Klasyfikacja niezawodności dla obiektów typu data center
Rys. 1. Przykładowa topologia systemu zasilania gwarantowanego klasy Tier I (opracowano na podstawie [6]), gdzie: ZP – zespół prądotwórczy, SEE – system elektroenergetyczny
W dobie komputeryzacji i powszechnego dostepu do informacji niezwykle istotne jest zagwarantowanie niezawodnego zasilania obiektów informatycznych, w których odbywa sie magazynowanie oraz przetwarzanie danych. Klasyfikacja niezawodnosci dla obiektów typu data center zawiera istotne informacje związane z właściwym projektowaniem układów zasilania gwarantowanego.
Zobacz także
Impakt SA Nowa rodzina zasilaczy PowerWalker UPS VFI EVS 5 kVA z magazynami energii
Seria PowerWalker VFI EVS to nowa generacja zasilaczy UPS, oferująca długi czas podtrzymania dzięki zastosowaniu baterii LiFePO4 o 40% mniejszej masie i wymiarach w odniesieniu do klasycznych baterii kwasowo-ołowiowych....
Seria PowerWalker VFI EVS to nowa generacja zasilaczy UPS, oferująca długi czas podtrzymania dzięki zastosowaniu baterii LiFePO4 o 40% mniejszej masie i wymiarach w odniesieniu do klasycznych baterii kwasowo-ołowiowych. Zastosowana topologia podwójnej konwersji (VFI-SS-311) gwarantuje najwyższy poziom bezpieczeństwa, a wyspecjalizowane układy utrzymują współczynnik mocy PF na poziomie > 0.99. Oczywiście zależy on od podłączonych urządzeń odbiorczych. Wszelkie informacje o stanie UPS widoczne są na...
Riello Delta Power Sp. z o.o. Projekt przygotowania zespołów prądotwórczych na potrzeby funkcjonowania nowych bloków gazowo-parowych w elektrowni
Firma Riello Delta Power Sp. z o.o. na przełomie lat 2022 i 2023 zrealizowała projekt zabudowy, produkcji, dostarczenia i instalacji dwóch zespołów prądotwórczych na potrzeby funkcjonowania nowych bloków...
Firma Riello Delta Power Sp. z o.o. na przełomie lat 2022 i 2023 zrealizowała projekt zabudowy, produkcji, dostarczenia i instalacji dwóch zespołów prądotwórczych na potrzeby funkcjonowania nowych bloków gazowo-parowych w jednej z kluczowych dla polskiego systemu energetycznego elektrowni w Polsce północno-zachodniej.
mgr inż. Dariusz Zgorzalski, EVER Sp. z o.o. Wybrane aspekty wymagań zasilaczy stosowanych do urządzeń przeciwpożarowych – na przykładzie zasilacza do napędów bram napowietrzających UZS-230V-1kW-1F firmy EVER
W poprzednich częściach dowiodłem, że zasilacze do bram napowietrzających stanowią istotny element systemu wentylacji pożarowej, od strony formalnej muszą posiadać świadectwo dopuszczenia CNBOP-PIB, a...
W poprzednich częściach dowiodłem, że zasilacze do bram napowietrzających stanowią istotny element systemu wentylacji pożarowej, od strony formalnej muszą posiadać świadectwo dopuszczenia CNBOP-PIB, a stosowanie niecertyfikowanych UPSów niesie za sobą ryzyko istotnych konsekwencji. Podkreśliłem, że świadectwo dopuszczenia CNBOP-PIB jest warunkiem koniecznym, ale nie wystarczającym. Kompatybilność funkcjonalna, elektryczna i mechaniczna całego systemu jest podstawą do tego, aby urządzenia działały...
