 전용 채널을 할당 할 수 있는 네트워킹 기술이 필요하다. 이러한 요구는 네트워크가 어떻게 진화할 것인지에 대한 기본적인 관점의 변화로 나타나고 있으며 서킷 (Circuit)기반 구조상에서 광스위칭(Optical Switching)으로 노드 사이를 연 결하는 일련의 경로(Path)인 광패스(light-path)를 구성, 데이터 전송 채널 및 안정적 컨트롤 패스인 전용 회선형태로 제공하고 있다. <그림 19> 논리그룹망 구조 논리그룹망은 IP를 통한 연결성 중심(Best-effort)의 일반 인터넷 서비스와 차별화된 광패스(Light-Path)경로와 스위칭(Layer2)중심의 협업연구를 위한 커뮤니티에 특화된 전용 네트워크 구조를 말한다.

구를 수용하기 위한 논리적으로 다른 망(백본, 타 논리망, 범용망)과 분리 된 구조를 서비스하는데 목적을 두고 있다. 다양한 분야에서 기가(Gbps)급의 연구 활용이 진행되고 있으며 향후 40Gbps이상을 요구하는 첨단연구사이트는 지속적으로 발생할 것이다. 이 는 현재의 일반적인 전송기반 네트워크 즉, Best-effort중심의 네트워크 구조로 연결이 불가능한 구조이며, 연구 커뮤니티별 그룹네트워킹(Group Networking) 의 자원과 기술을 지원하는 논리그룹망(Logical Group Network) 구축 및 서비스분야는 기존의 연구망 인프라의 준비와 구성의 단계에서 기술 제공과 서비스의 강화가 요구된다. 이를 구성하기 위한 대용량 실험 데이터를 전송해야 하는 연구망의 백본 인프라스트럭처의 핵심 광전송 기술 요소 고려가 필요하다. 세계를 선도하는 과학기술 지식과 원천기술 창출을 위해서는 우리주도의 과학기술 구제협력 사업 발굴, 추진 및 국제기구 및 공동연구사업 참여를 대폭 확대가 필수적이다. 이를 위해서는 인력과 자원이 상시적으로 글로 벌 협업 커뮤니티에 연결되어 있는 글로벌협업네트워크형 환경 지원이 필 요하다. 또한 다수의 채널을 통합하여 서비스하는 네트워크 환경에서 단 일 람다 기준 40Gbps 혹은 100Gbps 전송 기술을 접목한 테라비트 전송환 경을 구축이 요구되며, 단일채널에서 트래픽의 흐름과 성능에 적합한 40Gbps 및 100Gbps 환경 구축이 추가로 필요하다.