Jak používat inteligentní rozvod napájení k maximalizaci dostupnosti sítě

Obavy z rostoucích nákladů na energii nutí provozovatele datových center a dalších síťových instalací přehodnotit, jak jsou zařízení strukturována, včetně měnících se očekávání, jak mohou inteligentní jednotky rozvodu napájení („intelligent power distribution units“, iPDU) přispět k ekologičtějšímu, spolehlivějšímu a levnějšímu provozu, což vše přispívá ke zlepšení dostupnosti sítě. Rostoucí množství typů datových center navíc vyžaduje různé přístupy při specifikaci a integraci iPDU, od velkých datových center, která podporují cloud computing, až po mnohem menší edge datová centra rozptýlená v továrnách, skladech a dalších budovách. Velká datová centra jsou provozována s iPDU v horkých uličkách s teplotou 60 °C, aby se snížila nutnost chlazení a spotřeba energie. Pro srovnání, edge datová centra pracují při maximálních teplotách 40 °C, které odpovídají prostředí budov, ve kterých se nacházejí.

Specifikace a provozní charakteristiky iPDU musí odpovídat prostředí, ve kterém jsou nasazeny. Stále více se očekává, že iPDU budou podporovat vzdálené monitorování energie a ovládání, aby se ve všech případech optimalizovala dostupnost.

V tomto článku jsou porovnána a popsána různá provozní prostředí a očekávání týkající se iPDU v cloudovém a edge prostředí, včetně hardwaru i softwaru, spolu s doporučeními pro nasazení. Poté jsou zde představeny iPDU vhodné pro cloudová a edge datová centra od společností Panduit a Orion Fans.

Tři z vlastností cloudových a edge prostředí, které ovlivňují výběr iPDU, jsou rozdíly v teplotě prostředí, rozdíly v architektuře síťové komunikace a rozdíly v hustotě zařízení. Pravděpodobně nejzásadnějším rozdílem mezi cloudovým a edge prostředím je očekávání provozu při teplotě až 40 °C u většiny edge instalací ve srovnání s provozem při 60 °C v cloudových datových centrech (obrázek 1). Horké a studené uličky minimalizují v cloudových prostředích potřeby chlazení a snižují náklady na energii, což jsou ve velkých datových centrech hlavní provozní náklady. iPDU se obvykle nacházejí v horké uličce a musí být dimenzovány na 60 °C.

Obrázek 1: iPDU v cloudových datových centrech musí pracovat při 60 °C, aby mohly být instalovány v horkých uličkách. (Zdroj obrázku: společnost Panduit)

Při provozu s horkými a studenými uličkami musí být dále podle požadavků americké profesní asociace konstruktérů vytápění, ventilace, chlazení a klimatizace („American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers“, ASHRAE) umístěny tři senzory teploty a jeden senzor vlhkosti (nazýváno „3T + H“) na přední straně skříně ve studené uličce a pouze jeden senzor teploty v zadní části skříně v horké uličce. V důsledku toho mohou iPDU, které podporují více vstupů senzorů, eliminovat potřebu zprostředkujícího 1RU zařízení pro senzory a mohou být v cloudových datových centrech důležitým faktorem.

Zatímco jak edge, tak cloudové instalace oceňují vysokou dostupnost, v cloudových prostředích má relativně větší důležitost. U jednotek nainstalovaných v cloudových datových centrech musí být modul řídicí jednotky v iPDU vyměnitelný za provozu. Možnost výměny modulu řídicí jednotky za provozu minimalizuje prostoje, což je v cloudu zásadním faktorem. Kromě toho je gigabitový ethernet v cloudu mnohem rozšířenější než jiné rychlosti připojení a iPDU v cloudu těží z podpory připojení gigabitového ethernetu, které není u edge instalací tak vysoce ceněno. Cloudové instalace navíc obecně vyžadují iPDU, které podporují vyšší úrovně zabezpečení a složitější software pro monitorování a správu napájení.

V cloudových datových centrech se nacházejí racky s vyšší hustotou oproti edge centrům, a hustota výkonu je proto při výběru iPDU pro cloudová zařízení důležitým faktorem. iPDU v cloudových datových centrech těží z vyšší hustoty zásuvek, ale stále musí poskytovat vysokou úroveň inteligentního řízení a monitorování napájení, aby podporovaly vyšší hustoty napájení.

V cloudových i edge instalacích je hlavní příčinou prostojů zařízení náhodné odpojení napájecího kabelu. Nejčastější příčinou náhodného odpojení v iPDU je vliv vibrací a gravitace v průběhu času, které časem táhnou ze napájecí kabely. Nejedná se o „chybu uživatele“. Konstrukce iPDU, která minimalizuje vliv vibrací a gravitace na napájecí kabely, a tím také náhodná odpojení, může být v edge instalacích důležitá a v cloudových zařízeních je vyžadována.

iPDU dimenzované při plné zátěži na 60 °C

Technici datových center mohou k řešení potřeb rozvodu napájení, dostupnosti, zabezpečení a monitorování cloudových instalací využívat inteligentní PDU G5 (iPDU Gen 5) společnosti Panduit. iPDU Gen 5 mají při plné zátěži provozní teplotu 60 °C. Mají také senzorové vstupy pro podporu požadavku asociace ASHRAE na konfiguraci 3T + H ve studené uličce a teplotní senzor v horké uličce bez zprostředkujícího zařízení 1RU. Digitální samoidentifikační senzory lze zapojit přímo do iPDU, což urychluje instalaci.