StreszczenieW artykule przedstawiono klasyfikację niezawodności dla obiektów typu data center według standardu Tier. Przedstawiono charakterystykę 4 klas niezawodności wg standardu Tier wraz z ich porównaniem. Sformułowano ponadto uwagi i wnioski.AbstractReliability classification for data center objects The paper presents reliability classification for data center objects according to Tier standard. Characteristic of four reliability classes according to Tier standard and comparison of reliability classes have been presented. Conclusions and remarks have been formulated. |
Sieci komputerowe stają się coraz większe, zapotrzebowanie na moc obliczeniową stale rośnie. Każdy system IT potrzebuje do działania energii elektrycznej i jej nagły brak może spowodować znaczne straty finansowe np. w wyniku wyłączenia systemu rozliczeniowego kart płatniczych, zawieszenia działania giełdy itp. Aby zapobiec takim zdarzeniom, powstają systemy gwarantujące ciągłość zasilania energią elektryczną. Klasyfikacja niezawodności dla obiektów typu data center zawiera istotne informacje związane z właściwym projektowaniem układów zasilania gwarantowanego [1].
Klasyfikacja niezawodności Tier dla obiektów informatycznych
Klasy Tier zostały wprowadzone w celu podziału obiektów typu data center ze względu na ich fizyczną topologię infrastruktury, która wpływa na działanie systemów teleinformatycznych. Taki podział ułatwia określenie wydajności obiektów data center, ich dostępności, skali inwestycji oraz kosztów [1].
Jak zagwarantować zasilanie w energię elektryczną budynku w każdym momencie? Jak uniknąc awarii? |
Dowiesz się podczas konferencji "Zespołu prądotwórcze i zasilacze UPS w systemach zasilania budynków w energię elektryczną". Kolejna edycja już 2016 roku. |
SPRAWDŹ >> |
Istnieją dwa podziały na klasy, oba zawierają cztery poziomy Tier. Pierwszy podział wprowadził Uptime Institute (UI) pod koniec lat 90. ubiegłego wieku. Podział zawiera różne topologie centrów przetwarzania danych wraz z ich poziomami dostępności oraz okresami niedostępności. Drugi podział na klasy został wprowadzony przez Telecommunications Industry Association (TIA-942) w roku 2005. Podział powstał na podstawie m.in. informacji zawartych w publikacjach UI. Zawiera standardy dla obiektów typu data center, minimalne wymagania dotyczące infrastruktury, metody przechowywania plików i ich archiwizacji, opis kontroli dostępu do sieci, metody dystrybucji treści oraz zasady zastosowania hostingu.
Powyższe standardy, mimo że są podobne do siebie ze względu na podział na klasy Tier, różnią się od siebie podejściem do zagadnienia projektowania obiektów typu data center. W standardzie TIA, aby osiągnąć pożądany poziom dostępności, czyli w efekcie daną klasę Tier, należy spełnić wszystkie wymogi zawarte w opisie tej klasy. Niespełnienie któregoś z wymogów może uniemożliwić zakwalifikowanie do danego poziomu. W przypadku standardu UI jest pewna dowolność rozwiązań stosowanych w poszczególnych zagadnieniach klas Tier pod warunkiem otrzymania wymaganego poziomu dostępności dla danej klasy. W artykule przedstawiono standard Tier według Uptime Institute (UI).
Klasa Tier I
