Verwendung intelligenter Stromverteiler zur Maximierung der Netzwerkverfügbarkeit

Die Besorgnis über steigende Energiekosten veranlasst die Betreiber von Rechenzentren und anderen Netzwerkinstallationen dazu, die Struktur ihrer Einrichtungen zu überdenken. Dazu gehören auch veränderte Erwartungen, wie intelligente Stromverteilungseinheiten (iPDUs) zu einem umweltfreundlicheren, zuverlässigeren und kostengünstigeren Betrieb beitragen können, was wiederum zu einer verbesserten Netzwerkverfügbarkeit führt. Hinzu kommt, dass eine wachsende Vielfalt von Rechenzentrumstypen unterschiedliche Ansätze bei der Spezifizierung und Integration von iPDUs erfordert, von großen Rechenzentren, die Cloud Computing unterstützen, bis hin zu viel kleineren Rechenzentren am Netzwerkrand (Edge), die in Fabriken, Lagerhäusern usw. verstreut sind, sowie anderen Einrichtungen. Große Rechenzentren werden mit iPDUs in warmen Gängen mit Temperaturen von 60°C betrieben, um den Kühlbedarf und den Energieverbrauch zu senken. Im Vergleich dazu arbeiten Edge-Rechenzentren mit Höchsttemperaturen von 40 °C, die mit der Umgebung der Einrichtung, in der sie sich befinden, übereinstimmen.

Die Spezifikationen und Betriebseigenschaften von iPDUs müssen an die Umgebung angepasst werden, in der sie eingesetzt werden. Es wird zunehmend erwartet, dass iPDUs die Energieüberwachung und -steuerung aus der Ferne unterstützen, um die Verfügbarkeit in jedem Fall zu optimieren.

Dieser Artikel vergleicht und kontrastiert die Betriebsumgebungen und Erwartungen an iPDUs in Cloud- und Edge-Umgebungen, einschließlich Hardware und Software, sowie Einsatzempfehlungen; anschließend werden für Cloud- und Edge-Rechenzentren geeignete iPDUs von Panduit und Orion Fans vorgestellt.

Drei der Merkmale von Cloud- und Edge-Umgebungen, die sich auf die Auswahl von iPDUs auswirken, sind die Unterschiede in den thermischen Umgebungen, die Unterschiede in den Netzwerkkommunikationsarchitekturen und die Unterschiede in der Gerätedichte. Der wahrscheinlich größte Unterschied zwischen Cloud- und Edge-Umgebungen besteht darin, dass die meisten Edge-Installationen bei einer Temperatur von bis zu 40 °C betrieben werden können, während sie in Cloud-Rechenzentren bei 60 °C arbeiten (Abbildung 1). In Cloud-Umgebungen minimieren heiße und kalte Gänge den Kühlungsbedarf und senken die Energiekosten, die in großen Rechenzentren einen Großteil der Betriebskosten ausmachen. Die iPDUs befinden sich normalerweise im warmen Gang und müssen für 60 °C ausgelegt sein.

Abbildung 1: Die iPDUs in Cloud-Rechenzentren müssen bei 60 °C arbeiten, damit sie in heißen Gängen installiert werden können. (Bildquelle: Panduit)

Darüber hinaus fordert die American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) beim Betrieb von warmen und kalten Gängen drei Temperatursensoren und einen Feuchtigkeitssensor („3T + H“ genannt) an der Vorderseite des Schranks im kalten Gang und nur einen Temperatursensor an der Rückseite des Schranks im warmen Gang. Folglich können iPDUs, die mehrere Sensoreingänge unterstützen, eine zwischengeschaltete 1HE-Anlage für die Sensoren überflüssig machen und sind eine wichtige Überlegung für Cloud-Rechenzentren.

Obwohl sowohl Edge- als auch Cloud-Installationen Wert auf hohe Verfügbarkeit legen, ist sie in Cloud-Umgebungen relativ wichtiger. Das Steuermodul der iPDUs muss im laufenden Betrieb ausgetauscht werden können, wenn die Einheiten in Cloud-Rechenzentren installiert sind. Die Möglichkeit, das Controllermodul im laufenden Betrieb auszutauschen, minimiert die Ausfallzeiten, was in der Cloud von entscheidender Bedeutung ist. Außerdem ist Gigabit-Ethernet (Gb) in der Cloud weiter verbreitet als andere Netzwerkgeschwindigkeiten, und iPDUs in der Cloud profitieren von der Unterstützung von Gb-Ethernet-Vernetzung, die in Edge-Installationen nicht so hoch geschätzt wird. Darüber hinaus erfordern Cloud-Installationen in der Regel iPDUs, die ein höheres Maß an Sicherheit und eine komplexere Software für die Stromüberwachung und -verwaltung unterstützen.

