人工衛星管制システムにおけるCICD / CICD in satellite control systems

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1. ©Synspective Inc. Synspective Inc. 人工衛星管制システムにおけるCI/CD Principal Cloud Architect クラウドネイティブ分科会 #13 Masaya Arai
2. ©Synspective Inc. 新井 雅也 これまでは、野村総合研究所のインフラエンジニア兼シス テムアーキテクトとして、主に金融業界のシステム設計、 開発、運用に従事。 2023年6月にSynspectiveにジョイン。クラウドに関する 技術力を活かしつつ、宇宙業界の発展に尽力している。 AWS Container Hero Google Cloud Partner Top Engineer 2023 @msy78 Principal Cloud Architect 1
3. ©Synspective Inc. 2
4. ©Synspective Inc. 本日お伝えしたいこと ・衛星管制システムでは、高頻度なリリース << 安定したリリース ・衛星が増えると、リリース運用の難易度が増す 3
5. ©Synspective Inc. Synspectiveの紹介 4
6. ©Synspective Inc. Synspectiveの紹介 小型SAR衛星の開発・運用 さらに取得したデータをAI等を活用し解析を行う 私たちの衛星は、内閣府ImPACTプログラムの技術成果を基に、 SynspectiveとJAXA、東京大学、東京工業大学等と共同で開発した、 革新的な小型・低コストのSAR衛星です。 5
7. ©Synspective Inc. Synspectiveの紹介 小型SAR衛星の開発・運用 さらに取得したデータをAI等を活用し解析を行う 私たちの衛星は、内閣府ImPACTプログラムの技術成果を基に、 SynspectiveとJAXA、東京大学、東京工業大学等と共同で開発した、 革新的な小型・低コストのSAR衛星です。 6
8. ©Synspective Inc. 地表面へのマイクロ波を照射し、 反射信号を分析して対象物を観測することで、 形状や対象物の変化が検出可能 SAR衛星とは 7
9. ©Synspective Inc. SAR衛星画像の特徴 8
10. ©Synspective Inc. ＊元画像に雲を追加した図解画像です。 元画像はTerraMetricsから引用 ©Synspective Inc. 光学画像 SAR画像 SAR衛星画像の特徴 9
11. ©Synspective Inc. ＊元画像に雲を追加した図解画像です。 元画像はTerraMetricsから引用 ©Synspective Inc. 見た目のわかりやすさ 天候・時間の影響 観測対象 光学画像 SAR画像 SAR衛星画像の特徴 色 形 10
12. ©Synspective Inc. 11 実際に観測された SAR衛星画像の例 オランダ、ロッテルダム付近
13. ©Synspective Inc. 12 2024-03-12に第４号機の 衛星打ち上げに無事成功しました ※参考：https://synspective.com/press-release/2024/strix-3_launch_02/
14. ©Synspective Inc. SAR衛星画像活用が期待される先 安全保障 インフラ・メンテナンス 防災・損害保険 資源エネルギー開発 複数の小型衛星からなるコンステレーション（衛星群） で高頻度な情報提供を目指しています SARデータ ソリューション 13
15. ©Synspective Inc. 人工衛星から取得したデータが届くまで 14
16. ©Synspective Inc. 衛星から取得したデータがユーザに届くまで 15
17. ©Synspective Inc. 衛星から取得したデータがユーザに届くまで データ プラットフォーム 地上システム 衛星画像の オーダー 衛星画像の オーダー お客様 16
18. ©Synspective Inc. 衛星から取得したデータがユーザに届くまで データ プラットフォーム 地上システム 外部地上局 プロバイダ SAR衛星 衛星画像の オーダー 衛星画像の オーダー コマンドリクエスト コマンド リクエスト 観測データ テレメトリデータ 観測データ テレメトリデータ 衛星のモニタリング お客様 衛星運用担当者 17
