Wykorzystanie inteligentnego rozdziału zasilania do maksymalizacji dostępności sieci

Obawy związane z rosnącymi kosztami energii skłaniają operatorów ośrodków przetwarzania danych i innych instalacji sieciowych do przemyślenia struktury tych obiektów, w tym do zmiany oczekiwań dotyczących tego, w jaki sposób inteligentne jednostki dystrybucji mocy (iPDU) mogą przyczynić się do zwiększenia ekologiczności, niezawodności i oszczędności kosztów, a tym samym poprawy dostępności sieci. Ponadto coraz większa różnorodność typów ośrodków przetwarzania danych wymaga różnych podejść przy doborze i integracji jednostek iPDU, począwszy od dużych ośrodków obsługujących chmury obliczeniowe, aż po znacznie mniejsze ośrodki brzegowe rozproszone w fabrykach, magazynach i innych obiektach. Duże ośrodki przetwarzania danych pracują z jednostkami iPDU w gorących korytarzach o temperaturze 60°C w celu zmniejszenia zapotrzebowania na chłodzenie i zużycia energii. Dla porównania, brzegowe ośrodki przetwarzania danych pracują w maksymalnych temperaturach 40°C, które są zgodne ze środowiskiem obiektu, w którym się znajdują.

Specyfikacja i charakterystyka pracy inteligentnych jednostek dystrybucji mocy (iPDU) musi odpowiadać środowiskom, w których są wdrażane. Coraz częściej oczekuje się od jednostek iPDU możliwości obsługi zdalnego monitorowania i sterowania energią w celu optymalizacji dostępności we wszystkich przypadkach.

W tym artykule porównano i zestawiono środowiska pracy, oczekiwania wobec jednostek iPDU w środowiskach chmurowych i brzegowych dotyczące zarówno sprzętu, jak i oprogramowania, oraz zalecenia ich rozmieszczenia. Następnie przedstawiono jednostki iPDU dostosowane do ośrodków przetwarzania danych chmurowych i brzegowych firm Panduit i Orion Fans.

Trzy cechy środowisk chmurowych i brzegowych mające wpływ na wybór jednostek iPDU to różnice w środowisku termicznym, architekturze komunikacji sieciowej oraz gęstości sprzętu. Prawdopodobnie największą różnicą pomiędzy środowiskiem chmurowym a brzegowym jest oczekiwanie pracy większości instalacji brzegowych w temperaturze do 40°C w porównaniu z 60°C w ośrodkach przetwarzania danych w chmurze (ilustracja 1). W środowiskach chmurowych gorące i zimne korytarze minimalizują potrzebę chłodzenia i zmniejszają wydatki na energię stanowiące główny koszt operacyjny dużych ośrodków przetwarzania danych. Jednostki iPDU znajdują się zwykle w gorącym korytarzu i muszą charakteryzować się temperaturą znamionową 60°C.

Ilustracja 1: Jednostki iPDU w chmurowych ośrodkach przetwarzania danych muszą pracować w temperaturze 60°C, aby mogły być montowane w gorących korytarzach. (Źródło ilustracji: Panduit)

Ponadto w przypadku prowadzenia gorących i zimnych korytarzy Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Ogrzewania, Chłodzenia i Klimatyzacji (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, ASHRAE) wymaga trzech czujników temperatury i jednego czujnika wilgotności (zwanych „3T + H”) z przodu szafy w zimnym korytarzu, a tylko czujnika temperatury z tyłu szafy w gorącym korytarzu. W rezultacie zastosowanie jednostek iPDU obsługujących wiele wejść czujników może wyeliminować potrzebę montażu pośredniego urządzenia 1RU dla czujników i odgrywać ważną rolę w ośrodkach przetwarzania danych w chmurze.

Chociaż zarówno w instalacjach brzegowych, jak i chmurowych ceniona jest wysoka dostępność, jest ona ważniejsza w środowiskach chmurowych. Moduł kontrolera w jednostkach iPDU musi zapewniać możliwość wymiany podczas pracy w przypadku jednostek zamontowanych w chmurowych ośrodkach przetwarzania danych. Możliwość wymiany modułu kontrolera podczas pracy minimalizuje czas przestoju, co jest istotną kwestią w usługach chmurowych. Ponadto sieci gigabitowe (Gb) Ethernet są bardziej rozpowszechnione w chmurze niż inne prędkości połączeń, a urządzenia iPDU w chmurze korzystają z połączeń Gb Ethernet, które nie są tak wysoko cenione w instalacjach brzegowych. Co więcej instalacje chmurowe wymagają zwykle urządzeń iPDU obsługujących wyższy poziom zabezpieczeń oraz bardziej skomplikowanego oprogramowania do monitorowania zasilania i zarządzania nim.

