Повышение эффективности управления инженерными системами центров обработки данных путем применения специализированного программного обеспечения

Кубасов И.А., Копытин А.А.

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ

ИНЖЕНЕРНЫМИ СИСТЕМАМИ ЦЕНТРОВ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Вычислительный центр ФКУ «ГИАЦ МВД России»

Ключевые слова: центр обработки данных, информационные технологии, инженерная инфраструктура, автоматизированный контроль.

Аннотация: Статья посвящена проблемам инженерной инфраструктуры центра обработки данных. Авторами делается вывод о том, что современные технологии с применением специализированного программного обеспечения позволяют значительно повысить эффективность работы структур, обслуживающих инженерные системы, за счет постоянного автоматизированного контроля состояния заданных параметров систем и агрегатов.

Keywords: data center, information technology, engineering infrastructure, automated control.

Abstract: The Article is devoted to the problems of engineering infrastructure of data center. The authors conclude that modern technologies with the use of specialized software can significantly improve the efficiency of structures serving engineering systems due to the constant automated control of the state of the specified parameters of systems and assemblies.

С повсеместным внедрением информационных технологий практически в каждой организации, которая связана с обработкой информации, присутствует в том или ином виде собственный серверный зал или полноценный центр обработки данных (далее -ЦОД). Центр обработки данных в профессиональной и специализированной литературе часто называют дата-центр. На таком оборудовании осуществляются разнообразные операции, которые непосредственно относятся к обработке информации, то есть созданию или генерации данных, последующему их архивированию и хранению, анализу, а также их дальнейшему предоставлению по запросу конечного пользователя.

Инженерная инфраструктура ЦОД представляет собой комплекс инженерных решений и технических систем (средств) обеспечения стабильной работы вычислительных систем и систем хранения

данных. Это, например, система бесперебойного гарантированного электропитания, кондиционирования и вентиляции, пожаротушения и прочие.

Инженерные системы, как правило, составляет преобладающую часть стоимости создания ЦОД, до 2/3 общих капитальных затрат. При этом наибольшая доля, около 1/3 всех финансовых затрат, приходится на закупку оборудования и на организацию системы бесперебойного гарантированного электропитания. Также внушительные затраты требуется для организации в технических помещениях системы кондиционирования воздуха (21%). На телекоммуникационные сети приходится 7%, около 9% затрат - на оборудование помещений системами пожаротушения, системами контроля и управления доступом и видеонаблюдения, а также шкафную инфраструктуру. Наименьшую долю в общих затратах составляет организация системы мониторинга (1%). Более того, существенную часть затрат на эксплуатацию ЦОДа (до 60%) составляют расходы на электроэнергию. Причем, почти половина стоимости приходится на электроэнергию, расходуемую на охлаждение.

От стабильности электроснабжения напрямую зависит вся работа ИТ-инфраструктуры ЦОДа. Вне зависимости от качества поставляемой электроэнергии, перебоев в электросети и аварийных ситуаций, системы электроснабжения обеспечивают непрерывное, круглосуточное и стабильное энергоснабжение ЦОД от дизельных генераторов и источников бесперебойного питания, длительную автономную работу оборудования при отказе основных источников питания, а также обеспечивают «гладкое» переключение энергоснабжения на альтернативных поставщиков электроэнергии.

До 50% энергии обычно потребляется серверами, а другая половина предназначена для электроснабжения ИТ-устройств и систем охлаждения, которая контролирует микроклиматические параметры (температуру и влажность) в ЦОД, что обеспечивает надежную и эффективную работу вычислительной техники. Вычислительные ресурсы ЦОД часто располагаются в крайне ограниченном пространстве в погоне за эффективностью использования полезной площади помещений серверных залов, однако, если не придерживаться рекомендованных Стандартом параметров, воздух в этом случае будет быстро нагревается от интенсивно работающего оборудования.

