"Wir haben jetzt eine agile, skalierbare Grundlage, mit der großartige Dinge möglich sind. In der Raumfahrt muss man immer neue Möglichkeiten im Auge haben. Mit dieser Bibliothek verhält es sich ganz ähnlich."
Bryan Walls Stellvertretender Leiter des Bildarchivierungsprogramms der NASA

Die 1958 gegründete nationale Luft- und Raumfahrtbehörde der USA (National Aeronautics and Space Administration, NASA) arbeitet seit fast 60 Jahren an Antworten auf einige der grundlegendsten Fragen der Menschheit: Was ist im Weltall? Wie kommen wir dort hin? Was gibt es dort zu entdecken? Was können wir dort erforschen bzw. was lernen wir auf dem Weg dorthin? Und wie können wir mit diesem neuen Wissen die Lebensbedingungen auf der Erde verbessern?

Haben Sie schon einmal in den nächtlichen Himmel geblickt und über die Geheimnisse des Weltalls sinniert? Haben Sie schon einmal über die unendlichen Weiten unserer Galaxie gestaunt? Diesen Gedanken können Sie in der Bild- und Videobibliothek der NASA nachgehen. Diese dokumentiert mit mehr als 140 000 Standbildern, Tonaufnahmen und Videos mehr als ein halbes Jahrhundert Erforschung endloser unbekannter Weiten. Die NASA wollte all die wunderbaren Aufnahmen des Universums der breiten Öffentlichkeit zur Verfügung stellen. Das Vorhaben war für die NASA so etwas wie eine Expedition.

Anfang der 2000er Jahre, als die Digitaltechnik analoge Verfahren und Filmspulen ablöste, begann die NASA damit, Fotos, Videos und Tonaufnahmen online bereitzustellen. Bald darauf stellten die zehn Einrichtungen der NASA ihre Bestände ins Netz, darunter auch digitalisierte Versionen alter Aufnahmen.

Laut Rodney Grubbs, der im Bildarchivierungsprogramm der NASA arbeitet, lag genau darin die Herausforderung: "Die Medien waren weit verstreut. Um herauszubekommen, wo was lag, brauchten wir NASA-internes Wissen. Videos vom Start der Space Shuttles gab es auf der Website des Kennedy Space Center. Bilder des Weltraumteleskops Hubble waren dagegen auf der Website des Goddard Space Flight Center eingestellt. Die NASA hat zehn angeschlossene Einrichtungen und Dutzende weitere Bilddatenbanken. Wer also eine bestimmte Aufnahme brauchte, musste lange suchen."

Anfangs wurde versucht, alles zentral zusammenzufassen. Also alle Inhalte aus den Standorten "zusammenzukratzen" und eine Suchmaschine draufzusetzen. Dieses Vorhaben war nicht sehr erfolgreich, wie Grubbs berichtet: "Das Vorhaben scheiterte vor allem daran, dass jedes Center seine Aufnahmen anders kategorisiert hatte. So kam es, dass wir ein und dasselbe Bild fünf- oder sechsmal im System hatten, jedes Mal mit anderer Beschreibung. Das machte die Suche schwierig und frustrierte die Benutzer."

2011 beschloss die NASA, noch einmal ganz von vorne anzufangen. Bis Ende 2014 war alles vorbereitet für den zweiten Anlauf:

• Das Bildarchivierungsprogramm hatte einen übergreifenden Metadatenstandard entwickelt und veröffentlicht, der von allen NASA Centern übernommen wurde.

• Web Enterprise Service Technologies (WESTPrime) ist einer von fünf nach außen vergebenen Aufträgen aus dem NASA-Programm "Enterprise Services". Das Projekt organisierte den Aufbau und die Betreuung des neuen Archivs.

• Das Federal Risk and Authorization Management Program (FedRAMP) gibt vor, wie die Sicherheitsprüfung, Autorisierung und laufende Überwachung von Cloud-Produkten und -Services abzulaufen hat.

