19-дюймовый конструктив для ЦОД
Техника структурированного каблирования прочно вошла во все сферы современной жизни. На первых шагах своего развития она применялась исключительно для обеспечения информационной поддержки классического офиса. Однако, идея, заложенная в основу СКС, оказалась настолько удачной, а технические средства автоматизации различных областей человеческой деятельности распространились настолько широко, что за последние полтора десятка лет СКС стали применяться в большом количестве новых областей.
Универсальность техники СКС и некоторые ее особенности
Хорошо известно, что СКС как технический объект изначально обладает ярко выраженным свойством универсальности. Наличие именно этого чрезвычайно важного для практики свойства позволило с минимальными затратами и проблемами внедрить ее в ряде новых областей. С другой стороны, не менее хорошо известно, что недостатки определенного технического решения часто являются прямым продолжением его достоинств. В узкой технической области информационных кабельных систем универсальность означает наличие значительной функциональной избыточности, которая в подавляющем большинстве случаев не может быть в полной мере использована в конкретных местных условиях. В результате она мертвым грузом ложится на бюджет проекта, в большей или меньшей степени ухудшая его экономические параметры.
Для поддержания экономики проекта построения СКС и ее последующей эксплуатации на приемлемом для практике уровне создатели этой разновидности кабельной техники широко применяют сочетание принципов универсальности и специализации. При этом именно разумность подхода к этому вопросу без явно выраженных крайностей во многом определило как коммерческий успех этого направления развития кабельной техники, так и его высокую жизнеспособность. Приведем только некоторые примеры, относящиеся к каноническому уровню продукта.
Даже первичный анализ стандартов оказывает, что СКС является универсальной только на уровне горизонтальной подсистемы. При переходе на магистральные уровни в неявной форме, но очень четко проводится привязка отдельных разрешенных стандартами видов элементной базы к конкретным разновидностям активного сетевого оборудования. Данные ограничения представлены в соответствующих приложениях к базовым стандартам.
Специализация проявляется не только на компонентном, но и на системном уровне. Под последним для определенности понимаются те вопросы, которые выходят за пределы построения отдельной стационарной линии и тракта передачи. Можно, например, сослаться на то, что в СКС промышленного назначения на всех уровнях кабельной системы допускается применение 6-коннекторных схем построения тракта передачи. Последний американский стандарт на СКС для лечебных учреждений с учетом потребности области эксплуатации увеличивает минимальное количество розеточных модулей пользовательской информационной розетки.
Интересно отметить, что системные изменения могут оказать сильное обратное влияние на компонентный уровень СКС. Так, упомянутая выше возможность обращения к 6-коннекторным моделям горизонтального тракта в промышленных системах форсировано привела к необходимости их построения на элементной базе категории не ниже 6. Запасы по помехоустойчивости, образующиеся в этом случае, направляются на компенсацию вредного влияния более мощных шумов, появляющихся за счет увеличенного количества разъемных соединителей в тракте. Одновременно учитывается крайне малая потребность нижнего уровня промышленных систем в сетевых интерфейсах с быстродействием свыше 100 Мбит/с, не говоря уже о 1 Гбит/c.
Дополнительные компоненты СКС
СКС представляет собой продукт массового применения. Как таковой она строится для потребителя и предназначена для удовлетворения его конкретных потребностей. Соответственно, заказчика кабельной системы интересует не набор отдельных компонентов, а готовый продукт, который эксплуатируется его специалистами с минимальным уровнем специальных технических знаний в данной области. Наличие данного требования форсировано вынуждает производителя кабельной системы обращаться к услугам производящих компаний из смежных областей и, по меньшей мере, учитывать реалии архитектурного и дизайнерского оформления офиса и особенности реализации информационной проводки в данном конкретном географическом регионе.
Откликаясь на потребности массовой практики построения информационных кабельных систем, производители СКС вводят в состав продвигаемого ими продукта ряд дополнительных компонентов, часть из которых даже не упоминается в базовых стандартах. Их общей характерной чертой является то, что они не относятся непосредственно к тракту передачи информационного сигнала и к области технологии их реализации. Наиболее известным и практически обязательным компонентом любой СКС является адаптер для установки гнезда модульного разъема на посадочные места в монтажные короба и настенные розетки наиболее распространенных производящих компаний (Legrand, BiTicino, Adaplast и т.д.).
Реализация стратегии ввода в состав штатной элементной базы дополнительных компонентов дает СКС как типично рыночному продукту ряд существенных преимуществ и, в конечном счете, увеличивает его конкурентоспособность. Кратко укажем только на некоторые наиболее востребованные достоинства:
возможность существенной экономии на логистических издержках за счет получения из одних рук всего того комплекса элементной базы, который необходим для реализации проекта;
изначальное согласование элементов между собой на уровне механической совместимости обеспечивает не только стабильность, необходимую для длительной эксплуатации, но открывает перспективы получения хороших эстетических параметров проектного решения в целом;
расширение функциональных возможностей, а также улучшение потребительских свойств системы и телекоммуникационных параметров формируемых трактов.
