Verkon saatavuuden maksimointi älykkäällä tehonjakelulla

Huoli kasvavista energiakustannuksista saa datakeskusten ja muiden verkkojärjestelmien operaattorit pohtimaan uudelleen tilojen rakennetta. Heillä on myös muuttuvia odotuksia sen suhteen, miten älykkäät tehonjakeluyksiköt (iPDU) voivat edistää vihreämpää, luotettavampaa ja edullisempaa toimintaa, mikä kaikki parantaa verkon saatavuutta. Lisäksi yhä useammat erilaiset datakeskustyypit edellyttävät erilaisia lähestymistapoja älykkäiden tehonjakeluyksiköiden valintaan ja integrointiin – aina suurista pilvipalveluja tukevista datakeskuksista paljon pienempiin verkon reunalla sijaitseviin, tehtaisiin, varastoihin jne. muihin tiloihin sijoitettuihin datakeskuksiin. Suurissa datakeskuksissa älykkäitä tehonjakeluyksiköitä käytetään kuumissa käytävissä lämpötiloissa 60 °C jäähdytystarpeen ja energiankulutuksen vähentämiseksi. Sitä vastoin reunalla sijaitsevat datakeskukset toimivat enintään 40 °C:n lämpötiloissa, mikä vastaa paremmin laitosympäristöä, jossa niitä käytetään.

Älykkäiden tehonjakeluyksiköiden spesifikaatiot ja käyttöominaisuudet on sovitettava niiden käyttöympäristöön. Niiden odotetaan yhä enemmän tukevan energian etävalvontaa ja -ohjausta käytettävyyden optimoimiseksi kaikissa tapauksissa.

Tässä artikkelissa vertaillaan älykkäiden tehonjakeluyksiköiden toimintaympäristöjä ja odotuksia pilvi- ja reunaympäristöissä kattaen laitteistot ja ohjelmistot sekä käyttöönottosuositukset. Siinä esitellään sen jälkeen valmistajien Panduit ja Orion Fans pilvi- ja reunadatakeskuksiin soveltuvat tehonjakeluyksiköt.

Kolme älykkään tehonjakeluyksikön valintaan vaikuttavaa pilvi- ja reunaympäristöjen ominaisuutta ovat erot lämpöympäristöissä, erot verkkoviestintäarkkitehtuurissa ja erot laitetiheyksissä. Todennäköisesti haastavin ero pilvi- ja reunaympäristöjen välillä on se, että useimpia reunajärjestelmiä voidaan käyttää enintään lämpötilassa 40 °C, kun taas pilvipalvelukeskuksissa lämpötila voi olla jopa 60 °C (kuva 1). Pilviympäristöissä kuumat ja kylmät käytävät minimoivat jäähdytystarpeen ja vähentävät energiakustannuksia, jotka ovat suurten datakeskusten suurin käyttökustannuserä. Älykkäät tehonjakeluyksiköt sijoitetaan yleensä kuumiin käytäviin, ja niiden lämpötilaluokituksen täytyy olla 60 °C.

Kuva 1: Pilvipalvelukeskuksissa käytettävien älykkäiden tehonjakeluyksiköiden täytyy kyetä toimimaan lämpötilassa 60 °C, jotta ne voidaan asentaa kuumiin käytäviin. (Kuvan lähde: Panduit)

Lisäksi American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) vaatii kuumia ja kylmiä käytäviä käytettäessä kolme lämpötila-anturia ja yhden kosteusanturin (nimeltään ”3T + H”) kaapin etupuolelle kylmässä käytävässä ja vain yhden lämpötila-anturin kaapin takapuolelle kuumassa käytävässä. Tämän vuoksi useita anturituloja tukevissa älykkäissä tehonjakeluyksiköissä anturit eivät tarvitse 1RU-välilaitetta. Tämä on tärkeä näkökohta pilvipalvelukeskuksissa.

Vaikka hyvä saatavuus on tärkeää sekä reuna- että pilvijärjestelmissä, sen merkitys korostuu pilviympäristöissä. Pilvipalvelukeskuksiin asennettavissa älykkäissä tehonjakeluyksiköissä on käytettävä ohjainmoduulia, jonka voi vaihtaa virtaa katkaisematta. Se, että ohjainmoduuli voidaan vaihtaa käytön aikana, minimoi käyttökatkokset, mikä on pilvipalveluiden kannalta erittäin tärkeä seikka. Lisäksi gigabitin (Gb) Ethernetiä käytetään pilvessä muita yhteysnopeuksia enemmän. Pilvessä käytettäville älykkäille tehonjakeluyksiköille on hyötyä Gb Ethernet -yhteyden tukemisesta, mutta se ei ole yhtä tärkeä reuna-asennuksissa. Lisäksi pilvijärjestelmissä vaaditaan yleensä korkeampaa tietoturvatasoa ja kompleksisempia tehonvalvonta- ja hallintaohjelmistoja tukevia älykkäitä tehonjakeluyksiköitä.