19. ©Synspective Inc. 衛星から取得したデータがユーザに届くまで データ プラットフォーム 地上システム ソリューション プラットフォーム 外部地上局 プロバイダ SAR衛星 衛星画像の オーダー 衛星画像の ダウンロード 衛星画像の オーダー 衛星画像の 取得 コマンドリクエスト コマンド リクエスト 観測データ テレメトリデータ 観測データ テレメトリデータ 衛星画像の取得 衛星のモニタリング お客様 衛星運用担当者 18
20. ©Synspective Inc. 衛星から取得したデータがユーザに届くまで データ プラットフォーム ソリューション プラットフォーム 外部地上局 プロバイダ SAR衛星 衛星画像の オーダー 衛星画像の ダウンロード 衛星画像の オーダー 衛星画像の 取得 コマンドリクエスト コマンド リクエスト 観測データ テレメトリデータ 観測データ テレメトリデータ 衛星画像の取得 衛星のモニタリング お客様 衛星運用担当者 19 地上システム ここを 深堀り
21. ©Synspective Inc. 地上システムにおける衛星管制システム 20
22. ©Synspective Inc. 地上システムは4つのサブシステムによって構成 地上システム 21
23. ©Synspective Inc. 地上システムは4つのサブシステムによって構成 地上システム 計画・予測 システム 画像生成 システム 衛星管制 システム 分析 システム 22
24. ©Synspective Inc. もうちょっとkwsk・・・ 23
25. ©Synspective Inc. 計画・予測 システム 画像生成 システム 分析 システム 衛星管制 システム 衛星地上システムの全体構成 24
26. ©Synspective Inc. 計画・予測 システム 画像生成 システム 分析 システム 衛星への指令コマンド 生成 取得 衛星管制 システム 衛星地上システムの全体構成 25
27. ©Synspective Inc. 計画・予測 システム 画像生成 システム 分析 システム 衛星への指令コマンド 生成 取得 SAR衛星 外部地上局 プロバイダ コマンド リクエスト 衛星管制 システム コマンド 衛星地上システムの全体構成 26
28. ©Synspective Inc. 計画・予測 システム 画像生成 システム 分析 システム BigQuery 衛星への指令コマンド 生成 取得 SAR衛星 テレメトリ データ 観測データ 外部地上局 プロバイダ コマンド リクエスト 観測データ テレメトリデータ 衛星管制 システム テレメトリ データ Cloud Storage リアルタイム モニタリング コマンド 衛星運用 担当者 衛星地上システムの全体構成 27
29. ©Synspective Inc. 計画・予測 システム 画像生成 システム 分析 システム BigQuery 衛星への指令コマンド 生成 取得 SAR衛星 テレメトリ データ 観測データ 取得 画像生成 外部地上局 プロバイダ コマンド リクエスト 観測データ テレメトリデータ 衛星運用 担当者 衛星管制 システム テレメトリ データ Cloud Storage コマンド リアルタイム モニタリング 衛星地上システムの全体構成 28
30. ©Synspective Inc. 衛星地上システムの全体構成 計画・予測 システム 画像生成 システム 分析 システム BigQuery 衛星への指令コマンド 生成 取得 データ取得 SAR衛星 テレメトリ データ 観測データ 取得 画像生成 外部地上局 プロバイダ コマンド リクエスト 観測データ テレメトリデータ 衛星運用 担当者 分析 テレメトリ データ Cloud Storage コマンド リアルタイム モニタリング 衛星管制 システム 29
31. ©Synspective Inc. 衛星地上システムの全体構成 計画・予測 システム 画像生成 システム 分析 システム BigQuery 衛星への指令コマンド 生成 取得 データ取得 SAR衛星 テレメトリ データ 観測データ 取得 画像生成 外部地上局 プロバイダ コマンド リクエスト 観測データ テレメトリデータ 衛星運用 担当者 分析 テレメトリ データ Cloud Storage コマンド リアルタイム モニタリング 本日の対象 衛星管制 システム 30
32. ©Synspective Inc. 31 衛星管制システムの構成