Последнее положение требует некоторых дополнительных комментариев.
Расширение функциональных возможностей наиболее часто достигается введением в состав штатного каталожного предложения различных активных устройств. Это могут быть измерительные приборы и активные сетевые устройства нижнего уровня: преобразователи среды, малопортовые коммутаторы и точки радиодоступа. Примерами ведущих производящих компаний, тем или иным образом придерживающихся подобной стратегии, являются TE Connectivity, Сommscope и Nexans. Введение средств радиосвязи в состав предложения производителя продукта проводной связи легко обоснуется тем, что точка доступа подключается к информационной системе по кабельному каналу связи и от него же получает питание по технологии РоЕ или РоЕ+.
Решения в области улучшения потребительских свойств продукта и его телекоммуникационных параметров могут выражаться, например, в увеличении предельной протяженности тракта сверх значений, нормируемых стандартом (Panduit) или во введении расширенных гарантий. Наиболее часто практикуется усиление системной гарантии, продолжительность действия которой увеличивается до 20 – 25 лет. Встречаются также предложения качественно иного уровня гарантийной поддержки, например, нулевой ошибки в любом тракте передачи, построенном с соблюдением стандартов и фирменных норм (напомним, что стандарты Ethernet в процессе функционирования допускают вполне конкретную величину битовой ошибки).
19-дюймовый конструктив и его роль в проекте СКС
В общем случае конкретная кабельная система на уровне элементной базы, привлекаемой для ее реализации, может быть разбита на две основные части. К первой из них отнесем те компоненты, которые в рабочем состоянии находятся в помещениях для размещения пользователей. Соответственно компоненты второй группы представляют собой оборудование технических помещения. Технические помещения как архитектурный компонент общественного здания носят для него вспомогательный характер, не могут использоваться для размещения пользователей и поэтому должны обладать минимальными габаритами. Последнее требование немедленно приводит нас к тому, что коммутационное оборудование, образующее интерфейсную часть кабельной системы в технических помещениях, должно выполняться по групповой схеме, обладать минимальными габаритами и в рабочем положении занимать минимальное место.
Для размещения коммутационного оборудования СКС традиционно используется 19-дюймовый конструктив. Применение подобного технического средства дает возможность
получить установочное оборудование с общепризнанными стандартными посадочными местами, дающее возможность легко расширять, изменять и модернизировать кабельную систему в процессе ее эксплуатации;
в случае наличия в палитре предложения поставщика и производителя соответствующих аксессуаров эффективно решать проблему организации избытка длины коммутационных шнуров;
обеспечить очень компактное размещение оборудования;
создать условия удобной фиксации в рабочем положении с соблюдением действующих норм по тянущим и сдавливающим усилиям, а также по допустимому радиусу изгиба кабелей стационарной линии, что является необходимым условием предоставления долговременной системной гарантии.
Представленный здесь перечень достоинств является далеко не полным и при необходимости может быть легко продолжен.
Логика развития рынка информационных кабельных систем привела к тому, что популярность 19-дюймового конструктива в настоящее время оказывается настолько большой, что ряд ведущих производящих компаний из этого сегмента информационных технологий (Molex, Siemon, Eurolan и т.д.) включили его в состав штатного каталожного предложения. Говоря иными словами, эта разновидность элементной базы начинает играть для производителя СКС стратегически важное значение.
Проблема отсутствия явного упоминания монтажного оборудования в базовых стандартах СКС решается организационно разделением кабельной системы на технический объект (описывается профильными стандартами) и рыночный продукт. Последний естественным образом включает в себя элементы формирования электропроводного и оптического тракта передачи, а также непосредственно или же косвенным образом взаимодействующие с ними дополнительные компоненты. В перечень таких компонентов часто включается 19-дюймовый напольный и настенный конструктив в различных вариантах своего исполнения.
19-дюймовый конструктив для ЦОД и его особенности
19-дюймовый монтажный шкаф имеет исключительно важное значение для ЦОД. Прямым доказательством этого является то внимание, которое уделяется ему в действующих редакциях профильных нормативных документов (ANSI/TIA-942-A, ANSI/BICSI-003-2011). Можно сослаться, например, на то, что подобный конструктив
является обязательным составным компонентом наиболее часто используемой на практике системы воздушного охлаждения серверов и других компьютерных и телекоммуникационных устройств, формируя структуру горячих и холодных коридоров;
представляет собой реперную единицу системы администрирования, фактически задавая своими габаритами (точнее, шириной) размеры ячейки координатной сетки.
Иначе говоря, в рассматриваемой области применения в отличие от офисных систем 19-дюймовый конструктив с точки зрения производителя приобретает заметно большее значение на фоне компонентов тракта передачи как профильной продукции. На него аналогичным распространяются все действующие в области требования и подходы, которые, возможно, несколько корректируются с учетом основного назначения данного оборудования, причем величина вводимых изменений не носит принципиального характера. Важное значение приобретает то, что потребительские свойства этого оборудования равным образом усиливаются в случае его целенаправленной адаптации к области применения.
