Moxa ile Veri Merkezlerinde Kritik İzleme Ağı Çözümleri
Dünya genelinde yaklaşık 8.000 veri merkezi bulunduğu ve bunların üçte birinin ABD’de, yüzde 16’sının ise Avrupa’da olduğu belirtilmektedir. Sadece Avustralya’da 300 Veri Merkezi bulunmaktadır.
Veri Merkezi yatırımlarının 2030 yılına kadar %10-15 artacağı düşünülmektedir.
IoT, Big Data ve özellikle Yapay Zeka konularında yoğun ihtiyaçlar, önümüzdeki yıllarda veri merkezi sayısı ve kapasitesinde önemli bir artış yaşanacağını göstermektedir.
Veri Merkez, PMS/BMS yapılarında örnek bir topoloji;
Şekil-1
Moxa endüstriyel ürün portföyü, Veri Merkezlerindeki BMS (Building Management System – Bina Yönetim Sistemi) ve PMS (Power Management System – Güç Yönetim Sistemi) sistemleri için komple çözüm sunabilmektedir.
BMS, bir veri merkezinin bina altyapısını izlemek ve kontrol etmek için kullanılan merkezi bir sistemdir. Enerji verimliliği, çevresel koşullar ve güvenlik gibi unsurları optimize eder.
PMS, veri merkezindeki enerji altyapısını izlemek, yönetmek ve optimize etmek için kullanılan bir sistemdir. Elektrik enerjisinin etkin kullanımı ve güç kaynaklarının sürekliliği için kritik öneme sahiptir.
Şekil-1’deki topolojide, Akıllı trafo merkezi koruması için PRP, HSR ve RSTP Grouping ile kesintisiz bir mimari gerçekleşmiştir.
Yüksek Gerilim (HV) panolarındaki IED üniteleri, IEC-61850 uyumluluğu sağlanarak, PRP protokolü ile network’e bağlanmaktadır. Çift ethernet portlu ve PRP protokolü destekli herbir IED, PRP-LAN-A ve PRP-LAN-B’ye birer uplink ile bağlanmıştır. IED, aynı veriyi , frame’e PRP tag’ını ekleyerek hem PRP-LAN-A hem de PRP-LAN-B’ye gönderecektir.
Eğer bir IED, PRP protokolünü desteklemiyorsa, IED’lerin önüne bir PRP destekli RedBox konumlandırmak da mümkündür.
PRP-LAN-A ve PRP-LAN-B ise farklı HSR üye anahtarları üzerinden HSR Ring’e kuple olmaktadır. HSR Ring ise RSTP koşan Omurga ağına kuple edilmiştir.
Bu topolojide, “single-point of failure protection” sağlanmıştır. Yani tek nokta veya tek link arızasında dahi sistemin kesintisiz çalışmaya devam ettiği, tam korumalı bir mimari oluşturulmuştur. Bununla birlikte, PRP/HSR protokolleri sayesinde Zero packet loss, Zero recovery time sağlanmaktadır. PRP/HSR ağında bir verinin kendisi ve birebir kopyası farklı yollardan hedefe iletilir, yollardan birinde bir node veya link arızası olsa dahi verinin birebir kopyası diğer yoldan hedefe ulaşacaktır, bu yüzden PRP/HSR mimarisi bir arıza esnasında sıfır paket kaybı sağlar.
Omurga’da PRP/HSR protokokolleri desteklenmiyorsa ne yapacağız? Moxa, bu tür durumlar için PRP/HSR yapının RSTP ( Rapid Spanning Tree) Omurga ile konuşmasını sağlayan, “RSTP Grouping” özelliğini geliştirmiştir.