33. ©Synspective Inc. 32 外部地上局 プロバイダ WebApp コントローラ 衛星通信IF スケジューラ GKE Cluster 人工 衛星 LB LB 専用の ソフトウェア等 VM VM VM Cloud SQL モニタリング 衛星運用 担当者 衛星の状態を モニタリング 計画・予測 システム VPN 衛星への 司令 衛星管制システムの構成
34. ©Synspective Inc. GKE Cluster 33 衛星管制システムの構成 外部地上局 プロバイダ 人工 衛星 LB LB 専用の ソフトウェア等 VM VM VM Cloud SQL モニタリング 衛星運用 担当者 衛星の状態を モニタリング 計画・予測 システム VPN 衛星への 司令 WebApp コントローラ 衛星通信IF スケジューラ Cloud Build Cloud Deploy 衛星管制システムの CI/CD
35. ©Synspective Inc. 衛星管制システムのリリース要件 34
36. ©Synspective Inc. 35 衛星管制システムにおけるリリース要件
37. ©Synspective Inc. 36 衛星管制システムにおけるリリース要件 高頻度なリリース << 安定したリリース
38. ©Synspective Inc. 37 衛星管制システムにおけるリリース要件 なぜか？ 高頻度なリリース << 安定したリリース
39. ©Synspective Inc. 38 衛星管制システムにおけるリリース要件 コンプライアンスへの準拠 デプロイタイミングの制約 なぜか？ 高頻度なリリース << 安定したリリース
40. ©Synspective Inc. 39 衛星管制システムにおけるリリース要件 デプロイタイミングの制約 なぜか？ コンプライアンスへの準拠 高頻度なリリース << 安定したリリース
41. ©Synspective Inc. 40 衛星リモセン法に関するコンプライアンス準拠
42. ©Synspective Inc. 41 ・リモセン装置の利用には内閣総理大臣の許可が必要 ・リモセン記録を保有する者は、第三者にリモセン記録を提供してはならない ※認定を受けた者に関しては提供が可能 ・組織的、人的、物理的、技術的な観点での安全管理措置が求められる 衛星に搭載したセンサーの使用許可や、そこから得られた地球表面の リモセン記録（観測データ）を扱う者の義務や認定を定めたもの 衛星リモセン法に関するコンプライアンス準拠
43. ©Synspective Inc. 42 ・組織的、人的、物理的、技術的な観点での安全管理措置が求められる 衛星リモセン法に関するコンプライアンス準拠
44. ©Synspective Inc. 43 ・組織的、人的、物理的、技術的な観点での安全管理措置が求められる 衛星リモセン法に関するコンプライアンス準拠 （一） 衛星リモートセンシング記録を取り扱う施設設備に、 不正アクセス行為を防止するため、適切な措置が講じられていること。 リリースに関して、適切な運用担当者による承認作業が求められる
45. ©Synspective Inc. 44 人工衛星向け管制システムにおけるリリース要件 コンプライアンスへの準拠 衛星運用に関する制約 なぜか？ 承認によるリリース判断 高頻度なリリース << 安定したリリース
46. ©Synspective Inc. 45 人工衛星向け管制システムにおけるリリース要件 コンプライアンスへの準拠 なぜか？ 承認によるリリース判断 衛星運用に関する制約 高頻度なリリース << 安定したリリース
47. ©Synspective Inc. 46
48. ©Synspective Inc. 47 外部地上局 プロバイダ
49. ©Synspective Inc. 48 外部地上局 プロバイダ 人工衛星
50. ©Synspective Inc. 49 外部地上局 プロバイダ 人工衛星 テレメトリ データ受信 データ受信可能な範囲
51. ©Synspective Inc. 50 外部地上局 プロバイダ 人工衛星 GKE Cluster VPN テレメトリ データ受信 データ受信可能な範囲 衛星通信IF
52. ©Synspective Inc. 51 外部地上局 プロバイダ 人工衛星 GKE Cluster VPN テレメトリ データ受信 データ受信中はコネクション維持が必要 →安全を鑑み、作業者立会のもと、 デプロイのタイミング調整が必要 データ受信可能な範囲 衛星通信IF
53. ©Synspective Inc. 52 人工衛星向け管制システムにおけるリリース要件 コンプライアンスへの準拠 衛星運用に関する制約 なぜか？ 承認によるリリース判断 デプロイタイミングの調整 高頻度なリリース << 安定したリリース
