Estudo de caso da Mars Curiosity Mission da NASA/JPL

2014

O Jet Propulsion Laboratory (JPL) da NASA é o principal centro da entidade para a exploração espacial com robôs. O JPL enviou robôs para todos os planetas do sistema solar. A NASA/JPL também está abrindo o caminho para a adoção da computação em nuvem no governo federal. Na verdade, a computação em nuvem é uma parte essencial do pipeline de operações táticas da missão do Mars Science Laboratory. Da sala de controle em Pasadena, na Califórnia, a NASA/JPL está usando a Amazon Web Services (AWS) para capturar e armazenar imagens e metadados coletados das missões Mars Exploration Rover e Mars Science Laboratory. O veículo (rover) Opportunity da missão Mars Exploration Rover continua caminhando sobre Marte após sua aterrissagem há 8 anos. O veículo Curiosity chegou em Marte no dia 5 de agosto de 2012.

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A NASA/JPL está usando a Amazon Web Services (AWS) para capturar e armazenar imagens e metadados coletados das missões Mars Exploration Rover e Mars Science Laboratory.”

O desafio

No dia 26 de novembro de 2011, a NASA lançou o Curiosity em uma jornada de 8 meses até o planeta vermelho. A missão de grande repercussão tinha vários desafios a superar para que se tornasse um sucesso. Primeiramente, a aterrissagem era um grande desafio, pois a massa do Curiosity não possibilitava as abordagens de aterrissagem anteriores. Os engenheiros do JPL projetaram uma técnica de entrada/descida/aterrissagem inovadora que foi concluída com uma manobra chamada de "guindaste aéreo" que auxiliou o pouso suave do Curiosity na superfície do planeta. A NASA desejava garantir que esta experiência emocionante fosse compartilhada com os fãs em todo o mundo ao divulgar detalhes da missão atualizados minuto a minuto, especialmente os sete últimos minutos em que o veículo desceu na atmosfera de Marte e aterrissou no planeta. A disponibilidade, a escalabilidade e o desempenho do site mars.jpl.nasa.gov foram de extrema importância durante o evento de aterrissagem. Antes de trabalhar com a AWS, comportar as centenas de milhares de visitantes simultâneos do site teria sido muito difícil, exigindo uma infraestrutura significativa de streaming de vídeo ao vivo e pela web que a NASA/JPL não tinha.

O Jet Propulsion Laboratory da NASA usou a AWS para fazer o streaming de imagens e vídeos associados à aterrissagem do Curiosity. A computação em nuvem permitiu que o JPL provisionasse a capacidade rapidamente e utilizasse a Nuvem AWS para disponibilizar ao público as experiências fascinantes da missão em Marte com sucesso. Com usuários públicos em todo o mundo visitando seus sites, a NASA/JPL distribuiu conteúdo de regiões da AWS espalhadas pelo mundo para melhorar a experiência dos espectadores e escalar para atender a demanda global. O uso inovador do Amazon Route 53 e dos Elastic Load Balancers (ELB) permitiu que a NASA/JPL equilibrasse a carga nas regiões da AWS e garantisse a disponibilidade do conteúdo em todas as circunstâncias imagináveis. A arquitetura final, desenvolvida em conjunto e analisada pela NASA/JPL e pela Amazon Web Services, proporcionou à NASA a segurança de que o modelo de implantação podia escalar, executar e disponibilizar de modo econômico uma experiência incrível de aterrissagem em outro planeta. Com o objetivo inabalável de disponibilizar dados ao público, a NASA/JPL preparou-se para distribuir centenas de gigabits/segundo de tráfego para centenas de milhares de espectadores simultâneos.

Por que a Amazon Web Services

Em apenas algumas semanas, a NASA/JPL conseguiu projetar, criar, testar e implantar soluções de hospedagem na web e streaming de vídeo em tempo real concebidas usando vários Serviços da AWS. A arquitetura de streaming de vídeo em tempo real da NASA/JPL foi desenvolvida por meio de uma combinação do Adobe Flash Media Server, de instâncias do Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) executando a conhecida camada de cache nginx, do Elastic Load Balancing, do Amazon Route 53 para gestão de DNS e do Amazon CloudFront para entrega de conteúdo. O AWS CloudFormation automatiza a implantação de pilhas de infraestrutura de streaming de vídeo em tempo real em várias zonas de disponibilidade (AZ) e regiões da AWS.

Além disso, as instâncias do Amazon EC2 executando o Amazon Linux AMI foram configuradas usando scripts de configuração e metadados de instâncias do Amazon EC2. Pouco antes da aterrissagem, a NASA/JPL provisionou pilhas da infraestrutura da AWS, cada uma delas com capacidade para processar 25 Gbps de tráfego. A NASA/JPL usou o Amazon CloudWatch para monitorar picos no volume do tráfego e provisionar capacidade adicional com base na demanda regional. Como os volumes de tráfego voltaram ao normal horas após a aterrissagem, a NASA/JPL usou o AWS CloudFormation para cancelar o provisionamento dos recursos usando um único comando.