PRP-LAN-A ve PRP-LAN-B ‘deki Ethernet Switch’ler, Standart bir ethernet switch olabilir. Bu anahtarlar, IED (PRP destekli) ünitelerden gelen PRP Tag’lı frameleri üst katmandaki HSR Redbox’lara aktarmaktadır. HSR Redbox’lar ise, PRP tag’lı gelen framelerin PRP tag’larını soyup HSR tag’lı frameleri HSR Ring içinde döndürmektedir. HSR ringdeki bir veri Omurgaya akacak ise, RedBox’lar HSR Tag’ları soyup orjinal frame’leri omurga katmanındaki RSTP ağına göndermektedir. RSTP ağına gelen frame’ler artık orjinal frame’dir. Çünkü RSTP ağındaki standart anahtarlar, sunucular vs, PRP veya HSR taglı bir frame’i proses edemeyecektir.
Her bir RedBox (Redundancy Box) Switch’de, kabinet izleme ile ilgili sistemler ( Enerji analizörü, sıcaklık/nem, hava akışı, kabinet açık/kapalı, titreşim/darbe/eğim,) sonlanmakta ve HSR veya PRP yapılar üzerinden yedekli olarak Omurgaya ulaşmaktadır.
PRP/HSR yapılarda, bu protokolü desteklemeyen üniteleri (SAN) PRP//HSR’a katmak için RedBox kullanılır. PRP/HSR portları olan bilgisayar, RTU , IED üniteleri (DAN) doğrudan PRP/HSR ağına bağlanabilecektir.
İzleme ağı, farklı opsiyonlarla da sunulabilir;
20 milisaniye Recovery time sunan aşağıdkai Ring topolojisinde Chain (Sub-Ring) yapısı olluşturulmuştur. Örnek topolojide birkaç kabinet birleştirilerek bir chain oluşturulmuştur. Chain’in Omurgaya kuple olduğu uplink’lerin birisi otomatik olarak backup durumuna alınır, herhangi bir Switch veya link arızası olduğunda 20 milisaniye kayıpla trafik ayakta olan linklere aktarılır.
Diğer bir opsiyonda ise, herbir kabinet dedike yedekli uplinkler ile Omurgaya bağlanmıştır. Uplink’lerden birisi koparsa, diğer uplink 20 milisaniye kayıpla, diğer uplink üzerinden aktarılmaya başlar.
Bir Veri merkezinde Ethernet Ağı ile ilgili çözümlerin yanında, sensörler, enerji analizörü gibi ünitelerden veri toplamak için ModbusTCP, ModbusRTU, Profinet, Ethernet/IP destekli protokol çeviriciler, Ethernet-Serial Server’lar, Ethernet IO çözümleri de önemli yer tutar.
ModbusRTU destekli seri arayüzlü sensör ve ünitelerden, ModbusTCP veya başka bir protokol ile veri çekmek için Industrial Protocol Gateway kullanmak gerekecektir.
En popüler çevirici, ModbusTCP to ModbusRTU tipidir. Bu yöntemde, merkezdeki SCADA veya EMS yazılımı modbusTCP sorguları gönderir ve Protocol Gateway bu sorguları karşılayarak ModbusRTU seri’ye çevirir, ardından RS-485/RS-232 bus’a iletir. Bus’daki hedef sensörden gelen yanıtı da tam tersi modbusRTU’dan ModbusTCP’ye çevirir. Bu işlem yaklaşık 500milisaniye sürere ve Tansparent yöntemi olarak adlandırılır. Bu proses, çok fazla IED, Sensör ünitelerinden çok yoğun veri okuma durumunda yavaş kalmaktadır. Bu tür durumlar için Intelligent Mode’da çalışan yüksek performansı Protocol Çeviriciler tercih edilmelidir. Akıllı moddaki bir Protokol Çeviriciye tüm modbusRTU sorgularını tanımlarsınız, Çevirici belli aralıklarla sorgu yapar ve verileri belleğinde toplar. SCADA, ethernet ağı üzeirnden bir modbusTCP sorgusu gönderdiğinden anında bellekten yanıtı verilir. Normalde SCADA 500milisaniye sorgu yanıtı beklerken birkaç milisaniyede yanıt almaya başlar.
