{"id":2223,"date":"2021-08-06T08:45:48","date_gmt":"2021-08-06T08:45:48","guid":{"rendered":"https:\/\/network-king.net\/edge-computing-im-weltall-der-himmel-ist-nicht-die-grenze\/"},"modified":"2022-03-23T08:43:29","modified_gmt":"2022-03-23T08:43:29","slug":"edge-computing-im-weltall-der-himmel-ist-nicht-die-grenze","status":"publish","type":"articles","link":"https:\/\/network-king.net\/de\/edge-computing-im-weltall-der-himmel-ist-nicht-die-grenze\/","title":{"rendered":"Edge Computing im Weltall: Der Himmel ist nicht die Grenze"},"content":{"rendered":"\n

Wie kann man den Gesundheitszustand eines kranken Astronauten beurteilen? Woher wei\u00df man, ob die atmosph\u00e4rischen Bedingungen und die Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit eines Planeten eine Gefahr f\u00fcr eine Besatzung darstellen, die kurz vor der Erkundung des Ortes steht? Wie findet man die ideale Stelle auf der Mondoberfl\u00e4che, um einen kleinen Rover mit Vorr\u00e4ten zu betanken? Oder wie testet man die Ausr\u00fcstung und die Raumanz\u00fcge von Astronauten, die eine Raumstation verlassen m\u00fcssen, um Reparaturen an der \u00e4u\u00dferen Struktur vorzunehmen? Der Weltraum stellt uns vor gro\u00dfe Herausforderungen. Diese erfordern, dass kritische Entscheidungen schnell getroffen werden. In Sekunden \u00ac\u2013 nicht in Minuten oder Stunden.<\/p>\n\n\n\n

Die \u00dcbertragung einer Information von wenigen Bytes vom Mond zu einer Empfangsstation am Boden kann f\u00fcnf bis 20 Minuten dauern. Das erste Panoramabild, das der Perseverance-Rover bei seiner Landung auf dem Mars im Februar dieses Jahres aufnahm, brauchte fast zwei Tage, um die Erde zu erreichen. Die Landebest\u00e4tigung selbst dauerte elf Minuten \u2013 diese Zeit ben\u00f6tigte das Funksignal, um die 330 Millionen Kilometer zwischen den beiden Planeten zu \u00fcberwinden.<\/p>\n\n\n\n

Solche Engp\u00e4sse behindern schnelle Entscheidungen. Denn diese m\u00fcssen nach der Verarbeitung der empfangenen Informationen getroffen werden, die auf der Erde ohnehin schon sp\u00e4t ankommen. Die Konzentration von mehr Rechenleistung am anderen Ende der Erde kann also viele der Probleme l\u00f6sen, mit denen Forscher, Wissenschaftler, Astronauten und sonstige Personen konfrontiert sind, wenn sie in der Umlaufbahn um unseren Planeten arbeiten. Doch zur \u00dcbertragungsentfernung kommen noch andere Schwierigkeiten hinzu, wie der begrenzte Raum, die f\u00fcr den Betrieb erforderliche Energie und die K\u00fchlmechanismen der Ger\u00e4te.<\/p>\n\n\n\n

Die Technologie, die die lokale Verarbeitung von Daten erm\u00f6glicht, die am Rande des Netzwerks gesammelt werden, bezeichnet man als Edge Computing. Es beschleunigt die Entscheidungsfindung und die Konfiguration spezifischer Aktionen in k\u00fcrzester Zeit. Von der Landwirtschaft bis hin zu autonomen Autos hat sich die Technologie weiterentwickelt, um immer mehr Rechenleistung an den Rand zu bringen und die Kommunikationswege zu den Cloud-Rechenzentren freizumachen. Noch interessanter werden die Anwendungen bei Weltraummissionen, wo die Kommunikationskan\u00e4le lang sind und hohe Latenzzeiten aufweisen, und wo eine gro\u00dfe lokale Rechenleistung von einer umfangreichen Stromversorgung abh\u00e4ngen w\u00fcrde.<\/p>\n\n\n\n

Die gro\u00dfe Herausforderung des Edge Computing besteht darin, auf kleinstem Raum ein Gleichgewicht zwischen lokaler Rechenleistung, geringem Stromverbrauch und minimaler Bandbreite f\u00fcr die Kommunikation mit Kommandozentralen herzustellen \u2013 und gleichzeitig das Kunstst\u00fcck zu vollbringen, gro\u00dfe Datenmengen lokal zu verarbeiten. So wird eine optimierte Entscheidungsl\u00f6sung geschaffen, die sich positiv auf Ihr Unternehmen oder Ihre Mission auswirken kann. Damit steigt auch die Herausforderung, diese Infrastruktur zu \u00fcberwachen. Die \u00dcberwachung ist unerl\u00e4sslich, um kritische Anlagen zu sch\u00fctzen, die Netzwerkleistung zu gew\u00e4hrleisten, systemische Anomalien zu erkennen und interne\/externe Cyber-Bedrohungen zu identifizieren.<\/p>\n\n\n\n