Obiekty tego poziomu wyposażone są w podstawową infrastrukturę zasilania gwarantowanego, co oznacza, że nie są wyposażone w komponenty nadmiarowe oraz posiadają jedną, nieredundantną linię zasilającą [1, 6]. Planowane przerwy konserwacyjne bądź nieplanowane przerwy spowodowane awarią powodują zaangażowanie w nie całej infrastruktury zasilania wraz z użytkownikami. Oznacza to całkowite wyłączenie systemu komputerowego wraz z całym jego osprzętem. Należy pamiętać, że dla zmniejszenia liczby nieplanowanych zakłóceń należy poddawać zabiegom konserwacyjnym elementy infrastruktury zasilania gwarantowanego oraz dokonywać niezbędnych napraw, przynajmniej raz w roku. Brak regularnego wykonywania powyższych czynności może powodować zwiększenie ryzyka nieplanowanych zakłóceń. Dla obiektu data center klasy Tier I oznacza narażenie na częste przerwy w zasilaniu gwarantowanym. Typowo obiekty Tier I mają rocznie dwa dwunastogodzinne wyłączenia systemu związane z pracami konserwacyjnymi i naprawami. Z obserwacji prowadzonych na przestrzeni lat wynika, że te obiekty doświadczają średnio 1,2 awarii sprzętu lub ścieżki dystrybucji energii rocznie. Planowane i nieplanowane przestoje to łącznie około 28,8 godziny przerw w roku, co oznacza 99,671% dostępności. Ta klasa rekomendowana jest dla firm, w których technologie informacyjne wspomagają wewnętrzne procesy biznesowe oraz tych, dla których te technologie są potrzebne do zaprezentowania się w internecie. Są to np. firmy, których zyski nie zależą od często występujących awarii zasilania. Na rysunku 1. przedstawiono przykładową topologię systemu zasilania gwarantowanego zgodnego z klasą Tier I. Jak wynika z rysunku 1., układ zasilany jest z sieci elektroenergetycznej poprzez automatykę SZR, która w razie zaniku napięcia w sieci elektroenergetycznej przełącza układ na zasilanie z zespołu prądotwórczego. Następuje również w tym momencie rozdzielenie odbiorów kategorii I oraz II. Odbiory I kategorii zasilane są dalej poprzez zasilacz bezprzerwowy UPS, który powinien dostarczać im zasilanie przez okres potrzebny na rozruch zespołu prądotwórczego. W obiektach typu data center odbiory I kategorii zasilania to całość urządzeń IT. Odbiorami II kategorii zasilania są głównie urządzenia systemów chłodzenia, systemy wentylacji i klimatyzacji, które wznawiają pracę w momencie rozruchu zespołu prądotwórczego. Zarówno UPS-y, jak i zespoły prądotwórcze pracują w układzie „N”, co oznacza, że nie ma w tym układzie elementów redundantnych.
Klasa Tier II
W przeciwieństwie do klasy Tier I, w klasie Tier II występują komponenty nadmiarowe (N+1), ale linia zasilająca wciąż nie posiada redundancji [1, 6]. Planowane przerwy konserwacyjne elementów posiadających redundancję nie wpływają na pracę odbiorów końcowych. Konserwacja ścieżki zasilającej wymaga wyłączenia zasilania sprzętu komputerowego. Błędy eksploatacji lub losowe awarie elementów infrastruktury mogą spowodować zakłócenia pracy obiektu data center. W obiektach klasy Tier II w ciągu dwóch lat występują średnio trzy planowane i dwa nieplanowane przestoje w zasilaniu. Dzięki komponentom nadmiarowym konserwacja niektórych elementów nie wymaga całkowitego wyłączenia zasilania, co oznacza możliwość częstszych przeglądów i spadek liczby awarii urządzeń mających wpływ na pracę odbiorów końcowych. Roczne przestoje w zasilaniu to łącznie około 22 godzin, co oznacza 99,749% dostępności. Standard II jest odpowiedni dla przedsiębiorstw, których proces technologiczny ogranicza się do tradycyjnych godzin pracy, po których system może zostać wyłączony, oraz firm opierających się na działalności internetowej, które nie ponoszą poważnych kar finansowych z tytułu jakości usług bądź podmiotów gospodarczych nieposiadających zobowiązania dostarczania usług w czasie rzeczywistym. Na rysunku 2. przedstawiono przykładową topologię systemu zasilania gwarantowanego zgodnego z klasą Tier II. Topologia poziomu II różni się od topologii poziomu I elementami nadmiarowymi. Oznacza to, że UPS-y i zespoły prądotwórcze są połączone w układy „N+1”. W razie awarii jednego z urządzeń pozostałe przejmują jego obciążenie, dzięki czemu odbiory końcowe pracują nieprzerwanie.
