de Matt Johannessen y Ben West | 09 sep 2021|
Inmediatamente después de un desastre natural, la infraestructura local, como las torres de telefonía celular, las líneas eléctricas y los cables de teléfono e Internet, a menudo se dañan o destruyen, lo que limita la capacidad del personal de respuesta para compartir datos y acceder a Internet. Con más organizaciones moviéndose hacia una estrategia de TI que prioriza la nube, la capacidad de conectar aplicaciones que se ejecutan en la nube y herramientas que operan en el borde es un requisito clave para crear soluciones que permitan a los respondedores operar de manera efectiva en estos entornos desafiantes.
Recientemente, el equipo de respuesta ante desastres de Amazon Web Services (AWS) realizó una operación de prueba de campo diseñada para replicar un escenario común de respuesta ante desastres. Celebrado en el norte de Virginia, incluyó ubicaciones de campo desplegadas hacia adelante (en/cerca del sitio del desastre) y una ubicación de sede (HQ) que estaba a más de 25 millas de distancia. Los sitios de campo tenían una infraestructura de trabajo mínima y no tenían conectividad celular o de Internet, y la sede era un edificio de oficinas con acceso estándar a Internet e infraestructura estable. El objetivo del ejercicio era establecer una red ad-hoc en los sitios de campo que permitiera a los miembros del equipo recopilar y procesar datos en el borde, así como crear un enlace entre el sitio de campo y la sede utilizando la Red de datos de emergencia de radioaficionados ( AREDN) para brindar acceso a recursos basados en la nube en el campo.
Figura 1: Arquitectura conceptual de la operación de prueba de campo del equipo de Respuesta a Desastres.
¿Qué es ARDN?
Los radioaficionados, ampliamente conocidos como ‘hams’, tienen un largo historial de brindar apoyo de comunicaciones a las comunidades durante los esfuerzos de respuesta a desastres. La operación de prueba de campo no fue diferente: cuatro radioaficionados con licencia de AWS demostraron cómo se puede configurar hardware de radio económico y fácilmente disponible para usar AREDN para proporcionar conectividad entre el sitio de borde y la ubicación de la sede. Mediante el uso de hardware comercial listo para usar, el equipo de AWS simuló condiciones de respuesta del mundo real, donde los radioaficionados traen equipos al campo para restablecer la conectividad para los equipos de respuesta a desastres.
AREDN es una aplicación de red de malla de radiofrecuencia (RF) ad-hoc que permite a los radioaficionados compartir aplicaciones y datos a través de comunicaciones de RF de larga distancia a lo largo de millas. Una red en malla es una topología de red local en la que múltiples nodos y dispositivos se conectan entre sí de forma directa, dinámica y sin jerarquía a tantos otros nodos como sea posible para construir una red de comunicaciones confiable y autoconfigurable. La malla AREDN se autorrepara, lo que significa que si se elimina un nodo de la red, los nodos restantes se reconfiguran automáticamente para mantener la conectividad en toda la red; esta es una característica clave que impulsa la creciente popularidad de AREDN para la conectividad de respuesta a emergencias. AREDN utiliza hardware básico ampliamente disponible y de bajo costo para establecer enlaces punto a punto de 2,4 y 5 ghz entre estaciones. Cada nodo de la malla proporciona conectividad de red para compartir recursos informáticos con usuarios remotos. En el caso del ejercicio de prueba, el objetivo era configurar un nodo AREDN en el edificio de oficinas de la sede central y otro nodo en la ubicación de campo, los cuales podrían conectarse a otros nodos AREDN existentes en el área del norte de Virginia y, en última instancia, permitir la transferencia. de datos entre los dos sitios.
