첨단연구망 활용연구 특성 및 수요예측분석 보고서

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첨단연구망 활용연구 특성 및 수요예측분석 보고서

2015. 10. 2

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제 출 문

『첨단연구망 활용연구 수요분석 보고서』를 완료하고 그 결과로 본 보고서를 제출합니다.

2015년 10월 2일

첨단연구망센터

센터장 박 형 우

첨 단 연 구 망 서 비 스 실

실 장 조 부 승

선임연구원 노 민 기

선임연구원 박 병 연

선임연구원 이 원 혁

선임연구원 김 규 일

선임연구원 박 종 선

(3)

연 구 원 박 찬 진

목 차

Ⅰ. 첨단연구 분석 ··· 1

1 장 과학기술연구망(KREONET) ··· 2

2 장 첨단연구지원 ··· 4

2.1 첨단연구지원의 소개 ··· 4

2.2 첨단연구지원 네트워크 ··· 5

3 장. 첨단연구지원을 위한 연구망의 구조 ··· 8

Ⅱ. 첨단연구 분야별 특성분석 ··· 14

1 장. 첨단연구 분야별 특성 ··· 15

1.1 고에너지물리분야 ··· 16

1.2 천체우주 분야 ··· 19

1.3 기상기후 분야 ··· 24

1.4 문화융합기술 분야 ··· 28

1.5 바이오 게놈 분야 ··· 30

1.6 첨단의료과학 분야 ··· 32

1.7 슈퍼컴퓨팅 공동활용 분야 ··· 35

1.8 건설건축 기술 분야 ··· 37

1.9 원격교육 분야 ··· 39

1.10 미래 네트워크 기술 분야 ··· 40

Ⅲ. 첨단연구 수요조사 ··· 42

1 장 서론 ··· 43

1.1 연구 목적 및 기대 효과 ··· 43

1.2 연구 범위 및 절차 ··· 44

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1.3 수요 분석 대상 ··· 46

1.4 수요분석 종합 ··· 47

2 장 KREONET 요구 수요 분석 ··· 49

2.1 KREONET vs. 선진 연구망 ··· 49

2.2 선진 연구망의 분석 ··· 50

2.3 KREONET 서비스 현황 ··· 53

2.4 KREONET 2014 서비스 요구사항 ··· 55

2.5 KREONET 2018 미래 수요 예측 ··· 65

Ⅳ. 결 론 ··· 78

1 장. 결 론 ··· 79

1.1 첨단연구지원을 위한 미래형 네트워크 백본 구축 ··· 81

1.2 사용자 중심의 협업 연구환경 제공 ··· 81

1.3 글로벌 협업형 네트워크 기술 서비스 ··· 81

1.4 첨단연구망 기반 정보보호 서비스 ··· 82

1.5 백본 설계 기타 고려사항 ··· 82

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<표 차례>

[표 1-1] 첨단연구지원 지원내용 및 역할 ···1

[표 3-1] 조사 응답 기관 ···3

[표 3-1] 선진연구망과 KREONET 비교 분석 ···4

<그림 차례>

<그림 1-1> 과학기술연구망 KREONET & GLORIAD ···3

<그림 1-2> 첨단망과 연구지원 역할 ···7

<그림 1-3> 일반적 전송망 구조 ···9

<그림 1-4> 연구전송 전용 전송망 구조 ···9

<그림 1-5> 가상 연구분야별 논리그룹망 구조 ···11

<그림 1-6> 논리 그룹망 구조 ···12

<그림 2-1> 첨단연구 지원분야 ···15

<그림 2-2> 원자로 중성미자검출기 ···16

<그림 2-3> 지원 네트워크 구성도 ···17

<그림 2-4> 격자게이지 분석시스템 및 기가네트워크 ···18

<그림 2-5> e-KVN 관측시스템 ···20

<그림 2-6> KVN-VERA 공동개발 하드웨어 상관시스템 / 초고속 데이터 기록기···21

<그림 2-7> SOD 태양 이미지 / SDO 센터 ···22

<그림 2-8> 망원경 구동시험 ···23

<그림 2-9> 극한 기후 감시 및 예측성 평가 ···25

<그림 2-10> 2010-2070 강수량, 기온 변화 ···26

<그림 2-11> WS 서비스 센터 구성 및 구축장비 ···27

<그림 2-12> UHD 4K 전송화면 ···29

<그림 2-13> 한양대-KISTI MN간의 네트워크 구성 ···31

<그림 2-14> 사이버랩을 활용한 실시간 협진 및 교육 ···33

<그림 2-15> 원격화상의료 컨퍼런스 / 스트리밍 영상 제공 ···34

<그림 2-16> 첨단연구망을 활용한 기관별 업무 협업도 ···36

<그림 2-17> 스마트 구조물의 개념도 ···38

<그림 2-18> CCN 실험 시스템 ···41

<그림 3-1> 수요분석의 목적 ···43

<그림 3-2> 수요분석 조사 절차 ···45

<그림 3-3> 수요분석 대상<그림 3-4> 핵심연구 부분 대역폭 수요 추이 48 <그림 3-5> KREONET 정성 가치 ···48

<그림 4-1> 수요조사 및 수준분석을 통한 백본고도화 설계 ···80

<그림 4-2> 통합협업플랫폼 서비스 개념도 ···81

<그림 4-3> 첨단연구망 기반 정보보호 체계 구축 개념도 ···82

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요 약 문

1. 제 목

□ 첨단연구망 활용연구 수요분석 보고서

2. 분석 및 수요조사의 목적

□ 국가적 과학기술 트랜드와 글로벌 연구환경 변화 대응

○ 과학기술분야와 첨단연구망의 능동적 접목과 활용

○ 정부시책에 맞는 도전적 모험연구 및 다학제적 연구지원 강화 대응

○ 핵심연구 및 국가과학자 육성을 위한 체계적 연구지원 환경을 구성

□ 한정된 첨단연구망의 자원과 기술지원 인력의 대상을 선택과 집중

○ 첨단망 자원과 기술을 요구하는 우수연구를 육성하고 첨단연구기관을 발굴과 사전 조사

○ 글로벌 과학기술과 국가적 과제 및 현안 해결에 필요한 핵심기술의 공급기지로 중점 육성하기 글로벌 우수연구거점 집중지원

□ 2018년 KREONET 백본고도화 지역과 자원, 연동 속도를 구축 조사

○ 첨단연구지원 대상기관에 할당하는 자원과 연동용량을 설계

○ 지역별 미래 연구수요 지원을 위한 지역별 연구수요 분석

○ 미래지향적 연구활동 모델(논리그룹, 커뮤니티 연구활동 지원기반 등) 제공을 위한 적정 용량 설계

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3. 수요조사 분석 및 범위와 내용

□ 첨단연구 분야별 특성 분석

□ 연구망 사용자 대상 전수 설문조사(현재 및 미래수요)

□ 국가 핵심 첨단 협업 연구 10개 분야 심층 인터뷰

□ 선진 연구망에 대한 기존 수요 예측 조사

□ 국내 연구 및 해외 협업 연구별 현 KREONET 사용량, 필요용량, 운선위, 만족수준 및 개선점에 대한 조사

4. 분석 및 수요조사 결과

□ 다양한 분야에서 기가(Gbps)급의 연구 활용이 진행되고 있으며 향후 100Gbps이상을 요구하는 첨단 연구 사이트는 지속적으로 발생

→ 600G급 첨단연구망 운영 및 단일 람다 기준 100Gbps 등의 전송 서비스

□ 과학기술 패러다임이 융복합, 협엽 연구로 변경됨에 따라 협업 연구를 지원할 수 있는 연구환경의 제공이 필요

→ 사용자 중심의 통합 협업 플랫폼 제공

□ 인력과 자원이 상시적으로 글로벌 협업 커뮤니티에 연결되어 있는 글로벌협업네트워크형 환경 지원이 필요

→ 차세대이더넷기술과 글로벌 동적자원할당서비스의단계적으로 백본 인프라에 적용과 서비스를 진행

→ 국제망인 글로리아드와 전체 연구망 백본으로의 확장 요구

□ 고에너지물리, 천문우주, 기상기후 등 첨단 협업 연구 분야에서 보안성이 보장된 고속의 전송 환경이 필요

→ 첨담연구망에 특화된 정보보호 서비스 제공

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Ⅰ. 첨단연구 분석

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1 장 과학기술연구망(KREONET)

과학기술·연구개발체계의 패러다임은 기존 단독형 연구를 탈피하여 고속네트워크 중심의 협업화, 공유화, 공용화, 글로벌화로 변화하는 네트워크형 융합 첨단연구로 변화가 필요하며 네트워크형 융합 첨단연구 개발체계는 개별 과학자 및 기관 집중형 연구개발체제에 비해 국내외 연구자원의 효과적 결집 및 활용과 우수한 연구결과 창출에 유리하기 때문입니다.

