Veri Merkezlerinde Enerji Tüketimi ve Güvenilirlik Modellemesine Genel Bakış

Özet

Çalışma iki bağlantılı soruyu ele alıyor: veri merkezi yük bölümleri enerji tüketimi için nasıl modelleniyor ve BT güç dönüşüm sisteminin (IPCS) güvenilirliği nasıl değerlendiriliyor? Yöntem sistematik bir literatür incelemesidir; BT, iç güç kondisyonlama ve soğutma yük bölümlerinin enerji modelleri sınıflandırılıyor ve uygulamaya göre avantaj ve dezavantajları ortaya konuyor, ardından güvenilirlik modelleme yaklaşımları gözden geçiriliyor.

Enerji modellemesinde ana sonuç, model parametrelerinin ve değişkenlerinin bulunabilirliğinin doğruluktan daha önemli olduğu. Güvenilirlik tarafında deterministik Uptime Tier yaklaşımı ile olasılıksal yöntemler (RBD, hata ağacı, Markov, Monte Carlo, Petri ağları) karşılaştırılıyor. Deterministik Tier hesabı şebeke kesintisi olasılığını, farklı bileşen arıza oranlarını ve rastgele arıza modlarını yok sayıyor ve sabit arıza ve onarım oranları varsayıyor. IEEE Gold Book (Std 493-2007) arızayı bir PDU'nun (veya UPS dağıtım panelinin) gücünü kaybetmesi olarak tanımlıyor; bir rafı enerjisiz bırakan tek bir kol kesici açması bu tanımda veri merkezi arızası değil, bu nedenle çalışmadan önce arıza durumu açıkça tanımlanmalı.

Literatürden beş IPCS güvenilirlik göstergesi derleniyor: MTBF, MTTR, kullanılabilirlik, ciddiyet ve risk (arızanın yol açtığı mali kayıp). Soğutma için işletme kullanılabilirliği AO = 1/(λsys/µsys + 1), işlevsel kullanılabilirlik ise Af = AO(1 − pus) + (1 − AO)·pt ile ifade ediliyor. Tier IV beş ila altı dokuz kullanılabilirlik gerektirdiğinden milyon rastgele örnekte çok az arıza olayı görünüyor ve Monte Carlo sonuçları arıza modu modellemesine ve dağılım seçimine güçlü biçimde bağlı.

Sınırlar: derleme olduğu için yeni ölçüm yok; PDU, PSU ve soğutma cihazları için arıza ve onarım verisi büyük ölçüde işletmeciler gizli tuttuğu için kamuya açık değil, yalnızca sunucu arıza ve onarım süreleri için kamuya açık bir veri kümesi var. Bu nedenle modeller çoğunlukla genel veriye ve varsayımlara dayanıyor ve araştırma boşlukları sonuç bölümünde öneri olarak sıralanıyor.

Öne çıkan noktalar

1. Deterministik Tier kullanılabilirlik hesabı şebeke kesintisi olasılığını, farklı bileşen arıza oranlarını ve rastgele arıza modlarını yok sayıyor ve sabit arıza ve onarım oranları varsayıyor.
2. IEEE Std 493-2007 (Gold Book) arızayı bir PDU'nun (veya UPS dağıtım panelinin) gücünü kaybetmesi olarak tanımlıyor; tek bir kol kesici açması bir rafı enerjisiz bıraksa da bu tanımda veri merkezi arızası değil; bu yüzden arıza durumu önce tanımlanmalı.
3. Literatürden beş IPCS güvenilirlik göstergesi derlendi: MTBF, MTTR, kullanılabilirlik, ciddiyet ve risk (arızanın yol açtığı mali kayıp).
4. Soğutma sisteminin işletme kullanılabilirliği AO = 1/(λsys/µsys + 1), işlevsel kullanılabilirliği Af = AO(1 − pus) + (1 − AO)·pt ile ifade ediliyor.
5. Tier IV beş ila altı dokuz kullanılabilirlik gerektirdiği için milyon rastgele örnekte çok az arıza olayı görünüyor; Monte Carlo sonuçları arıza modu modellemesine ve seçilen dağılımlara güçlü biçimde bağlı.
6. Sunucu arıza ve onarım süreleri için kamuya açık veri kümesi var; PDU, PSU ve soğutma cihazları için arıza ve onarım verisi büyük ölçüde işletmecilerin gizliliği nedeniyle açık değil.
7. Sonuç: model parametrelerinin ve değişkenlerinin bulunabilirliği, enerji modellerinde doğruluktan daha önemli.

Tasarımda kullanımı

• Güvenilirlik çalışmasına başlamadan önce arıza durumunu (PDU gücü kaybı, rafın kaybı, hizmet kaybı) açıkça tanımlayın ve raporda belirtin.
• Tier düzeyi hedeflerini deterministik hesapla gösterirken şebeke kesintisi ve arıza oranı farklarının hesaba katılmadığını belirtin; olasılıksal yöntemle (Markov, Monte Carlo) destekleyin ve arıza modu varsayımlarını girdi olarak sunun.
• Soğutma kullanılabilirliğini oda sıcaklığı olasılıklarıyla birleştiren işlevsel kullanılabilirlik formülünü soğutma yedekliliği kontrolünde kullanın.
• PDU, PSU ve soğutma arıza verisi için kaynakları (üretici, işletme kaydı) ve belirsizliği açıkça işaretleyin.

Kimler okumalı

Veri merkezi güvenilirlik ve enerji modellemesi yapan araştırmacılar, tasarım mühendisleri ve işletme planlamacıları.

Belgenin bölümleri

1. I. Giriş (A. Arka plan, B. Araştırma boşlukları, C. Amaç ve yaklaşım, D. Katkılar ve öneriler, E. Organizasyon)
2. II. İlgili derleme makaleler
3. III. Veri merkezi yük modellemesinin incelenmesi (A. BT yük modelleri, B. İç güç kondisyonlama sistemi modeli, C. Soğutma bölümü modelleri)
4. IV. Veri merkezi güvenilirlik modellemesinin incelenmesi (A. Tier sınıflandırması, B. Güvenilirlik için dikkate alınacak faktörler, C. Kullanılan güvenilirlik indeksleri ve ölçütler, D. Güvenilirlik modellemesinde kullanılan yöntemler, E. Veri merkezi yükünün güvenilirliği)
5. V. Sınırlamalar ve gelecek çalışmalar
6. VI. Sonuç ve öneriler

İlgili standartlar

• IEEE 493-2007
• Uptime Institute Tier Standard: Topology

Belgeyi okuyun

Yayın bilgileri

Yazarlar

Kazi Main Uddin Ahmed; Math H. J. Bollen; Manuel Alvarez

Yayıncı

IEEE Access (Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE))

Yıl

2021

Cilt

9

Sayfalar

152536-152563

Belge dili

İngilizce

Kaynak türü

Bilimsel yayın

Erişim

Açık lisans — indirilebilir

DOI

10.1109/ACCESS.2021.3125092

Lisans

CC BY 4.0 — atıf vererek paylaşabilirsiniz

Lisans kanıtı

ieeexplore.ieee.org

Künye