54. ©Synspective Inc. Google Cloudによる衛星管制システムのCI/CD 53
55. ©Synspective Inc. 54 人工衛星向け管制システムにおけるリリース要件 コンプライアンスへの準拠 衛星運用に関する制約 なぜか？ 承認によるリリース判断 デプロイタイミングの調整 高頻度なリリース << 安定したリリース
56. ©Synspective Inc. 55 人工衛星向け管制システムにおけるリリース要件 なぜか？ コンプライアンスへの準拠 衛星運用に関する制約 承認によるリリース判断 デプロイタイミングの調整 Cloud Deploy 高頻度なリリース << 安定したリリース
57. ©Synspective Inc. 56 弊社では、KustomizeとSkaffoldをベースにしたCIOpsにてパイプラインを実装 Cloud BuildとCloud Deployを中心とした衛星管制システムのリリース
58. ©Synspective Inc. 57 弊社では、KustomizeとSkaffoldをベースにしたCIOpsにてパイプラインを実装 ・マニフェストの管理ツール ・ベースのマニフェストを共通とし、 環境ごとのマニフェストを差分として 管理可能 ・Googleが開発したKubernetes上の アプリ開発向けツール ・ビルドやデプロイの流れを自動化＆ 標準化してくれる Cloud BuildとCloud Deployを中心とした衛星管制システムのリリース
59. ©Synspective Inc. 58 弊社では、KustomizeとSkaffoldをベースにしたCIOpsにてパイプラインを実装 Cloud BuildとCloud Deployを中心とした衛星管制システムのリリース
60. ©Synspective Inc. 59 弊社では、KustomizeとSkaffoldをベースにしたCIOpsにてパイプラインを実装 / ├base ← 共通のmanifest定義 ├ dev ← 開発環境向け差分 ├ stg ← staging環境向け差分 └ prd ← 本番環境向け差分 Kustomize Skaffold ビルドオプション： Artifact Registryにプッシュ デプロイオプション： prd用Kustomizeをもとに反映 PRマージ Cloud BuildとCloud Deployを中心とした衛星管制システムのリリース
61. ©Synspective Inc. 60 弊社では、KustomizeとSkaffoldをベースにしたCIOpsにてパイプラインを実装 本番環境 Cloud Build Kustomize Skaffold ビルドオプション： Artifact Registryにプッシュ デプロイオプション： prd用Kustomizeをもとに反映 デリバリー パイプラインが起動 PRマージ Cloud BuildとCloud Deployを中心とした衛星管制システムのリリース / ├base ← 共通のmanifest定義 ├ dev ← 開発環境向け差分 ├ stg ← staging環境向け差分 └ prd ← 本番環境向け差分 ※開発環境、ステージング環境に関しても同様
62. ©Synspective Inc. 61 弊社では、KustomizeとSkaffoldをベースにしたCIOpsにてパイプラインを実装 本番環境 skaffold buildで イメージビルド Cloud Build イメージプッシュ Kustomize Skaffold ビルドオプション： Artifact Registryにプッシュ デプロイオプション： prd用Kustomizeをもとに反映 Artifact Registry デリバリー パイプラインが起動 PRマージ Cloud BuildとCloud Deployを中心とした衛星管制システムのリリース / ├base ← 共通のmanifest定義 ├ dev ← 開発環境向け差分 ├ stg ← staging環境向け差分 └ prd ← 本番環境向け差分 ※開発環境、ステージング環境に関しても同様