Поставщики серверов советуют владельцам ЦОД осуществлять эксплуатацию в пределах, рекомендуемых гигротермических ограничений на протяжении всего срока службы вычислительной

техники. Так, Комитет американского сообщества инженеров отопительных и охлаждающих вентиляционных систем (ASHRAE), в директиве TC9.9 определил гигротермические условия для центров обработки данных и разработал методические рекомендации. Данные рекомендации направлены на стандартизацию процессов управления серверными залами для достижения высокой производительности и надежной работы вычислительной техники, сервисов при одновременном снижении энергозатрат. Условия относятся к воздуху, подводящемуся к серверам.

Во втором издании «Рекомендаций по температуре в ЦОД» (Thermal Guidelines for Data Processing Environments - Expanded Data Center Classes and Usage Guidance), выпущенном в 2008 году, целью рекомендованного диапазона микроклиматических требований стало предоставление операторам ЦОД руководства по поддержанию высокого уровня надежности, а также эксплуатации ЦОД наиболее эффективным образом. Этот диапазон был разработан для общего использования, для всех типов предприятий и для различных условий окружающей среды. Предприятие свободно в выборе диапазона микроклиматических требований, поскольку заданный диапазон поддерживаемых температур может быть более подходящими для различных организаций и для разных климатических зон. Поэтому, для того чтобы дать возможность работы в другом диапазоне, который мог бы обеспечивать еще большую экономию, в этой спецификации описаны характеристики серверов, которые позволят операторам ЦОД создавать особенный диапазон, который соответствует типу его предприятия. В этом документе дается общее описание каждого из этих показателей, при этом более подробная информация предоставлена в третьем издании «Рекомендаций по температуре в ЦОД». Выход за пределы рекомендованной области значений является компромиссом между дополнительной экономией затрат на охлаждение и возможными неблагоприятными последствиями для надежности, акустики или производительности ЦОД.

Таким образом, поддержание определенных микроклиматических условий работы вычислительных комплексов, систем и сетей хранения данных и другого технологического оборудования обусловлено не только необходимостью достичь более высокой эксплуатационной эффективности ЦОД, и более низкой совокупной стоимости владения (TCO), но и позволяет понизить вероятность выхода из строя НЖМД (AFR) в системах хранения данных и аппаратных серверах.

В США принят американский (ANSI) стандарт TIA-942, дающий рекомендации по созданию дата-центров, и делящий их на типы по

степени надёжности [1]. Пока в России нет такого стандарта, дата-центры оснащаются согласно отраслевым требованиям для сооружений связи, а также ориентируются на требования TIA-942 и используют дополнительную документацию Uptime Institute, а также ГОСТы серии 34. В соответствии со стандартами TIA-942 и TIA/EIA-569 для обеспечения быстроты, сохранности и безопасности обработки данных, безотказности функционирования оборудования, современные ЦОД должны быть обеспечены соответствующими системами охлаждения и вентиляции.

ЦОД, в зависимости от заложенного уровня надежности, должен поддерживать работу программно-технических комплексов с коэффициентом надежности более 99,67% и подразделяется на следующие уровни (стандарт TIA-942 «Обзор стандартов для центров обработки данных»):

1-й уровень (базовый) - коэффициент постоянной готовности 99, 67%, допустимое время простоя - 28,8 часов в год. Этот уровень предполагает только один электрический ввод и один канал охлаждения без резервирования компонентов этих систем. Расчет указанного коэффициента отказоустойчивости К производится, исходя из установленных параметров простоя ЦОД, следующим образом для 1-го уровня надежности:

К= (1 - 28,8ч /(24ч/сут.*365 сут.)) * 100%= 99,67%.

2-й уровень (ЦОД с резервированием (с избыточными компонентами)) - коэффициент постоянной готовности 99,75%, допустимое время простоя - 22 часа в год. Также, как и в базовом уровне, в ЦОД проектируется один электрический ввод и один канал охлаждения, но с резервными компонентами;

3-й уровень (ЦОД с возможностью параллельного проведения ремонтно-профилактических работ - коэффициент постоянной готовности 99,98%, допустимое время простоя - 1,6 часа в год. Для функционирования ЦОД на этом уровне предусматривается наличие нескольких электрических вводов и каналов охлаждения, но только один из имеющихся активен, при этом имеются резервные компоненты систем;

4-й уровень (отказоустойчивый ЦОД) - коэффициент постоянной готовности 99,99%, допустимое время простоя - 0,4 часа в год. При строительстве отказоустойчивого ЦОД закладываются несколько активных вводов электропитания от независимых источников, а также несколько каналов охлаждения помещений с резервными компонентами.