W chmurowych ośrodkach przetwarzania danych znajdują się szafy o większej gęstości niż w instalacjach brzegowych, co sprawia, że gęstość mocy jest ważnym czynnikiem przy wyborze jednostek iPDU dla obiektów chmurowych. Jednostki IPDU w chmurowych ośrodkach przetwarzania danych korzystają z większej gęstości gniazd, ale nadal muszą zapewniać wysoki poziom inteligentnego sterowania i monitorowania mocy, aby obsługiwać jej wyższe gęstości.

Zarówno w instalacjach chmurowych, jak i brzegowych, przypadkowe odłączenie kabla zasilającego jest główną przyczyną przestojów sprzętu. Najczęstszą przyczyną przypadkowych rozłączeń w jednostkach iPDU jest wpływ drgań i grawitacji oddziałujących na kable zasilające, a nie „błąd użytkownika”. Projektowanie jednostek iPDU, które minimalizują wpływ drgań i grawitacji na kable zasilające, a tym samym ryzyko przypadkowego rozłączenia, może być ważne w instalacjach brzegowych i jest wymagane w obiektach chmurowych.

Jednostki iPDU o temperaturze znamionowej 60°C przy pełnym obciążeniu

Inżynierowie ośrodków przetwarzania danych mogą stosować inteligentne moduły PDU G5 (iPDU Gen 5) firmy Panduit w celu zaspokojenia potrzeb instalacji chmurowych w zakresie dystrybucji zasilania, dostępności, bezpieczeństwa i monitorowania. Temperatura pracy modułów iPDU Gen 5 wynosi 60°C przy pełnym obciążeniu. Posiadają one również wejścia czujników w celu spełnienia wymogu ASHRAE 3T + H w korytarzu zimnym oraz czujnik temperatury w korytarzu gorącym bez pośredniego urządzenia 1RU. Cyfrowe czujniki samoidentyfikujące mogą być podłączone bezpośrednio do iPDU, co przyspiesza wdrożenie.

Inteligentny kontroler sieci (iNC) w jednostkach iPDU Gen 5 można wymieniać w trakcie działania, aby zapewnić maksymalny czas pracy (ilustracja 2). Posiada on wyświetlacz OLED zapewniający dobrą widoczność, resetowanie/ustawienia fabryczne, przyciski wyboru menu, diodę LED stanu, złącze USB do aktualizacji oprogramowania sprzętowego i konfiguracji i/lub opcjonalne przyłącze automatycznego oświetlenia szafy, port Ethernet 1Gb do połączeń sieciowych, szeregowe porty wejścia PDU i wyjścia PDU do łańcuchowego łączenia wielu kontrolerów iNC oraz dwa porty czujników, z których każdy pozwala na podłączenie maksymalnie 4 czujników, co daje łącznie 8 czujników przy użyciu opcjonalnego portu czujników.

Ilustracja 2: kontroler iNC w jednostkach iPDU Gen 5 jest wymienialny podczas działania, aby zapewnić maksymalny czas pracy oraz obsługuje szeroki zakres funkcji monitorowania i sterowania. (Źródło ilustracji: Panduit)

Istnieje możliwość połączenia łańcuchowego maksymalnie czterech jednostek iPDU i podłączenia ich do dwóch różnych bezpiecznych połączeń sieciowych w celu:

• Monitorowania zużycia energii i śledzenia danych w sieci obiektów oraz
• Zarządzania i monitorowania do czterech jednostek iPDU w szafie przy użyciu tylko jednego adresu IP (ilustracja 3).

Do każdej jednostki iPDU w połączeniu łańcuchowym można podłączyć maksymalnie osiem czujników, co daje łącznie 32 czujniki w jednym połączeniu. Ponadto dostępna jest konfiguracja redundantnego dostępu do sieci z wykorzystaniem dwóch jednostek iPDU.