63. ©Synspective Inc. 62 弊社では、KustomizeとSkaffoldをベースにしたCIOpsにてパイプラインを実装 本番環境 skaffold buildで イメージビルド Cloud Build Cloud Deploy イメージプッシュ Kustomize Skaffold ビルドオプション： Artifact Registryにプッシュ デプロイオプション： prd用Kustomizeをもとに反映 Artifact Registry デリバリー パイプラインが起動 PRマージ Cloud BuildとCloud Deployを中心とした衛星管制システムのリリース / ├base ← 共通のmanifest定義 ├ dev ← 開発環境向け差分 ├ stg ← staging環境向け差分 └ prd ← 本番環境向け差分 ※開発環境、ステージング環境に関しても同様
64. ©Synspective Inc. 63 弊社では、KustomizeとSkaffoldをベースにしたCIOpsにてパイプラインを実装 本番環境 skaffold buildで イメージビルド Cloud Build Cloud Deploy イメージプッシュ Kustomize Skaffold ビルドオプション： Artifact Registryにプッシュ デプロイオプション： prd用Kustomizeをもとに反映 Artifact Registry デリバリー パイプラインが起動 PRマージ セキュリティ ルーム 承認待ち タイミングを 調整して承認 Cloud BuildとCloud Deployを中心とした衛星管制システムのリリース / ├base ← 共通のmanifest定義 ├ dev ← 開発環境向け差分 ├ stg ← staging環境向け差分 └ prd ← 本番環境向け差分 ※開発環境、ステージング環境に関しても同様
65. ©Synspective Inc. 64 弊社では、KustomizeとSkaffoldをベースにしたCIOpsにてパイプラインを実装 本番環境 skaffold buildで イメージビルド Cloud Build Cloud Deploy イメージプッシュ Kustomize Skaffold ビルドオプション： Artifact Registryにプッシュ デプロイオプション： prd用Kustomizeをもとに反映 Artifact Registry デリバリー パイプラインが起動 PRマージ セキュリティ ルーム 承認待ち タイミングを 調整して承認 Cloud Audit Logs 誰がいつ 承認したか？ Cloud BuildとCloud Deployを中心とした衛星管制システムのリリース / ├base ← 共通のmanifest定義 ├ dev ← 開発環境向け差分 ├ stg ← staging環境向け差分 └ prd ← 本番環境向け差分 ※開発環境、ステージング環境に関しても同様
66. ©Synspective Inc. 65 弊社では、KustomizeとSkaffoldをベースにしたCIOpsにてパイプラインを実装 本番環境 skaffold buildで イメージビルド skaffold deployで GKE上にデプロイ Cloud Build Cloud Deploy イメージプッシュ イメージプル GKE Kustomize Skaffold ビルドオプション： Artifact Registryにプッシュ デプロイオプション： prd用Kustomizeをもとに反映 Artifact Registry デリバリー パイプラインが起動 PRマージ ※開発環境、ステージング環境に関しても同様 prd用でオーバーレイ セキュリティ ルーム 承認待ち タイミングを 調整して承認 Cloud Audit Logs 誰がいつ 承認したか？ Cloud BuildとCloud Deployを中心とした衛星管制システムのリリース / ├base ← 共通のmanifest定義 ├ dev ← 開発環境向け差分 ├ stg ← staging環境向け差分 └ prd ← 本番環境向け差分
67. ©Synspective Inc. 66 ところでこちらは 考慮しないの？ 高頻度なリリース << 安定したリリース
68. ©Synspective Inc. 67 現状、Cloud Deployで取得可能な開発生産性の指標や 高頻度なリリースはそこまで重要ではない
69. ©Synspective Inc. 68 ・開発のイテレーションがそこまで早くない →衛星のローンチタイミングに合わせて、 各システムアップデートがスケジューリングされることが多い ・「確実かつ安全な」リリースフロー運用が安定してからのお話 ・「変更失敗率」や「デプロイ失敗時の復旧時間」は有用な指標である一方、 まずは衛星の多数機運用に耐えられるスキームが構築できてから（後ほど言及） ・Four Keys等に固執しすぎず、今はビジネスとして重要な特性に向き合う あくまで 衛星管制システム の場合 現状、Cloud Deployで取得可能な開発生産性の指標や 高頻度なリリースはそこまで重要ではない