Inteligentní síťová řídicí jednotka („intelligent network controller“, iNC) v iPDU Gen 5 je vyměnitelná za provozu, aby podporovala maximální dobu provozuschopnosti (obrázek 2). Obsahuje OLED displej s vysokou viditelností, ovládání resetování / výchozího továrního nastavení, tlačítka pro výběr nabídky, stavový LED indikátor, USB konektor pro aktualizaci firmwaru a konfiguraci a/nebo volitelné připojení automatického osvětlení racku, 1Gb ethernetový port pro síťová připojení, výstup PDU a vstup PDU / sériové porty pro řetězení více jednotek iNC a dva senzorové porty, z nichž každý lze pomocí volitelného rozšiřujícího portu senzoru připojit až ke 4 senzorům, celkem tedy 8 senzorům.

Obrázek 2: Jednotka iNC v iPDU Gen 5 je vyměnitelná za provozu, aby podporovala maximální dobu provozuschopnosti. Podporuje také širokou škálu monitorovacích a řídicích funkcí. (Zdroj obrázku: společnost Panduit)

Zřetězit lze až čtyři iPDU a připojit je ke dvěma různým zabezpečeným síťovým připojením pro:

• Monitorování spotřeby energie a sledování dat v síti zařízení
• Správu a monitorování až čtyř iPDU v racku s použitím pouze jedné IP adresy (obrázek 3)

Každá iPDU v řetězci může být připojena až k osmi senzorům, přes jediné připojení může tedy celkem být 32 senzorů. Kromě toho je k dispozici redundantní konfigurace síťového přístupu pomocí dvou iPDU.

Obrázek 3: Pomocí jedné IP adresy mohou být vzájemně propojeny až 4 iPDU Gen 5. (Zdroj obrázku: společnost Panduit)

Ve velkých datových centrech je potřeba monitorovat a identifikovat neefektivitu za účelem zlepšení provozní efektivity, snížení nákladů a minimalizace ekologické stopy. Zařízení iPDU Gen 5 podporují komplexní a přesný software pro měření energie k efektivnímu využívání zdrojů energie, k informovaným rozhodnutím o plánování kapacity a zlepšují dobu provozuschopnosti a měří efektivitu využití energie („power usage effectiveness“, PUE). Tyto iPDU nabízejí nezbytné měření energie, monitorování a ovládací prvky, a podporují tak neustálé zlepšování spotřeby energie, včetně následujících možností:

• Měření a monitorování energie na úrovni PDU
  • Měření energie ve watthodinách (kWh)
  • Měření výkonu (W)
  • Měření výkonu na úrovni vstupní fáze včetně V, A, VA, kWh a účiníku (pf)
  • Měření proudu na úrovni jističe
  • Možnosti fakturačního měření
  • Integrovaná paměť pro záznam/zobrazení/hlášení dat historie
  • Přizpůsobitelné prahové hodnoty alarmů a upozornění
• Ovládací prvky na výstupní úrovni
  • Vzdálené zapínání a vypínání pomocí samostatné zásuvky
  • Uživatelem definované časové zpoždění zapnutí pro postupné zapínání zařízení a zabránění přetížení náběhovým proudem
  • Role přidělitelné uživatelům a úrovně zabezpečení přístupu
• Měření spotřeby energie na výstupní úrovni
  • Měření energie ve watthodinách (kWh)
  • Měření výkonu včetně V, A, VA, W a pf
  • Data pro výpočty indikátoru PUE kategorie 3 definovaného sdružením Green Grid

iPDU Gen 5 poskytují vysoké hustoty napájení, mají až 48 zásuvek a standardně se dodávají se vstupním napájecím kabelem o délce 3 metry (10 stop). Jsou k dispozici s řadou montážních konfigurací, včetně vertikální (0U) nebo horizontální (1U nebo 2U). Například model P36D08M má jmenovité hodnoty 30 A na fázi, tvarový faktor 0U FULL, je vybaven vstupní zástrčkou L15-30P, 3 jističi, zvládne 8,6 kW a je vybaven 36 zásuvkami (30 typu C13 a 6 typu C19).