"Es gab zwei Gründe, warum wir die neue Lösung in der Cloud haben wollten", erzählt Grubbs. "Spätestens 2014 hatte sich bei der NASA, wie auch bei vielen anderen Behörden die Erkenntnis durchgesetzt, dass es sich nicht mehr lohnt Hardware zu kaufen und Rechenzentren zu bauen. Bau und Unterhalt sind einfach zu teuer. In der Cloud können wir problemlos nach Bedarf hochskalieren. Wir zahlen nur für die genutzte Kapazität und müssen nicht groß in Vorleistung treten.“

Die NASA Bild- und Videobibliothek wurde unter Aufsicht der Webservice-Stelle entwickelt, einer Abteilung der NASA Enterprise Service and Integration Division. Die Auswahl der technischen Ausstattung sowie die Planung und Implementierung erfolgte unter Regie von InfoZen, dem von WESTPrime beauftragten IT-Dienstleister. InfoZen, ein Advanced Consulting Partner aus dem AWS Partner Network (APN), entschied sich dafür, die Lösung mit Amazon Web Services (AWS) zu verwirklichen. Die Gründe dafür fasst Sandeep Shilawat, der Cloud-Manager von InfoZen, wie folgt zusammen: "Amazon war der größte Anbieter für Cloud-Services, war fest etabliert als Anbieter von Cloud-Lösungen für Behörden und bot, was Elastizität angeht, die beste Cloud an."

Die Bild- und Videobibliothek der NASA ging im März 2017 offiziell online und bietet seitdem folgende Möglichkeiten:

• Eine Benutzeroberfläche, die die Inhaltsdarstellung praktisch Browser- und Betriebssystem-unabhängig automatisch für PCs, Tablets und Mobiltelefone skaliert.

• Eine Suchoberfläche, die die Suche nach Inhalten sehr einfach gestaltet. Benutzer können die Ergebnisse als Galerie darstellen oder sich eine Liste anzeigen lassen. Zudem grenzen Filterfunktionen die Suche auf bestimmte Medientypen oder Jahre ein.

• Unkomplizierter Download von gefundenen Medien – alternativ kann der Benutzer die Inhalte auf Pinterest, Facebook, Twitter und Google+ teilen.

• Zugriff auf die Metadaten jeder Datei (z. B. Dateigröße, Dateiformat, Angabe zum erstellenden Center, Erstellungsdatum). Soweit EXIF- bzw. Kameradaten vorliegen, kann sich der der Benutzer auch darüber informieren, welche Blende, Verschlusszeit und welches Objektiv für die Aufnahme gewählt wurde.

• Eine Anwendungsprogrammierschnittstelle (API), über die neue Inhalte automatisch hochgeladen werden können. Die API ist außerdem in den bestehenden Authentifizierungsmechanismus der NASA integrierbar.

NASA screen shot

Die Bild- und Videobibliothek der NASA ist eine Cloud-native Lösung. Die Front-End-Webanwendung wird getrennt von der Back-End-API gehostet. Die Bibliothek wird als unveränderliche Infrastruktur in einer voll automatisierten Umgebung ausgeführt. Der Programmcode sämtlicher Infrastrukturkomponenten sieht fortlaufende Integrationen und fortlaufende Bereitstellung (CI/CD) vor.

InfoZen griff beim Bau der Lösung auf folgende Amazon Web Services zurück:


Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) – ein Webservice, der eine anpassbare Rechenkapazität in der Cloud zur Verfügung stellt. Die NASA kann dadurch seine Kapazität auch unter Last erweitern und bei geringer Nachfrage herunterskalieren. Weil die Behörde nur für tatsächlich genutzte Kapazität zahlt, spart sie Kosten.

Elastic Load Balancing (ELB) – dieser Webservice verteilt eingehenden Datenverkehr auf mehrere Amazon EC2-Instanzen und ist damit Teil einer redundanten, fehlertoleranten Architektur.

Amazon Simple Storage Service (Amazon S3) – ein Objektspeicher für eingehende (hochgeladene) Medien und Metadaten sowie für veröffentlichte Inhalte.

Amazon Simple Queue Service (SQS) – ein vollständig verwalteter Nachrichtenwarteschlangen-Service, der eingehende Aufträge von Pipeline-Prozessen entkoppelt.

Amazon Relational Database Service (Amazon RDS) – ein Webservice, der Daten automatisch synchronisiert und gegen Verlust sichert.

Amazon DynamoDB – ein schneller und flexibler NoSQL-Datenbankservice, der eingehende Aufträge, veröffentlichte Inhalte und Benutzer erfasst.

Amazon Elastic Transcoder – ein Dienst, der Audio- und Videoinhalte in verschiedene Auflösungsgrade transcodiert.

Amazon CloudSearch – ein Suchdienst der Freitext und Felder findet.

