Der Zugang zu zuverlässigen und sicheren Cloud-Plattformen ist in unserer vernetzten Gesellschaft unabdingbar geworden. Ohne eine nahezu ununterbrochene Verbindung zum und vom Serverraum, würde alles still stehen. Denn das Rechenzentrum ist zum Herzstück praktisch aller Anwendungen geworden, die wir heute nutzen: von der Automobilindustrie über die Industrie bis hin zur intelligenten Hausautomatisierung. Die Überwachung und Aufrechterhaltung einer konstanten Energieversorgung der riesigen Racks mit Computer- und Speichergeräten ist Voraussetzung zum Betrieb des Rechenzentrums und ein Massstab für dessen Gesamtleistung. Dieser Artikel befasst sich mit der Energieversorgung der Rechenzentren. Er unterstreicht die Notwendigkeit der Überwachung der Stromqualität und benennt die Bausteine des Infrastrukturmanagements für Rechenzentren (DCIM).
Unsere Abhängigkeit von der Verfügbarkeit der Rechenzentren
In knapp zwei Jahrzehnten haben wir uns vollständig vom Zugang zu Rechenzentren abhängig gemacht. Die Cloud-Konnektivität ist allgegenwärtig geworden, egal ob wir zu Hause einen Film streamen, unsere Lieblingsmusik hören oder den Sprachassistenten bitten, die Heizung aufzudrehen. Dasselbe gilt, wenn wir im Auto sitzen und eine Navigations-App nutzen, um unsere Fahrt zu planen. Unsere Fabriken und Büros sind auf einen ständigen Internetzugang für die Fertigung, Prozesssteuerungssysteme und Unternehmensanwendungen angewiesen. Auch Einzelhandelsgeschäfte sind von Rechenzentren abhängig, ohne die Sie wahrscheinlich nicht an Ihren Lieblingskaffee kommen werden.
Für Verbraucher ist diese ständige Konnektivität selbstverständlich. Wir vergessen dabei oft, dass sich hinter unserem Smartphone, unserem Computer und unserem Sprachassistenten eine lange Kette von Telekommunikationsinfrastrukturen verbirgt, die von und zu den Serverräumen führt. Neben den Datennetzen mit hoher Bandbreite, benötigen Rechenzentren Strom, um alles am Laufen zu halten.
Auch in den Rechenzentren ist der globale Trend für mehr Nachhaltigkeit angekommen. Da Rechenzentren eine erhebliche Mengen an Strom verbrauchen, werden deren Ausrüstung und Infrastruktur so energieeffizient wie möglich gestaltet. Die Verfügbarkeit oder „Betriebszeit“ ist ein wichtiger Parameter für die Leistung eines Rechenzentrums. In der Rechenzentrumsbranche entspricht das „Five Nines“-Ziel von 99,999 % Verfügbarkeit einer tatsächlichen Ausfallzeit von etwa 5 Minuten pro Jahr oder weniger als einer Sekunde pro Tag. Das ist erstaunlich wenig.
Um diese beeindruckende Zuverlässigkeit zu erreichen, werden Server, Speichergeräte und Netzwerkinfrastrukturen dupliziert, um Redundanz aufzubauen. Leider erhöht dies die Komplexität des Stromversorgungssystems in einem hochverfügbaren Rechenzentrum noch weiter.
Die kritische Energiearchitektur eines modernen Rechenzentrums
Die typischen primären Stromversorgungsfunktionen in Rechenzentren sind in Abbildung 1 dargestellt. Der Strompfad vom Stromversorger zu den kritischen Datenservern und Speicherracks wurde hervorgehoben.
Bei Stromausfällen des Versorgungsnetzes sind Notstromaggregate mit automatischen Umschaltern (1 in Abbildung 1) für jedes Rechenzentrum von entscheidender Bedeutung, da sie die bereitgestellte Energie kontinuierlich auf mögliche Anomalien oder drohende Ausfälle hin überprüfen und sofort auf die Notstromversorgung umschalten. Schaltanlagen (2) spielen eine wichtige Rolle bei der Trennung und dem Schutz des Rechenzentrums vom Primärnetz und bei der Verteilung der Generatorleistung. Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (3) gleichen Stromausfälle aus und überbrücken die Zeit zwischen dem Ausfall des Primärnetzes und dem Einschalten der Notstromgeneratoren. USVs schützen kritische Geräte vor harmonischen Verzerrungen, Schalttransienten und Frequenzschwankungen. Der letzte Teil (4) der Stromversorgungssystemarchitektur sind die Stromverteilungsschränke, die die wichtigen Verbraucher zuverlässig mit Strom versorgen.