Cómo lo construimos
Al igual que los escenarios del mundo real, el equipo tuvo que operar dentro de las limitaciones físicas de la ubicación de la prueba, un sitio rural de 25 acres con terreno mixto. En la frontera de la bola de nieve de AWS el dispositivo requiere una fuente de energía comercial, pero la ubicación que tenía energía no era viable para establecer comunicaciones de RF a través de AREDN. Para ejecutar el «Snowball Edge Compute Optimized», que sirvió como el principal centro de procesamiento y almacenamiento de datos en el campo, el equipo dividió el centro de comando de campo en dos sitios: uno cerca de la fuente de energía para ejecutar Snowball Edge y un segundo «centro de comunicaciones». ” que fue alimentado por un generador solar (por ejemplo, panel solar combinado con una batería). El centro de comunicaciones tenía una línea de sitio a un nodo AREDN existente que formaba parte de la red AREDN de Virginia del Norte, así como una línea de sitio al sitio del centro de comando principal con Snowball Edge. Los dos sitios se conectaron de forma inalámbrica utilizando puntos de acceso WiFi comerciales de largo alcance para exteriores,
Se instaló un segundo nodo AREDN en la ubicación de la sede de la oficina, que también tenía línea de vista con los nodos AREDN del norte de Virginia existentes, lo que permitía la transmisión de datos entre la sede y las ubicaciones de campo a través de la malla AREDN. Se implementó un segundo dispositivo Snowball Edge Compute Optimized en la sede y se conectó tanto a la red de malla AREDN como a Internet. Esto nos permitió ofrecer aplicaciones a los usuarios en la malla de AREDN, incluidos puntos finales que podían representar datos y solicitudes del campo que llegaban a través de AREDN hasta recursos basados en la nube a través de Internet. Los resultados se devolvieron a los usuarios en el campo a través de AREDN.
Figura 2: Operador de vehículo aéreo no tripulado (UAV) que transmite imágenes desde el borde a la nube a través de AREDN y recibe los resultados de Amazon Rekognition.
Una vez que se instaló y configuró el equipo necesario en cada ubicación, el equipo recopiló una variedad de métricas de diagnóstico para evaluar el rendimiento de la red de los enlaces WiFi local y AREDN. En el sitio de campo, el enlace inalámbrico entre el centro de comando y el centro de comunicaciones entregó hasta 400 mbps de ancho de banda, y los miembros del equipo pudieron conectarse al wifi local desde casi 0,6 millas de distancia del punto de acceso. El enlace AREDN entre el sitio de campo y el edificio de la oficina central proporcionó más de 15 mbps de rendimiento, que fue suficiente para transferir imágenes, voz y datos de texto casi en tiempo real.
Probar escenarios de respuesta a desastres
Con la red establecida y probada, el equipo comenzó a practicar varios escenarios comunes durante las operaciones de respuesta a desastres. El primer escenario se centró en establecer una capacidad de chat basada en texto, llamada Rocket.Chat , que los miembros del equipo en el campo podrían usar para comunicarse entre sí, así como con los miembros remotos ubicados en el edificio de la sede. Se implementó un servidor Rocket.Chat en Snowball Edge en la ubicación de la sede y se configuró como una aplicación detectable en la red de malla AREDN. Los usuarios pudieron acceder con éxito a Rocket.Chat, crear cuentas y chatear entre ellos en tiempo real mientras estaban conectados al WiFi local en el sitio de campo. Usando el mismo patrón, el equipo también implementó Etherpad, una aplicación de código abierto para tomar notas y escribir documentos que permite a los usuarios editar documentos de forma colaborativa en tiempo real.
El equipo también desarrolló una aplicación web personalizada en contenedores para realizar tareas de visión artificial utilizando Amazon Rekognition., un servicio de aprendizaje automático (ML) que detecta y etiqueta objetos en imágenes y videos. La aplicación se alojó en Snowball Edge en la ubicación de la sede central, que se conectó correctamente para enviar imágenes a Amazon Rekognition para la detección de objetos (consulte la figura 2). Los usuarios en el sitio de campo pudieron cargar fotos desde una variedad de dispositivos, incluidos teléfonos móviles, plataformas UAV y computadoras portátiles. En el transcurso de la operación, el equipo recopiló comentarios de los usuarios y ajustó la arquitectura de la aplicación continuamente en el perímetro. Por ejemplo, el equipo redujo el tiempo de respuesta total de extremo a extremo mediante el uso del dispositivo Snowball Edge en el campo para preprocesar o reducir el tamaño de las imágenes, a fin de minimizar los tiempos de carga en los enlaces AREDN con ancho de banda limitado.
Al final del ejercicio de dos días, los usuarios experimentaron tiempos de respuesta de extremo a extremo de alrededor de 1,5 segundos para imágenes sin procesar de gran tamaño (más de 10 Mb), que incluían imágenes tomadas durante operaciones de vuelo UAV en vivo. La capacidad de conectar cargas de trabajo en el campo que se ejecutan en AWS Snowball Edge, con servicios de inteligencia artificial (AI)/ML preentrenados en la nube a través de redes ad-hoc como AREDN brinda a las organizaciones de respuesta nuevas opciones cuando la conectividad es limitada.
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