White Paper - Dynamic Rack Control

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1 White Paper - Dynamic Rack Control Dipl.-Kffr. (FH) Csilla Burján Dipl.-Ing. Markus Schmidt Copyright 2009 All rights reserved. Rittal GmbH & Co. KG Auf dem Stützelberg D Herborn Phone +49(0)2772 / Fax +49(0)2772/

2 Inhaltsverzeichnis 1. Einführung RFID Technologie Stärken und Chancen Akzeptanz Optimierungspotential im Rechenzentrum Inventarisierung Energieversorgung und Kühlung Systembeschreibung Rittal Dynamic Rack Control Nutzenaspekte Ausblick

3 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Umsatzentwicklung RFID-Weltmarkt in Mill. US $...7 Abbildung 2: Bedeutung von RFID in den nächsten Jahren...8 Abbildung 3: Antenne mit beleuchteten LEDs...9 Abbildung 4: Rittal Tags und Antenne...9 Abbildung 5: Grunddaten und Leistungsbilanz eines individuellen Rack-Ausbaus...10 Abbildung 6: Stammdatensatz einer 482,6 mm (19 )-Komponente...10 Abbildung 7: Erweiterte Managementinformationen...10 Abbildung 8: Technischer Aufbau DRC...11 Abbildung 9: PSM Schiene mit LEDs pro Steckplatz...12 Abbildung 10: Anfallende Kosten für Downtime...13 Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Unterschied aktive und passive Transponder...6 Tabelle 2: Eigenschaften und Vorteile von RFID...6 Tabelle 3: Chancen und Beispiele der RFID-Technologie...7 3

4 Abkürzungsverzeichnis CMC - Computer Multi Control CPU - Central-Processing-Unit DRC - Dynamic Rack Control HE - Höheneinheit HF-RFID - High Frequency Radiofrequency Identification IT - Informationstechnik RFID - Radiofrequenz-Identifikation RZ - Rechenzentrum USV - Unterbrechungsfreie Stromversorgung Tagging - Datenkennung 4

5 1. Einführung Das Internet der Dinge: Nicht nur Rechner, sondern auch Objekte und Prozesse werden zunehmend vernetzt. Basis hierfür ist die RFID-Technologie. Die Radiofrequenz- Identifikation (RFID) eröffnet neue Perspektiven für eine ganze Reihe von Branchen und entwickelt sich damit zu einer Querschnittstechnologie. Eine Vorreiterrolle nehmen vor allem der Logistikbereich und die Lagerbewirtschaftung ein, wobei viele Potenziale und Anwendungsmöglichkeiten noch nicht ausgeschöpft sind. Eines dieser Bereiche ist die Optimierung von Rechenzentren: Die physische Inventarisierung mit RFID in Zusammenhang mit dem Monitoring von Energie- und Kühlungsbedarf wurden bis jetzt kaum berücksichtigt. Hier kann die Weiterentwicklung der RFID-Technologie und dessen innovativer Einsatz zur Lösung von vielfältigen Anforderungen beitragen. 2. RFID 2.1. Technologie RFID macht die kontaktlose Erkennung von Objekten oder Personen mittels Radiowellen möglich. Eine RFID-Systeminfrastruktur umfasst einen Transponder, ein Sende-Empfangs- Gerät sowie ein im Hintergrund agierendes IT-System. Im Mittelpunkt steht der Transponder ein Mikrochip mit einer Antennespule. Er ist in ein Trägerobjekt integriert, zum Beispiel in einer Plastikkarte. Auf dem Chip ist in der Regel ein Nummerncode gespeichert. Dieser verschlüsselt Informationen, die in einer Datenbank hinterlegt sind. Dadurch erhält jeder Gegenstand mit RFID-Transponder eine unverwechselbare Identität. 1 Das Auslesen bzw. Schreiben der Informationen wird per Funkwellen vorgenommen. Bei niedrigen Frequenzen geschieht dies induktiv über ein Nahfeld, bei höheren über ein elektromagnetisches Fernfeld. Die Entfernung, über die ein RFID-Transponder ausgelesen werden kann, schwankt aufgrund der Ausführung (aktiv/passiv), benutztem Frequenzband, Sendestärke und Umwelteinflüssen. 2 Ähnlich wie sich im Informationen im Internet finden lassen, ist dies auch für Objekte möglich. Der Tag sendet Daten and das Lesegerät, das den Code an eine Datenbank weiterleitet. Das IT-System entschlüsselt den Code und verknüpft ihn mit Informationen, die in der Datenbank oder auch im Internet hinterlegt sind. Das Wissen beziehungsweise die Intelligenz des Systems liegt dabei nicht im Transponder, sondern in den Datenbanken