Klasa Tier III
Infrastruktura zasilania gwarantowanego obiektów klasy Tier III jest wyposażona w kilka niezależnych linii zasilających, ale tylko jedna z nich posiada komponenty nadmiarowe [1, 6]. Dzięki takiemu rozwiązaniu, urządzenia IT mogą być wyposażone w dwa zasilacze i posiadać dwustronne zasilanie. Należy jednak pamiętać, że mimo kilku ścieżek dystrybucji energii elektrycznej, tylko jedna z nich jest aktywna w danej chwili. Taka architektura sieci sprawia, że każdy element zasilania gwarantowanego może być z niej usunięty nie powodując zakłóceń pracy odbiorów końcowych. Wszelkie naprawy i czynności konserwacyjne nie powodują zakłóceń pracy urządzeń IT, gdyż każdy element można zastąpić komponentem nadmiarowym przeznaczonym do przejęcia obciążenia na czas napraw. Należy jednak pamiętać, że w czasie prowadzenia prac konserwacyjnych, ryzyko wystąpienia zakłóceń chwilowo wzrasta (maleje niezawodność). Wynika stąd, że okres prac konserwacyjnych powinien być maksymalnie krótki. Topologia klasy Tier III zapewnia możliwość bieżących napraw i konserwacji jej elementów bez przerw w zasilaniu. W praktyce oznacza to zmniejszenie czasu wystąpienia awarii do 4 godzin, raz na 2,5 roku, oznacza to 99,982% dostępności rocznie. Klasa Tier III jest odpowiednia dla przedsiębiorstw, których praca wymaga dostępu do zasobów znajdujących się w obiektach data center przez 24 godziny, 7 dni w tygodniu, ale dopuszcza krótkie okresy braku tego dostępu w przypadku awarii. Ta klasa polecana jest również dla firm prowadzących swoją działalność w internecie, dla których brak odpowiedniej jakości usług wiąże się z poważnymi konsekwencjami finansowymi. Na rysunku 3. przedstawiono przykładową topologię systemu zasilania gwarantowanego zgodnego z klasą Tier III. W strukturze poziomu III (rys. 3.) widoczna jest dodatkowa linia zasilająca odbiory końcowe, nie posiada ona jednak elementów nadmiarowych. Dodatkowa ścieżka zasilania ma zapewnić redundancję linii podstawowej na wypadek jej uszkodzenia, serwisu bądź przerwy w zasilaniu spowodowanej awarią linii średniego napięcia. Z tego względu dodatkowe linie dystrybucji zasilania powinny być zasilane z innej linii średniego napięcia niż linia podstawowa.
Klasa Tier IV
Standard klasy Tier IV charakteryzuje się bardzo dużą tolerancją na jakiekolwiek zakłócenia [1, 6]. Obiekty tej klasy posiadają kilka niezależnych, odseparowanych fizycznie od siebie systemów zasilania gwarantowanego, każdy wyposażony w komponenty nadmiarowe. Każdy element IT wyposażony jest w dwa zasilacze pozwalające na dwustronne zasilanie. Żadna z możliwych awarii urządzeń bądź systemu dystrybucji energii elektrycznej nie ma wpływu na zasilanie odbiorów końcowych. Wszystkie planowane konserwacje i naprawy mogą odbywać się nie powodując zakłóceń w pracy systemu teleinformatycznego. Odseparowanie od siebie systemów zasilania oraz systemów dystrybucji energii elektrycznej pozwala na wyeliminowanie miejsc, w których awaria mogłaby doprowadzić do konieczności wyłączenia dwóch lub więcej linii zasilających. Przepisy przeciwpożarowe wymagają wyposażania UPS-ów w możliwość podłączenia wyłącznika bezpieczeństwa EPO (Emergency Power Off), co oznacza, że w wypadku pożaru może dojść do zakłóceń w zasilaniu. Infrastruktura klasy Tier IV pozwala na zredukowanie liczby nieplanowanych zakłóceń do jednego w okresie pięciu lat, a czas jego trwania ograniczyć do 4 godzin. Zapewnia to 99,995% dostępności. Poziom ten osiągany jest dla firm, dla których wyłączenie obiektu data center oznacza duże straty finansowe. Mogą to być giełdy, systemy bankowe bądź instytucje mające zasięg globalny. Są to więc przede wszystkim przedsiębiorstwa wymagające bardzo wysokiego poziomu dostępności. Na rysunku 4. przedstawiono przykładową topologię systemu zasilania gwarantowanego zgodnego z klasą Tier IV. Topologia poziomu IV jest najdroższą i jednocześnie najbardziej niezawodną ze wszystkich topologii przedstawionych w klasyfikacji Uptime Institute. Na rysunku 4. przedstawiony został układ redundancji „2N”, ale możliwy jest także układ „2(N+1)”, różniący się komponentami nadmiarowymi, których brakuje w układzie „2N”. Dwa niezależne od siebie źródła zasilania odbiorów powodują, że system nie posiada wspólnych punktów decydujących o dostępności systemu.
