[論文レビュー] The SOXS scheduler for remote operation at LaSilla:Concept and design

Marco Landoni, D. R. Young+47 more|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 2020

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 9被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、Docker、Flask、AWSを用いて構築された、高可用性でWebベースのRESTfulアプリケーションであるSOXSスケジューラを提示する。このスケジューラは、チリのラ・シルヤに位置するESO NTTで遠隔から観測を動的にスケジューリングすることを目的としている。本システムは、複数の調査から得られる一時的天体の検出を統合し、GTOおよびESO助成金申請時間の両方を優先順位付けして管理し、リアルタイムで夜ごとのスケジューリングを可能にするとともに、ESOのP2システムとの同期と自動アラート機能を備えている。

ABSTRACT

In this paper we present the SOXS Scheduler, a web-based application aimed at optimising remote observations at the NTT-ESO in the context of scientific topics of both the SOXS Consortium and regular ESO proposals.This paper will give details of how detected transients from various surveys are inserted, prioritised, and selected for observations with SOXS at the NTT while keeping the correct sharing between GTO time (for the SOXSConsortium) and the regularly approved observing time from ESO proposals. For the 5-years of operation ofSOXS this vital piece of software will provide a night-by-night dynamical schedule, allowing the user to face rapid changes during the operations that might come from varying weather conditions or frequent target of opportunity (ToO) observations that require a rapid response. The scheduler is developed with high available and scalable architecture in mind and it implements the state-of-the-art technologies for API Restful application like Docker Containers, API Gateway, and Python-based Flask frameworks.

研究の動機と目的

• ESO NTTにおける遠隔運用をサポートするスケーラブルで信頼性の高いスケジューラの設計。SOXSコンsortiumのGTO時間と通常のESO助成金申請時間の両方を対象とする。
• 複数の調査から得られる一時的天体の検出を統合し、目標時機会（ToO）天体への迅速な対応を可能にするスケジューリングパイプラインの構築。
• SOXS GTOユーザーとESO助成金申請ユーザーの間で、自動優先順位付けとアクセス制御を通じて、観測時間の公平かつ透明な共有を実現する。
• 天候の変化や緊急観測のため、夜間にスケジューリングの調整を動的に可能にするため、リアルタイム更新とアラート機能を活用する。
• Docker、APIゲートウェイ、データベースレプリカを用いたクラウドネイティブで高可用性のアーキテクチャを実装し、運用のレジリエンスを確保する。

提案手法

• スケジューラは、FlaskフレームワークとRESTful APIを用いた最新のマイクロサービスアーキテクチャに基づくWebアプリケーションとして実装されている。
• システムはDockerでコンテナ化され、商用クラウドプラットフォーム（AWSまたはDigital Ocean）上に展開され、負荷分散のためのAPIゲートウェイの背後に配置された自動スケーリンググループに配置されている。
• 恒久的ストレージにはリレーショナルデータベースが使用され、フェイルオーバー用レプリカが設定されており、高可用性とデータ耐久性を確保している。
• 本アプリケーションは複数のユーザーロールをサポートしている：サイエンスチーム、管理者、オペレーター。各ロールに特化したインターフェースと権限が設定されている。
• サイエンスチームインターフェースでは、観測ブロック（OB）のリスト表示、フィルタリング、管理が可能で、緊急OBの処理、視等級の編集、ESOのP2システムとの同期も行える。
• ビジター実行シーケンス（VES）インターフェースでは、夜間実行用のOBの動的選択、再順序化、同期が可能であり、リアルタイムのステータス更新と、メール、SMS、ブラウザ通知によるアラート機能を備えている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ESO NTTの共有観測時間内において、複数の調査から得られる一時的天体のターゲットを集中管理し、効率的に優先順位をつけるにはどうすればよいか？
• RQ2 動的運用条件下で、遠隔スケジューリングシステムに高可用性と低遅延応答を保証するアーキテクチャパターンは何か？
• RQ3 Webベースのスケジューラは、ESOの既存のP2システムおよびMarshallサーバーとどのように統合され、シームレスな実行とステータス同期が実現されるか？
• RQ4 自動アラートおよびユーザー通知は、時間的に重要な観測への迅速な対応をどのように支援するか？
• RQ5 クラウドネイティブでコンテナ化されたアーキテクチャは、ミッションクリティカルな天文学的スケジューリングシステムのスケーラビリティとフェイルセーフをどのように支援するか？

主な発見

• SOXSスケジューラは、GTOおよびESO助成金申請時間の両方を自動優先順位付けでサポートしながら、ESO NTTにおける動的で夜ごとの観測スケジューリングを成功裏に実現した。
• 本システムは、夜間におけるビジター実行シーケンス（VES）へのリアルタイム更新をサポートしており、天候の変化や緊急のToOターゲットへの迅速な適応が可能である。
• Dockerコンテナ、APIゲートウェイ、自動スケーリンググループの使用により、高負荷のAPI処理に対しても高可用性と水平スケーリングが確保された。
• フェイルオーバー機能を備えたデータベースレプリカにより、主データベースの障害時でもデータのレジリエンスとシステムの継続性が確保された。
• スケジューラはESOのP2システムおよびMarshallサーバーと統合されており、OBステータスの同期、発見チャートの生成、OBのセキュアなストレージが可能となった。
• 専用インターフェースを備えたロールベースのアクセス制御により、サイエンスチーム、管理者、オペレーターの各ユーザーが分離された環境で作業可能であり、緊急OBのためのメール、SMS、ブラウザ通知による自動アラートも提供された。