In Cloud-Rechenzentren ist die Rackdichte höher als im Edge-Bereich, so dass die Leistungsdichte ein wichtiger Faktor bei der Auswahl von iPDUs für Cloud-Einrichtungen ist. iPDUs in Cloud-Rechenzentren profitieren von einer höheren Steckdosendichte, müssen aber dennoch ein hohes Maß an intelligenter Leistungssteuerung und -überwachung bieten, um höhere Leistungsdichten zu unterstützen.

Sowohl bei Cloud- als auch bei Edge-Installationen ist das versehentliche Trennen von Stromkabeln eine der Hauptursachen für Geräteausfälle. Die häufigste Ursache für versehentliche Trennungen in iPDUs sind Vibrationen und die Schwerkraft, die im Laufe der Zeit an den Stromkabeln ziehen; es handelt sich dabei nicht um „Benutzerfehler“. Die Entwicklung von iPDUs, die die Auswirkungen von Vibrationen und Schwerkraft auf die Stromkabel minimieren und damit versehentliche Unterbrechungen minimieren, kann bei Edge-Installationen wichtig sein und ist in Cloud-Einrichtungen erforderlich.

iPDUs ausgelegt für 60°C bei Volllast

Ingenieure in Rechenzentren können die intelligenten G5-PDUs (Gen 5 iPDUs) von Panduit nutzen, um die Anforderungen an Stromverteilung, Verfügbarkeit, Sicherheit und Überwachung von Cloud-Installationen zu erfüllen. Gen 5 iPDUs bieten eine Betriebstemperatur von 60°C bei Volllast. Sie verfügen außerdem über Sensoreingänge, um die ASHRAE-Anforderung von „3T + H“ im kalten Gang und einen Temperatursensor im warmen Gang ohne zwischengeschaltetes 1HE-Gerät zu erfüllen. Digitale, sich selbst identifizierende Sensoren können direkt in die iPDU eingesteckt werden, was die Bereitstellung beschleunigt.

Der intelligente Netzwerk-Controller (iNC) in den Gen 5 iPDUs ist im laufenden Betrieb austauschbar, um eine maximale Betriebszeit zu gewährleisten (Abbildung 2). Er verfügt über ein gut sichtbares OLED-Display, eine Reset-/Werkseinstellung, Menüauswahltasten, eine Status-LED, einen USB-Anschluss für Firmware- und Konfigurations-Updates und/oder einen optionalen automatischen Rack-Lichtanschluss, einen 1-Gb-Ethernet-Anschluss für Netzwerkverbindungen, serielle PDU-Out- und PDU-In-Anschlüsse für die Verkettung mehrerer iNCs sowie zwei Sensoranschlüsse, an die jeweils bis zu 4 Sensoren angeschlossen werden können (insgesamt 8 Sensoren).

Abbildung 2: Der iNC in den Gen 5 iPDUs ist im laufenden Betrieb austauschbar, um eine maximale Betriebszeit zu gewährleisten, und unterstützt eine breite Palette von Überwachungs- und Steuerungsfunktionen. (Bildquelle: Panduit)

Bis zu vier iPDUs können in Reihe geschaltet und an zwei verschiedene sichere Netzwerkverbindungen angeschlossen werden:

• Überwachung des Stromverbrauchs und Verfolgung von Daten in einem Anlagennetz und;
• Verwaltung und Überwachung von bis zu vier Rack-iPDUs mit nur einer einzigen IP-Adresse (Abbildung 3).

Jede iPDU in der Verkettung kann mit bis zu acht Sensoren verbunden werden, so dass insgesamt 32 Sensoren über eine einzige Verbindung möglich sind. Darüber hinaus ist eine redundante Netzzugangskonfiguration mit zwei iPDUs möglich.