Ilustracja 3: maksymalnie 4 jednostki iPDU Gen 5 mogą być połączone łańcuchowo poprzez pojedynczy adres IP. (Źródło ilustracji: Panduit)

W dużych ośrodkach przetwarzania danych istnieje potrzeba monitorowania i identyfikacji nieefektywności w celu poprawy wydajności operacyjnej, zmniejszenia kosztów i minimalizacji wpływu na środowisko. Jednostki iPDU Gen 5 współpracują z kompleksowym, dokładnym oprogramowaniem do pomiaru energii, które umożliwia efektywne wykorzystanie zasobów mocy, podejmowanie świadomych decyzji dotyczących planowania przepustowości, poprawę czasu pracy i pomiar efektywności wykorzystania mocy (PUE). Moduły iPDU oferują niezbędne pomiary energii, monitorowanie i sterowanie umożliwiające ciągłą poprawę wykorzystania energii, w tym:

• Pomiary i monitorowanie energii na poziomie jednostki dystrybucji mocy (PDU)
  • Pomiar energii w watogodzinach (kWh)
  • Pomiary mocy (W)
  • Pomiary parametrów zasilania na fazie wejściowej, w tym V, A, VA, kWh i współczynnik mocy (pf)
  • Pomiary prądu na poziomie wyłącznika automatycznego
  • Funkcje pomiarowe dla celów rozliczeniowych
  • Zintegrowaną pamięć do zapisu, przeglądania i raportowania danych historycznych
  • Dostosowywane progi alarmowe i powiadomienia
• Sterowanie na poziomie gniazd
  • Zdalne włączanie i wyłączanie zasilania poszczególnych gniazd
  • Definiowane przez użytkownika opóźnienie włączenia zasilania w celu ustalenia sekwencji urządzeń i uniknięcia przeciążenia początkowym prądem rozruchowym
  • Możliwość przypisania użytkownikowi ról i poziomów bezpieczeństwa dostępu
• Pomiar energii na poziomie gniazd
  • Pomiar energii w watogodzinach (kWh)
  • Pomiary parametrów zasilania, w tym V, A, VA, W i pf
  • Dane do obliczeń PUE na poziomie 3 Green Grid

Jednostki iPDU Gen 5 zapewniają wysoką gęstość mocy, posiadają maksymalnie 48 gniazd i przewód zasilający o długości 3 metrów w standardzie. Są dostępne w różnych konfiguracjach montażowych, w tym pionowej (0U) lub poziomej (1U lub 2U). Przykładowo prąd znamionowy modelu P36D08M wynosi 30A na fazę, posiada on obudowę 0U FULL, wtyczkę wejściową L15-30P, 3 wyłączniki automatyczne i 36 gniazd (30 C13 i 6 C19) oraz może obsługiwać moc 8,6kW.

Projektanci korzystający z jednostek iPDU Gen 5 mogą wybierać spośród dwóch różnych rozwiązań problemu przypadkowych rozłączeń. Obok standardowych gniazd C13 i C19 znajdują się zintegrowane szczeliny na nieprzewodzące opaski kablowe skutecznie eliminujące wpływ drgań i grawitacji. Chociaż te gniazda są tańsze, użycie opaski wiąże się z kosztami pracy i nie zabezpiecza sznura zasilającego po stronie urządzenia. Jednostki iPDU Gen 5 mogą posiadać blokady sznurów, które bezpiecznie zatrzaskują się na miejscu, co stanowi pełniejsze rozwiązanie. Ponadto końcówka sprzętowa posiada uniwersalny mechanizm blokujący się na sprzęcie IT, co zapewnia trwałe mocowanie kabli na obu końcach. W zależności od potrzeb instalacyjnych projektanci mogą zastosować moduły iPDU Gen 5, które zawierają kombinację gniazd z otworami na opaski kablowe i gniazd z blokadami (ilustracja 4). Co więcej w chmurowych ośrodkach przetwarzania danych występuje duża liczba przewodów zasilających stronę A i B w tylnej części szafy, co może komplikować porządkowanie kabli. Moduły PDU Gen 5 oferują kolorowe opaski kablowe, kolorowe paski do oznaczania oraz kolorowe sznury zasilające (również z blokadą), które upraszczają identyfikację oraz porządkowanie kabli po stronie A i B.

