Lofar-telescoop doorgrondt heelal

Astron ontvouwt plannen voor bouw van ultrasnel netwerk en supercomputer

Over vijf tot zes jaar ligt in Nederland een gedistribueerde telescoop waarvan de honderd waarneemstations over tientallen kilometers verspreid liggen. De Lofar-telescoop moet wetenschappers een scherper beeld van de hemel geven. Samen met Lucent en de Universiteit Eindhoven verkent het astronomisch kennisinstituut Astron de grenzen van de netwerktechnologie. Ook is een nieuw concept voor een nieuwe supercomputer op de tekentafel uitgewerkt.

Lofar (Low Frequency Array) wordt de eerste software radiotelescoop ter wereld, waarbij de signalen uit het heelal grotendeels verwerkt worden door software in plaats van door analoge elektronica. Het Lofar-project dankt zijn naam aan de radiofrequenties die met de telescoop te onderzoeken zijn. Het gehele lage frequentiegebied (van 10 tot 250 MHz rondom de FM band) komt binnen het bereik van wetenschappelijk onderzoek. "Door storende invloeden was dit frequentiegebied tot nu toe niet te gebruiken voor astronomisch onderzoek", zegt Marco de Vos, hoofd software-ontwikkeling bij Astron.
"Met de telescoop zijn zonnevlammen in de gaten te houden", geeft De Vos als voorbeeld. "Een zonnevlam is een uitbarsting van materie uit de corona van de zon. Dit veroorzaakt elektromagnetische schokgolven die elektriciteitsnetwerken en satellieten kunnen schaden. De telescoop neemt zo'n schokgolf in een vroeg stadium waar, zodat voorbereidende maatregelen te treffen zijn."
De in totaal honderd geplande antennestations komen verspreid te staan over heel Noord-Nederland. Kjeld van der Schaaf, projectleider centrale computerfaciliteiten in het Lofar-project, laat een kaartje zien waarop zes groene draden vanuit de vestiging van Astron bij Dwingeloo uitwaaieren richting Noordzee, de Utrechtse heuvelrug, IJsselmeer en Duitsland. "De draden zijn de grote bandbreedte netwerken, die de informatie van de stations doorsluizen naar de in Drenthe geplande supercomputer. We leggen nu contacten met gemeentes om over enkele jaren de stations te plaatsen en de kabels te leggen. In ruil voor het gebruik van grond geven wij hen toegang tot dit hoogwaardige netwerk."
"Op de drie langere armen zijn 28 stations gepland, op de drie kortere komen veertien stations", legt Van der Schaaf uit bij de stipjes die op de draden aangebracht zijn. "Ieder station bestaat uit tachtig dipool-antennes die elk 2 Gbit per seconde aan informatie produceren. Via een netwerkring worden deze antennes samengevoegd tot een station. Dat is voorzien van een computer die de eerste rekenkundige bewerkingen uitvoert op de waarnemingen en zorgt voor enige verdichting. Daarna wordt de informatie, die per station oploopt tot 160 Gbit per seconde, het breedbandnetwerk ingejaagd."

Theoretisch

Om de nu nog theoretische transmissiesnelheden in de praktijk te realiseren is samen met de TU Eindhoven, Lucent en KPN de projectgroep Retina opgezet. "De verwachting is dat binnen een jaar of twee transmissiesnelheden van 40 Gbit per seconde per golflengte of kleur beschikbaar komt", zegt Jack Verhoosel, projectleider Retina vanuit Lucent Technologies. "Er zijn geen snellere klokken dan 40 GHz, dus je zult pulsen moeten combineren als je in dezelfde tijd meer informatie door de glasvezel wilt jagen. De technieken die we hiervoor gaan gebruiken heten 'optische tijd multiplexing'. Door in het optische tijdsdomein 5 picoseconde een bron aan te zetten, 5 picoseconde later de volgende bron en zo verder tot alle vier bronnen overgestuurd zijn, is de 160 Gbit per seconde wel te halen." Voor het testen van deze techniek wordt in de TU Eindhoven een laboratorium ingericht.
Doordat ieder station een eigen kleur of golflengte vrijmaakt is bij de kern in de korte armen een datarate van 2,24 Tbit per seconde te realiseren. In de lange armen komt dit uit op 4,48 Tbit per seconde, omdat deze meer stations bevatten. En dan nog zijn de grenzen van het netwerk niet bereikt, meent De Vos. "Er zitten meer kleuren in een glasvezelkabel dan wij strikt genomen nodig hebben. De risicovollere kleuren kan je reserveren voor Lofar. De rest kan je vrij maken voor de publieke infrastructuur. Een bedrijventerrein dat in de buurt van een Lofar-tak ligt kan zo gebruik maken van deze kabel."
 
 
Supercomputer
Om de gigantische hoeveelheid informatie te kunnen verwerken wil Astron een cluster van computers bouwen. "Belangrijke voorwaarde is dat de architectuur schaalbaar moet zijn", legt Kjeld van der Schaaf, projectleider centrale computerfaciliteiten in het Lofar-project, uit. "We hebben een haalbaarheidsstudie uitgevoerd naar een SCI-architectuur (Scalable Coherent Interface), waarbij een speciale router de informatie intelligent doorsluist naar de verschillende clusters om rekentaken uit te voeren. Het is geen internet-router, die chaotisch informatie doorstuurt. In deze architectuur ligt van tevoren vast waar de informatie vandaan komt en naar welk cluster het toe moet. Dergelijke routers noemen ze wel fabric-routers."