특히 네트워크형 융합 첨단연구 개발 체계는 사전 연구환경 준비가 기존 개인연구 환경체계와 비교할 때 서비스 도달까지의 장시간 소요되기 때문에 연구자의 노력과 IT의 도입과 융합 시 전문적 인력과 이에 따른 지원과 결합이 필요합니다.

KREONET은 이러한 과학기술과 과학기술 참여기관의 역할 개선을 위해 개개인 우수한 단일 과학기관(자)의 능력에서 우수한 커뮤니티 중심의 공동체 구성과 자원 공동활용, 실시간 정보 공유와 대용량데이터의 교류가 가능한 협업환경 제공을 목적으로 하고 있으며, KREONET의 자원과 기술을 과학적 성과와 전략적 분석을 통해 미래 협력 및 지원 연구그룹을 대상으로 해당 커뮤니티의 특성을 분석하고 연구자 또는 연구기관의 요구에 따라 연구망의 인프라, 기술, 구성이 최적화, 차별화 적용을 중점적으로 지원하였습니다.

첨단연구지원은 우수한 첨단연구 및 글로벌 협업연구기관을 선정하여 도전적 모험연구 및 다학제적 연구지원 강화 대응을 위해서 핵심연구 및 국가과학자 육성을 위한 체계적 연구지원 환경을 구성하고 자원과 기술지원의 집중화하여, 미래 환경 변화와 글로벌 메가트랜드에 대응이 가능한 국내의 특성에 맞는 전략과 공동문제에 대한 국제협력강화를 목적으로 하고 있습니다.

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<그림 1-1> 과학기술연구망 KREONET & GLORIAD

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2 장 첨단연구지원

2.1 첨단연구지원의 소개

○ 개요

• 첨단연구지원(Advanced Applications Support) : 우수한 국가연구 (기초·응용·개발·융합) 연구를 선정하여 연구의 협업 특성에 따른 요구 첨단망 자원과 망 활용 기술을 지원하고, 이에 따른 연구성과 및 연구효율 향상 성과 창출

○ 추진배경

• 관련근거 : 국가과학기술연구망 회원지침 ‘제5조 특별회원’ 지원 관리 지침 근거

• 과학기술선진국에서 운영하는 연구망은 일반적 사용자외에 중요한 연구, 개발을 추진하는 연구자(기관)을 대상으로 무료로 망과 기술을 제공 →

‘핵심연구생태계 Seed 지원’

• 2002년 ‘국가그리드기반구축사업’ 협력기관 7개 대학(서울대외) 1Gbps 지원

• 2014년, 첨단연구지원(10개 분야), 32 회선(1G-10G, 물리적 회선) 70개 첨단연구지원

- 10대 분야(고에너지물리, 천문우주, 기상기후 등 연구커뮤니티)14년(70개)

○ 추진목적

• 국가과학기술연구망의 자원과 자원을 쉽게 활용 할수 있는 망 기술을 협력연구자 또는 연구그룹을 대상으로 인프라, 기술 구성 최적화, 차별화, 통합 지원 서비스 제공

• 첨단연구 특성별 대용량/고속 데이터전송, 미디어중심 활용, 자원/장비 공동활용 인프라 중심의 기술지원

• 첨단연구에 필요한 충분한 성능과 품질을 활용하기 위해 데이터의 전달구조와 분석구조에 최적화된 협업환경 및 단대단 연동 지원

• 고에너지물리, 천문우주, 핵융합, 기상기후 등 첨단 협업 연구 분야에서 협업 연구에 필요한 과학기술정보/데이터 생성 → 관리 → 과학기술의 생태계를 조성

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2.2 첨단연구지원 네트워크

KREONET에서는 참여 파트너의 국내외 협업 연구 환경을 구축 및 지원하기 위해 타 연구기관 또는 글로벌연구팀과 기가급이상의 접속을 지원하고 있다.

지원에 제공되는 연결은 전용회선 및 광 패스(Light-path) 구성과 연계 가능한 1Gbps～10Gbps급의 연구망 백본 간 액세스 회선(WDM, SONET/SDH, 전용회선, Metro ethernet 포함) 등의 인프라를 제공하고 있다.

○ 수행 형태

대상기관에서 수행하는 연구내용과 형태가 국내외 공동 추진과 협력이 필수적이고 공동 연구 과정에서 처리되는 데이터가 일반적인 인터넷으로 는 수행 불가능한 연구

○ 대상 기관

미래 지향적인 IT 기술 및 타 분야와의 융합된 연구형태로 사이버 연구 환경(예: 그리드, e-Science, 클라우드)에서 국가 주요 프로젝트, 글로벌 연 구, 국가주요문제 및 현안해결 등을 수행하는 기관/단위 연구랩/연구자

○ 연구망자원

- 국가 과학기술연구망 국내외 백본과 직접 연결 가능한 1-10G급 연결 (access)회선

- 국내외 협력기관과 Layer1/2/3로 연결 가능한 인프라

○ 연구망기술

- 연구수행에 필요한 망 연동 기술 - 연구효율성 제고를 위한 성능/품질 - 망 현황 및 품질/성능 실시간 정보

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구 분 연구지역

(최종사용자/기관) 접속구간(기관-백본) 전달구간(백본)

지원 내용

· 기관내 네트워크 컨설팅

· 전용네트워크 구축/분리

· 접속(이더넷, MSPP 등)

· 라우팅/스위칭/프로토콜

· 라우팅/스위칭

· 광패스 구성

역할/

내용

· 기관내 관련자들과의 협력

· Last 1 Mile 문제 해결

· 기관내 공동사용 : 자원 조정, 스케줄

· 국내외 NOC협력

· L1/L2/L3 전송

기타 · TCP 튜닝(시스템)

· 최종단 스위칭 장비 기술 지원

· 실시간 모니터링

(Weather Map, PerfSonar, MRTG 등)

· 망 구성 정보제공

· 국내외 광스위칭 [표 1-1] 첨단연구지원 지원내용 및 역할

○ 기존망과의 구조적 차별성

- 첨단 연구환경의 망은 접속망에서부터 전달망, 상대방의 접속망까지의 용량과 성능이 동일하게 보장되어야 한다.

- 첨단연구전용망은 광네트워킹 기술을 중심으로 최소한의 네트워크 장비에 자원의 할당을 관리시스템으로 구성되어야 한다.

○ 일반화된 데이터 전송 및 스트림 전송과의 차별성

- 첨단연구에 활용되는 망의 경우, 전달하는 속도뿐 아니라 안정성과 품질이 보장되어야 하고 시스템의 성능향상과 함께 망 전송과 품질 자체를 높이는 형태로 차별화되고 있다.

○ 엑세스 망과 전송망 기술의 진화

- 첨단연구에 활용되는 네트워크의 경우 엑세스망 자체가 전달망과 직접 연결 되어 광 네트워크 기술과 전달 용량에서 보장되어야 하고 적용되는 망 기술이 어려움 없이 적용되어야 한다.

○ 실시간 기반의 서비스 품질 제공

- 연구망에서 사용하는 광패스의 경우 Long-Term, Short-Term등의 기간 지 정이나 스케줄에 의한 자원예약이 모니터링에 영향을 주기 때문에 실시간 기반

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의 서비스 품질과 모니터링 제공이 매우 중요하다.

○ 광 코어 및 매트로 네트워크의 도입

- 광 코어와 매트로의 연동과 기존 기관의 WDM 및 MSPP의 서비스를 통해 연결된 코어 및 회선의 사용을 최적화하고 사용자 및 연구그룹의 특성에 따라 각기 다른 환경으로 제공하여야 한다.

○ 자원 관리 및 서비스 예약

- 일정한 대역폭이외에 경유하는 장비의 입출력포트, 사용자간을 구성하는 네트 워크 장비의 소프트웨어, 장비의 큐(Queue)등이 모두 자원화 되어 사용자에게 특정시간동안 서비스 될 수 있는 환경으로 변화할 것이다.

○ 테스트베드의 역할과 워킹망의 전환

- 일반망에서 제공하지 않는 기술과 용량, 성능을 제공하여 연구에 필요한 환경과 개발된 어플리케이션을 테스트 할 수 있는 환경제공

- 일반망에서 제공이 어려운 국내외간의 품질, 성능, 기술을 제공하여 상업 적으로 해결되지 않는 연구 환경을 구축 제공

<그림 1-2> 첨단망과 연구지원 역할

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3 장. 첨단연구지원을 위한 연구망의 구조

첨단 연구기관들은 분야별 특성에 따라 대용량데이터전송, HD급 이상의 고해상도 영상전송, 관측데이터와 가공데이터의 송수신, 연구장비와 자원의 공동 활용 등을 중심으로 빠르고 안정적인 연결을 요구한다.

