Jak na řízení a monitoring spotřeby energie přes LAN

Moderní LAN sítě dnes poskytují desítky pokročilých funkcí nad rámec běžné konektivity. Umožňují prakticky nepřetržitý provoz, zotavují se z výpadků během zlomků sekundy, efektivně přenášejí unicast i multicast. Zajišťují vysokou úroveň zabezpečení, včetně ověřování uživatelů, přidělování oprávnění, šifrování přenášených dat a řízení přístupu ke zdrojům v síti.

Klasifikují data a zajišťují kvalitu služby a bezeztrátový přenos pro citlivé či kritické aplikace, řídí bezdrátové přístupové body, poskytují napájení připojeným zařízením. Podrobně monitorují dostupnost prvků sítě, sledují doby odezvy pro různé protokoly, provádějí analýzu toků v síti, přispívají k hledání poruch a problémů. Jsou programovatelné pomocí skriptovacích jazyků a konfigurovatelné širokým spektrem metod.

Jak Cisco prošlo odtučněním a proč zabilo Flip

LAN přepínače mohou poskytovat napájení bezdrátovým přístupovým prvkům (AP), IP telefonům, kamerám nebo dalším zařízením. Inteligentní hospodaření s energií se tak stává jednou z důležitých vlastností sítě. A jak uvidíte, neomezuje se jen na zařízení napájená přepínači, ani na zařízení přímo připojená k LAN síti.

Na měření a řízení s nástrojem

Jedním z přirozených způsobů, jak snížit spotřebu LAN sítě, je optimalizovat spotřebu aktivních prvků. Nic proti tomu. Pokud se ale podíváte na spotřebu LAN přepínače a porovnáte ji se spotřebou všech zařízení k němu připojených, uvidíte, že právě koncová zařízení mají, obrazně řečeno, máslo na hlavě.

Přes EnergyWise je možné řídit a monitorovat mnoho komponent.

Port s podporou standardu 802.1at dodá připojenému prvku výkon až 30 wattů. LAN přepínač se 48 porty a vlastní spotřebou kolem 100 W tak může poskytovat svému okolí skoro 1 500 wattů. Vezmete-li v úvahu připojené notebooky, desktopy nebo tiskárny, je tento střídmý přepínač obklopen žrouty hltajícími přes 3 000 wattů. Malá dieta, nasazená s rozmyslem, tedy možná stojí za úvahu.

Cisco EnergyWise je architektura, která prostřednictvím přepínačů a směrovačů měří, řídí a optimalizuje spotřebu energie v podnikové infrastruktuře. Měřením zjistíte současnou spotřebu energie a na základě analýzy spotřeby (obvykle prostřednictvím specializované aplikace) definujete pravidla, na jejich základě je pak řízena spotřeba připojených zařízení. Tato pravidla přenese a vynutí síťová infrastruktura. Měřením v síti s definovanými pravidly pak posoudíte dosažené úspory.

Řízení spotřeby se neomezuje pouze na klasická síťová zařízení. Přes definovaná rozhraní, s pomocí speciálních aplikací (mediátorů), je možné měřit a řídit spotřebu vytápění, ventilace, klimatizace a dalších systémů. Zkušenost ukazuje, že je možné dostat přes LAN síť pod kontrolu až 70 procent spotřeby v budově. Úspory energie a nákladů pak mohou být velmi výrazné.

Jak je to postaveno

Součástí řešení jsou koncová zařízení, aktivní síťové prvky sdružené do domény, management aplikace a definovaná komunikační rozhraní. Systém zajišťuje několik základních funkcí – rozpoznává připojená zařízení, monitoruje spotřebu v doméně, optimalizuje ji a doporučuje kroky k další optimalizaci.

Schéma fungování.

Koncová zařízení odpovídají na dotazy nebo vykonávají příkazy aktivních prvků. Jsou připojena k aktivním LAN prvkům přímo, nebo přes mediátor. Přímo připojená zařízení mohou být napájena přepínači (přes PoE, příkladem jsou IP telefony, bezdrátová přístupová zařízení, IP kamery) nebo přes standardní napájení (notebooky, PC, tiskárny). Pokud jsou napájena přímo, může přepínač nastavovat úroveň napájení na portu. Pokud jsou napájena přes vlastní zdroj, přepínač komunikuje s agentem na koncové stanici. Pro vývoj agentů lze využít vývojové prostředí (SDK). Přes mediátor jsou obvykle připojována zařízení, která zajišťují vytápění, osvětlení, klimatizaci nebo řídící funkce v budovách.

Aktivními prvky domény mohou být LAN přepínače, směrovače, řídící součásti sítě nebo další zařízení. V rámci EnergyWise domény zařízení spolupracují – vytvářejí vztahy, vyměňují si informace a předávají pokyny.