Система требований к шкафам для применения в ЦОД и в офисных информационных системах обладает очень высокой степенью сходства. В качестве общих можно указать, например, на необходимость использования съемных дверей с возможностью изменения направления открывания, применения легкосъемных боковых панелей, наличие штатных компонентов заземления, использование на панельных деталях порошковой окраски и т.д. Перечень аксессуаров также оказывается очень похожим и в “пересекающейся” части включает в себя различные полки, распределители силового электроснабжения PDU и т.д.
Здесь сосредоточим свое внимание на наиболее важных особенностях 19-дюймового монтажного оборудования для ЦОД. Их значимый характер подтверждается тем, что этот вид изделий часто обозначается специальным термином “серверных шкафов”.
В отличие от монтажных шкафов офисных информационных систем, в которые устанавливаются преимущественно относительно легкие панели СКС и коммутаторы ЛВС, шкафы для ЦОД должны иметь заметно большую несущую способность. Это определяется тем, что до 90% посадочных мест может быть заполнено таким крупногабаритным и тяжелым (удельная масса до 10 кг на 1U монтажной высоты) оборудованием как сервера и локальные коммутаторы.
Более того, шкаф может быть использован в качестве основы для монтажа локальных кондиционеров и тяжелых магистральных коммутаторов. Таким образом, несущая способность вполне может превышать 1000 кг (соответствующие шкафы Eurolan имеют паспортное значение данного параметра в 1500 кг). Кроме того, меняется сама конструкция шкафа, т.к. локальные кондиционеры из соображений экономии места зачастую устанавливаются вместо боковых стенок. При обращении к довольно популярной концепции Top-of-Rack коммутатор может устанавливаться в верхней крышке корпуса, что требует соответствующей конструкторской проработки.
Столь хорошие механические характеристики достигаются применением известных приемов. Среди них укажем на полностью сварной конструкции, увеличением толщины металла панелей и введением третьей пары монтажных направляюих.
Компьютерное и телекоммуникационное оборудование, эксплуатируемое в аппаратном зале ЦОД, работает в очень напряженном тепловом режиме и выделяет значительные объемы тепла. Основным средством его утилизации на сегодняшний день является воздушное охлаждение. В случае выполнения соответствующих мероприятий на сегодняшний день с его помощью удается утилизировать до 10 кВт тепловой мощности на шкаф обычной для аппаратного зала ЦОД высоты 42 - 45 U. Простая арифметическая выкладка дает удельное значение этого параметра примерно в 200 – 250 Вт на 1U монтажной высоты, что соответствует типовому значению энергопотребления современных серверов.
Тем не менее, даже снижение выделения тепловой мощности до типовых в массовых проектах средних и малых ЦОД величин 2 – 4 кВт на конструктив требует обязательного выполнение ряда мероприятий по увеличению эффективности функционирования системы воздушного охлаждения. На уровне отдельного шкафа они сводятся к следующим мероприятиям
включение конструктива в целенаправленно сформированную систему холодных и горячих коридоров (данное требование содержится в профильных стандартах);
использование в конструкции шкафа перфорированных передних и задних дверей (коэффициент перфорации, значимо влияющий на величину аэродинамического сопротивления и через него пропорционально влияющий на эффективность охлаждения, может достигать 80%);
герметизации внутреннего пространства шкафа на уровне как цоколя и верхней крышки, так и зазоров между отдельными конструктивными элементами шкафа, а также монтируемого в него оборудования.
Последнее дополнительно делится на группы. Мероприятия по “вертикальной” герметизации осуществляются преимущественно на уровне цоколя. Необходимость их применения вызвана тем, что на фальшпол аппаратного зала ЦОД дополнительно возлагаются функции камеры статического давления системы воздушного охлаждения. “Горизонтальная” герметизация имеет своей основной целью поддержание характера протекания охлаждающего воздуха по возможности максимально близко к ламинарному, а также блокировки т.н. тепловых петель внутри конструктива, приводящих к перегреву серверов на верхних посадочных местах.
Наличие данных требований приводит к тому, что состав штатных аксессуаров серверных шкафов оказывается намного более обширным по сравнению с аналогичными компонентами конструктивов офисного назначения. В него дополнительно включаются различные заглушки, которыми закрываются все незадействованные свободные места на 19-дюймовых монтажных направляющих, а также компоненты, перекрывающие естественные внутренние полости внутри оболочки.
Последние часто выполняются как многофункциональные устройства. Например, функции декоративной панели для защиты зазора между боковой стенкой и 19-дюймовой монтажной направляющей возлагаются на вертикальный организатор коммутационных шнуров, который за счет этого должен иметь основание без отверстий облегчения.
Учтем также то. что из-за чрезвычайно высокой дефицитности посадочных мест в серверных шкафах вертикальный организатор часто является единственным средством обеспечения аккуратной укладки кабелей различных коммутационных шнуров. В сочетании с несколько большей предпочтительностью использования в качестве серверных шкафов конструктивов шириной в 600 мм это означает необходимость достижения требуемой емкости организатора за счет увеличения его глубины.
С. Алексеев