6 Transponder gibt es heute in den unterschiedlichsten Bauformen und Größen. Je nach Einsatzgebiet werden aktive oder passive Transponder verwendet. Aktiv Passiv Energieversorgung Batterie Funkwellen Nutzungsdauer Abhängig von Batterie Unbegrenzt Preis Hoch Niedrig Speicherplatz Groß Gering bis mittel Beschreibbarkeit Mehrmals Einmalig oder mehrmals Reichweite Weit Wenige cm bis mehrere m Lesegeschwindigkeit Mittel bis hoch Gering bis mittel Tabelle 1: Unterschied aktive und passive Transponder 2.2. Stärken und Chancen Aufgrund der zahlreichen Vorteile, setzen schon heute Industrie und Handel auf die RFID- Technologie. Die Tabelle 2 zeigt die Eigenschaften von RFID-Datenträgern und deren Vorteile in der Anwendung. Eigenschaften von RFID-Datenträgern Vorteile der Anwendung Jeder Chip verfügt über eine eindeutige und weltweit nur einmal vergebene Eindeutige Zuordenbarkeit auf Einzelproduktebene Seriennummer (=UID) Vollständige Produktindividualisierung Wiederbeschreibbarer Datenspeicher im Flexibles Datenmanagement direkt am Produkt Chip Informationen auf dem RFID-Datenträgern können jederzeit geändert, gelöscht oder ergänzt werden Produkt-, Wartungs-, Produktions- oder Servicedaten direkt am Produkt verfügbar Sichtkontaktlose Kommunikation zwischen RFID-Datenträger und Schreib-Lesesystem Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzungen durch Anbringung an geschützte Stellen Unsichtbare Integration in eine Vielzahl bestehender Produkte Vereinfachte Prozessautomatisierung Nahezu 100%-ige Erstleserate Prozessbeschleunigung Reduzierung von Fehllesungen Gleichzeitiges Lesen mehrerer RFID- Prozessbeschleunigung Datenträgern in einem Arbeitsschritt Reduzierung von Fehllesungen (=Pulkerfassung) Tabelle 2: Eigenschaften und Vorteile von RFID

7 Durch den Einsatz der RFID-Technologie ergeben sich Chancen für alle Bereiche des öffentlichen Lebens für Wirtschaft, Wissenschaft, öffentliche Einrichtungen und Freizeit, wie die nachstehende Tabelle 3 beispielhaft zeigt. Chancen Beispiel Prozesse optimieren Waren- und Palettenkennzeichnung im Logistikbereich Rückverfolgbarkeit erleichtern Bio-Nahrungsmittel Authentizität garantieren Elektronischer Reisepass, Tierkennzeichnung Produktsicherheit verbessern Medikamente das Lagermanagement optimieren Autom. Steuerung der Nachbevorratung von Supermärkten Zugangskontrollen vereinfachen Chipkarten Tabelle 3: Chancen und Beispiele der RFID-Technologie 2.3. Akzeptanz Trotz einiger Rückschläge: RFID hat sich bereits in einigen Branchen bewährt. Dafür sprechen zahlreiche Projekte mit erfolgreichem RFID-Einsatz wie beispielsweise das Tagging von Waren oder Diebstahlschutz durch Transpondereinsatz. Auch die Marktzahlen sind aussichtsreich. Ausgehend vom weltweiten Umsatz im Jahr 2007 mit 917 Mill. US Dollar erwartet das Beratungshaus Gartner in den nächsten Jahren weltweit ein starkes Wachstum. In 2012 sollen laut ihrer Prognose 3,5 Mrd. US Dollar erreicht werden 5. Die Abbildung 1 zeigt diese erwartete globale Umsatzentwicklung. Abbildung 1: Umsatzentwicklung RFID-Weltmarkt in Mill. US $ Wie die Technologie von den Unternehmen angenommen und eingeschätzt wird, hat das FTK - Forschungsinstitut für Telekommunikation in Zusammenarbeit mit dem Informationsforum RFID im Jahr 2008 ermittelt. Das Ergebnis: Zwei Drittel der 298 beteiligten überwiegend mittelständischen Unternehmen sind über die wesentlichen Aspekte von RFID 5 7

