Fallstudie zur Mars Curiosity-Mission von NASA/JPL

Am 26. November 2011 startete die NASA Curiosity zu einer 8-monatigen Reise zum Roten Planeten. Diese prestigeträchtige Mission zeichnete sich durch eine Reihe von Herausforderungen aus, die für einen Erfolg überwunden werden mussten. Zunächst stellte sich die Landung als enorme Herausforderung dar, da sich die Masse von Curiosity bei früheren Landeversuchen als untragbar erwiesen hatte. Die Ingenieure von JPL hatten eine innovative Eintritts-/Sinkflug-/Landetechnik entwickelt, die mit einem „Luftkran“-Manöver endete, mit dem Curiosity sanft auf die Oberfläche abgesenkt wurde. Die NASA wollte sicherstellen, dass Fans auf dem gesamten Globus mit minutenaktuellen Details der Mission an diesem aufregenden Erlebnis teilhaben konnten, insbesondere während der letzten sieben Minuten vom Eintritt des Rovers in die Marsatmosphäre bis zur Landung auf dem Mars. Die Verfügbarkeit, Skalierbarkeit und Leistung der „mars.jpl.nasa.gov“-Website war dafür während der Landung von entscheidender Bedeutung. Vor der Zusammenarbeit mit AWS wäre die Unterstützung von mehreren hunderttausend gleichzeitigen Website-Besuchern sehr schwierig gewesen, da sie eine extrem leistungsstarke Web- und Live-Videostreaming-Infrastruktur erforderte, über die NASA/JPL nicht verfügte.

NASAs Jet Propulsion Laboratory nutzte AWS zum Streamen der Bilder und Videoaufnahmen von Curiositys Landung. Mithilfe von Cloud Computing konnte JPL schnell Kapazität bereitstellen und die AWS Cloud zur erfolgreichen Bereitstellung von begeisternden Mars-Bildern für die Öffentlichkeit nutzen. Da öffentliche Nutzer auf der ganzen Welt ihre Websites besuchen, hat die NASA/JPL ihre Inhalte aus AWS-Regionen auf der ganzen Welt bereitgestellt, um das Erlebnis für die Betrachter zu verbessern und der globalen Nachfrage gerecht zu werden. Der neuartige Einsatz von Amazon Route 53 und Elastic Load Balancers (ELB) ermöglichte es der NASA/JPL, die Last über AWS-Regionen hinweg auszugleichen und die Verfügbarkeit ihrer Inhalte unter allen erdenklichen Umständen zu gewährleisten. Die endgültige Architektur, die gemeinsam von NASA/JPL und Amazon Web Services entwickelt und geprüft wurde, gab der NASA die Gewissheit, dass das Bereitstellungsmodell kosteneffizient skaliert werden kann und die unglaubliche Erfahrung der Landung auf einem anderen Planeten ermöglicht. Mit dem unablässigen Ziel, die Daten an die Öffentlichkeit zu bringen, bereitete sich die NASA/JPL darauf vor, Hunderte von Gigabit/Sekunde an Datenverkehr für Hunderttausende von gleichzeitigen Zuschauern zu bewältigen.

In nur wenigen Wochen konnte die NASA/JPL ihre Web-Hosting- und Live-Videostreaming-Lösungen, die mit einer Vielzahl von Diensten in AWS erstellt wurden, entwerfen, erstellen, testen und bereitstellen. Die Live-Videostreaming-Architektur von NASA/JPL wurde aus einer Kombination von Adobe Flash Media Server, Amazon-Elastic-Compute-Cloud- (Amazon EC2)-Instances mit dem beliebten nginx-Caching-Tier, Elastic Load Balancing, Amazon Route 53 für DNS-Verwaltung und Amazon CloudFront zur Bereitstellung von Inhalten entwickelt. AWS CloudFormation automatisiert die Bereitstellung von Live-Videostreaming-Infrastruktur-Stacks in mehreren AWS Availability Zones (AZ) und Regionen.

Zusätzlich wurden Amazon EC2-Instances, auf denen die Amazon Linux AMI ausgeführt wurde, mit Konfigurationsskripten und Amazon EC2-Instance-Metadaten konfiguriert. Kurz vor der Landung stellte NASA/JPL Stacks der AWS-Infrastruktur bereit, die jeweils 25 Gbps Datenverkehr bewältigen konnten. NASA/JPL nutzte Amazon CloudWatch zur Überwachung von Spitzen im Datenverkehrsvolumen und zur Bereitstellung zusätzlicher Kapazitäten basierend auf dem regionalen Bedarf. Als sich der Datenverkehr Stunden nach der Landung wieder normalisierte, nutzte die NASA/JPL AWS CloudFormation, um die Bereitstellung von Ressourcen mit einem einzigen Befehl aufzuheben.

Die Website mars.jpl.nasa.gov basiert auf dem Open-Source-Content-Management-System (CMS) Railo, das auf Amazon EC2 läuft. Der gemeinsame Speicher für Railo wird von Amazon-EC2-Instances bereitgestellt, die Gluster auf einem Pool von Amazon-Elastic-Block-Store-(EBS)-Volumes ausführen, um eine gleichbleibend hohe Leistung der Festplatten-E/A zu gewährleisten. Das CMS interagiert auch mit einer hochverfügbaren Multi-AZ-MySQL-Datenbank, die vom Amazon Relational Database Service (RDS) verwaltet wird. Der Datenverkehr wird von einer Reihe Elastic Load Balancers mithilfe von Amazon Route 53 auf CMS-Server verteilt, um so eine ausgeglichene Datenverkehrverteilung auf die ELBs zu erreichen. Amazon CloudFront wird ebenfalls zur Verteilung von Datenverkehr auf Points of Presence weltweit eingesetzt, um somit die Latenz für internationale Besucher zu verringern und die Gesamtskalierbarkeit der Lösung zu verbessern.

Darüber hinaus nutzt die NASA Amazon Simple Workflow Service (Amazon SWF) zum Kopieren der aktuellsten Bilder vom Mars in Amazon S3. Metadaten werden in Amazon SimpleDB gespeichert und Amazon SWF löst die Bereitstellung von Amazon-EC2-Instances für die Verarbeitung von Bildern aus, sobald eine Übertragung von Curiosity auf die Erde erfolgt. Im nachstehenden Diagramm ist die Webarchitektur von NASA/JPL dargestellt.