Raumfahrt-Projekte stellen ein Höchstmaß an Anforderungen an die IT. Es gilt, hohe Datenmengen aus einer Vielzahl an Quellen zu verarbeiten und eine Verfügbarkeit an 365 Tagen im Jahr zu garantieren. Zusammen mit dem Systemhaus Assistra und HDS setzt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt ein komplett neues Speicherkonzept um.

von Dr. Georgios Rimikis, Hitachi Data Systems

Der Betrieb von Raumfahrzeugen und Raumstationen wie der Internationalen Raumstation ISS braucht sorgfältig konzipierte Kommunikations- und Datensysteme. Dabei stellt nicht nur die umfangreiche Datenmenge eine Herausforderung dar, sondern auch die Vielfalt der Datenquellen und das Zusammenwirken von Bord- und Bodensystemen bei ständig wechselnden Übertragungsbedingungen. Zudem muss dieses Zusammenspiel zuverlässig stattfinden – möglichst unterbrechungsfrei und rund um die Uhr. Sicherheitsanforderungen, Komplexität und Umfang gewisser Kontrollfunktionen und die notwendige Entlastung der Astronauten für ihre eigentlichen Aufgaben verlangen insbesondere der IT-Infrastruktur ein Höchstmaß an Sicherheit und Verfügbarkeit ab.

Hochverfügbarkeit und extreme Sicherheitsanforderungen

Seit Inbetriebnahme des Columbus-Moduls im Februar 2008 ist das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum (GSOC) in Oberpfaffenhofen bei München die Zentrale der bemannten europäischen Raumfahrt. Hier laufen Daten aus Experimenten, Überwachung und Betrieb des europäischen Forschungslabors Columbus der Internationalen Raumstation ISS zusammen. Der ausfallsichere Betrieb entscheidet über den Erfolg und das Image der deutschen und der europäischen Raumfahrtprojekte, denn die Leistungsfähigkeit von Luft- und Raumfahrtsystemen wird maßgeblich durch Elektronik-, Software- und Hardware-Komponenten bestimmt.

Um den hohen Sicherheitsanforderungen zu begegnen und einen Rund-um-die-Uhr-Betrieb an 365 Tagen im Jahr zu gewährleisten, ist eine zuverlässige, hochverfügbare IT-Infrastruktur unentbehrlich. »Die vorhandene IT-Lösung konnte diese Anforderungen nur noch bedingt erfüllen«, sagt Dr. Rolf Kozlowski, Stellvertretende Leitung der Abteilung Kommunikation und Bodenstationen beim Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR). »Daher mussten wir unsere Infrastruktur entsprechend anpassen.« Die vorhandene File-Sharing- und HSM-Lösung für das hierarchische Speichermanagement auf Basis eines Storage Area Network erwies sich nach einer kurzen produktiven Phase als instabil. Ein ausfallsicherer Betrieb konnte nur noch mit stark erhöhtem Aufwand gewährleistet werden. Neben den Verfügbarkeits- und Sicherheitsanforderungen war wichtig, dass die neuen Lösungen eine sichere Migration der Altdaten aus dem bereits vorhandenen »StorNext«-System gewährleisten.

Intensive Prüfung aller Möglichkeiten und Angebote

»Das DLR arbeitet als Dienstleister für die Astrium Bremen und diese wiederum für die ESA (European Space Agency)«, erklärt Dr. Kozlowski. »Um den Betrieb der Raumstation des Columbus-Labors durchzuführen, müssen wir unter anderem sicherstellen, dass die lebensnotwendigen Systeme laufen, die Kommunikation funktioniert und auch der Aufgaben-/Zeitplan für die Astronauten nicht beeinträchtigt wird. Da es sich hierbei um äußerst kritische Vorgaben handelt, von deren Einhaltung ein reibungsloser Betrieb von Columbus und das Wohlergehen der Besatzung abhängt, waren die Anforderungen an das neue System extrem hoch. Daher mussten viele Entscheider involviert werden.« 2007 fanden die technischen Entscheider des DLR auf der ITK-Fachmesse Systems am Gemeinschaftsstand von ASSISTRA und Hitachi Data Systems (HDS) eine passende Lösung.