8 gut bis sehr gut informiert. Die Mehrzahl der Befragten ist sich einig darin, dass die Bedeutung von RFID sowohl für den Mittelstand als auch für die Branche und das eigene Unternehmen in den nächsten Jahren groß oder sehr groß sein wird. Abbildung 2 stellt die Einschätzungen der Umfrage als Diagramm dar. Abbildung 2: Bedeutung von RFID in den nächsten Jahren Ausgehend von diesen Bewertungen gilt es nun Informationslücken zu schließen und neue Anwendungsmöglichkeiten aufzuzeigen. Mit dem Thema Dyamic Rack Control sollen Verbesserungspotentiale im Rechenzentrum erschlossen und neue Lösungswege aufgezeigt werden. 3. Optimierungspotential im Rechenzentrum 3.1. Inventarisierung In Rechenzentren besonders ab einer bestimmten Größe- ist es schwer, den Überblick über die vorhandenen Hardware-Komponenten zu behalten. Zwar ist es heute möglich, mit jedem intelligenten IT-Device zu kommunizieren, aber die physische Zuordnung zum Rack und der entsprechenden Höheneinheit ist problematisch. Auch die Gerätestruktur in den einzelnen Schränken mit Servern, Lüftern, USV, etc ist häufig nicht transparent. Vor diesem Hintergrund gestaltet sich die Inventarisierung und stetige Aktualisierung der Daten über die Verteilung der Komponenten im Rechenzentrum aufwendig und meist auch zeitraubend. In vielen Fällen wird die vorhandene manuell erfasste Dokumentation nicht auf Richtigkeit überprüft. Diese Angaben sind aber notwendig, um gerade im Fehlerfall Entscheidungen treffen zu können. Ein weiteres Problem ist die Halbwertszeit der erhobenen Informationen: Die Erfassung und Aktualisierung über stellt immer eine Momentaufnahme des RZ-Inventars dar. Eine effiziente Rackbelegung und transparente Komponentenadministration bedürfen jedoch aktuellen und somit verlässlichen Daten. 8

9 3.2. Energieversorgung und Kühlung Bei der Bestückung der Racks mit Komponenten verlässt man sich allzu oft auf Erfahrungswerte, wobei eine effiziente Energieversorgung und Kühlung weitgehend unberücksichtigt bleibt oder nicht den sich verändernden Leistungsanforderungen angepasst wird. So können Hot Spots entstehen und die Fehlerwahrscheinlichkeit erhöht sich. Wenn beispielsweise ein Server mit wichtigen Applikationen einen Fehler meldet, kann durch Verlagerung virtueller Maschinen auf andere Racks die Verfügbarkeit sicher gestellt werden. Doch in welchem Rack ist der Server verbaut und welche Racks bieten optimale physische Bedingungen (Strom/Kühlung)? Wie viel Strom zieht ein Gerät im Schrank und welcher Kühlungsbedarf besteht im Moment? Zur Beantwortung dieser Fragen sind aktuelle und verlässliche Informationen über die Gerätestruktur pro Rack und deren physische Bedingungen nötig. Nachstehend soll das System Dynamic Rack Control vorgestellt sowie dessen Nutzen und Vorteile hinsichtlich der aufgezeigten Optimierungspotentiale veranschaulicht werden. 4. Systembeschreibung Rittal Dynamic Rack Control Dynamic Rack Control (DRC) nutzt die RFID-Technologie direkt im Rack, um die Komponentenbestückung der 19 Ebene komplett berührungslos und in Echtzeit zu erfassen. Das Konzept: Mit RFID-Tags ausgestattete Komponenten senden kontinuierlich Informationen zur einer im Schrank eingebauten Antennenleiste. Da dieser über einen Sensor pro Befestigungsloch verfügt, sind über jede Höheneinheit Daten abrufbar. Auf diese Weise wird beim Einbau der exakte Standort jedes einzelnen Servers sofort kontaktlos erfasst. Darüber hinaus können sämtliche Basis-Informationen (Hardware-Hersteller, Art der Komponente, Einbaudatum, Software) auf den RFID-Tags gespeichert werden und stehen permanent zur Verfügung. Die Abbildungen 3 und 4 zeigen die beleuchtete Antennenleiste bzw. einen verbauten Tag. Abbildung 3: Antenne mit beleuchteten LEDs Abbildung 4: Rittal Tags und Antenne 9

