隨著數據中心越來越多的部署虛擬化和整合設備，以實現更高效的計算，平均機架功率密度也在不斷上升。僅僅幾年前的3 - 4 kW的一個平均機柜支持，到了今天，這一功率負載已經被視為低密度環境了。現如今，機柜容量為9 - 15 kW的情況早已經并不罕見，甚至在某些情況下會更高。
表1：數據中心密度定義：AFCOM的數據中心研究所理事會文檔。
隨著在每臺機柜中所處理的工作負載量的持續增加，數據中心管理人員需要高度關注機柜配電策略，以便能夠以最小的管理開銷實現最高水平的可用性和效率。
為了確保IT設備的高可用性功率，功率鏈上的所有功率組件都需要具備監控功能。
機架電源分配單元(PDU)代表了功率鏈的最后一站。因此，企業組織為高密度部署選擇具有監控功能的機架PDU是至關重要的。事實上，根據最近的研究表明，機架式PDU市場正在由更高的功率額定值、更多的智能產品需求、更富智能化和安全性功能特點的需求、功率配置供應的需求、容量規劃和遠程控制所推動。本文中，我們將與廣大讀者諸君共同討論關于在這種高密度操作運營環境下，實現有效的機柜級電源管理所涉及到的相關電氣、物理和管理因素。文中列出了在高密度機柜中部署智能PDU時所亟待考慮的六大關鍵性因素，同時還涵蓋了與部署智能PDU相關的成本和安全性的管理問題。
為高密度機柜選擇智能機架PDU時的六大關鍵性注意事項：
適當的輸入電路——以處理所需的容量
充足的插座類型和密度——以插入所有設備
分支過量電流保護類型——最大限度減少跳閘和停機中斷所帶來的干擾
高環境溫度等級——確保在熱通道內的可靠運行
適當的功能級別——在機架或設備級別進行監控
持續的監控——主動通知即將發生的問題
適當的輸入電路
從公用供電服務機構輸入數據中心內的功率通常都是三相的。允許三相電源進入數據中心，能夠以較低的電流強度傳輸所需的功率容量，因此具有較低的損耗量。企業組織可以選擇為機柜提供三相或單相電源。在高密度機柜環境中，將三相電源供應給機柜帶來了與為數據中心供應三相輸入電源相同的優勢。下表展示了在北美和國際其他地區最常見的一相和三相電路可以處理的最大容量。
如上表所示，對于北美地區的超過4.9 kW的機架密度，以及國際其他地區的為7.3 kW的機架密度，最有意義的是以三相電源供應給機柜。供應給機架的適當的三相電路由總的機架容量所需確定。通常，兩個電源供應被用于每個機柜以支持冗余，并且每款PDU應能夠支持機柜的全部負載。例如，如果機柜具有5 kW(5 VA)的負載，則每款PDU和支持電路的規模將調整為10 kW(10 VA)。
機柜級的三相電源不僅有助于最大限度地減少損耗，而且簡化了進入數據中心的所有三相輸入功率的負載平衡。平衡負載通過保持中性電流和低諧波，帶來了上游電氣基礎設施的最佳利用。
對于綠色環保數據中心領域的機會，數據中心還可以選擇提供給機柜中設備的電壓。大多數現代IT設備可以處理100 - 250V范圍內的電壓。為IT設備選擇較高的電壓可降低電流消耗，從而降低損耗。這就是為什么北美地區的許多新建的數據中心均設置為240 / 415V的三相電源機柜供應，而不是典型的208V甚至120V的電源機柜供應的原因所在了。
充足的插座類型和密度
在大多數數據中心，高密度機柜由以下配置組成：
在較高的機柜中裝滿1U / 2U服務器的機架——這些機柜通常有大量較低電流強度的服務器，通過IEC 320 C14連接器供電。對于這些部署，適當的機架PDU應提供大量的IEC 320 C13插座。今天，僅僅只有少數的智能PDU提供商在其標準形式的因素內具有多達60個C13插座，以支持45U或更高的機柜。
機架裝有少數刀片機箱或數據中心級模塊化網絡交換機——這些機柜通常具有較少的設備，所有設備都通過多個電源供電，每款設備使用一個或多個C20連接器。對于這些部署，需要具有大量C19插座的智能機架PDU。
在理想的情況下，關于在智能PDU上用于支持的插座類型和密度的決定應當在選擇了企業組織所要部署的IT設備之后進行。然而，如果必須較早地做出關于PDU的決定，則建議選擇能夠提供C13和C19插座良好混合的智能PDU。選擇插座數量更多的C19將總是更好的，因為這些類型的插座可以為具備C14或C20連接器的設備供電。另一方面，一款C13插座不能用于為具有較高電流強度的C20連接器供電。同樣，較小的機架安裝設備(如1U / 2U服務器)中的電源通常使用C14 / C13連接，較大的刀片和模塊化交換機設備中的電源通常使用具有較高電流強度的C19 / C20連接。