Pilvipalvelukeskuksissa käytetään korkeamman tiheyden räkkejä kuin reunajärjestelmissä, joten tehotiheys on tärkeä tekijä valittaessa älykästä tehonjakeluyksikköä pilvijärjestelmiä varten. Korkeammasta lähtötiheydestä on etua pilvipalvelukeskusten tehonjakeluyksiköissä, mutta niiden on silti tarjottava korkeatasoinen älykäs virran ohjaus ja seuranta korkeampien tehotiheyksien tukemiseksi.

Virtajohtojen tahattomat irtoamiset ovat suurin syy laitteiden käyttökatkoksiin sekä pilvi- että reunajärjestelmissä. Älykkäissä tehonjakeluyksiköissä tahatonta irtoamista aiheuttavat eniten tärinä ja painovoima, sillä ne kohdistavat vetoa virtajohtoihin ajan mittaan. Kyse ei ole ”käyttäjävirheestä”. Sellaisten tehonjakeluyksiköiden suunnittelu, jotka minimoivat tärinän ja painovoiman vaikutuksen virtakaapeleihin ja siten vahingossa tapahtuvat irtoamiset, on tärkeää reunajärjestelmissä ja sitä vaaditaankin pilvipalvelukeskuksissa.

Älykkäät tehonjakeluyksiköt, joiden lämpötilaluokitus täyskuormituksella on 60 °C

Datakeskusinsinöörit voivat käyttää Panduitin älykkäitä G5 PDU (Gen 5 iPDU) -yksiköitä ja ratkaista niiden avulla pilvijärjestelmien tehonjakelun, saatavuuden, turvallisuuden ja valvonnan tarpeet. Gen 5 iPDU -yksiköiden käyttölämpötila on 60 °C täyskuormituksella. Niissä on myös anturitulot, jotka tukevat ASHRAE-vaatimuksia kolmesta lämpötila-anturista ja yhdestä kosteusanturista (3T + H) kylmässä käytävässä ja yhdestä lämpötila-anturista kuumassa käytävässä ilman 1RU-välilaitetta. Digitaaliset itsetunnistavat anturit voidaan kytkeä suoraan älykkääseen tehonjakeluyksikköön, mikä nopeuttaa niiden käyttöönottoa.

Gen 5 iPDU -yksikköjen älykäs verkko-ohjain (iNC) on mahdollista vaihtaa käytön aikana käyttöajan maksimoimista varten (kuva 2). Verkko-ohjaimen ominaisuuksin kuuluvat hyvin näkyvä OLED-näyttö, nollaus/tehdasasetuspainike, valintapainikkeet valikkoa varten, tilaledi, USB-liitäntä laiteohjelmisto- ja konfiguraatiopäivityksiä ja/tai valinnaista automaattista räkkivalaistuksen liitäntää varten, 1 Gb:n Ethernet-portti verkkoyhteyksiä varten, PDU-lähtö ja PDU-tulo / sarjaportit useiden iNC-ohjaimien ketjuttamista varten sekä kaksi anturiporttia, joista kumpaankin voidaan liittää jopa neljä anturia (eli yhteensä kahdeksan anturia) valinnaisen anturilaajennusportin avulla.

Kuva 2: Gen 5 iPDU -yksiköiden iNC voidaan vaihtaa käytön aikana, mikä mahdollistaa laitteen käyttöajan maksimoinnin. Laite tukee monenlaisia valvonta- ja ohjaustoimintoja. (Kuvan lähde: Panduit)

Jopa neljä älykästä tehonjakeluyksikköä voidaan ketjuttaa yhteen ja liittää kahteen eri turvalliseen verkkoyhteyteen:

• virrankulutuksen valvontaan ja datan seurantaan laitosverkossa
• jopa neljän räkkiin asennetun tehonjakeluyksikön hallintaan ja valvontaan käyttämällä vain yhtä IP-osoitetta (kuva 3).

Kuhunkin ketjutettuun tehonjakeluyksikköön voidaan liittää jopa kahdeksan anturia, jolloin yhdessä ainoassa liitännässä voi olla yhteensä 32 anturia. Lisäksi kahden tehonjakeluyksikön käyttö mahdollistaa redundantin verkkopääsykonfiguraation.