Konstruktéři používající iPDU Gen 5 si mohou vybrat mezi dvěma různými řešeními problému náhodného odpojení. Standardní zásuvky C13 a C19 mají vedle sebe integrovanou zapuštěnou drážku pro nevodivý stahovací pásek kabelů, který efektivně eliminuje účinky vibrací a gravitace. Tyto zásuvky jsou sice levnější, ale při použití stahovací pásky vznikají náklady na práci a páska nezajistí napájecí kabel na straně zařízení. iPDU Gen 5 jsou k dispozici se zajišťovacími kabely, které se bezpečně zacvaknou na místo, aby bylo možné dosáhnout komplexnějšího řešení. Konec pro zařízení má kromě toho univerzální uzamykací mechanismus, který se uzamkne k IT zařízení a zajistí trvalé uchycení kabelů na obou koncích. V závislosti na potřebách instalace mohou zadavatelé použít iPDU Gen 5, které kombinují zásuvky s drážkami pro stahovací pásky a zajišťovací zásuvky (obrázek 4). Cloudová datová centra mají navíc velké množství napájecích kabelů napájejících strany A a B v zadní části skříně, což může kabelový management komplikovat. Ke zjednodušení identifikace a managementu kabelů na straně A a B nabízejí iPDU Gen 5 barevné stahovací pásky, barevné označovací pásky a barevné napájecí kabely (jak zajišťovací, tak nezajišťovací).

Obrázek 4: iPDU Gen 5 nabízejí výběr stahovacích pásek nebo zajišťovacích zásuvek, které řeší problémy s náhodným odpojením. (Zdroj obrázku: společnost Panduit)

K zajištění řízení přístupu pro až 200 uživatelů lze s iPDU Gen 5 použít volitelnou bezpečnostní kliku Panduit Smart Zone G5. Klika obsahuje stavový indikátor LED, který informuje o stavu zabezpečení kliky, a výstražný indikátor LED indikující stav skříně. Je také vybavena integrovaným senzorem vlhkosti a vyhrazenými senzory teploty a dveřního alarmu, které zjednodušují instalaci senzorů a splňují standardy asociace ASHRAE (obrázek 5). Bezpečnostní klika G5 obsahuje stavítka zámku vyměnitelná na místě a klíče a nabízí čtyři způsoby řízení přístupu ke skříni:

• S nízkofrekvenčními, nebo vysokofrekvenčními kartami lze použít dvoufrekvenční čtečky karet.
• Přístup lze vzdáleně ovládat přes webové rozhraní obsažené v iPDU Gen 5.
• Model ACF06 obsahuje volitelnou klávesnici, která umožňuje přístup do skříně pomocí bezpečnostního kódu PIN.
• Když je vyžadováno přiložení karty a zadání na klávesnici, může model ACF06 provádět duální ověřování.

Obrázek 5: Volitelná bezpečnostní klika Smart Zone G5 má integrovaný senzor vlhkosti a stavové LED indikátory. Lze ji nakonfigurovat s integrovanou klávesnicí pro řízení přístupu, nebo bez ní. (Zdroj obrázku: společnost Panduit)

iPDU pro edge instalace

Pro edge datová centra a další aplikace, které mohou používat iPDU dimenzované na provoz při maximálně 40 °C, nabízí společnost Orion Fans řadu chytrých spínaných PDU, která obsahuje zásuvky, které lze vzdáleně postupně spouštět, ovládat a monitorovat. Chytré spínané jednotky PDU jednotlivě monitorují všechny zásuvky a v případě, že dojde k překročení uživatelem definované prahové hodnoty, odešlou varování prostřednictvím e-mailu, depeší nebo zvukového alarmu. Mezi další funkce patří:

• Řízení a monitorování napájení na úrovni zásuvky pro zařízení s montáží do racku
• Provoz od 0 do 40 °C
• Monitorování napájení pomocí měřiče, webu nebo protokolu SNMP („simple network managing protocol“)
• Komunikační protokoly http, https, SNMP, DHCP a UDP
• Digitální měřič efektivní hodnoty (RMS) proudu na PDU
• Dodávaný software nabízí ovládání a analýzy ke zlepšení energetické účinnosti, snížení provozních nákladů a minimalizaci prostojů

Například model OSP-V-16-23-16-N1 obsahuje 14 zásuvek IEC320 C13 a 2 zásuvky IEC320 C19, vstup IEC320 C20, přiložený 3metrový napájecí kabel IEC320 C19 na C20 a 16A jistič. Jinou možností je model OSP-H-16-23-08-N1 s 8 zásuvkami IEC320 C13, vstupem IEC320 C20, přiloženým 3metrovým napájecím kabelem IEC320 C19 na C20 a 16A jističem s tříčíselným 20A měřičem proudu s rozlišením 0,1 A (obrázek 6).

Obrázek 6: iPDU OSP-H-16-23-08-N1 má 8 zásuvek IEC320 C13 a tříčíselný měřič proudu s rozlišením 0,1 A. (Zdroj obrázku: společnost Orion Fans)

Shrnutí

Cloudová a edge datová centra mají různé potřeby týkající se iPDU, včetně různých požadavků na provozní teplotu, různých očekávání spolehlivosti a dostupnosti a různých požadavků na zabezpečení, řízení napájení a monitorování. Síťoví technici si mohou vybrat z iPDU, které vyhovují specifickým požadavkům edge a cloudových instalací a podporují ekologičtější řešení s optimálním vyvážením ceny a výkonu.