70. ©Synspective Inc. 衛星機数が増えることによるリリースの難しさ 69
71. ©Synspective Inc. 衛星が増えると現状のリリース運用では破綻していく 70
72. ©Synspective Inc. もうちょっとkwsk・・・ 71
73. ©Synspective Inc. 72 外部地上局 プロバイダ 人工衛星 GKE Cluster 衛星通信IF VPN テレメトリ データ受信 データ受信可能な範囲
74. ©Synspective Inc. 73 外部地上局 プロバイダ 人工衛星 GKE Cluster 衛星通信IF VPN テレメトリ データ受信 データ受信可能な範囲
75. ©Synspective Inc. 74 外部地上局 プロバイダ 人工衛星 GKE Cluster 衛星通信IF VPN テレメトリ データ受信 データ受信可能な範囲 リリース対象の衛星通信IFは 共通仕様にもかかわらず、 リリース衛星ごとにタイミングが異なる
76. ©Synspective Inc. 衛星通信IFにおけるリリースの現状 75
77. ©Synspective Inc. 76 時間 時間 時間 時間 衛星通信IFにおけるリリースの現状
78. ©Synspective Inc. 77 時間 時間 時間 時間 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 衛星通信IFにおけるリリースの現状
79. ©Synspective Inc. 78 時間 時間 時間 時間 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 衛星通信IF リリース 可能な タイミング このスキマを探ることが 困難になる 通信中 (リリース不可) 衛星通信IFにおけるリリースの現状
80. ©Synspective Inc. 79 暫定対処的なリリース方式
81. ©Synspective Inc. 80 時間 時間 時間 時間 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) リリース 手動 リリース リリース リリース 暫定対処的なリリース方式 手動 手動 手動 都度リリース承認が必要となり、 作業の手間が増える 衛星通信IF 衛星通信IF 衛星通信IF 衛星通信IF
82. ©Synspective Inc. 81 高頻度なリリース << 安定したリリース 目指すべきはこれ
83. ©Synspective Inc. 82 目指すべき理想的な衛星通信IFにおけるリリース方式（検討中）
84. ©Synspective Inc. 83 時間 時間 時間 時間 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 衛星通信IF リリース 衛星通信IFのリリースは 地上局と通信可能な時刻情報 から自律的に判断 衛星通信IF リリース 衛星通信IF リリース リリース 目指すべき理想的な衛星通信IFにおけるリリース方式（検討中） 自動判断 自動判断 自動判断 自動判断 衛星通信IF
85. ©Synspective Inc. 84 時間 時間 時間 時間 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 通信中 (リリース不可) 衛星通信IF リリース 衛星通信IFのリリースは 地上局と通信可能な時刻情報 から自律的に判断 衛星通信IF リリース 衛星通信IF リリース リリース 目指すべき理想的な衛星通信IFにおけるリリース方式（検討中） 自動判断 自動判断 自動判断 自動判断 衛星通信IF ここまでできて、初めて「安定したリリース」が実現できたといえる →次のステップとして、開発生産性指標をもとに、リリース頻度や リードタイム短縮に向き合うことが衛星管制システムとしての価値に変わる
86. ©Synspective Inc. まとめ 85
87. ©Synspective Inc. 今日のまとめ ・衛星管制システムでは、高頻度なリリース << 安定したリリース ・衛星が増えると、リリース運用の難易度が増す 86
88. ©Synspective Inc.