當您不知道將在機柜中放置什么設備時，請選擇具有C13和C19混合插座的PDU。
選擇具有鎖定插座，并能夠與標準電源線配合使用的智能PDU。
無論插座類型是C13、C19還是兩者的混合，插座都應提供鎖定功能，防止IT設備的意外斷開。為了節省整個解決方案整體的前期成本，鎖定插座應能夠支持標準電源線。如果您企業選擇使用專用電源線的型號，則需要為每款被供電的設備提供專用電源線的額外費用。
支路過量電流保護
所有的智能PDU大于20A的電流，通常有兩個或兩個以上的分支電路保護，由過量電流保護保險絲熔斷器或斷路器提供。強烈建議在保險絲斷路器上選擇斷路器。當出現跳閘時，斷路器可以很容易地復位時，而保險絲則必須更換，并電源保持在外面，直到保險絲被替換。替換過程中，需要關閉整個PDU，以 及許可電工的干預執行，最終帶來更高的平均故障修復時間。
斷路器類型則是另一個重要的考慮因素。斷路器可以是熱的，磁性的或磁性的液壓系統。磁液壓斷路器是最不容易受到熱變化的影響，并能夠最大限度地減少跳閘，使其成為了高密度部署的最佳選擇。為了處理輕微的過載情況，選擇具有100%額定值的磁液壓斷路器。分支過載電流保護其他相關的重要功能包括：
A、超薄型斷路器，以確保空氣流的最小干擾
B、安全可靠的UL 489認證目錄(UL-listed)斷路器
C、能夠不斷地監控斷路器或熔斷器的狀態，而不管所選擇的PDU是何類型
半高(low-profile)、UL 489認證目錄、磁性液壓斷路器可處理更高的溫度，防止誤跳閘，并且不阻塞通過機柜的空氣流。
更高的環境溫度額定值
為了保持高水平的效率并降低能耗成本，高密度部署具有更高的服務器入口溫度，最終將轉化為更高的服務器排氣溫度。一些數據中心還部署了遏制解決方案，以提高效率。所有這些措施使得熱通道中的溫度較高，而大多數垂直PDU安裝此處。
為了確保PDU在這種溫度上升的趨勢下能夠繼續可靠地工作，請務必考慮具有高溫度等級的PDU。為了具有最高的可用性，PDU還必須支持額定溫度下的滿載容量。因此，企業客戶選擇能夠提供具有高溫度等級的PDU的制造商，以滿足當前和未來的業務實踐的需要無疑是至關重要的。
PDU都暴露在最高環境空氣溫度下。故而企業客戶應盡可能的選擇一款具有最高溫度評級的PDU。
智能PDU適當的功能級別
智能PDU具有不同級別的功能。每種功能在高密度部署情況下的相關益處描述如下：
· 分支電路和相位級監控
這些參數的持續監控以及通過通知設置閾值的能力，確保了連接的負載始終處于容量范圍內。相位級別的監控還確保負載保持平衡，以實現效率和最佳利用率。
· 電源插座的測量
提供有關單個IT設備的能耗的信息，最終實現退款報告和更高的問責制。此外，還有助于為單個設備設置基準能耗，這在選擇要添加到機柜的新設備時非常有用。
· 電源插座的開關
通過為管理員提供什么設備從PDU獲得供電的能力控制，確保合適的配置。作為最佳實踐方案，所有未使用的插座應保持在“關閉”狀態，直到管理員允許其連接到新設備。這種功能還提供了在初始啟動時按順序打開設備以及識別未充分利用的設備的能力，或者在停電后將高浪涌電流最小化的能力。其還為懸掛的IT設備提供了遠程循環供電的能力。
· 綜合的環境監測
通過集成或連接到機架PDU的傳感器，持續的監控機柜級的環境溫度和濕度參數，通過提供對任何即將發生的問題發出早期的通知確保IT設備的可用性。
持續的監控
對于高密度的環境，智能PDU具備隨時提供斷路器狀態的能力是至關重要的。對于所有被監控的電氣參數，PDU需要提供設置閾值的能力。當超過警告或臨界閾值時，PDU應該具備發出警報的功能。您企業所選擇的智能PDU應具備提供通知的靈活性。例如，一些優先的通知方式包括發送電子郵件、SNMP陷阱或Syslog。出于故障排除和審計的目的，智能PDU應為每個記錄的條目提供一個帶有時間和日期戳的可導出的事件日志。
其他注意事項——處理與智能PDU部署相關的挑戰：
除了上面所提到的關鍵性的注意事項之外，還有幾項涉及到智能PDU如何集成到您企業的網絡有關的重要部署注意事項。
最小化所有PDU的網絡連接成本
確保高水平的網絡安全性
對所有PDU的綜合管理