Ausschlaggebend waren die Technik und die hohe Verlässlichkeit der HDS-Systeme sowie die technisch überzeugende Gesamtlösung des Hitachi Partners Assistra. Die finale Entscheidung für die HDS-Lösung wurde von der ESA in Abstimmung mit der EADS-Tochter Astrium getroffen, nicht zuletzt aufgrund der umfangreichen Beratung und Betreuung im Vorfeld.

Im Juli 2009 begannen die Systempartner mit der Planung für die gesamte Migration einschließlich Implemetierung der Speicherlösungen und Übertragung der Anwendungen. Assistra hatte bereits zuvor erfolgreich ein Testsystem beim DLR installiert. Dr. Kozlowski wusste daher, dass er sich auf den Storage-Spezialisten vollends verlassen konnte. Das war jedoch nicht das einzige ausschlaggebende Kriterium. »Zusammen mit unserem Partner HDS konnten wir ein maßgeschneidertes, zukunftstaugliches Lösungskonzept entwickeln, welches genau dem individuellen Bedarf des DLR entspricht«, erinnert sich Dirk Neumann, Vorstand bei Assistra. Für das DLR war es wichtig, von Assistra eine Gesamtlösung aus Produkten von HDS, der Backup-Lösung »Time Navigator« des französischen Software-Herstellers Atempo und Overland Storage zu erhalten. »Für uns war es das perfekte Gesamtpaket – eine Lösung aus einem Guss sozusagen«, fügt Dr. Kozlowski hinzu. Bei der Umsetzung sollten aktuelle Funktionen und Aufgaben des bisherigen Systems keinesfalls beeinträchtigt werden.

Implementierung im laufenden Betrieb

Im ersten Schritt wurde die Testinstallation, bestehend aus einem Cluster aus zwei »HNAS3080«-Köpfen mit einer Hitachi »Adaptable Modular Storage 2300« (AMS2300), errichtet und zunächst parallel zu den vorhandenen Systemen betrieben. Über dieses Testsystem erfolgte die Datenmigration aus dem Altsystem in das heute im Einsatz befindliche System. Dessen Kernstück ist ein NAS-Cluster auf der Basis des HNAS-Systems (High Performance NAS) von HDS mit »DR Sync Cluster«-Funktionalität. Darunter sind »Universal Storage Platform VM« (USP VM) Highend-Speicher im Einsatz. Das System muss im Fehlerfall in garantierten Reaktionszeiten wieder operabel sein. Die USP VM liefert zudem nicht nur die gewünschten Highend-Funktionalitäten, es können bei Bedarf auch Speichervirtualisierung, Dynamic Tiering oder fortschrittliche Replikations- und Migrationsvarianten freigeschaltet werden. Sie vereinfachen die Speicherzuweisung und erhöhen die Effizienz des gesamten IT-Systems erheblich. Das Testsystem wird ebenfalls weiter genutzt und für die Satellitenmissionen des DLR verwendet. »Nach der Implementierung der neuen Hitachi-Lösung standen alle gewohnten Funktionalitäten zur Verfügung, nur dass unsere IT-Struktur durch das neue System viel flexibler geworden und der administrative Aufwand wieder auf ein normales Maß gesunken ist«, erläutert Dr. Kozlowski. Zudem wurde das System mit einer Lösung auf Basis der Lösungen von Atempo und Overland für das Backup abgesichert. Im Rahmen der Implementierung wurde somit neuer Speicherplatz in einem Volumen von 50 TByte geschaffen.

»Neben den technischen Vorzügen, die uns die integrierte Gesamtlösung bietet, haben uns das Engagement und der Rund-um-Service durch die Mitarbeiter von HDS und Assistra sehr beeindruckt«, sagt Dr. Kozlowski. »Die Systeme laufen einwandfrei und die Anzahl der Ausfälle strebt gegen Null. Somit haben sich die Kosten durch Ausfälle drastisch reduziert und uns bleibt deutlich mehr Zeit für die Raumfahrt selbst.«