Laut MarketsandMarkets hat die Covid-19-Pandemie den globalen Edge-Computing-Markt beschleunigt. Dieser soll von 3,6 Milliarden US-Dollar im Jahr 2020 auf 15,7 Milliarden US-Dollar im Jahr 2025 wachsen. Der Bedarf an gezielteren Technologien am Rande der Datenerfassung hat zugenommen und wird aufgrund verschiedener Faktoren weiter steigen: die Entwicklung autonomer Autos, der Wettlauf um die Raumfahrt und die steigende Anzahl von Mitarbeitern, die aus der Ferne arbeiten, sind nur einige Beispiele. Sie alle \u00fcberlasten die Bandbreite der Kommunikationsnetze, erh\u00f6hen die Verarbeitungslatenz und erfordern mehr Rechenleistung und lokale Speicherung.<\/p>\n\n\n\n

Der Start von immer mehr Satelliten und Raketen und der Ausbau von Raumstationen wie der ISS (Internationale Raumstation) hat enorme Fortschritte bei der Energieerfassung und -speicherung, der Rechenleistung in nanometrischen Schaltkreisen, den Protokollen und den Kommunikations- und Speicherm\u00f6glichkeiten erfordert.<\/p>\n\n\n\n

Die NASA, IBM, RedHat und HPE haben in diesem Jahr ein Edge-Computing-Projekt zur DNA-Sequenzierung auf der ISS initiiert, welches die Systeme der Raumstation mit Rechenzentren auf der Erde verbindet. Mit dem Spaceborne Computer-2 (SBC-2) von Hewlett Packard Enterprise k\u00f6nnen Astronauten und Forscher auf der ISS Experimente mit lokal und von anderen Satelliten gesammelten Informationen durchf\u00fchren, ohne die Daten zur Verarbeitung zur\u00fcck zur Erde schicken zu m\u00fcssen. Der Computer wurde an Bord des Cygnus-Raumschiffs im Rahmen der Mission NG-15 (15th Northrop Grunman Resupply Mission to Space Station), die am 20. Februar von Wallops Island, Virginia, USA, aus startete, mit der Antares-Rakete zur ISS gebracht. Die Mission wurde nach der afroamerikanischen Mathematikerin Katherine Johnson benannt, die eine entscheidende Rolle bei den ersten bemannten Raumfahrten spielte.<\/p>\n\n\n\n

Ziel des Edge Computing im Weltraum ist es, die Ergebnisse von Experimenten auf Raumstationen zu beschleunigen, damit Entscheidungen schneller getroffen werden k\u00f6nnen. So soll die Richtung der Forschung ge\u00e4ndert werden, was die Technologie zu einem Schl\u00fcsselfaktor f\u00fcr k\u00fcnftige Raumfahrtmissionen zum Mond, zum Mars und dar\u00fcber hinaus macht. Sie kann auch dazu verwendet werden, Flugbahnen und Routen anderer Raumfahrzeuge und Satelliten sowie weitere grundlegende Anforderungen f\u00fcr die Verlagerung und das t\u00e4gliche Leben im Weltraum zu berechnen.<\/p>\n\n\n\n

Nur bei dem DNA-Sequenzierungsprojekt Genesis in Space-3 w\u00fcrde es Wochen dauern, bis die gesammelten Daten in die H\u00e4nde der Wissenschaftler auf die Erde gelangen. Durch die Verwendung von Containern mit analytischem Code an Bord der ISS sind nun aber auch schnellere Ergebnisse m\u00f6glich. Die L\u00f6sung nutzt Red Hat CodeReady Container auf OpenShift-Clustern \u00ad\u2013 sie beinhalten alles, was f\u00fcr die Ausf\u00fchrung von maschinellem Lerncode ben\u00f6tigt wird, zusammen mit Betriebssystem-Tools und Bibliotheken \u00ad\u2013 und erm\u00f6glicht die Replikation der Forschung in terrestrischen Rechenzentren, wo Wissenschaftler einen neuen Analysecode entwickeln, testen und erstellen, der dann zur Raumstation zur\u00fcckgeschickt wird.<\/p>\n\n\n\n

Eine weitere wichtige Edge-Computing-Operation ist die Organisation von Nanosatelliten, die sich in einer Umlaufbahn in 400 bis 600 km Entfernung von der Erdoberfl\u00e4che befinden. Gemeinsam erf\u00fcllen sie eine Abfolge von Aufgaben, z. B. die Untersuchung von Wetterver\u00e4nderungen, die \u00dcberwachung von Naturkatastrophen und die Warnung vor potenziellen Verst\u00f6\u00dfen gegen die nationale Sicherheit. Ein Nanosatellit ist per Definition ein weltraumtechnisches Objekt, das weniger als 10 kg wiegt. Seit 1998 wurden mehr als 3.000 davon ins All geschossen. Sie sind in Konstellationen von Dutzenden oder Hunderten von Satelliten organisiert und mit Solarpanels ausgestattet, die auf ihrer Oberfl\u00e4che angebracht sind und eine Spitzenleistung von bis zu 7,1 W erbringen k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