Abbildung 3: Bis zu vier Gen 5 iPDUs können über eine einzige IP-Adresse miteinander verkettet werden. (Bildquelle: Panduit)

In großen Rechenzentren müssen Ineffizienzen überwacht und identifiziert werden, um die betriebliche Effizienz zu verbessern, Kosten zu senken und den ökologischen Footprint zu minimieren. Die iPDUs der 5. Generation unterstützen eine umfassende, präzise Energiemesssoftware, um Stromressourcen effizient zu nutzen, fundierte Entscheidungen zur Kapazitätsplanung zu treffen, die Betriebszeit zu verbessern und die Stromverbrauchseffektivität (PUE) zu messen. Diese iPDUs bieten die notwendige Energiemessung, -überwachung und -steuerung, um eine kontinuierliche Verbesserung des Energieverbrauchs zu unterstützen, einschließlich:

• Energiemessung und -überwachung auf PDU-Ebene
  • Wattstunden-Energiezählung (kWh)
  • Leistungsmessungen (W)
  • Messungen der Eingangsleistung auf Phasenebene, einschließlich V, A, VA, kWh und Leistungsfaktor (PF)
  • Strommessungen auf der Ebene von Schutzschaltern
  • Abrechnungsfähige Messfunktionen
  • Integrierter Speicher zur Aufzeichnung/Anzeige/Übermittlung historischer Daten
  • Anpassbare Alarmschwellen und Benachrichtigungen
• Steuerung für Ausgangspegel
  • Individuelles ferngesteuertes Ein- und Ausschalten der Steckdosen
  • Benutzerdefinierte Einschaltverzögerung zur Sequenzierung von Geräten und zur Vermeidung von Überlastungen durch Einschaltstrom
  • Zuweisung von Rollen und Zugriffssicherheitsstufen an Benutzer
• Energiemessung an der Steckdose
  • Wattstunden-Energiezählung (kWh)
  • Leistungsmessungen einschließlich V, A, VA, W und PF
  • Daten für Green-Grid-Level-3-PUE-Berechnungen

Die Gen 5 iPDUs bieten hohe Leistungsdichten, verfügen über bis zu 48 Steckdosen und sind standardmäßig mit einem drei Meter langen Netzkabel ausgestattet. Sie sind mit einer Reihe von Montagekonfigurationen erhältlich, einschließlich vertikal (0U) oder horizontal (1U oder 2U). Das Modell P36D08M beispielsweise ist für 30 A pro Phase ausgelegt, hat einen 0U-Formfaktor, einen L15-30P-Eingangsstecker, 3 Schutzschalter, kann 8,6 kW aufnehmen und bietet 36 Steckdosen (30 C13 und 6 C19).

Entwickler, die Gen 5 iPDUs verwenden, können zwischen zwei verschiedenen Lösungen für das Problem versehentlicher Verbindungsabbrüche wählen. C13- und C19-Standardsteckdosen verfügen über einen integrierten, vertieften Schlitz zur Aufnahme eines nicht leitenden Kabelbinders, der die Auswirkungen von Vibrationen und Schwerkraft effektiv ausschaltet. Diese Steckdosen sind zwar preiswerter, aber die Verwendung von Kabelbindern ist mit Arbeitskosten verbunden, und das Netzkabel wird auf der Geräteseite nicht gesichert. Die iPDUs der 5. Generation sind mit verriegelbaren Kabeln erhältlich, die sicher einrasten und so eine Komplettlösung darstellen. Darüber hinaus verfügt das Geräteende über einen universellen Verriegelungsmechanismus, der sich mit dem IT-Gerät verbindet und für eine dauerhafte Kabelbefestigung an beiden Enden sorgt. Je nach den Installationsanforderungen können Planer Gen 5 iPDUs verwenden, die Steckdosen mit Kabelbinderschlitzen und verriegelbaren Steckdosen kombinieren (Abbildung 4). Darüber hinaus haben Cloud-Rechenzentren eine große Anzahl von Stromkabeln, die die A- und B-Seiten im hinteren Teil des Schranks versorgen, was die Kabelverwaltung erschweren kann. PDUs der 5. Generation bieten farbige Kabelbinder, farbige Markierungsbänder und farbige Stromkabel (sowohl mit als auch ohne Verriegelung), um die Identifizierung und Verwaltung der A- und B-seitigen Kabel zu vereinfachen.

