如何通过智能配电最大限度地提高网络可用性

对电能成本上升的关注正促使数据中心和其他网络设施的运营商重新思考如何构造这些设施，包括改变对智能配电装置 (iPDU) 如何促进更环保、更可靠和更低成本运行的期望，所有这些都有助于提高网络可用性。此外，从支持云计算的大型数据中心到分散在工厂、仓库等其他设施的边缘的更小数据中心，越来越多的数据中心在指定和集成 iPDU 时需要采用不同的方法。大型数据中心正在使用 iPDU 在温度为 60°C 的高热通道中运行，以减少冷却需求和电能消耗。相比之下，边缘数据中心的最高工作温度为 40℃，符合其所在的设施环境条件。

iPDU 的规格和运行特性需要与其部署环境相匹配。人们越来越期待 iPDU 能够支持远程电能监控，以便在所有情况下优化可用性。

本文将比较在云与边缘环境下 iPDU 的运行环境及预期，包括软硬件以及部署建议；然后介绍适合云和边缘数据中心的 Panduit 和 Orion Fans 的 iPDU。

影响 iPDU 选择的云和边缘环境的三大特点是热环境差异、网络通信架构差异和设备密度差异。云和边缘环境之间最具挑战性的差异可能是，大多数边缘设备的预期工作温度高达 40℃，而云数据中心的工作温度为 60℃（图 1）。在云环境中，冷热通道最大限度地减少了冷却需求并降低了能源成本。电能成本是大型数据中心的一项主要运营成本。iPDU 通常位于热通道中，必须具有 60℃ 的额定温度。

图 1：云计算数据中心的 iPDU 需要在 60°C 下工作，因此可以安装在热通道中。（图片来源：Panduit）

此外，美国供暖、制冷和空调工程师协会 (ASHRAE) 规定，在运行冷热通道时，在位于冷通道的机柜前面需要三个温度传感器和一个湿度传感器（称为“3T + H”），而在位于热通道的机柜后只需要一个温度传感器。因此，支持多个传感器输入的 iPDU 可以消除对传感器的中间 1RU 设备的需求，并成为云数据中心的重点考虑设备。

虽然边缘和云计算装置都重视高可用性，但相对来说在云计算环境中更为重要。对于安装在云计算数据中心的设备，iPDU 上的控制器模块需要支持热插拔。能够进行热交换的控制器模块可以最大限度地减少停机时间，这是云计算的一个重要考虑因素。此外，与其他连接速度相比，在云中更多地采用了千兆位 (Gb) 以太网，并且云中的 iPDU 因其支持 Gb 以太网连接而获益，而 Gb 以太网连接在边缘装置中则不那么受重视。此外，云计算装置通常需要 iPDU 支持更高水平的安全性、更复杂的电源监控和管理软件。

相比边缘，云数据中心的机架密度更高，这使得功率密度成为云设施选择 iPDU 时的重要考虑因素。云数据中心的 iPDU 受益于较高的输出插口密度，但仍必须提供高水平的智能电源控制和监视，以支持更高的功率密度。

在云和边缘设备中，电源线意外断开是导致设备停机的主要原因。iPDU 中意外断开的最常见原因是振动和长期的重力拉扯电源线；这不是“用户错误”。设计能将振动和重力对电源线的影响降到最低，从而尽可能消除意外断开的 iPDU，在边缘装置中可能非常重要，在云设施中也是需要的。

iPDU 的满载工作温度为 60°C

数据中心工程师可以采用 Panduit 的 G5 智能 PDU（第 5 代 iPDU）来满足云计算设施的配电、可用性、安全性和监控需求。第 5 代 iPDU 的满载工作温度为 60℃。这些设备也配备了传感器输入，以支持 ASHRAE 要求的冷通道 3T+H 和热通道温度传感器，同时取消了中间 1RU 设备。可将数字化自识别传感器直接插入 iPDU，以加快部署速度。

第 5 代 iPDU 中的智能网络控制器 (iNC) 支持热插拔，以实现最长的正常运行时间（图 2）。这款 iPDU 包括一个高亮 OLED 显示屏、复位/出厂默认控制、菜单选择按钮、一个状态 LED、一个用于固件和配置更新和/或可选自动机架灯连接的 USB 连接器、用于网络连接的 1Gb 以太网端口、用于菊花链连接多个 iNC 的 PDU 输出和 PDU 输入/串口，以及两个传感器端口。其中，每个传感器端口可连接多达 4 个传感器，也可选用传感器扩展端口，以连接多达 8 个传感器。

图 2：第 5 代 iPDU 中的 iNC 可热插拔，以实现最长的正常运行时间，并支持广泛的监测和控制功能。（图片来源：Panduit）

可将多达四个 iPDU 以菊花链的形式连接到两个不同的安全网络连接，以执行以下任务：

• 监测用电量，跟踪设施网络的数据；
• 管理、监控多达四个机架式 iPDU，且只使用一个 IP 地址（图 3）。

菊花链中的每个 iPDU 最多可连接 8 个传感器，通过单一连接总共可连接 32 个传感器。此外，还可以使用两个 iPDU 实现冗余型网络接入配置。

图 3：可将多达 4 个 5 代 iPDU 通过单个 IP 地址以菊花链方式连接在一起。（图片来源：Panduit）

大型数据中心的需求是监测效率并识别低效率，以提高运行效率，降低成本并最大限度地减少环境足迹。第 5 代 iPDU 支持全面、准确的电能测量软件，以有效利用电力资源，做出明智的容量规划决策，增加正常运行时间并测量电力使用效率 (PUE)。这些 iPDU 可提供必要的电能计量、监测和控制，助推能量使用的持续改善，具体包括：

