Caso di studio NASA/JPL: la missione Curiosity su Marte

2014

Il Jet Propulsion Laboratory (JPL) è il principale organo della NASA dedicato all'esplorazione robotica dello spazio. Il JPL ha inviato un robot su ogni pianeta del sistema solare. NASA/JPL, inoltre, è pioniere dell'adozione del cloud computing all'interno del governo federale. Di fatto, il cloud computing è parte integrante della pipeline tattica per la missione di esplorazione Mars Science Laboratory. Dalla sala di controllo di Pasadena, California, la NASA e il JPL utilizzano Amazon Web Services (AWS) per acquisire e memorizzare le immagini e i metadati raccolti durante le missioni Mars Exploration Rover e Mars Science Laboratory. A 8 anni dall'atterraggio, il rover Opportunity è ancora operativo sul suolo marziano, mentre il rover Curiosity lo ha raggiunto il 5 agosto 2012.

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La NASA e il JPL utilizzano Amazon Web Services (AWS) per acquisire e memorizzare le immagini e i metadati raccolti durante le missioni Mars Exploration Rover e Mars Science Laboratory".

La sfida

Il 26 novembre 2011, la NASA ha lanciato Curiosity per un viaggio di 8 mesi verso il Pianeta rosso. Per la messa in pratica, questa missione di alta caratura ha posto una serie di sfide molto complesse. Innanzitutto, l'atterraggio presentava grandi difficoltà: la massa di Curiosity proibiva l'uso degli approcci precedenti. Gli ingegneri del JPL hanno perciò ideato una tecnica di ingresso, discesa e atterraggio innovativa, terminata con la manovra "skycrane", che ha permesso di rallentare la caduta di Curiosity sulla superficie del pianeta. La NASA voleva condividere questa emozionante impresa con il pubblico di tutto il mondo, fornendo i dettagli della missione minuto per minuto, specialmente durante i 7 minuti finali necessari al rover per attraversare l'atmosfera marziana e raggiungere il suolo. Durante l'atterraggio, la disponibilità, la scalabilità e le prestazioni del sito Web mars.jpl.nasa.gov erano della massima importanza. Prima di collaborare con AWS, offrire il supporto a centinaia di migliaia di visitatori contemporaneamente sarebbe stato un compito impossibile per il sito e avrebbe richiesto un'infrastruttura Web e di streaming video di cui NASA e JPL non disponevano.

Il Jet Propulsion Laboratory della NASA ha impiegato AWS per mostrare in streaming le immagini e i video dell'atterraggio di Curiosity. Il cloud computing ha permesso al JPL di effettuare il provisioning della capacità in modo rapido e di sfruttare AWS Cloud per offrire al pubblico un'esperienza entusiasmante di Marte. I visitatori del sito Web provenivano da tutto il mondo, perciò NASA e JPL hanno offerto i loro contenuti da diverse regioni AWS a livello globale, affinché le prestazioni fossero ottimali per tutti gli utenti e per soddisfare la domanda. Il primo utilizzo di Amazon Route 53 e di Elastic Load Balancer (ELB) ha permesso al JPL di bilanciare il carico tra diverse regioni AWS, garantendo la massima disponibilità dei contenuti in qualsiasi circostanza. L'architettura finale, concepita e sviluppata in collaborazione tra NASA/JPL e Amazon Web Services, ha garantito alla NASA un modello di distribuzione con costi ridotti in grado di ridimensionarsi, offrire prestazioni elevate e condividere l'incredibile esperienza dell'atterraggio su un altro pianeta. L'obiettivo del JPL era mostrare i dati al pubblico senza interruzioni, perciò si è preparato per un traffico di centinaia di gigabit al secondo per centinaia di migliaia di utenti simultanei.

Perché Amazon Web Services

In poche settimane, il NASA/JPL è stato in grado di progettare, assemblare, testare e distribuire le sue soluzioni di hosting su Web e streaming video in diretta realizzate mediante una serie di servizi AWS. L'architettura di streaming video del JPL è stata sviluppata utilizzando Adobe Flash Media Server, istanze Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) in esecuzione su un comune livello di caching nginx, Elastic Load Balancing, Amazon Route 53 per la gestione del DNS e Amazon CloudFront per la distribuzione dei contenuti. AWS CloudFormation automatizza la distribuzione di stack dell'infrastruttura streaming di video in diretta in varie zone di disponibilità AWS (AZ) e regioni.

Le istanze Amazon EC2 che eseguono Amazon Linux AMI, inoltre, erano state configurate mediante appositi script e metadati di istanze Amazon EC2. Poco prima dell'atterraggio, il JPL ha effettuato il provisioning di diversi stack infrastrutturali di AWS, ognuno in grado di gestire un volume di traffico di 25 Gb al secondo. Il JPL ha impiegato Amazon CloudWatch per monitorare i picchi di traffico e aggiungere ulteriore capacità in base alla domanda nelle diverse regioni. Quando i volumi di traffico sono tornati normali, alcune ore dopo l'atterraggio, il JPL ha invece utilizzato AWS CloudFormation per annullare il provisioning delle risorse in eccesso attraverso un singolo comando.