Как видим, не последнюю роль в обеспечении отказоустойчивости играет эксплуатируемое инженерное оборудование, обеспечивающее бесперебойную работу ЦОД в круглосуточном режиме.

Такой режим работы обусловлен необходимостью обеспечения пользователей услуг ЦОДа актуальной и полной информацией для оперативного решения задач самого разнообразного характера.

С целью круглосуточного технологического обеспечения в серверных залах, в соответствии с техническими требованиями, необходимых параметров по микроклимату и электропитанию программно-технических комплексов ЦОД организуются дежурные смены специалистов, отвечающих по направлениям работы за эксплуатируемое оборудование. Контроль за работой оборудования осуществляется обходом помещений и осмотром оборудования в установленном инструкциями порядке, а также контролем инженерных систем средствами удаленного мониторинга.

Для построения системы управления инженерным оборудованием, в частности системой кондиционирования воздуха серверных залов (далее - СКВ), имеется отечественный и зарубежный опыт в области применения современных информационных технологий. Специализированное программное обеспечение «WebCTRL», разработанное фирмой Automatedlogic, отвечает современным требованиям к программному обеспечению, в качестве протокола обмена информацией используется интерфейс RS-485, обеспечивающий обмен данными между несколькими устройствами по одной двухпроводной линии связи. Этот протокол создавался для расширения физических возможностей протокола RS-232 и характеризуется работой устройств в сети протяженностью до 1200 м.

«WebCTRL 500 Server» успешно используется для управления климатической техникой в различных по масштабам организациях. В этой системе заложены более широкие возможности, в том числе и для автоматизации зданий, которая предлагает интуитивно понятный пользовательский интерфейс и мощные функции управления. Система мониторинга и управления, при определенных настройках администратора системы, может быть доступна из любой точки мира, используется при этом стандартный веб-браузер, что исключает необходимость применения специального программного обеспечения на рабочей станции. Через браузер можно получить доступ ко всем функциям управления объектом автоматизации, включая настройки и регулировки параметров, настройка и изменение графиков, графические представления трендов и задание условий, просмотра и подтверждения сигналов тревоги и запуска, просмотра отчетов.

Программный продукт разработан на открытых стандартах с использованием веб-технологии.

Основные особенности «WebCTRL»:

- интуитивно понятное управление с интерактивным графическим доступом;

- разработано с использованием открытых стандартов;

- используется протокол http или интернет или интранет-доступ без плагинов;

- работает на нескольких платформах, включая Windows (XP, Vista, 2003 Server), Linux (Red Hat Enterprise 4 и 5) и Sun Solaris;

- возможности управления охранной сигнализацией, включая электронную почту и распечатку отчетов;

- многоуровневые пароли с SSL и 128-битным шифрованием для обеспечения безопасности;

- мониторинг различного электротехнического оборудования;

- полная совместимость с более старыми системами;

- неограниченное количество одновременных пользователей;

- поддержка веб-техники;

- поддержка Oracle, SQL Express, SQL Server, PostgreSQL, а также обмен данными с помощью XML / SOAP.

С целью постоянного отслеживания основных параметров работы СКВ, в том числе аварийных сигналов, дежурный инженер использует средства визуализации, которые устанавливаются в диспетчерской. Это позволяет наблюдать за режимами работы холодильных центров, насосов и прецизионных кондиционеров, а также просматривать сообщения системы и при необходимости оперативно реагировать на рабочие процессы СКВ, а также наблюдая тренды технологических процессов в виде графиков, можно предотвращать развитие аварийных и нештатных ситуаций, в том числе и выход из строя контролируемого оборудования. При этом доступны функции удаленного пуска и остановки агрегатов, оборудования, изменение режимов его работы, а также управление производительностью.

На компьютере диспетчерского пункта установленное программное обеспечение «WebCTRL 500 Server» позволяет отражать в виде мнемосхемы объект диспетчеризации и поступающую от него информацию в форме настраиваемых таблиц и графиков. Основные параметры микроклимата отражаются в режиме реального времени и доступны к просмотру в окне со схемой расстановки кондиционеров.