융합형 연구과 글로벌 협력, 첨단연구의 네트워킹 환경은 다음과 같은 기존 일반네트워킹의 제약사항을 해결하고 첨단연구에서 요구하는 자원 및 기술의 효용성과 요구사항을 지원하기 위해서는 다음과 같은 구조적 네트워킹 기반을 제공하여야 한다.

첨단연구에 적합한 연구환경 구축을 위해서는 넓은 지역의 연구생산자와 소비자 그리고 연구장비등을 네트워크 하에서 빠르게 데이터를 이동하고 슈퍼컴퓨터와 같은 연구자원을 효율적으로 공유할 수 있는 환경이 필요로 한다.

국가과학기술연구망에서는 이러한 첨단연구그룹과 커뮤니티의 네트워크 환경 최적화를 위해 그룹형 연구지원 서비스하고 있다.

국내 혹은 국제간 각 기관을 연결하고 데이터를 전달하는 전달망(Transfer Network)의 속도는 근래에 들어 광 네트워킹의 발전과 이에 따른 대역폭에 대비 가격하락으로 용량적인 성장을 이루고 있다. 또한, 이에 따라 고대역폭을 요구하는 다양한 분야의 연구 수요를 만족하여 다양한 분야에서 기가(Gbps)급의 연구 활용이 진행되고 있다. 그러나 현재의 일반적인 전송기반 네트워크 즉, Best-effort중심의 네트워크 구조는 단대단 성능의 구현과 분산 형태의 어플리케이션 즉, 거대범위에서 고용량 네트워크 전송성능을 요구하는 분산 시뮬레이션, 분산 계산, 원거리 협력에 따른 거대 데이터(수십 기가바이트～테라바이트) 전송에는 적합하지 않다. 기존의 일반적인 망에서의 적합한 전송은 기본적으로 성능 면에서는 취약한 인터넷 구조에 맞도록 설계되었기 때문이다. 이로 인해 네트워크의 발전에 의한 구축된 용량대비 연구자들은 연구에 필요한 충분한 성능과 품질을 활용할 수 없다.

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<그림 1-3> 일반적 전송망 구조 <그림 1-4> 연구전송 전용 전송망 구조

현재 라우터 및 스위치와 같은 네트워크를 구성하는 장비의 성능 및 접속 및 전달망의 대역폭의 용량을 기반으로 하는 일반적인 네트워크 서비스의 한계점은 다음과 같다.

첫째, 동일한 장비와 동일한 위치의 망을 경유하는 모든 트래픽은 별도의 처리(QoS, MPLS-TE 등)가 없는 경우 사용자의 트래픽의 종류나 중요도, 혹은 의도와의 별개로 동일하게 처리되고 빨리 입력되는 패킷이 빨리 처리되는 FIFO 방식을 중심으로 한다. 즉, 현재의 일반적인 네트워크에서 단대단(end-to-end)의 품질보장과 중요도에 따른 별개의 처리가 불가능하다.

둘째, 동일 시간에 처리되는 다른 용도의 트래픽과의 혼잡을 막을 수 없다.

특히 회선의 용량을 점유할 수 있는 트래픽이 우선시 되므로, 일정시간 혹은 장시간 동안 일부 사용자 혹은 연구트래픽의 독점 사용에 의해 다른 사용자의 품질보장과 장시간의 성능보장이 쉽지 않다.

셋째, 현재의 일반적인 망은 다양한 요구의 어플리케이션이 공동으로 사용하기 위한 서비스 환경을 제공한다. 이에 따라, 특정 트래픽이나 사용자의 요구에 특화된 형태로 변화하기 힘든 구조이다. 즉, 동시에 많은 사용자가 다양한 목적으로 사용하는 망의 특성 상 특정한 요구에 부합하는 특화된 네트워크 구조를 다수의 그룹 혹은 사용자에게 동시에 제공하기 어렵다.

넷째, 실시간으로 빠르게 특정 사용자의 신뢰도나 용량, 품질을

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모니터링하고, 정보를 제공하기 어렵다. 또한, 특히 전달구간 즉, 망의 백본구간에서 장애발생시, 다수의 사용자에 대한 장애로 이어지게 된다.

이외에도 첨단연구생태계를 구성하는 각 연구커뮤니티의 요구와 논리적 연구환경 구축 품질을 다수사용자의 다양한 어플리케이션에 대한 서비스를 위해 일반적인 서비스를 제공하는 전달망의 특성상 사용자마다 혹은 연구그룹마다 요구하는 기술과 용량, 안정성 등을 각각 만족하기는 불가능하다고 할 수 있다.

KREONET을 기반으로 연구를 진행하는 일부 연구를 대상으로 이를 해결하기 위해 람다네트워크(Lambda Network) 즉, 광패스(Light-Path)를 백본상과 접속망, 사용자 최종 사용자까지 연장 서비스하고 있다.

망자원의 예약 및 독점, Layer2 기반의 스위칭 기능을 통하여 고품질의 영상 및 국내외간 고용량 데이터전달을 일시적(Short Term)으로 지원하고 있다.

앞에서 간단하게 예를 든 내용과 같이 첨단연구에 활용되는 네트워크는 일반적인 망과 비교해서 구조상 동일한 데이터전송의 형태라 해도 상이한 시각과 다양한 요구사항을 수용하고, 효과적으로 연구에 활용이 가능한 연구환경 구축을 위해서는 다음과 같은 고려사항이 필요하다.

대규모 첨단 어플리케이션은 슈퍼컴퓨터, 대용량 저장 장치와 같은 고성능의 자원뿐만 아니라 글로벌한 환경 하에서 고성능의 네트워크를 통해 공유되는 연구자원을 필요로 한다.

이러한 첨단 어플리케이션의 효과적인 연구환경과 기술의 사용을 위해서는 가능한 넓은 지역의 자원을 고성능 네트워크 하에서 빠르게 데이터를 이동시켜 원격의 컴퓨터와 실험 장비를 효율적으로 제어할 수 있는 환경이 필요하다.

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<그림 1-5> 가상 연구분야별 논리그룹망 구조

분산된 자원을 고성능 대규모가상자원(Virtual Machine)으로의 재구성을 위해서는 고성능 네트워크의 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.

현재의 인터넷 환경은 고용량 대역폭은 백본에서만 사용가능하고, 일반적인 Layer3 패킷 전달기술로는 시스템간의 대용량 전달성능 보장이 어렵다. 또한 대역폭 공유로 인한 지연발생(Latency), 가용대역폭(Available Bandwidth)의 변화는 안정적인 연결을 보장하기 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 연결하는 일련의 경로(Path)인 광패스(light-path)를 구성, 데이터 전송 채널 및 안정적 컨트롤 패스인 전용 회선형태로 제공하고 있다.

연구망을 활용하는 다수의 첨단연구 사용자들의 특성은 자신의 연구환경에 적합한 네트워크 혹은 일반화된 범용 네트워크의 환경보다는 연구자들이

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소속되어 있는 커뮤니티와의 협력을 통한 공동연구를 위해 커뮤니티의 공동연구환경에 최적화된 네트워크의 인프라와 기술이 필요하다.

연구망을 활용한 첨단연구 관련 연구자들이 필요로 하는 네트워크의 특징을 정리하면 다음과 같다.

첫째, 성능과 품질이 일반망보다 우수하고, 연구시간 혹은 사용시간 내에 안정적인 망이 필요하다.

둘째, 범용적인 활용보다는 연구커뮤니티의 목적에 따른 특정목적의 환경이 필요하다.

셋째, 범용적인 망의 기술보다는 특정한 연구목적을 충족하는 특수한 망 기술을 필요로 한다.

특히, 컴퓨팅 자원등의 시스템자원을 공유하는 경우 공유하는 컴퓨팅 자원의 성능과 품질은 각 시스템의 성능에 좌우되지만, 이러한 시스템들이 연결되어 자원을 공유하는 자원공유형 컴퓨팅자원 구성(Grid, Cloud computing 등)에서는 자원의 성능만큼 이를 연결하는 네트워크의 성능이 우수하여야 한다.

<그림 1-6> 논리 그룹망 구조

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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.

이 구조와 기술은 범용적인 망의 수요와 요구조건을 모두 수용하는 대신, 백본상의 일부자원(대역폭, 시스템포트 등)과 경로를 따로 람다네트워킹 기술을 기반으로 분리하여 첨단연구그룹에서 특정목적과 이를 위한 요구를 수용하기 위한 논리적으로 다른 망(백본, 타 논리망, 범용망)과 분리된 구조를 서비스하는데 목적을 두고 있다.