Il sito Web mars.jpl.nasa.gov è basato sul Content Management System (CMS) open source Railo, in esecuzione su Amazon EC2. Lo storage condiviso per Railo è fornito da istanze Amazon EC2 che eseguono Gluster su un pool di volumi di Amazon Elastic Block Store (EBS) per I/O su disco a prestazioni elevate. Il CMS interagisce con un database MySQL multi-AZ ad alta disponibilità gestito da Amazon Relational Database Service (RDS). Il traffico viene ripartito su più server CMS da una serie di Elastic Load Balancer utilizzando Amazon Route 53 per fornire distribuzione bilanciata del traffico in tutti gli ELB. Amazon CloudFront viene inoltre impiegato per distribuire il traffico sui diversi punti di presenza a livello globale e per ridurre così la latenza per i visitatori di tutto il mondo, migliorando la scalabilità generale della soluzione.

Inoltre, NASA si appoggia ad Amazon Simple Workflow Service (Amazon SWF) per copiare le immagini provenienti da Marte in Amazon S3. I metadati vengono memorizzati in Amazon SimpleDB, mentre Amazon SWF attiva il provisioning di istanze Amazon EC2 per l'elaborazione delle immagini non appena i dati inviati da Curiosity raggiungono la Terra. Il diagramma in basso illustra l'architettura Web del JPL.

I vantaggi

Eseguire il sito Web mars.jpl.nasa.gov in Amazon Web Services ha consentito al JPL di trasmettere il suo messaggio al mondo senza dover creare una propria infrastruttura. L'ampio set di funzionalità e la semplicità di utilizzo garantiti da AWS hanno consentito al JPL di dare vita a un'infrastruttura Web scalabile e solida in sole due o tre settimane, anziché mesi.

Ora che Curiosity è atterrato su Marte, la missione continuerà a utilizzare Amazon Web Services per automatizzare l'analisi delle immagini provenienti dal pianeta, consentendo di focalizzare gli sforzi sull'identificazione di potenziali pericoli o aree di particolare interesse scientifico. In questo modo, gli scienziati sono in grado di inviare sequenze di comandi più lunghe a Curiosity, accrescendo l'ambito di esplorazione della missione Mars Science Laboratory che è possibile ottenere in un qualsiasi sol (il giorno marziano).

Tom Soderstrom del JPL spiega in che modo il cloud aiuta a rispondere alle nostre domande sul cosmo

L'architettura di streaming video in diretta utilizzata dal JPL

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Informazioni sul Jet Propulsion Laboratory della NASA

Il Jet Propulsion Laboratory (JPL) è il principale organo della NASA dedicato all'esplorazione robotica dello spazio.  


Servizi AWS utilizzati

Amazon EC2

Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) è un servizio Web che fornisce capacità di elaborazione sicura e scalabile nel cloud. È concepito per rendere più semplice il cloud computing su scala Web per gli sviluppatori.

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Amazon EBS

Amazon Elastic Block Store (EBS) è un servizio di storage a blocchi ad alte prestazioni e facile da usare progettato per l'utilizzo con Amazon Elastic Compute Cloud (EC2) sia per il throughput, che per i carichi di lavoro transazionali intensi su qualsiasi scala.

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Amazon CloudFront

Amazon CloudFront è una rete per la distribuzione rapida di contenuti o CDN (Content Delivery Network) che permette la distribuzione di dati, video, applicazioni e API a livello globale agli utenti con latenza minima, velocità di trasferimento elevata, il tutto in un ambiente amichevole per gli sviluppatori.

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Amazon SWF

Amazon SWF aiuta gli sviluppatori a costruire, eseguire e scalare lavori in background con fasi parallele o sequenziali.

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Amazon RDS

Amazon Relational Database Service (Amazon RDS) semplifica l'impostazione, il funzionamento e il dimensionamento di database relazionali nel cloud.

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Amazon SimpleDB

Amazon SimpleDB è un datastore NoSQL a disponibilità elevata che facilita le attività di amministrazione di database.

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AWS CloudFormation

AWS CloudFormation ti fornisce un linguaggio comune per descrivere ed effettuare il provisioning di tutte le risorse dell'infrastruttura nel tuo ambiente cloud.

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Hosting Web

Amazon Web Services offre soluzioni per l'hosting Web nel cloud in grado di fornire ad aziende, organizzazioni no profit ed enti della pubblica amministrazione metodi poco costosi per distribuire le proprie applicazioni e i propri siti Web.

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Nozioni di base

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