Comments on "Draft Proposal for VLBI Standard Interface Specification, February 3, 1999"

Noriyuki Kawaguchi
National Astronomioal Observatory

川口 則幸(国立天文台)

(May 14, 1999)
(revised on June 2, 1999)

General Comments

A VLBI standard interface has long been expected by many VLBI astronomers who hope to use radio telescopes in foreign observatories being equipped with different types of recording system. It is very welcome for me to have the standard interface like as a proposal given in a document titled "Draft Proposal for VLBI Standard Interface Specification, February 3, 1999". In this short note I would like to make some technical comments on the draft. Also I would like to point out a fact that the standard interface does not give a perfect solution but leaves media incompatibility behind. We still need to use a "translator" or a "hybrid correlator". We should aware the importance of the media translation now partly performed in Mitaka VSOP correlator, National Astronomical Observatory, Japan. Easy translation should be taken into consideration on the standard recorder interface.

標準インターフェースが確立されても、媒体が異なることによる問題は 解決されない。結局、媒体変換(コピー)を行うか、相関局で異機種同士 の相関を行わなければならない。この観点が、米国案には欠けていたので 強調した。

Scopes of targets

 DTS: Data Transmission System
 DOB: Data Output Box
 DIB: Data Input Box
の略号で、米国の提案サブシステム名。米国案では、「記録専用機」、 「再生専用機」という従来の考え方を踏襲している。一方、日本側では 従来より「データレコーダ」の概念を主張しており 「データの入出力はセットである」としてきた。カナダのS2にも 「S2RT」は記録専用機、「S2PT」は記録・再生機で、「S2RT」 は価格的にも安く観測所には「S2RT」が配備されている。 「S2PT」は相関処理局であるペンティクトンと媒体変換局である 天文台三鷹にのみ配備されている。臼田局の「S2」は「S2RT」 であるため、記録データが再生できず、臼田局での「S2からVSOP」 「S2からVLBA」への変換は、変換機能はあるものの行うことは できない。

In considering the standard interface, following goals shall be achieved;
(1) Easy translation of a tape media The DOB output shall be connected to the DIB in the tape translation, not only to a correlator. The output connector of the DOB shall be mated to the input connector of the DIB.
(2) Tandem operation of two or more DTSs Two or more DTSs will be involved not only in correlation but also in data acquisition. Wide band data recording at a rate beyond 1 Gbps would be made on two or more recorders. Synchronized operation of the DTS to others is a matter of concern as much in the parallel recording as in correlation processing.

米国案では、最高8Gbpsまでの標準インターフェースを規定しようとしている。 128MHzクロックで64並列伝送することを達成しようとしているが、外部機器 との接続をこのような高速でしかも多並列で行うことは実際的ではない。 「はるか地上試験装置」で一部外部機器との接続を128MHzクロックで行った ことがあるが、衛星試験でよくこのインターフェースでトラブルが発生し、問題となった。 単一の磁気記録装置で8Gbpsのデータレートを考慮することは 今後10年間を考えてもあまり実際的ではない(?)。しかしながら、AD変換器等の データ発生側では8Gbpsは現在でも可能である。そこで、複数の磁気記録装置を 並列運転する観点をここで挙げた。
(3) Real time correlation Real time correlation would be a future important function of a reliable long-baseline interferometer, in which the data on a tape is always checked for the auto-correlation spectrum, cross correlated for monitoring the phase stability while the recording is carrying on. Single operation of DIB at an observatory, (and of DOB at a correlator) will be less important in future, though it would keep economical benefit on the recording (or playing back) cost. My preference is not on the separation of DIB and DOB boxes.

記録・再生がいつでもセットで行える重要性を実時間相関処理の観点から述べた。 Read-after-write信号を自己相関処理して観測スペクトルを監視する、一部のデータを 光データ伝送して相互相関チェックを行う、はテープ上のデータへの信頼性を 格段に向上させるもので観測の失敗率を大幅に減らすことができる。
(4) Sub network correlation Future operation of a VLBI network connecting a number of telescopes over the world will be made in sub networking. In the correlation, dynamical resetting and offsetting of ROT might be important.

サブネット相関処理を行うときに、同期再生を行うが、「同時刻再生」ではなく 「オフセット時刻再生」が行えると便利と思って付け加えた。つまり10局の 再生データのうち、6局はT0の4局は時刻t1で同期再生処理が行えるようにする。
(5) Unified software support A complicated software control might cause difficulty in the operation of different types of DTS. The DTS shall be controlled under the FS9 Weld system following the VEX schedule file.