Amazon Simple Notification Service (SNS) – löst die Verarbeitungspipeline aus, wenn neue Inhalte hochgeladen werden.

AWS CloudFormation – CloudFormation ermöglicht die automatische Erstellung, Aktualisierung und Löschung von AWS-Ressourcen. InfoZen griff außerdem auf die Troposphere-Bibliothek zurück. Troposphere dient zur Erstellung von Objekten via AWS CloudFormation. CloudTransformation nutzt als Programmiersprache Python und nicht das manuell codierte JSON. Jedes Objekt repräsentiert eine AWS-Ressource, beispielsweise eine Instanz, eine elastische IP-Adresse (EIP) oder eine Sicherheitsgruppe.

Amazon CloudWatch – ein Überwachungsservice für AWS Cloud-Ressourcen und Anwendungen, die unter AWS ausgeführt werden.

NASA Architecture

Die NASA setzt AWS mit der Unterstützung von InfoZen erfolgreich ein. Die Raumfahrtbehörde hat einen riesigen Bestand an Bildern, Videos und Audiodateien, der zuvor in 60 Archiven über die zehn NASA Zentren verstreut war. Nun sind die Dateien unkompliziert und zentral auffindbar. Davon profitieren die Benutzer enorm:

• Die Faszination des Weltalls – ein Erlebnis, in das jeder ganz einfach per Mausklick eintauchen kann. Die Bild- und Videobibliothek optimiert automatisch das Benutzererlebnis auf dem jeweiligen Endgerät. Die Bibliothek entspricht allen Anforderungen von Abschnitt 508 des Rehabilitation Act, einem US-Gesetz, das Behörden dazu verpflichtet, ihre technischen Lösungen für Personen mit Behinderung zugänglich zu machen. Das bedeutet, dass Bilduntertitel von Videos ein- und ausgeblendet werden können und zu jedem Video textbasierte Untertiteldateien heruntergeladen werden können.

• Integrierte Skalierbarkeit. Alle Komponenten der NASA Bild- und Videobibliothek skalieren bedarfsgerecht, stellen also auch in Zeiten verstärkter Nachfrage ausreichend Kapazitäten bereit. "Die bedarfsgerechte Skalierbarkeit ist unverzichtbar, wenn nachfragestarke Ereignisse anstehen wie die Sonnenfinsternis diesen Sommer. Zum einen weil wir dann neue Medien hochladen und weil die Benutzer dann diese Inhalte sehen möchte." – Bryan Walls, stellvertretender Leiter des Bildarchivierungsprogramms der NASA

• Sinnvoller Einsatz von Steuergeldern. Die NASA umging mit der Cloud-gehosteten Bild- und Videobibliothek die Kosten für die Bereitstellung und Instandhaltung von Server- und Speicherhardware. Stattdessen zahlt die Raumfahrtbehörde nur für die AWS-Ressourcen, die tatsächlich in Anspruch genommen werden.

Die neue Bild- und Videobibliothek eröffnet der NASA bereits heute ein breites Spektrum an einfach zu nutzenden Diensten. Für Fachleute wie Grubbs und Walls ist das erst der Beginn eines neuen Kapitels. Walls: "Wir haben jetzt eine agile, skalierbare Grundlage, mit der großartige Dinge möglich sind. In der Raumfahrt muss man immer neue Möglichkeiten im Auge haben. Mit dieser Bibliothek verhält es sich ganz ähnlich."

Infozen

InfoZen ist ein Transformationsdienstleister für IT-Projekte. Das Unternehmen ist spezialisiert auf Systemmodernisierungen, Cloud-Lösungen und DevOps von hochwichtigen komplexen Umgebungen nationalen Interesses. Unsere Lösungen schützen unverzichtbare Infrastrukturen und leisten mit informationsbasierten Überwachungsverfahren und Risikoeinschätzungen zu Millionen Personen einen wichtigen Beitrag zur nationalen Sicherheit. Unsere Informations- und Prozesstechnologien sind ein fortlaufendes Innovationsprojekt. Mit ihnen lösen wir technische IT-Herausforderungen und unterstützen bei minimalen Kosten und Risiken Auftraggeber dabei, ihr Betriebsergebnis nachhaltig zu steigern. Cyber-Sicherheit ist das Fundament unseres Anspruchs, Lösungen zu bauen, die sicher, effektiv und zuverlässig arbeiten. 

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