Da die Ausrüstung von Rechenzentren viel Wärme erzeugt, ist für einen reibungslosen Betrieb Kühlung erforderlich. Abbildung 2 zeigt die typischen Geräte, die für die Heizung, Lüftung und Klimatisierung (HLK) der Gerätehallen und Racks verwendet werden. Diese werden in den grossen Dateninfrastrukturen von allen Gebäudemanagementsystemen (GMS) überwacht und gesteuert.
Die Stromversorgungs- und Kühlungsinfrastruktur muss kontinuierlich überwacht und optimiert werden, um ein energieeffizientes Rechenzentrum zu schaffen, das weniger Energie verbraucht und nachhaltiger ist. Ein DCIM-System (Data Center Information Management) mit einem integrierten Energiemanagementsystem (EMS) und einem Gebäudemanagementsystem (BMS) ist für die kritische Energieüberwachung unerlässlich.
Überwachung der Infrastruktur des Rechenzentrums und der Stromqualität mit einem integrierten Netzwerk
Um ein umfassendes DCIM einzurichten, muss jedes Teil der Energieanlage des Rechenzentrums − von der Stromverteilung über die Kühlung und die USV bis hin zu den elektrischen Schaltanlagen − mit einer einzigen Kontrollraumanwendung verbunden werden. Ein stabiles und sicheres Netzwerk ist die Grundlage für eine erfolgreiche DCIM-Implementierung mit mehreren Netzwerkgeräten wie Layer 2- und 3-Gigabit-Ethernet-Switches, Seriell-zu-Ethernet-Modbus-Gateways, Remote-IOs und Terminalserver.
Moxa ist ein weltweit führender Anbieter von Industriecomputern und kritischen Netzwerkinfrastrukturlösungen, die Konnektivität für das industrielle Internet der Dinge (IIoT) und Rechenzentren ermöglichen.
Zu den Moxa-Produkten, die für DCIM-Implementierungen entwickelt wurden, gehören Seriell-zu-Ethernet Modbus-Gateways und Remote I/O. Ein Beispiel für ein Modbus-Gateway ist die MGate MB3170/MB3270 -Serie von Modus-Gateways mit einer bzw. zwei Seriell-zu-Ethernet-Schnittstellen (10/100BaseTX)(Abbildung 3). Die Serie kann bis zu 32 Modbus-TCP-Server und bis zu 31 oder 62 Modbus-RTU/ASCII-Slaves anschliessen und eignet sich ideal für die Überbrückung von Umgebungen der Betriebstechnologie (OT) und der Informationstechnologie (IT), wie sie typischerweise bei der Implementierung von Energie- und Kühlmanagement anzutreffen sind. Moxa MGate ist ein bewährtes Produkt, das in mehr als 10.000 Schaltanlagen von Rechenzentren auf der ganzen Welt installiert wurde, um die digitalen Zählerdaten für DCIM zu erfassen.
Die MGate MB3660-Serie redundanter Ethernet-Modbus-Gateways mit 8 und 16 Ports (Abbildung 5) eignet sich für größere DCIM-Implementierungen und ist für bis zu 256 Modbus-TCP-Clients zugänglich und kann bis zu 128 Modus-TCP-Server verbinden.
Ein Beispiel für ein Remote-IO mit 2 Anschlüssen ist die ioLogik E1200-Serie (Abbildung 4). Die E1200-Serie unterstützt benutzerdefinierbare Modbus-TCP-Slave-Adressierung, die RESTful-API-Protokolle für IIoT-Anwendungen und zwei Ethernet-Ports, die Upstream- und Downstream-Daisy-Chaining ermöglichen. Die Geräte unterstützen die folgenden 6 Protokolle: SNMP, RESTful, Moxa MXIO, Modbus TCP, EtherNet/IP und Moxa AOPC.
Die Five-Nines-Verfügbarkeit eines energieeffizienten Rechenzentrums beginnt mit redundantem Design und DCIM
Von der Cloudspeicherung zurück zum Datacenter vor Ort Neurale maschinelle Netzwerke, hochkapazitives Medienstreaming und die Navigations-App bei der nächsten Autofahrt fressen Bandbreite und sind abhängig von der Verfügbarkeit der Datencenter Um diese Ziele zu erreichen und eine energieeffiziente und nachhaltige Einrichtung zu betreiben, ist die Implementierung eines Informationsmanagementsystems für Rechenzentren unerlässlich. Moxa bietet industrietaugliche Netzwerkinfrastrukturgeräte, die die OT- und IT-Welt miteinander verbinden, um eine zuverlässige und robuste Konnektivitätslösung für DCIM zu schaffen.
Distrelec ist ein autorisierter Moxa-Partner.