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Ⅱ. 첨단연구 분야별 특성분석

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1 장. 첨단연구 분야별 특성

첨단응용연구가 국내 연구망과 국제연구망인 글로리아드를 활용하여 국가 프로젝트, 글로벌연구협력, 국가주요문제 및 현안 해결과 같은 다양한 역할과 목적으로 첨단망을 사용하고 있다. 또한 이를 지원하기 위해 해당 연구자와 기관을 대상으로 첨단연구망의 우수한 성능과 품질을 최대한 활용하고 국제 협력기관간의 실시간 연동으로 연구 인프라를 제공하고 있다.

<그림 2-1> 첨단연구 지원분야

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1.1 고에너지물리분야

세계 최대 입자가속기(LHC)를 보유하고 있는 스위스의 CERN을 중심으로 글로벌 협업연구를 대표하는 고에너지물리(HEP, High Energy Physics)는 지구촌 38개국 3,000여명이 참여할 만큼 대규모의 공동연구입니다.

고에너지물리의 계층적 데이터전송을 위해 Tier센터간의 연결과 실험데이터의 송수신, 계산자원의 공유는 KREONET과 GLORIAD의 자원과 지원이 필수적인 연구분야입니다.

일간 월간 년간(총량) 비고

데이터 중심 0.5 TB 15 TB 180 TB

국내외 연결기관 국내 서울대학교, KISTI, 전남대학교 등 10여개 학교 데이터 전송 및 주요 자원 공유 검출기 Raw Data 공유 및 분석 코드 공유 분석

가. 중성미자 검출 실험을 통한 RENO 실험

○ 연구내용 / 목적

• 원자로에서 방출되는 중성미자의 검출시설이 2011년 2월 구축 완료되었고

• 2011년 8월부터 지속적으로 실험 데이터를 쌓아오고 있음

• 중성미자 지하검출시설 개요

- 영광원전의 원자로 근처에 길이 100m와 300m의 터널 구축 - 450톤 규모의 중성미자 검출기 2대 설치

• 물리학 최대 관심사의 하나이며, 초기우주 생성과 관련된 미 측정된 중성미자 변환상수(θ 13) 발견을 위한 세계적 수준의 국제공동연구 수행

<그림 2-2> 원자로 중성미자검출기

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○ 참여 기관

• 서울대, 경상대, 경북대, 동신대, 부산대, 서강정보대, 서경대, 성균관대, 세종대, 중앙대, 전남대, 전북대와 미국 1개 대학 약 50인의 공동연구진

○ 첨단연구망 활용

• RENO 실험에서 150TB/Year 데이터 생성과 분석이 필요

- 대용량의 저장 공간과 초고속 컴퓨팅 및 전송 시스템이 필요함

• 본 실험은 전국 12개 대학, 40여명 연구자들이 참여함

- 원활한 실험 분석을 위해 중앙 집중식 컴퓨팅 시스템이 필요함

• 첨단연구망을 통해 RENO 실험 현장인 영광에서 KISTI로 데이터 전송하여 저장 - 데이터생산량 0.5TB/Day, 전송량 0.8TB/Day

• 첨단연구망을 통해 전국 각지에 있는 연구자들이 데이터 분석함 - 중앙 서버에 접속하여 데이터 분석함

• 중성미자 검출과 관련된 새로운 원자력 측정기술, 즉 원자로 열 발생량을 측정하는 기술과 생성된 플루토늄 양을 측정하는 기술 등을 개발

• RENO 실험 이후 새로운 중성미자 실험을 계속 추진할 예정

<그림 2-3> 지원 네트워크 구성도

나. 격자 게이지(Lattice Gauge Theory) 이론 연구

○ 연구내용

• lattice QCD는 입자물리학의 한 분야인 양자색역학(QCD, quantum

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chromodynamics)을 연구

- 입자물리 분야의 초미의 관심사인 ЄK상수와 그와 관련된 QCD 상수들(BK, Vcb)을 표준모형(Standard Model)에 근거하여 계산하고, 이를 실험적 측정값과 비교하여 표준모형의 오류 증명

• 각각의 전체 용량이 100 TB(tera byte)에 달하는 빅데이터를 KREONET 첨단망을 이용하여 MILC asqtad gauge configuration을 미국의 BNL (Brookhaven national laboratory)과 NERSC(national energy research scientific computing center)의 스토리지 서버로부터 1Gbps 속도로 전송

<그림 2-4> 격자게이지 분석시스템 및 기가네트워크

다. 대형 강입자 가속기 활용 질량 근원 탐사

○ 연구내용

• 중성미자 진동의 발견으로 그 존재가 예측되는 무거운 중성미자를 탐사하고 다양한 붕괴과정을 분석하여, 중성미자가 “마요라나” 형인지 아닌지를 규명하여 중성미자 질량의 근원을 밝히며 암흑물질과 연관성도 연구

• LHC의 CMS 데이터 분석을 위해서 수십 TB의 데이터를 국내외의 Tier 2/3 센터에서 본 연구실의 서버로 전송

- 서울대의 CMS 실험 그룹연구실에 클러스터를 통해서 연간 2-3 PBytes 데이터를 첨단망을 통하여 국내의 CERN Tier2/3 센터와 연결, 국외로는 CMS Tier 2 연결

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1.2 천체우주 분야

우주 관측장비와 해외 관측장소에서의 천문자료의 특성은 관측시간에 따라 지속적으로 증가하는 대용량의 데이터입니다. 이러한 관측데이터를 실시간으로 안정적이게 송수신 할 수 있는 환경구축은 천체우주연구에서 매우 중요합니다. KREONET과 GLORIAD를 통한 실시간 관측데이터의 전송과 안정적 관측장비 공유환경은 천체우주 연구의 범위와 정밀성의 제고에 기여합니다.

자원공유 중심 최대 30 TB

국내외 연결기관 국내 : KVN 3개 사이트 및 대전 상관센터 연결 국외 : 일본 NAOJ, 유럽 EVN, 호주 ATNF 등 주요 자원 공유 KREONET 및 GLORIAD를 적극 활용할 예정

가. e-KVN

○ 연구내용

• 초장기선 전파간섭기술(VLBI, Very Long Baseline Interferometer)은 수 백 킬로미터 이상 떨어져 있는 여러 대의 전파망원경을 동시에 사용하여 가상적인 하나의 거대한 전파망원경으로 만들어 초고분해능의 효과를 얻는 관측기술

• KVN은 이를 구현하기 위한 국가 연구시설로서 연세, 울산, 탐라 사이트에 위치한 세 전파천문대로 구성되어 있음. 본 연구는 KVN 세 전파망원경을 수십 Gbps 성능의 첨단망으로 연결하는 e-KVN을 구축함으로써, 다음 분야에 대한 연구 수행

• KVN 세 사이트 및 대전 상관센터를 고성능 네트워크로 연결하고 데이터 전송에 활용함으로써 대용량 관측 데이터의 초고속, 실시간 전송이 가능하며, 이를 통해 연구 및 시스템 측면에서 다음의 효과를 거둘 수 있음

- 자료 우송에 따른 자원, 경비 및 시간 절감을 통한 연구 효율성 증가 - 잘못된 관측을 즉시 파악함으로써 관측 효율을 획기적으로 향상

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- 실시간 관측으로 천체 현상의 초단기 변화 등 새로운 연구 분야 발굴 - 향후, 첨단망을 이용한 원거리(>수백km) 기준 시각/주파수 및 데이터

전송, 상관처리 기술을 통하여 phase-up KVN 구현

- 고성능 네트워크를 이용한 전파간섭계 활용 연구는 현재 유럽 전파간섭계 네트워크(EVN: European VLBI Network)를 중심으로 활발하게 진행되고 있으며, EVN의 본산이 있는 JIVE(The Joint Institute for VLBI in Europe)상관센터는 40Gbps를 처리할 수 있는 네트워크 대역폭을 가지고 유럽 e-VLBI 관측

• 호주 ATCA 전파천문대와의 e-shipping을 통한 프린지 검출

- 2014년 9월 21일 호주 ATCA 전파망원경과 KVN 사이의 43GHz와 86GHz 대역의 동시관측 프린지 테스트에서 성공적으로 프린지를 검출하였으며, 이 기사가 호주 Perth의 ICRAR(International Centre for Radio Astronomy Research)의 뉴스레터에 게재

- 밝은 퀘이사 3C273을 두 네트워크(총 망원경 9대)가 동시 관측하여 7900km 기선에서 성공적으로 천체를 검출하였으며, 관측된 데이터는 상호간 KREONET을 통하여 데이터를 전송받아 상관처리