• PDU 电能级别的计量和监测
  • 千瓦时电能计量 (kWh)
  • 功率测量 (W)
  • 输入相位的功率级别测量，包括 V、A、VA、kWh 和功率因数 (pf)
  • 断路器层电流测量
  • 计费级的计量能力
  • 集成存储器，用于记录/查看/报告历史数据
  • 可定制警报阈值和通知
• 输出插口层控制
  • 通过单个输出插口提供远程电源开关
  • 用户定义开机时间延迟，以便对设备进行定序，避免涌流过载
  • 用户可分配角色和访问安全级别
• 输出插口层电能计量
  • 千瓦时电能计量 (kWh)
  • 功率测量包括 V、A、VA、W 和 pf
  • 绿色电网 3 级 PUE 计算数据

第 5 代 iPDU 提供高功率密度，具有多达 48 个输出插口，并标配 10 英尺（3 米）长输入电源线。这些设备有多种安装方式，包括垂直 (0U) 或水平 (1U 或 2U) 安装。例如，P36D08M 型器件的额定电流为每相 30 A，采用 0U 全尺寸，配备一个 L15-30P 输入插头，3 个断路器，功率处理能力 8.6 kW 并提供 36 个输出插口（30 个 C13 和 6 个 C19）。

使用第 5 代 iPDU 的设计者可以选择两种不同的解决方案来解决连接意外断开问题。C13 和 C19 标准输出插口旁边有一个集成凹槽，用于放置不导电的电缆扎带，这样就能有效地消除振动和重力的影响。虽然这些输出插口的价格较低，但使用扎带会增加劳动成本，而且不能固定设备侧的电源线。第 5 代 iPDU 配备了锁紧线，锁定到位后会发出咔哒声，实现了一个更完整的解决方案。此外，设备端有一个通用的锁定机构，可以锁定到 IT 设备上，从而在两端实现永久性电缆固定。根据安装需要，专业人士可以使用第 5 代 iPDU 实现输出插口与电缆绑扎槽和锁定插口的结合（图 4）。此外，云计算数据中心采用了大量的电源线向机柜后面的 A 和 B 端供电，会使电缆管理变得复杂。第 5 代 PDU 配备彩色电缆扎带、彩色标记带和彩色电源线（包括锁定和非锁定式），以简化 A 和 B 端电缆的识别和管理。

图 4：第 5 代 iPDU 提供电缆扎带输出插口或锁定输出插口选择，以解决连接意外断开的问题。（图片来源：Panduit）

Panduit Smart Zone G5 可选安全手柄可与 5 代 iPDU 一起使用，可为多达 200 个用户提供访问控制。安全手柄包括指示手柄安全状态的 LED 指示灯以及指示机柜健康状况的 LED 信号灯。这种手柄具有一个集成式湿度传感器、温度和门报警专用传感器，以简化传感器安装并满足 ASHRAE 标准（图 5）。G5 安全手柄包括用于现场更换的锁芯和钥匙，以及控制柜子访问权限的四种方式，具体包括：

• 双频读卡器可以使用低频或高频卡。
• 可以通过第 5 代 iPDU 中包含的网络接口进行远程访问控制。
• ACF06 型包括一个可选键盘，允许用户通过安全密码访问机柜。
• 当需要刷卡和键盘输入时，ACF06 型可以实现双重认证。

图 5：选配型 Smart Zone G5 安全手柄配备集成式湿度传感器和 LED 状态指示灯，可以在带或不带集成键盘情况下进行访问控制配置。（图片来源：Panduit）

用于边缘安装的 iPDU

对于边缘数据中心和其他可以使用最高额定运行温度为 40°C 的 iPDU 应用，Orion Fans 提供了智能开关式 PDU 系列，其特点是输出插口可以通过远程方式顺序启动并进行控制、监控。智能开关式 PDU 单独监测每个输出插口，如果超过用户定义的阈值，则通过电子邮件、软中断或声音警报发出警告。其他特性包括：

• 用于机架安装设备的输出插口层电源控制与监视
• 工作温度 0°C 至 40°C
• 通过仪表、网络或简单网络管理协议 (SNMP) 进行电源监控
• http、https、SNMP、DHCP 和 UDP 通信协议
• PDU 上的数字式真 RMS 电流计
• 捆绑软件提供了控制和分析功能，可提高电能效率，降低运营成本并尽量减少停机时间

例如，OSP-V-16-23-16-N1 型号包括 14 个 IEC320 C13 和 2 个 IEC320 C19 输出插口、IEC320 C20 输入插口，以及一条封闭式 IEC320 C19 至 C20 的 3 米长电源线和一个 16A 断路器。另外，OSP-H-16-23-08-N1 有 8 个 IEC320 C13 输出插口、一个 IEC320 C20 输入插口、一个封闭式 IEC320 C19 到 C20 的 3 米长电源线以及一个 16 A 断路器，并配备一块分辨率为 0.1 A 的 3 位 20 A 电流计（图 6）。

图 6：OSP-H-16-23-08-N1 iPDU 有 8 个 IEC320 C13 输出插口和一个分辨率为 0.1 A 的三位电流计（图片来源：Orion Fans）。

结语

云计算和边缘数据中心对 iPDU 有不同的需求，具体包括不同的工作温度要求、对可靠性和可用性的不同期望值以及对安全性、电源控制和监控的不同需求。网络工程师可以选择适合边缘和云装置具体要求的 iPDU，以支持更环保的解决方案并实现成本与性能的最佳平衡。