Kuva 3: Jopa neljä Gen 5 iPDU -yksikköä voidaan ketjuttaa yhteen IP-osoitteeseen. (Kuvan lähde: Panduit)

Suurissa datakeskuksissa on tarpeen seurata ja tunnistaa tehottomuudet toimintatehokkuuden parantamiseksi, kustannusten vähentämiseksi ja ympäristöjalanjäljen minimoimiseksi. Gen 5 iPDU -yksiköt tukevat kattavaa ja tarkkaa energiamittausohjelmistoa. Sen avulla tehoresursseja voidaan käyttää tehokkaasti, tehdä tietoon perustuvia kapasiteettisuunnittelupäätöksiä, lisätä käyttöaikaa ja mitata virrankulutuksen tehokkuutta (PUE). Nämä älykkäät tehonjakeluyksiköt tarjoavat tarvittavan energiamittauksen, -valvonnan ja -ohjauksen energiankäytön jatkuvaa kehittämistä varten:

• PDU-tason energiamittaus ja -valvonta
  • wattituntiperusteinen energiamittaus (kWh)
  • tehomittaukset (W)
  • tulovaihetason tehomittaukset, mukaan lukien V, A, VA, kWh ja tehokerroin (pf)
  • katkaisijatason virranmittaukset
  • laskutukseen liittyvät mittaustoiminnot
  • integroitu muisti historiatietojen tallentamista/tarkastelua/raportointia varten
  • muokattavat hälytysrajat ja ilmoitukset
• pistorasiakohtaiset ohjaustoiminnot
  • yksittäisten pistorasioiden virran kytkeminen päälle ja pois päältä etäohjatusti
  • käyttäjä voi määrittää viiveitä virran kytkentään ja näin määrittää laitejärjestyksen ja välttää liian korkeat kytkentävirrat
  • käyttäjän määritettävissä olevat roolit ja käyttöoikeuksien suojaustasot
• pistorasiakohtainen energiamittaus
  • wattituntiperusteinen energiamittaus (kWh)
  • virtamittaukset, mukaan lukien V, A, VA, W ja pf
  • tiedot Green Grid -tason 3 PUE-laskelmia varten.

Gen 5 iPDU -tehonjakeluyksiköt tarjoavat korkean tehotiheyden, sisältävät jopa 48 lähtöä ja vakiona kolmen metrin (10 jalan) virtajohdon. Niitä on saatavana erilaisilla asennuskonfiguraatioilla, kuten pystysuorina (0U) tai vaakasuorina (1U tai 2U) malleina. Esimerkiksi mallin P36D08M luokitus on 30 A vaihetta kohti, sen koko on 0U FULL ja siihen kuuluu L15-30P-tulopistoke ja 3 katkaisijaa. Sen teholuokitus on 8,6 kW ja se tarjoaa 36 lähtöä (30 kpl C13 ja 6 kpl C19).

Gen 5 iPDU -yksikköä käyttävillä suunnittelijoilla on valittavissa kaksi eri ratkaisua tahattoman irtoamisen ongelmaan. C13- ja C19-standardilähtöjen vieressä on sähköä johtamattoman nippusiteen kiinnitykseen tarkoitetut upotetut aukot. Nippusiteellä eliminoidaan tehokkaasti tärinän ja painovoiman vaikutus. Vaikka nämä pistorasiat ovat edullisempia, nippusiteiden käyttäminen aiheuttaa työvoimakustannuksia, eikä se kiinnitä virtajohtoa laitteen puolella. Gen 5 iPDU -yksiköt ovat saatavana myös lukittavilla kaapeleilla, jotka napsautetaan turvallisesti paikalleen ja jotka tarjoavat näin monipuolisemman ratkaisun. Lisäksi laitepäässä on yleiskäyttöinen lukitusmekanismi, joka lukkiutuu IT-laitteeseen ja takaa kestävän kaapelikiinnityksen molemmissa päissä. Suunnittelijat voivat käyttää asennustarpeista riippuen Gen 5 iPDU -yksikköjä, joissa on sekä nippusidepaikoilla varustettuja lähtöjä että lukittavia lähtöjä (kuva 4). Lisäksi pilvipalvelukeskuksissa on suuri määrä virtakaapeleita, jotka syöttävät A- ja B-puolia kaapin takaosassa, mikä voi vaikeuttaa kaapelinhallintaa. Gen 5 PDU -yksiköt tarjoavat värillisiä nippusiteitä, värillisiä merkintähihnoja ja värillisiä virtakaapeleita (sekä lukittavia että lukitsemattomia) A- ja B-puolen kaapeleiden tunnistamisen ja hallinnan helpottamiseksi.