• KVN 세 기선 실시간 e-VLBI 테스트 및 프린지 검출 성공(512Mbps) - 관측천체 3C345, 관측주파수 22GHz

- 2014년 11월 3일 KVN 세 사이트 사이에 512 Mbps 전송속도의 e-VLBI 프린지 검출 테스트 관측 실시

- 네트워크가 매우 안정적으로 동작하며 512 Mbps 데이터 전송 속도

<그림 2-5> e-KVN 관측시스템

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• 국제 공동관측시 첨단연구망을 활용하여 대용량 자료 획득 및 전송을 통한 관측결과 산출

• KVN 실시간 e-VLBI 관측 시스템 프로세스 구축

• 2015년 상시 e-VLBI 시스템 도입을 위한 기반 구축

○ 첨단연구망 개선사항

• KVN 각 사이트의 데이터 전송속도가 연세(10Gbps), 울산(5Gbps), 탐라(5Gbps)까지 업그레이드되었으나, 각 사이트의 관측 데이터를 취합하는 상관센터가 현재 10Gbps로 제한되어 있음

• 2015년 광대역 네트워크 변환 어댑터인 FILA10G 도입에 따라 상관센터의 네트워크 전송 대역폭의 확장이 필요할 것으로 사료됨

○ 첨단연구망 활용으로 기존의 불가능한 연구의 가능내용, 환경개선 등을 기술

• 현재 일본 VERA 및 중국을 포함한 동아시아 VLBI 네트워크(EAVN)의 활성화에 따른 고 감도, 고 분해능 VLBI 관측이 가능하게 될 것이며, 이에 따라 향후 e-VLBI 중요성이 더욱 높아질 것으로 예상됨

• VLBI 망원경 시스템의 광대역화 업그레이드와 더불어, 증가하는 대용량 관측데이터의 실시간 e-VLBI 상관처리가 효율성에서 매우 중요할 것으로 생각됨

• 이상과 같은 환경의 변화를 지원할 수 있는 KVN 시스템 및 첨단연구망 시스템의 상호협력이 매우 중요할 것으로 여겨짐

<그림 2-6> KVN-VERA 공동개발 하드웨어 상관시스템 / 초고속 데이터 기록기

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나. SDO 태용이미지 전송 및 한국데이터센터 구축서비스

○ 연구내용

• 태양 연구와 우주환경의 감시와 대비 연구

- 우주환경 정보를 얻기 위해 다양한 태양활동 및 우주공간의 관측 자료들이 필요

- 현재 가장 정밀하고 정확한 태양관측 자료인 미국 NASA의 태양관측위성

‘SDO(Solar DynamicsObservatory)’로부터 전송하여 SDO 한국데이터센터 구축 서비스

- 방사선대관측위성인‘RBSP(Radiation Belt Storm Probes)’ 위성수신시스템을 구축하여 실시간으로 우주환경 변화를 감시할 예정

• KASI - 스탠포드대학 간 KASI SDO 데이터 전송

- KASI ~ KREONET/KREONet2 간 KREONET DES(Dynamic Ethernet Service)를 활용한 1G 전용 네트워크 서비스

<그림 2-7> SOD 태양 이미지 / SDO 센터

다. 외계행성 연구단 구축 운영

○ 연구내용

• 3대의 1.6m 광시야 망원경을 남반구의 칠레, 남아프리카공화국, 호주에 분산 설치하여 24시간 감시체제를 구축하여 수행

- 외계행성 탐색을 위한 광시야 관측 및 자료처리 시스템 개발 - 외계행성 탐색 분야의 국제적 선도연구 수행Ⅲ

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- 연구개발의 내용 및 범위

- 광시야 망원경 및 모자이크 CCD 카메라 제작 - 남반구 관측소에 관측시스템 설치 및 탐색 연구 - 대용량 자료처리 시스템 및 DB 시스템 구축

• 2014년 3월 제 1호 망원경이 칠레 설치를 시작으로 8월 10월에 2, 3호기 망원경 설치완료

• 관측 현지(칠레, 남아공, 호주)와 국내에 위치한 천문연구원 자료센터로 자료전송을 위해서 첨단연구망을 이용

• 관측소에서 매일 획득한 600Gbyte에 해당하는 막대한 양의 영상을 관측 직후 실시간으로 국내로 전송하여 실시간으로 분석

<그림 2-8> 망원경 구동시험

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1.3 기상기후 분야

이상기온과 기후의 급속한 변화 속에서 정확한 기후예측과 기상예보를 위해서는 연구자들은 더 많은 관측데이터와 기후정보가 필요하고 이를 처리하기 위한 슈퍼컴퓨터 수준의 거대 계산자원과 빠르게 연결되어야 합니다. KREONET과 GLORIAD를 통한 국내 기상청과 국제 협력 기관간 기후 정보와 데이터의 교류는 기상과 기후 연구분야의 빠른 발전과 대국민 예보 서비스의 정확성을 향상시키고 있습니다.

데이터 중심 10GB 1T 30TB

국내외 연결기관

국내 : 기상청 기후쳬측과, 기상청 기상연구소, 부산대학병원, 국토연구원, 농림식품수산부, 기반시설부

국외 : 하와이 대학교, 호주 기상청, 캐나다 기상청, 베이징 기후센터, 대만 기상청, 일본 기상청, 러시아, 지구물리 관측본부, 러시아 수문기상센터, 미국 해양육지대기연구소, 미국 국제기후연구소, 미국 국립환경예측센터, 미국 항공우주국

주요 자원 공유 없음

가. 아태지역 실시간 고품질 기후예측 시스템 운영 및 기술개발

○ 연구내용

• 기후예측시스템 운영 및 개선

- 다중모델 앙상블 6개월 예측 시스템 운영 : 자연재해 저감대책 수립, 농산물 생산량 조절, 수자원 확보 및 관리 등 각 분야의 중·장기계획 수립에 활용하기 위해서 기후예측 정보 확대 및 예측 기법의 개선을 통한 품질 향상 필요

• 수요대응 상세기후예측 기술개발

- 동아시아 고해상도 계절예측 생산 기술개발 : 고해상도 접합모형으로 중장기 예측자료를 생산하여 전지구 예측 시스템의 예측성 향상

• 극한기후 감시 및 예측기술개발

- 아태지역 장기 가뭄 감시기술 개발 : 원격탐사 기반 자료와 지면모델

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산출물, 대규모 기후지수의 결합을 통해 장기 가뭄 평가 및 감시 기술 개발 / 기후 노출에 민감한 미관개 밭 지역의 농작물 수확량 예측 및 산불 발생 감시를 위한 장기 가뭄 감시 능력을 검증하고 아태지역 확대 가능성 진단

<그림 2-9> 극한 기후 감시 및 예측성 평가

• 하와이 대학교에서 개발된 OASIS 모델 성능 테스트 및 전후처리 데이터 송수신 - OASIS coupler 관련기술 습득 및 성분모형 특성 파악

- 해빙 모형 접합 작업 공동수행 및 개발된 모형 APCC-HPC로 이전 작업

• 하와이 대학교에서 개발된 OASIS 모델 성능 테스트 및 전후처리 데이터 송수신 - APEC 회원국 17개 기관 3개월 전지구 대기 예측자료 전송

- APEC 회원국 4개 기관(APCC 제외)6개월 전지구 대기-해양 예측 자료 전송 - 멀티 모델 앙상블을 통한 3~6개월 기후예측 원시 자료 제공 및 기후정보 제공 - CMIP3 기반 전지구 기후변화 시나리오 자료 전송

- 주요 곡물생산지역별 고해상도 기후자료 제공

- 고해상도 지역 기후변화 시나리오 자료 생산 및 제공

- 국내외 기상청 및 기후연구소의 슈퍼컴퓨터를 통해 생산되는 기후 연구자료 공유 - 연구사례별 고해상도 태풍 자료 전송

- 도심권 상세 기후변화 자료 전송

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나. 고해상도 전구모델을 활용한 RCP 시나리오 기반 한반도 상세 기후전망

○ 연구내용

• 고해상도 전구모델(GME)를 활용하여, RCP 기반의 상세 미래 기후 전망자료(40km 해상도) 생산

• 실험은 현재기후(1979-2009), RCP4.5(2006-2100), RCP8.5(2006-2100) 등 총 3가지로 구성되며, 3시간 간격/총 212년간 예측자료 생산

• 기상청 슈퍼컴퓨터 전산자원을 활용하여 RCP4.5 & RCP8.5 기후전망 자료를 생산하고, 생산된 전망자료에 대한 검증을 마치면 KISTI GSDC 대용량 스토리지에 저장