Abbildung 4: iPDUs der 5. Generation bieten eine Auswahl an Kabelbindern oder verriegelbaren Steckdosen, um Probleme mit versehentlichem Trennen der Verbindung zu vermeiden. (Bildquelle: Panduit)

Der optionale Sicherheitsgriff Smart Zone G5 von Panduit kann mit der Gen 5 iPDU verwendet werden, um eine Zugangskontrolle für bis zu 200 Benutzer zu ermöglichen. Der Griff verfügt über eine Status-LED, die den Sicherheitsstatus des Griffs anzeigt, und eine Beacon-LED, die den Zustand des Schaltschranks anzeigt. Außerdem verfügt er über einen integrierten Feuchtigkeitssensor und spezielle Temperatur- und Türalarmsensoren, die die Installation der Sensoren vereinfachen und die ASHRAE-Normen erfüllen (Abbildung 5). Der G5-Sicherheitsgriff umfasst vor Ort austauschbare Schließzylinder und Schlüssel sowie vier Möglichkeiten, den Zugang zum Schrank zu kontrollieren:

• Zwei-Frequenz-Kartenleser können sowohl mit Niederfrequenz- als auch mit Hochfrequenzkarten verwendet werden.
• Der Zugang kann über die in der Gen 5 iPDU enthaltene Webschnittstelle ferngesteuert werden.
• Das Modell ACF06 verfügt über eine optionale Tastatur, die den Zugang zum Schrank über einen sicheren Pin-Code ermöglicht.
• Das Modell ACF06 kann eine doppelte Authentifizierung durchführen, wenn sowohl ein Kartendurchzug als auch eine Tastatur erforderlich sind.

Abbildung 5: Der optionale Sicherheitsgriff Smart Zone G5 verfügt über einen integrierten Feuchtigkeitssensor und Status-LEDs und kann mit oder ohne integriertes Tastenfeld für die Zugangskontrolle konfiguriert werden. (Bildquelle: Panduit)

iPDUs für Edge-Installationen

Für Rechenzentren am Netzwerkrand und andere Anwendungen, die iPDUs mit einer maximalen Betriebstemperatur von 40 °C verwenden können, bietet Orion Fans die Serie Smart Switched PDU an, die über Steckdosen verfügt, die aus der Ferne sequentiell gestartet, gesteuert und überwacht werden können. Smart Switched PDUs überwachen jede Steckdose einzeln und senden bei Überschreiten eines benutzerdefinierten Schwellenwerts eine Warnung per E-Mail, Trap oder akustischem Alarm. Weitere Merkmale sind:

• Leistungspegelsteuerung und -überwachung für rackmontierte Geräte
• Betrieb von 0 bis 40°C
• Leistungsüberwachung über Zähler, Web oder einfaches Netzwerkverwaltungsprotokoll (SNMP)
• Kommunikationsprotokolle: http, https, SNMP, DHCP und UDP
• Digitale, echte Effektivwertmessung auf der PDU
• Die gebündelte Software bietet Steuerungs- und Analysemöglichkeiten, um die Energieeffizienz zu verbessern, die Betriebskosten zu senken und Ausfallzeiten zu minimieren

Das Modell OSP-V-16-23-16-N1 umfasst beispielsweise 14 IEC320-C13- und 2 IEC320-C19-Steckdosen, einen IEC320-C20-Eingang und ein beiliegendes, 3 Meter langes IEC320-C19-zu-C20-Netzkabel sowie einen 16A-Schutzschalter. Alternativ dazu verfügt das Modell OSP-H-16-23-08-N1 über 8 IEC320-C13-Ausgänge, einen IEC320-C20-Eingang, ein beiliegendes, 3 m langes IEC320-C19-zu-C20-Netzkabel und einen 16A-Schutzschalter mit einem dreistelligen 20A-Strommesser mit einer Auflösung von 0,1 A (Abbildung 6).

Abbildung 6: Die iPDU OSP-H-16-23-08-N1 verfügt über 8 IEC320-C13-Ausgänge und einen dreistelligen Strommesser mit einer Auflösung von 0,1 A. (Bildquelle: Orion Fans)

Zusammenfassung

Cloud- und Edge-Rechenzentren haben unterschiedliche Anforderungen an iPDUs, darunter unterschiedliche Anforderungen an die Betriebstemperatur, unterschiedliche Erwartungen an Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit sowie unterschiedliche Anforderungen an Sicherheit, Stromsteuerung und Überwachung. Netzwerkingenieure können aus iPDUs auswählen, die den spezifischen Anforderungen von Edge- und Cloud-Installationen entsprechen, um umweltfreundlichere Lösungen mit einem optimalen Verhältnis zwischen Kosten und Leistung zu unterstützen.