Kuva 4: Gen 5 iPDU -yksiköt tarjoavat vaihtoehtoina nippusiteet tai lukittavat lähdöt, joilla vältetään tahattoman irtoamisen aiheuttamat ongelmat. (Kuvan lähde: Panduit)

Lisävarusteena saatavaa Panduit Smart Zone G5 -turvakahvaa voidaan käyttää Gen 5 iPDU -yksikön kanssa jopa 200 käyttäjän käyttöoikeuksien hallintaan. Kahvassa on kahvan turvallisuustilan ilmaiseva tilaledi ja kaapin kunnon näyttävä majakkaledi. Kahvaan on myös integroitu kosteusanturi sekä dedikoidut lämpötila- ja ovihälytysanturit, jotka helpottavat anturin asennusta ja täyttävät ASHRAE-standardit (kuva 5). G5-turvakahva sisältää vaihdettavat lukkosylinterit ja avaimet sekä tarjoaa neljä tapaa valvoa kaappiin pääsyä:

• Kahden taajuuden kortinlukijoita voidaan käyttää joko matala- tai korkeataajuuskorttien kanssa.
• Pääsyä voidaan etäohjata Gen 5 iPDU -yksikön sisältämän verkkokäyttöliittymän kautta.
• Malliin ACF06 on saatavana valinnainen näppäimistö, joka mahdollistaa kaapin avaamisen pin-turvakoodin avulla.
• Mallilla ACF06 voidaan toteuttaa kaksoistodennus, jos halutaan käyttää sekä kortin pyyhkäisyä että näppäimistöä.

Kuva 5: Lisävarusteena saatavaan Smart Zone G5 -turvakahvaan on integroitu kosteusanturi ja tilaledit. Se voidaan konfiguroida kulunvalvontaa varten joko integroidulla näppäimistöllä tai ilman. (Kuvan lähde: Panduit)

Reunajärjestelmiin tarkoitetut älykkäät tehonjakeluyksiköt

Orion Fans tarjoaa Smart Switched PDU -sarjaa reunadatakeskuksiin ja muihin sovelluksiin, joissa voidaan käyttää älykkäitä tehonjakeluyksiköitä maksimin käyttölämpötilan ollessa 40 °C. Sarjan lähdöt voidaan käynnistää peräkkäin ja niitä voidaan ohjata ja valvoa etäyhteyden kautta. Smart Switched PDU -yksiköt valvovat erikseen jokaista pistorasialähtöä. Jos käyttäjän määrittelemä kynnysarvo ylittyy, ne lähettävät varoituksen sähköpostitse, trap-viestin tai äänihälytyksen välityksellä. Muita ominaisuuksia ovat mm.:

• pistorasiakohtainen virran ohjaus ja valvonta räkkiin asennetuille laitteille
• toiminta lämpötila-alueella 0–40 °C
• tehonvalvonta mittarin, verkon tai yksinkertaisen verkonhallintaprotokollan (SNMP) välityksellä
• http-, https-, SNMP-, DHCP- ja UDP-tiedonsiirtoprotokollat
• digitaalinen True RMS -virtamittari PDU-yksikössä
• mukana tuleva ohjelmisto tarjoaa ohjauksen ja analytiikan energiatehokkuuden parantamiseksi, käyttökustannusten vähentämiseksi ja käyttökatkosten minimoimiseksi.

Esimerkiksi malli OSP-V-16-23-16-N1 tarjoaa 14 kpl IEC320 C13- ja 2 IEC320 C19 -lähtöä, yhden IEC320 C20 -tulon sekä 3 metrin pituisen IEC320 C19 -lähdön ja C20-tulon välisen virtajohdon sekä 16 A:n johdonsuojakatkaisijan. Toisaalta OSP-H-16-23-08-N1 tarjoaa 8 kpl IEC320 C13 -lähtöä, yhden IEC320 C20 -tulon, 3 metrin pituisen IEC320 C19 -lähdön ja C20-tulon välisen virtajohdon ja 16 A:n johdonsuojakatkaisijan sekä kolminumeroisen 20 A:n virtamittarin, jonka resoluutio on 0,1 A (kuva 6).

Kuva 6: OSP-H-16-23-08-N1 iPDU tarjoaa 8 kpl IEC320 C13 -lähtöä ja kolminumeroisen virtamittarin, jonka resoluutio on 0,1 A. (Kuvan lähde: Orion Fans)

Yhteenveto

Pilvipalvelu- ja reunadatakeskuksilla on erilaiset tehonjakeluyksikkötarpeet, kuten erilaiset käyttölämpötilavaatimukset, erilaiset luotettavuuteen ja käytettävyyteen liittyvät odotukset sekä erilaiset tietoturvaan, tehonohjaukseen ja -valvontaan kohdistuvat tarpeet. Verkkoinsinöörit voivat valita tehonjakeluyksiköt, jotka sopivat reuna- ja pilvipalvelujärjestelmien erityisvaatimuksiin. Näin he voivat tukea vihreämpiä ratkaisuja, joiden kustannusten ja suorituskyvyn välinen suhde on optimaalinen.