10 Die Erkennung, Auslesen oder Beschreibung des Tags wird durch blinkende LEDs am Sensor bestätigt. So ist zu jeder Zeit eine aktuelle Übersicht der in den Racks verbauten Komponenten, getrennt nach Geräteklasse, Leistungsaufnahme oder Formfaktor möglich. Die Darstellungen der Rackkonfigurationen stehen zum Einem visuell auf einer Webseite des CMC-TC 6 zu Verfügung, zum Anderen ist eine Listenform abrufbar, ein Datenim-/export über das XML-Dateiformat ist ebenfalls möglich. Diese Datensätze können dann z.b. in externen Datenbanken weiterverarbeitet werden und erleichtern die tägliche Arbeit bei der Optimierung eines Rechenzentrums ganz erheblich. Abbildung 5: Grunddaten und Leistungsbilanz eines individuellen Rack-Ausbaus Abbildung 6: Stammdatensatz einer 482,6 mm (19 )- Komponente Abbildung 7: Erweiterte Managementinformationen

11 Rittal verwendet HF-RFID Technologie (f=13,56 MHz), diese Trägerfrequenz ermöglich besonders kompakte Abmessungen der zu integrierenden Antennenmodule. Die Daten werden konform der ISO auf den Tag geschrieben. Diese können mit geeigneten Handlesegeräten erfasst und editiert werden, sowohl wenn der Tag direkt im Rack integriert ist als auch wenn die Komponenten ausgebaut sind. Zu einem späteren Zeitpunkt wird zusätzlich auch die Erfassung der genauen Rackposition im DataCenter über einen optionalen RFID-Reader im Schrankrahmen und entsprechende Tags auf dem Boden möglich sein. Empfehlenswert ist daher, vor allem bei Erweiterungen und Neuinstallationen von Racks, dieses innovative Inventarisierungsmanagementsystem direkt zu berücksichtigen. Die Abbildung 8 veranschaulicht den technischen Aufbau von DRC. Abbildung 8: Technischer Aufbau DRC Durch die Möglichkeit eine Vielzahl von Kenndaten der Komponenten auf die zugehörigen passiven RFID-Tag s zu speichern, können freie Kapazitäten in der 19 Ebene der Racks erkannt und Rückschlüsse auf die verbauten elektrischen Leistungen gezogen werden. Jedes Rack lässt sich so optimal hinsichtlich Platz, Kühlleistung und Stromversorgung mit zusätzlicher Hardware bestücken. Diese Daten stehen Online jederzeit aktuell zu Verfügung, Änderungen werden sofort übernommen, die sonst übliche manuelle Erfassung oder Inventarisierung entfällt. RFID bildet einen Baustein für umfassendes Überwachungssystem. Eine Einbindung in RiZone also in die Rittal Infrastruktur Management Suite ist möglich. RiZone ist eine Managementplattform, die auf die physische Infrastruktur eines RZ optimiert ist. Sie verwaltet hauseigene Infrastruktur Devices wie CMC, USV, Stromversorgung im Rack, Raum sowie 11

12 Flursteckdosenebene, Kühlung bis auf Rackebene, etc., kann aber auch mit anderen Produkten via SNMP und BACnet kommunizieren. Dies ermöglicht die Administration der kompletten physischen Infrastruktur eines Rechenzentrums Messung der Leistungsaufnahme sowie An- und Ausschalten einzelner Server pro Steckplatz Statistiken Kenndaten Stromaufnahme, etc. Abbildung 9: PSM Schiene mit LEDs pro Steckplatz Mit Dynamic Rack Control, RiZone und einer Management Software wie z.b. System Center Operations Manager von Microsoft lassen sich alle wichtigen Parameter wie Kühlung, Stromversorgung und Energieverbrauch in einem Rechenzentrum beobachten und steuern. Neben der Erhöhung der Ausfallsicherheit und Energieeffizienz, können so im Fehlerfall Applikationen schneller verlagert, Geräte rascher gefunden, getauscht und Optimierungspotentiale besser genutzt werden. 5. Nutzenaspekte Dynamic Rack Control bietet mit der RFID Technologie vielfältigen Nutzen in Rechenzentren. Das Lokalisieren der Komponenten, die Aufnahme des Gerätetyps und der Seriennummer, das anschließende Sortieren der Datensätze sowie Pflege der Metadaten (Kaufdatum, Wartung,..) müssen regelmäßig durchgeführt werden. Je nach Größe des RZ und verfügbaren Mitarbeitern stellen diese Aufgaben einen erheblichen Zeit- und Abstimmungsfaktor dar nicht nur bei eigenen Rechenzentren sondern auch bei ausgelagerten Prozessen. DRC bietet hier die Vorteile der automatischen Inventarisierung: Es erkennt selbstständig Komponenten, ordnet diese dem Rack sowie der genauen Höheneinheit zu. Verändern sich Hardware-Positionen, werden diese automatisch registriert und gemeldet. 12