<그림 2-10> 2010-2070 강수량, 기온 변화

다. 첨단망 기반의 기상 기후

○ 연구내용

• 기상청에서 생산되는 대용량의 기상자료들을 여러 국내 유관기관 및 국외기관과 안정적으로 교환하기 위해서는 일반 상용망이 아닌 국가과학기술연구망 (KREONET)을 활용하여 더욱 안정적으로 기상자료를 교환할 수 있는 기반환경 구축

• 한국해양연구원

- 한반도 주변 해역의 해양상태의 변화 및 변동을 모니터링하고, 해양 순환 모델 구동을 위한 해면 경계 조건 입력 및 자료동화 시스템 설계에 활용

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- 조류, 파랑 등 해양현상 및 연안기후변화 분석 연구(Down-Scaling 분석), 유역 물수지 분석 연구를 위한 증발산량 산정연구 활용

• 국가농림기상센터

- 농림 분야가 중요한 자연자원으로 인식되어 가고 있으며, 신뢰성 높은 농림기상정보의 제공을 통해 지속농림업의 구현하기 위한 농업용 고해상도 관측자료 분석시스템 및 농업 협력기관 지원용으로 활용

<그림 2-11> WS 서비스 센터 구성 및 구축장비

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1.4 문화융합기술 분야

CT(Culture Technology)는 한국의 문화적 우수성과와 IT 기술력을 동시에 평가받을 수 있는 경쟁력 있는 융합형 기술분야입니다. 특히 세계적으로 미디어 전송과 디스플레이의 발전, 그리고 이를 통한 고유의 문화를 교류할 수 있는 새로운 가치로 평가받고 있습니다. HD급 이상의 해상도를 가진 고용량 데이터의 전송, 그리고 국제간의 물리적 거리를 극복하는 최소한의 지연시간과 지터(Jitter)를 구현하기 위해 KREONET의 기술과 미디어 전송시스템을 지원하고 있습니다.

미디어 중심 최대 300 GB

국내외 연결기관 국내 : 인천송림체육관, KBS방송국(서울,대전,제주) 주요 자원 공유

가. 국가과학기술연구망(KREONET)을 통해 즐기는 UHD 방송

○ 서비스 내용

• UHD TV 방송

- UHD TV 방송은 HD TV보다 네 배 이상 선명한 초고화질 해상도를 지원하는 방송 기술로, 60인치 이상의 대화면으로 생생 한 현장감을 주는 것이 특징이며. 우리나라에서는 2014년 상반기 UHD TV 시험방송을, 하반기에는 시범방송을 추진하고 2015년 하반기부터 2015년 하반기 위성과 케이블을 통해 4K급 UHD TV 방송 상용서비스 계획

- 방송기술연구소는 KISTI와 합작하여, '2014 인천 아시안게임'의 UHD (초고화질) 방송 서비스와 '2014 브라질 월드컵' 기간 중에 서울과 대전, 제주도에 UHD 방송 데이터를 동시 제공

- 2012년 런던올림픽 개막식과 일부 경기를 대상으로 일본이 추진했던 8K UHD 실험방송 역시 각 국가 간 연결된 과학기술연구망을 통해 성공

- KBS는 지상파 1채널, 즉 6MHz라는 한정된 대역폭을 통해 고해상도의 영상을 실시간으로 송·수신, 신호처리가 가능하다는 것을 지난 수차례의 실험방송을 통해 입증

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- 전국 16개 주요 지역을 중심으로 10~100Gbps급 네트워크를 구성한 KREONET을 구축해 국내 연구자에게 고성능 네트워킹 서비스

- KBS 브라질월드컵과 인천 아시안게임을 UHD 중계방송 추진

• 국내 또는 국제적으로 시연과 실험을 통해 축적한 KISTI 국가과학기술 연구망 (이하 KREONET)의 영상전송기술들과 노하우들이 실제 지상파 UHD 실험방송과 함께 하면서 차세대 방송과 울트라 해상도 영상전송의 국내 성공 가능성 선도

<그림 2-12> UHD 4K 전송화면

나. 사이버 문화예술 공연 및 초고해상도 영상 교육

○ 연구 내용

• 초고속 네트워크 기반 4K 테스트베드 구축

- UHD급 영상, 다채널 음향의 실시간 소통이 가능한 테스트베드 구성 - 테스트베드 구성 장비 및 애플리케이션의 다양화

- 초고속 네트워크 활용의 선도적 모범사례 제시

• 타일드 디스플레이를 활용하여 대형 디스플레이와 사용자 간의 상호작용하는 방법에 대한 연구를 진행함

• 고화질 영상 교류가 가능한 시스템의 성능과 초고속 망 KREONET의 안정성, 그리고 NOC의 기술 지원으로 만족도 높은 성과를 거둠

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1.5 바이오 게놈 분야

바이오분야는 전 세계적으로 분산된 정보를 빠르게 송수신하여 DB화하고 지식화 정보화하는 것이 매우 중요합니다. 또한 글로벌 유관기관과의 공동연구와 사이버 연구공간의 마련은 해당연구의 경쟁력 확보를 위해 매우 중요한 요소입니다.

초고속의 첨단연구망을 통한 데이터의 전송과 컴퓨팅 자원의 효율적인 활용 그리고 빠른 연구결과의 분석은 치열하게 경쟁하는 바이오분야의 국제 경쟁력이 될 것입니다.

가. 첨단연구망을 이용한 뇌영상 분석

○ 연구 내용

• 첨단연구망을 이용한 뇌영상 분석

- 전국의 약 18개 주요 병원(서울 삼성의료원, 서울 보라매병원, 가톨릭대학교 성모병원, 서울 아산병원 등) 및 연구기관들과의 공동연구

- 주요 병원과 연구기관에서 독립적으로 사용된 뇌영상을 수합하여 복합적이고 대규모의 연구 진행

- 대용량 뇌 영상 데이터를 처리하기 위한 효과적인 서버 시스템구축

- 고해상도 뇌영상 데이터를 수합하고 전송할 수 있는 초고속 네트워크망 구축 - 국제적인 그룹들과의 그리드 컴퓨팅 환경을 구축하고, 국내의 네트워크

망과 축적된 뇌영상 분석 기술의 글로벌 허브화를 통하여 국제 공동 뇌영상 연구에 참여를 위한 환경조성

• 뇌영상 데이터 처리

- 급증하는 치매환자로 인한 데이터양의 증가로 인해, 치매 질병에 특화된 정보 추출 및 뇌영상 전용 데이터 분석을 위한 뇌영상 처리 시스템의 구축이 필요

- 이를 인식한 외국의 주요 연구팀들은 각각의 문제들에 대한 개별적인 연구의 형태에서 벗어나 집단을 이루어 데이터 저장을 시작으로 처리, 분석 등의 과정을 하나의 시스템으로 구축

- 고해상도 MRI처리를 단일 연구기관이 수행하기엔 힘들기 때문에 대용량 데이터의 처리 및 전송을 위하여 초고속 네트워크망이 필요

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- 뇌영상 연구를 바탕으로 구성된 치매 조기진단을 위한 바이오 마커를 대규모 뇌영상 데이터에 적용시켜, 실제 데이터에 적용이 가능한지 검증이 필요

• 첨단연구망을 활용한 브레인 리서치 네트워크 시스템

- 국내외의 다양한 연구기관과 글로벌 공동 연구를 위한 고해상도 MRI 데이터의 고속 전산 처리를 위한 지속적인 데이터 전송 및 분석 처리 관리 - 첨단연구망 KREONET을 이용하여 더욱 효율적으로 데이터 전송 및 관리 - 각 병원에서 나온 데이터가 한양대의 데이터 팜으로 KREONET을 통한

연결로 대용량 및 초고속 데이터 처리 가능

- 2014년 11월 15일~12월 6일까지 MNI에서 본 연구기관으로 연구자가 방문하여 시스템 보완 논의중

- 연구자들의 교류를 통해 KREONET/GLORIAD와 슈퍼컴퓨터를 연동하여 치매의 치료법과 병의 진행을 중지 시킬 방법을 꾸준하게 연구 중

• 치매 조기진단방법 개발을 위한 뇌 영상 기초 연구 데이터베이스 관리 - 치매 환자 조기 진단을 위해 삼성서울병원 및 서울대 병원 등의 국내 여러

대학병원에서 수집된 치매환자 데이터를 KREONET 망을 통해 데이터의 지속적인 업데이트 및 유지, 관리

- 한양대 뇌 영상 분석 연구실에서 KREONET을 통해 전송된 대규모 치매환자 데이터의 여러 임상 정보들을 체계적으로 저장하여 데이터베이스 유지 및 관리

<그림 2-13> 한양대-KISTI MN간의 네트워크 구성

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1.6 첨단의료과학 분야

우수 의료진의 육성, 의료기기와 의료자원의 활용 확대, 그리고 소외지역의 환자진료 원격지원은 의료계의 중요한 현안 문제입니다. 특히 영상의료와 병리학 등에서 발생하는 고해상도 이미지 데이터의 전송과 정밀성이 요구되는 영상중심의 원격 복강경수술, 의료로봇 등에는 실시간의 안정적인 네트워크 연결이 매우 필요합니다. 원격 의료교육은 지방과 수도권의 우수한 의료진의 공평한 교육과 인적교류는 다자간 참여가 가능한 원격컨퍼런스에는 멀티캐스트 등의 멀티미디어 공유형 기술이 요구됩니다.

