A Microsoft está expandindo a computação de borda para o espaço com a plataforma Azure Space e o Azure Orbital Space SDK, priorizando inicialmente o desenvolvimento de aplicativos para processamento de imagem por satélite, geoespacial e comunicações.
A mudança do Microsoft Azure para uma plataforma centrada em Kubernetes trouxe uma capacidade interessante que está se tornando gradualmente uma vantagem competitiva: o Azure agora é móvel.
Já estamos observando alguns elementos dessa capacidade de ser transferida nas soluções periféricas do Azure, com base no Azure Arc e Azure Stack, e na capacidade de implantar os Serviços Cognitivos do Azure em contêineres para dispositivos periféricos e executar funções sem servidor fora da nuvem. Uma nuvem portátil oferece uma grande flexibilidade, permitindo modelos de desenvolvimento nativos na nuvem que podem escalar desde computadores Raspberry Pi individuais até sistemas distribuídos globais em execução em várias regiões geográficas.
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A nuvem escalável e portátil possibilita o uso consistente de APIs e SDKs em diferentes locais. Embora não seja uma solução totalmente universal, oferece um ambiente flexível e adaptável, gerenciado por ferramentas de orquestração familiar aos desenvolvedores.
Atualmente, a Microsoft está expandindo a presença do Azure para o espaço, com o lançamento do Azure Space. Este projeto engloba diversas ferramentas e tecnologias, como estações terrestres de satélite portáteis e o Azure Orbital Space, uma plataforma para o desenvolvimento de aplicações espaciais. Para os desenvolvedores, o Azure Orbital Space é o aspecto mais fascinante. Após quase um ano de seu anúncio, a Microsoft mantém o SDK orbital em sigilo, disponibilizando-o apenas por meio de uma prévia privada para a criação de aplicações independentes de satélites.
No entanto, podemos obter uma boa compreensão do que o serviço oferece através da documentação pública disponível e dos repositórios GitHub. É evidente que ele se apoia nas mesmas tecnologias do Azure que a Microsoft utiliza em sua plataforma de borda, considerando os satélites como apenas mais um host de borda. Isso implica que será bastante simples pegar qualquer código de borda já existente no Azure e enviá-lo para o espaço.
Computação no limite da atmosfera
As aplicações são executadas em uma plataforma virtualizada que oferece interfaces padronizadas para comunicações, dados e sensores. Elas são desenvolvidas no Visual Studio Code usando pipelines CI/CD conhecidos e estruturas de teste. Depois de construir um aplicativo, ele pode ser implantado em hardware em órbita compatível com recipientes e Dapr, a plataforma de tempo de execução de aplicativos distribuída de código aberto. Essa abordagem facilita o desenvolvimento e compartilhamento de modelos para aplicações comuns de transporte espacial, além de possibilitar mais processamento de dados em satélites.
Por exemplo, um satélite de observação da Terra poderia utilizar modelos de visão computacional em containers para identificar incêndios florestais nas imagens que adquire. Ao detectar áreas de incêndio em órbita, o satélite poderia enviar somente as imagens relevantes e informações de localização para a Terra, evitando assim o consumo de largura de banda ao enviar todos os dados de imagem para uma estação terrestre para processamento. Com as ferramentas de inteligência artificial e capacidades de borda do Azure integradas ao programa AI for Earth da Microsoft, as aplicações e ferramentas existentes no solo podem ser implementadas onde são necessárias com custos mínimos, permitindo que países em desenvolvimento tenham acesso a informações valiosas.
A tecnologia embarcada nessas estratégias está impulsionando o desenvolvimento de uma nova geração de equipamentos por satélite, localizada entre os cubosats econômicos equipados com sensores simples e uma dependência na análise realizada na Terra, e as plataformas maiores do governo que capturam imagens dos recursos terrestres. Nesse caso, trata-se de trabalhar com equipamentos projetados para processamento local, uma plataforma de tamanho intermediário com sensores de alta resolução. Pode-se compará-la a um centro de dados em órbita.
Utilizando Dapr para aplicações no espaço.
Uma vantagem adicional do Azure Orbital Space SDK é a facilidade de atualização do software transmitido do espaço quando necessário. Ao utilizar a Dapr como destino de implantação, garante-se que o código seja compatível com um conjunto específico de APIs. A Dapr é executada como um sidecar do contêiner, transformando o contêiner de aplicação em sua unidade de implantação, utilizando os componentes Dapr conforme necessário. Dessa forma, o código pode ser desenvolvido e testado na Terra, com serviços de satélite virtualizados locais, possibilitando a validação do código em relação às APIs antes de ser carregado no contêiner do satélite.
Realizar computação no espaço tem a vantagem de diminuir os custos das comunicações. Apesar da ampla utilização das comunicações espaciais, uma parte considerável dos gastos operacionais ainda persiste. A Microsoft descreve o Azure Orbital Space SDK como uma plataforma de computação que possibilita a execução de aplicativos tanto em terra como no espaço, com o intuito de estabelecer uma rede mais robusta. Esse é apenas um dos benefícios de construir em uma plataforma nativa de nuvem, que é projetada para expandir em termos de capacidade e alcance.
Atuando com informações provenientes de satélites.
Naturalmente, se você precisar lidar com tarefas de processamento mais complicadas, pode transferir seus dados de satélite para a plataforma de dados já existente no Azure e utilizar ferramentas geoespaciais GIS, de terceiros e as poderosas ferramentas de análise de dados do Azure no Microsoft Fabric. O Azure Orbital Analytics oferece um conjunto de pipelines de processamento de dados prontos para uso, além de suporte para integrar dados em ferramentas comerciais comuns, como a Power Platform.
O Azure Orbital tooling oferece recursos para incorporar dados baixados em sistemas GIS, como o Azure Maps, para adicionar a devida camada geográfica aos seus dados. Ao utilizar o Microsoft Fabric para transformar dados, é possível processar imagens obtidas por aplicativos de satélite e exportá-las para formatos de GIS comuns, a fim de serem utilizadas em aplicações de serviço de emergência ou assistência já existentes. Isso possibilita disponibilizar dados de observação da Terra e recursos quando e onde são necessários.
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Comunicação por meio de rádio programável.
Outra característica relevante da plataforma Azure Space da Microsoft é a sua ênfase em comunicações. Além de colaborar com diversas estações terrestres e provedores de conectividade para incorporar comunicações via satélite na rede privada 5G da Microsoft, o Azure Space disponibiliza recursos para criar suas próprias aplicações de rádio definidas por software.
Com base em conhecidas ferramentas de código aberto como Fosphor e GNU Radio, o desenvolvedor do Azure VM, com base em Ubuntu, disponibiliza as ferramentas necessárias para a criação de um rádio definido por software que pode se conectar aos serviços Azure. Isso inclui suporte para enviar dados de RF para o Azure Event Hubs. Com essas ferramentas, é possível gerenciar o hardware de rádio na nuvem e conectar aplicativos do Azure diretamente aos dados de downlink de satélites.
O fabricante de software VM para rádio segue a mesma abordagem que os demais serviços do Azure Space, que encaram todos os aspectos das operações de satélite como um serviço de programação nativa da nuvem. Com a Microsoft explorando a inclusão de dispositivos Linux no ambiente Kubernetes, é viável vislumbrar um cenário futuro em que hardware de rádio definido por software seja controlado por aplicativos de rádio em contêineres – tanto em terra quanto no espaço.