Caso práctico de la misión Mars Curiosity de la NASA/JPL

2014

El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (JPL) es el primer centro de la NASA dedicado a la exploración robótica del espacio. El JPL ha enviado un robot a cada planeta del sistema solar. La NASA/JPL también toma la iniciativa en la adopción de la informática en la nube del gobierno federal. De hecho, la informática en la nube es una parte esencial de la canalización de operaciones tácticas para la misión del Mars Science Laboratory. En la sala de control de Pasadena, California, la NASA/JPL utiliza Amazon Web Services (AWS) para captar y almacenar las imágenes y los metadatos recopilados por las misiones del Mars Exploration Rover y del Mars Science Laboratory. El vehículo Mars Exploration Rover Opportunity continúa explorando Marte tras su aterrizaje hace ocho años, y el vehículo Mars Rover Curiosity aterrizó el 5 de agosto de 2012.

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La NASA/JPL utiliza Amazon Web Services (AWS) para captar y almacenar las imágenes y los metadatos recopilados por las misiones del Mars Exploration Rover y del Mars Science Laboratory”.

El desafío

El 26 de noviembre de 2011, la NASA lanzó el Curiosity en un viaje de ocho meses al planeta rojo. Esta misión de perfil alto se enfrentaba a una serie de desafíos que debía superar para tener éxito. En primer lugar, el aterrizaje suponía un enorme desafío porque la masa del Curiosity había hecho insostenibles las aproximaciones de aterrizaje anteriores. Los ingenieros del JPL diseñaron una innovadora técnica de entrada/descenso/aterrizaje que concluía con una maniobra de "grúa aérea" que permitió al Curiosity bajar con suavidad hacia la superficie. La NASA quería asegurarse de que los aficionados de todo el mundo pudieran compartir esta emocionante experiencia proporcionando detalles en tiempo real de la misión, especialmente durante los 7 minutos finales que el vehículo rover tardó en descender a través de la atmósfera marciana y aterrizar en Marte. La disponibilidad, escalabilidad y rendimiento del sitio web mars.jpl.nasa.gov eran absolutamente esenciales durante el aterrizaje. Antes de trabajar con AWS, sostener los cientos de miles de visitantes simultáneos del sitio web habría sido muy difícil, ya que requería una infraestructura de streaming de vídeo en directo y web considerable de la que la NASA/JPL carecía.

El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA utilizó AWS para transmitir las imágenes y el vídeo asociados con el aterrizaje del Curiosity. La informática en la nube permitió al JPL aprovisionar capacidad con rapidez y aprovechar la nube de AWS para ofrecer atractivas experiencias de Marte al público. Con usuarios públicos de todo el mundo visitando sus sitios, la NASA/JPL entregó sus contenidos desde regiones de AWS de todo el mundo para mejorar la experiencia de los espectadores y escalar la capacidad para satisfacer la demanda global. El uso innovador de Amazon Route 53 y Elastic Load Balancers (ELB) permitió a la NASA/JPL balancear la carga en las regiones de AWS y garantizar la disponibilidad de su contenido en todas las circunstancias imaginables. La arquitectura final, desarrollada en colaboración y revisada por la NASA/JPL y Amazon Web Services, proporcionó a la NASA la garantía de que el modelo de implementación podía escalar, realizar y entregar de forma rentable una experiencia increíble del aterrizaje en otro planeta. Con el incansable objetivo de presentar los datos al público, la NASA/JPL se preparó para ofrecer cientos de gigabits/segundo de tráfico a cientos de miles de espectadores simultáneos.

Por qué Amazon Web Services

En pocas semanas, la NASA/JPL fue capaz de diseñar, desarrollar, probar e implementar sus soluciones de streaming de vídeo en directo y alojamiento web que se habían construido utilizando distintos servicios en AWS. La arquitectura de streaming de vídeo en directo de la NASA/JPL se desarrolló en una combinación de Adobe Flash Media Server, instancias de Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) ejecutándose en una conocida capa de almacenamiento en caché nginx, Elastic Load Balancing, Amazon Route 53 para la administración de DNS y Amazon CloudFront para la entrega de contenido. AWS CloudFormation automatiza la implementación de pilas de infraestructura de streaming de vídeo en directo en varias zonas de disponibilidad (AZ) y regiones de AWS.

Además, las instancias Amazon EC2 que ejecutan la AMI de Amazon Linux se configuraron mediante scripts de configuración y metadatos de instancias Amazon EC2. Poco después del aterrizaje, la NASA/JPL aprovisionó pilas de infraestructura de AWS, cada una de ellas capaz de gestionar 25 Gbps de tráfico. La NASA/JPL utilizó Amazon CloudWatch para monitorear picos del volumen de tráfico y aprovisionar capacidad adicional en función de la demanda regional. A medida que los volúmenes de tráfico volvían a las horas normales tras el aterrizaje, la NASA/JPL utilizó AWS CloudFormation para reducir el aprovisionamiento de recursos con un solo comando.