미디어 중심 1TB

국내외 연결기관 국내 : 서울대학병원, 분당서울대병원, 동남권원자력의학원 등 주요 자원 공유 각 기관 별 CT, MRI, PET-CT 등 의료기기 이용한 의학정보 공유

가. 핵의학 및 방사선 종야학 공동연구 및 협진시스템 개발

○ 연구 내용

• 의학분야의 교육, 진료 및 연구에 다양한 활용방법을 연구하고자 네트워크 인프라를 바탕으로 다양한 의학교육 및 협진 시스템을 구축하고 타 기간과 의학정보 공유를 통해 국내 의료수준을 한 단계 발전

• 보라매병원에서는 지난 2006년부터 현재까지 국가과학기술연구망 (KREONET)을 이용하여 서울대학교 의과대학 및 서울대병원, 분당서울대병원 등 여러기관과 함께 사이버 가상공간에서 다양한 연구시험 및 자료공유

• 서울대병원-동남권원자력의학원-충북대병원간 핵의학분야 연구를 사이버랩을 활용하여 정례적으로 Medical conference를 실시할 수 있도록 원격헙업 시스템을 구축

• 국가과학기술연구망(KREONET)을 이용한 핵의학 공동 연구 및 협진시스템개발 - 연구소개 : 서울대병원과 동남권원자력의학원 그리고 충북대병원간 PETCT

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장비를 활용하여 영상데이터를 가상공간에서 실시간 공유할 수 있도록 협업시스템을 구축

- 연구내용: 서울대병원과 동남권원자력의학원 그리고 충북대병원간 PETCT 장비와 사이버랩 시스템을 활용하여 정기적 연구미팅 및 교육을 실시하고, 사이버랩의 코덱 및 IPVS를 활용하여 2K(1920*1080)이상 PET-CT의 고화질 영상데이터를 가상공간에 서로 공유하며 핵의학판독 분야의 연구의 질적 향상

• 국가과학기술연구망(KREONET)과 사이버랩을 이용한 방사선종양학 분야 연구 및 협진 시스템 개발

- 연구소개 : 서울대학교병원과 동남권원자력의학원 그리고 충북대병원간 국가과학기술연구망(KREONET)을 이용한 협진 및 협업을 할 수 있도록 가상공간을 구축

- 암 치료방사선 결정 연구 및 각도 조절에 대한 연구를 상시 논의 할 수 있도록 시스템 구현

- 연구내용 : 서울대학교병원 동남권원자력의학원 충북대병원간 정기적 연구관련 미팅 및 교육을 실시하고 고화질 암 치료방사선 결정 및 각도 조절에 대한 연구

<그림 2-14> 사이버랩을 활용한 실시간 협진 및 교육

나. 병리학분야 원격 연구 및 교육 모델 구축

○ 연구 내용

• 의학연구자 네트워크 구축 및 확대

- 의학 연구 및 교육, 진료, 공중보건 사업 영역별로 연구자 및 연구기관

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네트워크를 구축

• KREONET망에서 대용량 의료 데이터 전송 및 공유로 협업 연구 환경 구축 - 고화질 실시간 영상 전송, 고용량 이미지 공유, 입체영상 전송 등 각

분야에 특성화된 협업연구 지원 모델 구축

- 임상의학이나 의학교육에서 사용할 의료영상 등 e-medicine 정보를 국내 의과대학 및 병원과의 연계를 통해서 수집하고 이를 가공하여 e-medicine 정보를 확충

<그림 2-15> 원격화상의료 컨퍼런스 / 스트리밍 영상 제공

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1.7 슈퍼컴퓨팅 공동활용 분야

최근 선진국들은 과학기술의 선도적인 역할을 수행하고 있는 슈퍼컴퓨팅자원의 최고 성능을 제공하기 위해 다수의 슈퍼컴퓨터를 고속의 연구망을 통해 연결하고 이를 과학기술에 공동으로 활용하기 위한 자원과 기반이 될 수 있도록 노력하고 있습니다. 국내에서도 슈퍼컴퓨팅 공동활용을 통해 전국에 위치한 슈퍼컴퓨팅자원들의 연동과 기술협력체계를 구축하고 각 지역센터의 활성화의 자립화를 지원하고 있습니다. 특히, 각 지역센터의 역할과 파트너기관으로서의 기능을 수행하고 핵심 전문센터로서 성장하기 위해서는 더욱 더 고속의 그리고 고품질의 연구망의 연결과 협력이 필요합니다.

데이터 중심 1.2 TB

국내외 연결기관 국내 : KISTI, 부산테크노파크, 부산대학교 병원, 양산 부산대학교 병원, 부산대학교 장전캠퍼스, 부산대학교 밀양캠퍼스

주요 자원 공유 부산대학교 고성능컴퓨터 pdaisy, piris

가. 국가슈퍼컴퓨팅 공동활용 기반 구축

○ 연구 내용

• 기초의학 및 임상 연구

- Genome 데이터 및 임상연구를 위한 기초 영상 자료 등은 대용량으로, 첨단망을 활용한 신속한 정보 교환과 슈퍼컴퓨터 등의 고성능 컴퓨팅 자원을 활용한 분석 등이 필요

- 국제적으로 유전체 정보의 표준화를 위한 컨소시엄을 구성하여 자원을 통합 운영하거나 대용량의 데이터를 공유하는 형태로 운영되고 있어, 국내에서도 관련된 자원의 공동 활용을 위한 첨단연구만 기반의 인프라 조성이 필요

- 향후 도래할 맞춤의료시대에 대비하여, 대량의 개인 유전체정보를 의료기관과 개인 사이에서 원활하게 전달하고 분석할 수 있는 체계의 조기구현을 위해서 대용량 데이터 송수신 및 분석결과의 교환 등에 따른 절차적인 문제점 분석 및 해결 방안 연구 필요

• 의학 교육 및 정보교류

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- 타 분야의 교육에 비해서 실습의 중요성이 큰 의학분야 교육을 위해 공간의 제약성을 극복할 수 있는 직접적이고 시각적인 효과를 제공하는 교육이 필요

- 의료영상정보 가시화 결과 등을 활용한 가상실습 환경의 구축은 의학분야 교육환경의 업그레이드 및 참여 학생들의 학습 효율 향상에 기여

- 온라인을 통한 문서기반의 정보교류보다 면대면의 원격화상회의 등은 공간적인 제약을 극복하고 효율적이고 심도 있는 정보교류가 가능하며, 정보를 교환하는 당사자들의 이해도를 높여 결과물의 가치 향상에 기여

• 산학협력 및 기타 지원

- 미래 핵심전략 산업 분야 중 지역특성에 따른 ‘기계부품소재산업’,

‘고령친화산업’, ‘항노화산업’에서 연구자들이 결과물의 생산시기 단축 또는 품질의 향상 등이 가능하도록 첨단연구망을 포함한 관련 R&D 인프라 제공 - 연구 활성화 및 캠퍼스(장전 캠퍼스, 부산대학교 병원, 양산 부산대학교병원,

밀양 캠퍼스) 간 협업업무를 위한 교내 지원

- 항노화산업지원센터에서 장내 미생물에 대한 마이크로바이옴 (Microbiome) 유전체 정보 데이터를 해당 전문가 그룹 또는 관련 연구자(부산대학교 병원, 양산 부산대학교 병원)에게 공유하고, 메타 분석을 위해 고성능컴퓨팅 자원(부산대학교 슈퍼컴퓨팅센터)을 활용하여 마이크로바이옴메타 지놈 분석 등 메디컬 슈퍼컴퓨팅 활용의 기반 모델 구축

<그림 2-16> 첨단연구망을 활용한 기관별 업무 협업도

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1.8 건설건축 기술 분야

건설건축 연구와 교육은 전국적으로 분산된 대형실험시설을 KREONET을 중심으로 국내 어디에서나 직접 이용하고 실험하며, 실험데이터를 공유하기위해 대학과 연구기관등의 균등적인 공동운영을 추진하고 있습니다. KOCED와 첨단연구망은 1차 6개 실험시설 뿐 아니라, 2차 실험시설의 연계와 협력을 계획하고 있으며, 건설 건축 연구분야의 사이버 환경 구현을 추진하고 있습니다.