При отклонении контролируемых параметров от заданных диапазонов по температуре или влажности индикация окраски маркера кондиционеров меняется от нейтрального белого до желтого, розового

и красного в зависимости от степени отклонения этих величин, что позволяет своевременно реагировать на такие изменения.

Несколько уровней интеграции сигналов, сообщений и данных от разных инженерных систем позволяют в дальнейшем, используя возможности «WebCTRL 500 Server», объединить на одной программной платформе функции управления и мониторинга всей инженерной инфраструктуры, обеспечивающей работу программно-технических комплексов.

При должном образе организации управления инженерными системами можно значительно сократить обслуживающий инженерный персонал, вплоть до отказа от круглосуточного дежурства. Пока, конечно, верится в это с трудом, но, с другой стороны, нас же не пугают эскалаторы без дежурного по эскалатору и метропоезда без машиниста, что уже реальность, а значит, через какое -то время не будут пугать и ЦОДы без постоянного присутствия людей.

Таким образом, применение специализированного программного обеспечения дает возможность: повысить надежность работы ЦОДа, в целом, и инженерных систем, в частности, исключив человеческий фактор; оптимизировать количество дежурного персонала; настроить на наиболее эффективную работу самых энергоемких технологических процессов; формировать отчетность, аналитику и тренды; осуществлять резервное копирование информации; оперативно и с упреждением при развитии каких-либо негативных процессов передавать данные по смс или e-mail; увеличить эффективность работы каждого из агрегатов инженерных систем за счет оптимальной загрузки оборудования; увеличить производительность и ресурс работы инженерного оборудования; централизованно управлять всеми контролируемыми системами на одном или нескольких объектах; осуществлять удаленно из любой точки мира управление инженерными системами.

Современные технологии с применением специализированного программного обеспечения позволяют значительно повысить эффективность работы структур, обслуживающих инженерные системы, за счет постоянного автоматизированного контроля состояния заданных параметров систем и агрегатов, что обеспечивает бесперебойность в работе программно-технических комплексов ЦОД, а также позволяет продлевать ресурс работы вычислительного оборудования за счет поддержания оптимальных параметров микроклимата и гарантированного электропитания.

Список литературы

1. Американский (ANSI) стандарт TIA-942-A «Обзор стандартов для центров обработки данных» / [Электронный ресурс] - Режим доступа. - URL: http://www.automatedlogic.com (дата обращения: 04.02.2018).

Родионов В.П., Уколов А.И., Старовойтов П.П.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ОКАЛИНЫ В ФАЗЕ ПРОКАТКИ МЕТАЛЛА

Кубанский государственный технологический университет, Керченский государственный морской технологический университет

Ключевые слова: прокат металла, высоконапорная струя, гидродинамическая очистка.

Аннотация: В работе выполнен анализ способа удаления окалины с поверхности горячекатаных металлов при помощи высоконапорных гидродинамических струй. Рассмотрен механизм разрушения дефектов и факторы, влияющие на силовое воздействие высоконапорного струйного потока. Приведены оптимальные параметры сопловых насадок, и успешные коммерческие примеры реализации гидродинамической очистки поверхности метала фазе проката.

Key words: metal rolling, high-pressure jet, hydrodynamic cleaning.

Abstract: An analysis of the method for descaling from the surface of hot-rolled metals by means of high-pressure hydrodynamic jets is performed. The mechanism of destruction of defects and the factors influencing the force action of a high-pressure jet stream are considered. Optimum parameters of nozzle are given, and successful commercial examples of the realization of hydrodynamic cleaning of the metal surface of the rolling phase.

Наша металлургическая промышленность, занимающаяся поставкой листового проката, несмотря на общий рост производства горячекатаных полуфабрикатов, несет огромные убытки из-за того, что западные судоверфи, являющиеся в основном заказчиками на листовой прокат, чаще отказываются от поставок по причине низкого качества поверхности наших горячекатаных изделий. Одним их показателей качества листового проката является чистота поверхности, которая в свою очередь определяется наличием или отсутствием поверхностных дефектов.