Porównanie klas Tier
Projektując system zasilania gwarantowanego dla centrum przetwarzania danych należy dokładnie przeanalizować specyfikę systemu IT danego obiektu [1]. Firma bądź instytucja, która będzie korzystała z tego obiektu, musi orientować się, jakie będą koszty ewentualnych zakłóceń w pracy odbiorów końcowych, aby można było wybrać odpowiednią topologię systemu oraz dobrać urządzenia zasilania gwarantowanego. W tabeli 1. przedstawiono podsumowanie wybranych wymagań dla poszczególnych klas Tier.
W obiektach data center pojawia się również wiele wspólnych cech dla poszczególnych klas Tier, z których nie wszystkie są wymaganiami standardu Tier (UI). Lista wspólnych cech została opracowana przez Uptime Institute – przedstawiono ją w tabeli 2. Tego typu zestawienie może być pomocne dla projektanta na etapie projektowania systemu zasilania gwarantowanego.
Podsumowanie
Obiekty klas I oraz II, są najtańszymi w budowie, jednak współczynnik dostępności zasilania jest w nich na bardzo niskim poziomie. Każda awaria bądź przegląd techniczny wiąże się z przerwą w zasilaniu odbiorów końcowych, co może oznaczać straty finansowe [1]. Jeżeli koszty ewentualnych przerw w zasilaniu okażą się znaczne, to należy się zastanowić nad wyborem między poziomem III i IV. Topologia klasy IV daje najwyższą dostępność zasilania dla odbiorów końcowych, ale jest jednocześnie najdroższa, ponieważ wymaga zastosowania wielu, często drogich elementów nadmiarowych. Ponadto pomimo większych kosztów projektu, budowy oraz utrzymania obiektu, otrzymujemy współczynnik dostępności na poziomie niewiele większym niż w obiekcie klasy III.
Optymalnym rozwiązaniem wydaje się obiekt klasy III, który w przybliżeniu może kosztować 50% więcej od obiektów klasy I lub II, ale jego dostępność będzie kilkukrotnie wyższa. Dodatkowo ta topologia jest znacznie tańsza od topologii klasy IV, a współczynnik dostępności jest niewiele mniejszy [4].
Należy pamiętać równocześnie, że jeżeli w centrum przetwarzania danych znajdują się solidne, odporne na uszkodzenia instalacje elektryczne stosowane w obiektach klasy IV, ale będzie wykorzystywany mechanizm systemu zasilania poziomu II, którego utrzymanie wymaga przerw w zasilaniu odbiorów końcowych, to wynikiem tego połączenia będzie dostępność obiektu na poziomie II.
Literatura
- M. Derlacki, Uproszczony projekt zasilania gwarantowanego dla obiektów typu data center, praca dyplomowa inżynierska, Wydział Elektryczny Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2014.
- P. Piotrowski, Analiza wybranych aspektów niezawodności i bezpieczeństwa w centrach przetwarzania danych, „elektro.info” 6/2012.
- P. Piotrowski, P. Bilmin, Analiza cech, kosztów i parametrów niezawodnościowych zasilania gwarantowanego sieci komputerowej, „elektro.info”12/2010.
- P. Piotrowski, R. Pająk, Analiza układów zasilania dla obiektu typu data center w zależności od wymaganego poziomu niezawodności, „elektro.info”12/2012.
- T. Sutkowski, Rezerwowe i bezprzerwowe zasilanie w energię elektryczną – Urządzenia i układy, wydanie I, COSiW SEP.
- Uptime Institute, White Paper, Tier Classifications Define Site Infrastructure Performance, by W. Pitt Turner IV, John H. Seader, PE, Vince Renaud, PE, and Kenneth G. Brill, rok 2008.
- J. Wiatr, M. Orzechowski, Poradnik projektanta elektryka, wydanie III, DW MEDIUM, Warszawa 2008.
- J. Wiatr, M. Orzechowski, M. Miegoń, A. Przasnyski, Poradnik projektanta systemów zasilania awaryjnego i gwarantowanego (wydanie II poprawione i rozszerzone), tom I, Eaton Quality Power 2008.