O site mars.jpl.nasa.gov está baseado no Railo, um sistema de gestão de conteúdo (CMS) de código aberto, em execução no Amazon EC2. Armazenamento compartilhado para Railo é fornecido pelas instâncias da Amazon EC2 executando Gluster em um pool de volumes do Amazon Elastic Block Store (EBS) para um obter uma E/S de disco de alta disponibilidade de forma consistente. O CMS também interage com um banco de dados MySQL altamente disponível e multi-AZ gerenciado pelo Amazon Relational Database Service (RDS). O tráfego é distribuído nos servidores de CMS por vários Elastic Load Balancers usando o Amazon Route 53 para disponibilizar uma distribuição de tráfego ponderada entre os ELBs. O Amazon CloudFront também é usado para distribuir tráfego para pontos de presença em todo o mundo, o que por sua vez reduz a latência para visitantes internacionais e melhora a escalabilidade geral da solução.

Além disso, a NASA utiliza o Amazon Simple Workflow Service (Amazon SWF) para copiar as imagens mais recentes de Marte no Amazon S3. Os metadados armazenados no Amazon SimpleDB e no Amazon SWF acionam o provisionamento de instâncias do Amazon EC2 para processar imagens sempre que uma transmissão do Curiosity for veiculada na Terra. O diagrama abaixo ilustra a arquitetura web da NASA/JPL.

Os benefícios

A operação do site mars.jpl.nasa.gov na Amazon Web Services permitiu que a NASA/JPL transmitisse sua mensagem para o mundo sem que precisassem eles mesmos criar a infraestrutura necessária. O amplo conjunto de recursos e a facilidade de uso proporcionados pela AWS permitiram que a NASA/JPL construísse uma infraestrutura web robusta e escalável em apenas duas ou três semanas e não em meses.

Agora que o Curiosity aterrissou com segurança em Marte, a missão continuará a usar a Amazon Web Services para automatizar a análise de imagens de Marte, maximizando o tempo que os cientistas têm para identificar possíveis ameaças ou áreas específicas de interesse científico. Como resultado, os cientistas podem enviar uma sequência de comandos mais longa para o Curiosity, o que aumenta o volume de explorações que o Mars Science Laboratory pode executar durante um sol (dia marciano).

Tom Soderstrom, do JPL da NASA, discute como a nuvem está ajudando a responder perguntas sobre o cosmos

Arquitetura de streaming de vídeo em tempo real da NASA/JPL

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Sobre o Jet Propulsion Laboratory da Nasa

O Jet Propulsion Laboratory (JPL) da NASA é o principal centro da entidade para a exploração espacial com robôs.  


Serviços da AWS usados

Amazon EC2

O Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) é um web service que disponibiliza capacidade computacional segura e redimensionável na nuvem. Ele foi projetado para facilitar a computação em nuvem na escala da web para os desenvolvedores.

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Amazon EBS

O Amazon Elastic Block Store (EBS) é um serviço de armazenamento de blocos de alta performance fácil de usar projetado para o uso com o Amazon Elastic Compute Cloud (EC2), tanto para cargas de trabalho com alta taxa de transferência de dados quanto com intenso consumo de transações em qualquer escala.

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Amazon CloudFront

O Amazon CloudFront é um serviço rápido de rede de entrega de conteúdo (CDN) que entrega dados, vídeos, aplicativos e APIs a clientes em todo o mundo com segurança, baixa latência e altas velocidades de transferência em um ambiente de uso facilitado para desenvolvedores.

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Amazon SWF

O Amazon SWF ajuda os desenvolvedores a criar, executar e dimensionar trabalhos em segundo plano que têm etapas paralelas ou sequenciais.

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Amazon RDS

O Amazon Relational Database Service (Amazon RDS) facilita a configuração, a operação e a escalabilidade de bancos de dados relacionais na nuvem.

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Amazon SimpleDB

O Amazon SimpleDB é um armazenamento de dados NoSQL altamente disponível, que minimiza o trabalho da administração do banco de dados.

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AWS CloudFormation

O AWS CloudFormation oferece uma linguagem comum para que você possa descrever e fornecer todos os recursos de infraestrutura em um ambiente de nuvem.

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Hospedagem web

A Amazon Web Services oferece soluções de hospedagem web na nuvem que permitem que empresas, bem como organizações sem fins lucrativos e governamentais, disponibilizem sites e aplicativos web de forma flexível, altamente escalável e econômica.

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