13 Zweitens spielen menschliches Versagen und deren Auswirkungen bei der Hardware Inventarisierung eine Rolle. Fehlerhafte Identifikation der Komponenten Einbauorte und unzureichende Dokumentation können im Fehlerfall weitreichende Folgen haben: Entscheidungen, wie ein Server-Shutdown werden aufgrund von falschen Informationen getroffen und verursachen zum Teil erhebliche finanzielle Schäden. Die Kosten die durch die Nichtverfügbarkeit eines Dienstes ("Downtime") entstehen, hängen sehr stark von der jeweiligen Anwendung und vom Geschäftsfeld ab. Die Abbildung 10 zeigt die geschätzten Kosten pro Stunde in US-Dollar in verschiedenen Branchen. Kosten / h (in Tausend US-Dollar) Fertigung Logistik Einzelhandel Home-Shopping Medien (Pay per View) Bankrechenzentrum Kreditkartenverarbeitung Broker Abbildung 10: Anfallende Kosten für Downtime 7 Nicht zu vergessen sind monetäre Auswirkungen bei IT-Dienstleistern und deren Service Level Agreements (SLA). SLAs sind Vereinbarungen zwischen Kunden und Dienstleistern über geforderte und zu liefernde Serviceleistungen wie Verfügbarkeit, Reaktionszeiten, Online-Zeiten, etc. Die Nichtverfügbarkeit von Diensten kann in diesem Zusammenhang eine Vielzahl von Kunden und Prozesse betreffen. Verlust von Kunden aufgrund von Imageschäden, Kompensation von Minderleistungen z.b. durch Kosten von Zukaufprozessen, mögliche Haftung bei Folgeschäden von Partnern und Lieferanten, etc. sind schwer bezifferbare Effekte, die ebenfalls auftreten können. Dynamic Rack Control kann durch das Bereitstellen von Hardwaredaten und deren Integration in bestehende Überwachungssysteme das Asset Management im RZ erleichtern. 7 Contingency Research, 13

14 Weitere Möglichkeiten wie Verwaltung von elektrischer Leistung und Verlustleistung für jede Komponente, Rückschlüsse auf freie Kapazitäten bei Kühlleistung und Stromversorgung im Rack sowie im weiteren Schritt die Integration in RiZone bieten ein umfassendes physisches RZ Management Tool. 6. Ausblick RFID verbindet die physische Welt mit der virtuellen Welt der digitalen Daten. Obwohl das Internet der Dinge noch Zukunftsmusik ist, spielt RFID ist in unserer Gegenwart bereits eine bedeutende Rolle. Von der Erfassung von Fahrzeugen Mautsystemen wie bspw. in Dubai bis hin zum epass sind viele RFID-Projekte bereits Realität. Der Wert der Technologie liegt so Gartner nicht nur in der RFID Technologie an sich, sondern in der Innovation von Geschäftsprozessen. Der Bedarf hierfür scheint gegeben: Laut einer Studie 8 in 2008 für den wirtschaftlichen Einsatz von RFID ist der Bereich Bestandsmanagement für 41 von 149 Befragten gut bis sehr gut vorstellbar. Hingegen können sich die Befragten RFID auf dem Gebiet Zustandskontrolle weniger vorstellen. Hier zeigt sich, dass die Vorteile dieser Technologie noch nicht in ausreichendem Maße bekannt sind. Daher gilt es nun Unternehmen für die Nutzung von RFID in Rechenzentren zu sensibilisieren und die Vorzüge zu demonstrieren. 8 International Performance Research Institute, Wirtschaftlicher Einsatz von RFID,