El sitio web mars.jpl.nasa.gov se basa en el sistema de administración de contenido (CMS) de código abierto Railo, que se ejecuta en Amazon EC2. Las instancias Amazon EC2 que ejecutan Gluster en un grupo de volúmenes de Amazon Elastic Block Store (EBS) proporcionan el almacenamiento compartido para Railo a fin de obtener una E/S de disco de rendimiento constantemente alto. El CMS también interactúa con una base de datos multi-AZ MySQL de alta disponibilidad que administra Amazon Relational Database Service (RDS). El tráfico se reparte por los servidores de CMS mediante una serie de balanceadores de carga elásticos que utilizan Amazon Route 53 para proporcionar una distribución de tráfico pesado en ELB. Amazon CloudFront también se utiliza para difundir el tráfico a puntos de presencia en todo el mundo, lo que reduce la latencia para los visitantes internacionales y mejora la escalabilidad general de la solución.

Además, la NASA aprovecha Amazon Simple Workflow Service (Amazon SWF) para copiar las imágenes más recientes de Marte en Amazon S3. Los metadatos se almacenan en Amazon SimpleDB y Amazon SWF activa el aprovisionamiento de las instancias Amazon EC2 para procesar imágenes a medida que cada transmisión del Curiosity se retransmite a la Tierra. En el diagrama siguiente se muestra la arquitectura web de la NASA/JPL.

Los beneficios

El funcionamiento del sitio web mars.jpl.nasa.gov en Amazon Web Services permitió a la NASA/JPL transmitir su mensaje al mundo sin necesidad de desarrollar una infraestructura propia. El amplio conjunto de capacidades y la facilidad de uso proporcionados por AWS permitieron a la NASA/JPL construir una infraestructura web sólida y escalable en solo dos o tres semanas, en lugar de meses.

Ahora que el Curiosity ha aterrizado con seguridad en Marte, la misión continuará utilizando Amazon Web Services para automatizar el análisis de imágenes de Marte, maximizando el tiempo que los científicos tienen para identificar riesgos potenciales o áreas de especial interés científico. El resultado es que los científicos pueden enviar una secuencia de comandos más larga al Curiosity que aumenta el grado de exploración que el Mars Science Laboratory puede realizar en un día marciano.

Tom Soderstrom de la NASA JPL explica cómo la nube está ayudando a responder preguntas cósmicas

Arquitectura de streaming de vídeo en directo de la NASA/JPL

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Acerca del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA

El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (JPL) es el primer centro de la NASA dedicado a la exploración robótica del espacio.  


Servicios de AWS utilizados

Amazon EC2

Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) es un servicio web que proporciona capacidad informática en la nube segura y de tamaño modificable. Está diseñado para simplificar el uso de la informática en la nube a escala web para los desarrolladores.

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Amazon EBS

Amazon Elastic Block Store (EBS) es un servicio de almacenamiento de bloque de alto rendimiento con facilidad de uso diseñado para usar con Amazon Elastic Compute Cloud (EC2) tanto en cargas de trabajo intensivas de rendimiento como de transacciones, a cualquier escala.

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Amazon CloudFront

Amazon CloudFront es un servicio rápido de red de entrega de contenido (CDN) que distribuye a clientes de todo el mundo datos, vídeos, aplicaciones y API de forma segura, con baja latencia, altas velocidades de transferencia y dentro de un entorno fácil para desarrolladores.

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Amazon SWF

Amazon SWF ayuda a los desarrolladores a diseñar, ejecutar y escalar trabajos en segundo plano que tienen pasos paralelos o secuenciales.

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Amazon RDS

Con Amazon Relational Database Service (Amazon RDS), es sencillo configurar, utilizar y escalar una base de datos relacional en la nube.

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Amazon SimpleDB

Amazon SimpleDB es un almacén de datos NoSQL de alta disponibilidad que elimina las tareas de administración de la base de datos.

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AWS CloudFormation

AWS CloudFormation ofrece un lenguaje común para describir y aprovisionar todos los recursos de la infraestructura en el entorno de la nube.

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Alojamiento web

Amazon Web Services ofrece soluciones de alojamiento web en la nube que proporcionan a los negocios, las organizaciones sin fines de lucro y los organismos gubernamentales maneras de entregar sus sitios y aplicaciones web a bajo costo.

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