借助安全陣列IP整合技術(Secure Array IP Consolidation Technology)最小化所有PDU的網絡連接成本
智能PDU的網絡連接通常需要安裝從每款PDU的后面安裝附加網絡交換機和電纜以連接到交換機。對于每個聯網的PDU而言，這種網絡基礎設施的成本可以高達500美元。 安全陣列IP整合技術通過在一個IP地址和物理網絡連接中整合并多達32個PDU來最大限度地降低網絡連接的成本。
這減少了所使用的IP端口的總數，最終轉化為部署較少的網絡交換機。總安裝時間和以太網電纜長度也明顯減少。下表則提供了一家企業組織在一個安全陣列下部署智能PDU，較之使用一個單獨的網絡連接到每個單元，可以期望帶來的總的成本節約的一個估計值。
注意：成本是基于每個網絡連接的網絡成本為500美元的估計值。
如下圖所示，安全陣列還允許將陣列中的另一個PDU設置為網絡冗余的“首要備用替代”。這確保了跨陣列的連續通信，即使在登記之一的PDU丟失其網絡連接或其智能被破壞的情況下。安全陣列的其他優點包括大規模配置所有PDU的功能，以及整個陣列內所有PDU和插座的分組。
確保高水平的安全性
由于具備打開和關閉插座，并遠程設置閾值的功能，故而當考慮智能PDU時，網絡安全性是至關重要的。而確保高水平的安全性所需考慮的關鍵項目包括：
A、確保所有可用于監控和管理PDU的接口都內置了安全功能：
① Web界面應支持HTTPS協議
② SNMP兼容性應包括v3支持，已內置了SHA和DES加密
③ 命令行界面(如果支持的話)應包括SSH功能
B、智能PDU應該支持遠程認證協議，諸如LDAP和RADIUS之類，以最小化在每個單獨的PDU處維護密碼和用戶登錄的需要。
C、所有接口應在用戶和管理員級別提供單獨的權限。
D、本地接口的功能應盡可能多的限制僅僅只能用于監控項目。可以改變設置和插座控制的能力，不應該通過本地接口實現。
所有PDU的綜合管理
典型的數據中心在每個機柜內具有兩個PDU。隨著任何中型到大型數據中心的機柜數量逐步從幾十臺增加到幾百臺，單獨管理每款PDU可能會是一個非常繁瑣的任務。一款全面的軟件解決方案通過提供訪問，管理和審計功能的單一界面，簡化了數據中心或多個站點內的所有PDU的管理。綜合軟件解決方案的關鍵管理功能包括但不限于：
· 所有PDU的健康運行狀況映射狀態視圖
· 整合事件日志和報警/通知功能
· 具有報告功能的嵌入式數據庫，可幫助數據中心管理員采取措施以降低能源消耗，利用滯留容量，并更好地規劃未來的容量需求
· 對所有PDU和插座進行分組，以便進行能耗報告，功率控制和設置許可
· 對所有PDU的配置實施更改
管理PDU的軟件解決方案應該能夠自動發現所有支持的設備。動態插件功能允許快速開發對新設備的支持是一大優勢，因為其真正使之成為了一款供應商無關的軟件。開源的數據庫和Web API配置允許數據中心操作人員根據自己的需要定制軟件解決方案。軟件解決方案還應該與PDU本身不斷同步，以確保公共數據模型中的一致性。
結論
在機柜級別的智能電源管理對于成功的高密度部署是至關重要的，并同時需要適當的規劃。第一步是要查看所有可用的電氣輸入選項，并選擇一款兼容所需的機柜密度的電源輸入選項。下一步是選擇支持高密度環 境所需的適當類型和數量的插座。應當適當注意確保所選的PDU能夠支持高密度部署的特性，例如較高的機架溫度和分支電路電流。
智能PDU部署為數據中心提供了顯著的優勢，但同時也帶來了一些挑戰。利用具有安全陣列技術和安全接口的PDU解決了有關網絡連接和成本的問題。部署集中式管理軟件使得所有PDU實現了無縫管理，并使企業客戶的智能PDU的投資真正變得有價值。
現代數據中心需要的智能產品不僅要滿足最低的市場要求，而且還要能夠滿足數據中心運營商們的高可靠性，高性能和高質量的期望。這就是為什么選擇一家能夠提供包含了本文所介紹的所有特性和功能的PDU制造商是如此重要的原因所在了。
關于作者
本文作者Ashish Moondra是國際知名廠商Chatsworth Product, Inc公司資深的電力、電子和軟件產品經理。 他在開發、銷售和管理機架配電、不間斷電源、能量存儲和DCIM解決方案方面擁有長達20年的經驗。Ashish以前曾先后供職于美國電力轉換公司(American Power Conversion)、艾默生網絡能源公司和Active Power公司。
京公網安備 11010502049343號