\"Grafik
Gestartete und in Planung befindliche Konstellationen – https:\/\/www.nanosats.eu<\/a><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Aber die Stromkapazit\u00e4t ist nicht der einzige begrenzende Faktor dieser Ger\u00e4te. Aufgrund ihres geringen Volumens kann nicht viel Technik in sie hineingepackt werden. Dies f\u00fchrt zu einer Verringerung der Schaltkreise an Bord und sogar der m\u00f6glichen Brennweite der Kameraobjektive. Nanosatelliten speichern Informationen, bis sie sich \u00fcber einer terrestrischen Empfangsstation befinden, und laden in diesem Moment alle von ihnen gesammelten Daten herunter. Dadurch ergibt sich ein Zeitfenster von bis zu 5,5 Stunden von der Aufnahme bis zur \u00dcbertragung zur Erde. Bodenstationen, die \u00fcber eine 200-Mbps-Verbindung verf\u00fcgen, k\u00f6nnen in jeder zehnmin\u00fctigen Sitzung bis zu 15 GB an Daten empfangen. Selbst unter idealen Wetterbedingungen w\u00fcrde dies den Empfang auf neun Nanosatelliten pro Umdrehung begrenzen, so dass 112 strategisch platzierte Stationen erforderlich w\u00e4ren, um eine Konstellation von 1000 Knoten abzudecken.<\/p>\n\n\n\n

Selbst bei verbesserten F\u00e4higkeiten der Bodenstationen sind die Kommunikationsverbindungen der Nanosatelliten selbst begrenzt, so dass die Entgegennahme von \u201eBefehlen“ von hier unten sehr m\u00fchsam und ineffizient ist. Daher ist die \u00dcbertragung der Kontrollbefugnis an die Satelliten oder Raumstationen selbst die einzige effektive M\u00f6glichkeit, Hunderte von Nanosatelliten f\u00fcr spezielle Missionen zu organisieren. Wenn man sie dazu bringt, zusammenzuarbeiten, kann man die Datenmenge, die jeder einzelne sammeln und \u00fcbermitteln muss, drastisch reduzieren. So ist ein Netz von empfangenden Bodenstationen leichter in der Lage, die wachsende Zahl von Konstellationen zu bew\u00e4ltigen, deren Start in den kommenden Jahren geplant ist.<\/p>\n\n\n\n

Viele dieser Nanosatelliten k\u00f6nnten mit neuen Prozessoren ausgestattet werden, die speziell f\u00fcr den Einsatz im Weltraum entwickelt wurden. Unternehmen wie Loft Orbital entwickeln beispielsweise Edge-Prozessoren, die als Mesh-Netzwerke arbeiten und komplexere Berechnungen parallel durchf\u00fchren k\u00f6nnen, was sie zu einer L\u00f6sung f\u00fcr umfangreiche Bildverarbeitungs- und Analyseprojekte oder Wettersimulationen macht.<\/p>\n\n\n\n

Den Anwendungen der Edge-Computing-Technologie stehen keine Hindernisse im Weg. Tats\u00e4chlich gibt Gartner an, dass 2018 nur 10 % der von Unternehmen generierten Daten au\u00dferhalb zentralisierter Rechenzentren verarbeitet wurden, aber dass diese Zahl bis 2025 75 % erreichen wird. Der Himmel ist f\u00fcr diese Technologie nicht mehr die Grenze.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Wie kann man den Gesundheitszustand eines kranken Astronauten beurteilen? Woher wei\u00df man, ob die atmosph\u00e4rischen Bedingungen und die Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit eines Planeten eine Gefahr f\u00fcr eine Besatzung darstellen, die kurz vor der Erkundung des Ortes steht? Wie findet man die ideale Stelle auf der Mondoberfl\u00e4che, um einen kleinen Rover mit Vorr\u00e4ten zu betanken? Oder wie testet…<\/p>\n","protected":false},"featured_media":2224,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","format":[],"category":[70],"tags":[],"company":[],"topic":[],"class_list":["post-2223","articles","type-articles","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","category-network"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/network-king.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/articles\/2223","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/network-king.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/articles"}],"about":[{"href":"https:\/\/network-king.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/articles"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/network-king.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=2223"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/network-king.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/2224"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/network-king.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=2223"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/network-king.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/category?post=2223"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/network-king.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=2223"},{"taxonomy":"format","embeddable":true,"href":"https:\/\/network-king.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/format?post=2223"},{"taxonomy":"company","embeddable":true,"href":"https:\/\/network-king.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/company?post=2223"},{"taxonomy":"topic","embeddable":true,"href":"https:\/\/network-king.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/topic?post=2223"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}