데이터 중심 500 GB

국내외 연결기관 국내 : 운영원의 6개 실험센터 (하이브리드구조실험센터, 지오센트리퓨지실힘센터, 첨단건설재료실험센터, 지진방재연구센터, 대형풍동실험센터, 해안항만실험센터)

주요 자원 공유

실험계측장비로부터 데이터 전송

- 하이브리드구조실험센터/명지대(정,동적 유압가력기, 만능재료시험기) - 지오센트리퓨지실힘센터/KAIST(지오센트리퓨지)

- 첨단건설재료실험센터/계명대(5MN 구조재료실험기,5MN 압축시험기, 500kN강재피로시험기) - 지진방재연구센터/부산대 양산캠퍼스(진동대)

- 대형풍동실험센터 / 전북대(풍동)

- 해안항만실험센터 / 전남대(3차원 조파수조, 3차원 조석수조, 2차원 파-흐름, 조석 복합수조)

가. KOCED

○ 연구 내용

• 토목, 건설 분야의 실험 뿐 아니라 국방, 전자, 기계 분야의 실험 등을 수행함으로 다양한 산업 분야의 발전과 더불어 자연재해 및 사회기반시설의 파괴에 따른 사회, 경제적 손실 감축

- 건설에 사용되는 콘크리트에 의한 CO2 발생은 전 세계에서 인류가 발생시키는 CO2의 약 8%를 차지 하여 건축 내·외장재를 포함한 모든 재료에서 저탄소 건설재료의 개발과 더불어 재료 자체에서 손상을 치유하고, 재료자체가 센서의 역할을 수행하며, 동시에 구조물의 에너지 효율을 극대화 할 수 있는 스마트(smart) 또는 다기능 (multi-functional) 재료에 대한 연구가 활발합니다.

- 구조/재료 분야 산업의 전반적인 동향으로는 플랜트, 초고층 건축물, 초장대교량, 구조물의 방재, 에너지 개발 및 신에너지 개발 관련

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건설기술에 많은 관심을 갖고 있는 것으로 나타나고 있습니다.

• 실험/해석 기술의 융합

- IT와 토목·건축과 융합된 스마트 구조기술은 외부의 자극을 감지, 판단하여 구조물의 반응을 능동적으로 제어할 수 있게 하는 기술로 구조물의 모니터링 및 건전성 평가를 위한 분산 센서 시스템, 시공비용과 유지관리비용의 균형적인 계획을 위한 해석적 기법, 생체모방기술을 이용한 센서 기술, 유비쿼터스 컴퓨팅 환경을 능동적으로 활용한 센서기술 관련 연구가 활발히 진행 중에 있음

<그림 2-17> 스마트 구조물의 개념도

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1.9 원격교육 분야

온라인 속에서 중요성과 활용범위가 더욱 커지고 있는 원격교육은 지역적 편중해소와 균형 있는 발전 요구가 더욱 커지고 있습니다. 사회와 교육에 대한 개인적인 참여가 점점 많아지고 있는 시기에 원격교육은 단방향적인 기존 교육보다 더욱 현실감 있는 쌍방향적인 교육을 추구하고 있습니다. 이를 위해 가시성이 우수한 초고해상도 화면을 통해 교육장비와 자료의 실시간 교류를 위한 연구망의 활용이 점점 커지고 있습니다.

미디어 중심 2 TB

국내외 연결기관

국내 : 강원대학교, 경북대학교, 부산대학교, 서울대학교, 전남대학교, 전북대학교, 전남대학교, 광주과학기술원, 카이스트, 단국대학교, 충북대학교, 경희대학교, 제주대학교 국외 : 동경대학교, 몽골과학기술대학교, 펜실베니아주립대학교, 하와이주립대학교, 마라아대학교

주요 자원 공유

가. 글로벌공학교육센터 교육서비스

○ 연구 내용

• 국제적 수준의 연구능력과 실무능력을 보유한 글로벌 엔지니어를 육성하기 위한 글로벌 공학교육프로그램을 개발하여 참여대학과 공동으로 강좌

• 글로벌공학교육의 중장기 특성화 전략 수립 및 수요 지향적 글로벌 공학 교육프로그램을 통한 지속적인 공학교육

- 공과대학생 기본소양 관련 공동 화상강의 개설 매학기에 기본 소양과 직무역량 강좌 기획 및 운영 및 전국공과대 대상으로 실시간 공유

- 8 강좌(공학커뮤니케이션, 공학프로젝트관리, 글로벌공학윤리, 글로벌공학리더십, 기술과 창업, 공학경제, 공학기술과 사회, 디지털아트공학)

- 국제 공동 화상강의 개설 실시간 국제공동강의의 확대로 교환학생 제도에 들어가는 비용과 시간을 절약

- 참여대학과의 공동 실시간 화상세미나 지원 : 참여대학들과 공동 실시간 화상세미나를 매 학기마다 3회 이상 개최

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1.10 미래 네트워크 기술 분야

차세대의 인터넷 기술을 연구하는 미래네트워크는 현 시대 인터넷의 한계점과 문제점을 극복할 수 있는 새로운 형태의 인터넷을 설계하고 기술을 실험합니다. GLORIAD와 연결된 미국의 세계적인 미래인터넷 테스트베드인 GENI를 중심으로 국내연구자들이 언제든지 연구에 참여하는 테스트베드를 구축하고, 협력하고 있으며, 더욱 다양한 연구와 테스트를 추진하고 있습니다.

데이터 중심 10GB 200 GB 1.9 TB

국내외 연결기관 국내·Bell Labs Seoul, 한동 대학교

주요 자원 공유 라우팅 패킷 처리 프로세서, 네트워크 대역폭

가. 미래 인터넷 환경을 위한 네트워크 가상화 기술 개발

○ 연구 내용

• 서버 가상화, 가상화 환경의 네트워크 QoS

- 서버 가상화 기술은 하나의 물리 컴퓨팅 자원을 추상화하여 여러 사용자에게 가상 머신의 형태로 제공하는 기술로, 저비용 고성능의 하드웨어가 개발되고 있습니다.

- 현재는 Vmware, Hyper-V, Virtualbox등 다양한 상용 제품이 출시 및 개발되고 있으며, 클라우드 컴퓨팅 시스템의 플랫폼으로도 적용되고 있습니다.

- 가상화 기술은 그 구조에 따라 크게 전가상화(full virtualization)와 반가상화(para virtualization)로 나눌 수 있습니다. 전가상화는 가상 머신의 운영체제(게스트OS)를 수정하지 않고 물리 자원의 추상화를 담당하는 하이퍼바이저(Hypervisor, Virtual Machine Monitor)가 게스트 OS의 요청을 에뮬레이션하여 하드웨어에 전달하는 방식으로 동작합니다.

• 동적 네트워크 자원 할당 기법

- 기존 Xen의 고정적인 자원 할당 방식을 개선하여 가상화 환경에서

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다양한 형태의 가상머신 네트워크 성능 보장을 위한 동적 네트워크 자원 할당 기법인 ANCS를 제안

- 각 가상머신의 네트워크 사용량이 변화하더라도 전체 시스템 이용률은 항상 최대치로 유지

- 단일 물리머신을 여러 가상머신이 공유하는 환경에서 물리 자원을 고정적인 값으로 가상머신에 할당

- 효율적인 운영이 중요하기 때문에 모든 가상머신에서 네트워크 작업이 일어나지 않을 때에만 네트워크가 유휴상태가 되도록 작업 보존성 (workconserving)을 지원

<그림 2-18> CCN 실험 시스템

• 가상 네트워크 구축을 통한 인터넷 스케일의 대규모 연결성을 통해 가상화 환경에서의 네트워크 QoS 실험 진행

• 고려대, 한동대, Bell Lab Seoul간 네트워크 연결성 확보를 통해 기간과의 성능 측정과 가상화 네트워크 구성을 통한 검증 진행

• 링크 가상화 구조 설계 및 네트워크 가상화 환경 구축 : 네트워크 인터페이스 가상화 기술을 개발하여 각 가상 네트워크마다 링크의 대역폭을 공평하게 분배하고 가상 네트워크 간의 간섭 최소화

• 클러스터 라우터 가상화 구조 개발 및 성능 최적화: 클러스터 라우터 가상화 구조를 개발하여 네트워크 가상화 기술이 가지는 성능 문제를 해결하며 멀티코어 환경을 고려한 성능 최적화 수행

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