米国案では、制御ソフトウェアについての規定がなされていないが、標準インターフェースを 考えるとき、制御計算機とのインターフェースも考えないと、「相互互換」にはならないし、 「異機種間相関」も行いにくいので、ソフト的なインターフェースも規定すべきであると 主張した。

Basic DTS Configuration

Functionally or Physically the DTS is divided into two boxes as indicated in Figure 1. Usually the DTS of a "Data Recorder" has both functions of DIB and DOB, but by some economical reason it might be a good idea to separate the DTS to the DIB and the DOB for the use in VLBl data transport system.

The DIB and DOB is just the same ones as described in the draft proposal VSI specification except for adding timing signals I/O on both boxes. Even in case that the DTS is divided into the DIB and DOB, the both input and output functions of the timing signals is useful for various applications to be noted later.

Figure 1. Basic Configuration of the DTS (Data Transmission System)

DOBの出力Data中にも、相関器へ渡すタイミング信号を付け加えるべきだという 意見が出ている。

Parallel recording of a high rate data

A high rate data transmission beyond 1-Gbps from an observatory site to a correlation center is a strong demand of a VLBI astronomer in their high sensitive observations. Parallel recording is one possible way to allow for such high rate data transmission. Figure 2 shows a connection of two or more DIBs. Timing signals from a master clock at an observatory is supplied to all DIBs with no time offset and multi-stream data from a data acquisition system are connected to each DIB in parallel. The same timing signals are probably used in a data acquisition terminal.

In this application synchronization of two or more DIBs is performed with a similar way commonly done in correlation processing.

Figure 2. Parallel recording of a high bit-rate data on two or more DIBs.

高速データ(8Gbpsなど)の複数記録は、DTSの内部問題であるという意見が 出されている。しかし、そうすると8Gbps等の高速記録の標準インターフェース まで規定しなければならなくなるので、あまり実際的ではないと思われる。

Synchronized reproducing in a correlation center

At a time of correlation processings, the data at a specific time on tapes is reproduced synchronously from two or more DOBs. Timing signals are successively to each DOBs. The signals are also transferred to a correlator for the use in synchronizing correlation parameters and the data reproduced.

Figure 3. Synchronized data reproducing at a correlation site.

出力Data中にタイミング信号を付加すべきである、という意見もあるが、ピン数 の制限や、DOB出力がDIB入力に接続される(媒体変換時に)ことを考えると、 DIR−1000のアーキテクチャのように、DATA_INポート、DATA_OUTポート、 REF_INポート、REF_OUTポートの構成が良いと思っている。相関器への タイミング信号伝送(データと相関処理パラメータの同期のため)は、 マスタクロックからのタイミング伝送でも行える。万一数クロックのずれが 在ったとしても、最近開発されている相関器のように相関窓が広ければ 問題にならない。

Media Conversion

この箇所の英文はまだ作成されていないが、提案インターフェースの中で 著者が最も強調したい、アプリケーションである。次図に示すように DOBの出力がDIBの入力に時刻符号と共にインターフェースされれば、 媒体変換は非常に楽に行え、単に「ソース」側をplayに「記録」側をrecord にする単純な制御でOKである。これは、制御ソフトウェアのシンプルさにも つながる。実際、記録制御、再生制御もソフトウェア制御としては、play とrecordの制御とテープ交換、時刻読み出しという限定された機能制御だけで 良くなるであろう。

Figure 4 Media Conversion

Data Transmission

Bit stream rates on a fixed number of logical wires should not exceed 64 Mbits/sec. Reliable cable connection limits a physical number of pins within 50, and a physical number of data connections within 32. For simplicity in the connection, it is better to limit a number of connectors within 2. The aggregate bit rate thus shall be less than 2048 Mbits/sec. The data transmission in much higher bit rates with metal wires is NOT realistic. Optical transmission should be considered. The 2048-Mbits/sec transmission will be technically feasible in the next 10 years with a single pair of the DIB and DOB. By considering above limitations, the data transmission listed in the Table 1 is reasonable on the current technical conditions.

ここでは、伝送クロックの上限と並列度の最大値をコネクタピン数の制限や安定な ECL伝送を考慮して以下のように提案する。2048Mbps以上のデータ記録・再生 は複数の記録装置もしくは光データ伝送方式を採用すべきで、メタルの伝送は 規定しても無意味であろう。

Table 1
Aggregated bit rate Number of Connectors Clock Rate Logical Number of Wires
64 Mbps 1 4 MHz 16
128 Mbps 1 8 MHz 16
256 Mbps 1 16 MHz 16
512 Mbps 1 32 MHz 16
1024 Mbps 2 32 MHz 32
2048 Mbps 2 64 MHz 32

June 3, 1999