Ilustracja 4: jednostki iPDU Gen 5 oferują wybór opasek kablowych lub gniazd z blokadą, rozwiązując problemy z przypadkowym rozłączaniem. (Źródło ilustracji: Panduit)

Opcjonalna klamka zabezpieczająca Smart Zone G5 firmy Panduit może być używana z jednostkami iPDU Gen 5 w celu kontroli dostępu obejmującej maksymalnie 200 użytkowników. Klamka zawiera diodę LED wskazującą stan zabezpieczenia oraz lampkę LED sygnalizującą stan szafy. Posiada również zintegrowany czujnik wilgotności oraz czujniki temperatury i alarmu drzwi w celu uproszczenia montażu czujników i spełnienia norm ASHRAE (ilustracja 5). W komplecie z klamką zabezpieczającą G5 są wymienne wkładki bębenkowe do samodzielnej wymiany i klucze. Zapewnia to cztery sposoby kontroli dostępu do szafy:

• Dwuczęstotliwościowe czytniki kart, które mogą być stosowane z kartami o niskiej lub wysokiej częstotliwości.
• Zdalna kontrola poprzez interfejs internetowy wbudowany w jednostce iPDU Gen 5.
• Model ACF06 zawiera opcjonalną klawiaturę, która umożliwia dostęp do szafy za pomocą kodu PIN.
• Model ACF06 może wykorzystywać podwójne uwierzytelnianie w postaci przeciągnięcia karty i wpisania kodu PIN.

Ilustracja 5: opcjonalna klamka zabezpieczająca Smart Zone G5 posiada zintegrowany czujnik wilgotności oraz diody LED stanu i może być skonfigurowana do pracy z klawiaturą kontroli dostępu. (Źródło ilustracji: Panduit)

Jednostki iPDU do instalacji brzegowych

Z myślą o ośrodkach brzegowego przetwarzania danych oraz innych zastosowaniach, w których mogą być używane moduły iPDU o maksymalnej temperaturze pracy 40°C, firma Orion Fans oferuje serię Smart Switched PDU wyposażoną w gniazda ze zdalnymi funkcjami uruchamiania sekwencyjnego, kontroli i monitorowania. Moduły Smart Switched PDU monitorują poszczególne gniazda, a w przypadku przekroczenia wartości granicznej określonej przez użytkownika wysyłają ostrzeżenie w postaci wiadomości e-mail, pułapki lub alarmu dźwiękowego. Pozostałe funkcje:

• Sterowanie zasilaniem na poziomie gniazda i monitorowanie urządzeń montowanych w szafach
• Praca w temperaturze od 0 do 40°C
• Monitorowanie zasilania za pomocą miernika, sieci lub prostego protokołu zarządzania siecią (SNMP)
• Protokoły komunikacyjne http, https, SNMP, DHCP i UDP
• Cyfrowy miernik rzeczywistego prądu skutecznego (RMS) w jednostce PDU
• Dołączone oprogramowanie umożliwia kontrolę i analizę w celu zwiększenia sprawności energetycznej, zmniejszenia kosztów operacyjnych i minimalizacji czasu przestojów

Przykładowo model OSP-V-16-23-16-N1 zawiera 14 gniazd IEC320 C13 i 2 gniazda IEC320 C19, wejście IEC320 C20, 3-metrowy przewód zasilający IEC320 C19 do C20 oraz wyłącznik automatyczny 16A. Natomiast model OSP-H-16-23-08-N1 posiada 8 gniazd IEC320 C13, wejście IEC320 C20, zamknięty przewód zasilający IEC320 C19 do C20 o długości 3 metrów oraz wyłącznik 16A z trzycyfrowym miernikiem prądu 20A o rozdzielczości 0,1A (ilustracja 6).

Ilustracja 6: jednostka OSP-H-16-23-08-N1 iPDU posiada 8 gniazd IEC320 C13 oraz trzycyfrowy miernik prądu o rozdzielczości 0,1A. (źródło ilustracji: Orion Fans)

Podsumowanie

Chmurowe i brzegowe ośrodki przetwarzania danych wymagają jednostek iPDU różniących się również pod względem temperatury pracy, oczekiwań niezawodności, dostępności, bezpieczeństwa, kontroli zasilania i monitorowania. Inżynierowie sieciowi mogą wybierać spośród jednostek iPDU spełniających określone wymagania instalacji brzegowych i chmurowych umożliwiające opracowanie bardziej ekologicznych rozwiązań oraz optymalizację kosztów i wydajności.