Management aplikace sbírají informace o spotřebě energie v síti, zobrazují je, vyhodnocují stav i trendy, definují pravidla pro řízení spotřeby, vydávají pokyny síti i koncovým zařízením. Mohou pracovat v rámci jedné nebo více domén a komunikují pomocí SNMP protokolu nebo přes TCP protokol a definovaná aplikační rozhraní. SNMP MIB řídí komunikaci přepínačů s připojenými zařízeními. API rozhraní pak dovoluje spravovat doménu prostřednictvím query dotazů přes jediný přepínač.

Síť je možné přirovnat k nervové soustavě celého řídicího systému, management aplikace k jeho mozku a připojená zařízení ke končetinám.

Komunikace v doméně

Komunikaci v doméně lze dokreslit na příkladu – představte si budovu s páteřním přepínačem, deseti přístupovými přepínači a čtyřmi sty připojenými koncovými stanicemi. Po základní konfiguraci domény „Budova“ se zařízení v doméně rozpoznají a sama zorganizují. K tomu mohou využít Discovery Protocol nebo služební protokol EnergyWise komunikující přes UDP.

Fungování managementu aplikace.

Aktivní prvky vytvoří mezi sebou vztah sousednosti a s koncovými stanicemi vztah rodič-potomek. Doména se chová jako jedna distribuovaná databáze informací. V tomto případě bude mít doména Budova jedenáct aktivních prvků a čtyři stovky koncových zařízení. Libovolnému prvku můžete předat dotaz na spotřebu podmnožiny připojených zařízení, podobně jako když zadáváte SQL dotaz do ODBC databáze.

Dotazy mají přesně definovaný formát a předávají se ověřenými zprávami mezi zařízeními v doméně. Dotazy mohou být následujícího typu:

• Set – nastaví úroveň spotřeby v běžící konfiguraci prvků domény nebo koncových zařízení,
• Collect – zjistí informaci o spotřebě (ve wattech) prvků domény nebo koncových zařízení,
• Sum – sečte informaci o spotřebě z více prvků domény a koncových zařízení,
• Save – uloží běžící konfiguraci prvku domény.

Aplikace zjišťují informace nebo nastavují pravidla přes SNMP protokol nebo aplikační rozhraní. Administrátor ale může zadávat dotazy nebo příkazy také ručně přes CLI rozhraní.

Tato technologie je navržena pro heterogenní prostředí. Aby zajistila konzistentní zacházení se zařízeními různých výrobců, definuje 11 úrovní výkonu ve třech kategoriích. Je však na výrobci, jak jeho zařízení danou úroveň interpretují.

Panel pro výkazy (Sustainbility dashboard) pro vytváření příkazů.

Každému zařízení můžete přiřadit řadu parametrů – důležitost, jméno, roli a libovolná klíčová slova. Telefonu určenému pro tísňová volání přiřadíte pravděpodobně vyšší důležitost než sdílenému telefonu v kuchyňce. Parametry pak využíváte pro hromadné dotazy a příkazy. Například příkaz „energywise query importance 20 keyword kuchynka set level 0“ vypne všechna zařízení v kuchyňkách, jejichž důležitost je 20 nebo menší.

Pravidla mohou záviset (a typicky závisejí) na čase. To umožňuje zapínat, vypínat nebo nastavovat úroveň spotřeby zařízení automaticky a opakovaně v definovaných časových intervalech. V síti musí být čas synchronizován, například NTP protokolem.

Management aplikace

Na trhu jsou dnes k dispozici aplikace od řady výrobců. Komunikují s řídicím systémem přes API rozhraní nebo přes SNMP. Příkladem aplikace komunikující přes API může být Cisco EnergyWise Orchestrator nebo CiscoWorks LAN Management Solution. Přes SNMP pak komunikují například aplikace IBM Tivoli nebo SolarWinds Orion. Lepší představu dokresluje první z aplikací.

Orchestrator

EnergyWise Orchestrator provádí tři základní funkce:

• Měří čas, po který zařízení setrvávají v dané úrovni spotřeby energie,
• Monitoruje, zobrazuje a vykazuje naměřená data,
• Řídí úroveň spotřeby energie prostřednictvím přímých příkazů nebo definovaných pravidel.

EnergyWise Orchestrator využívá několik součástí:

• Administrativní server s databází a rozhraním pro konfiguraci, správu a sběr dat,
• Panel pro měření a výkazy (sustainability dashboard),
• PC klienty (agenty) pro inteligentní řízení spotřeby PC a notebooků,
• EnergyWise technologii ve směrovačích a přepínačích pro koordinovanou a hromadnou práci s koncovými stanicemi.

Administrativní konzole měří a analyzuje data v reálném čase, řídí napájení koncových zařízení prostřednictvím infrastruktury manuálně přímými příkazy nebo automatizovaně definovanými pravidly.

Pokyny Orchestratoru přijímají a vykonávají agenti na koncových stanicích. Stanici například vypnou, uspí nebo dají příkaz k hibernaci. Agenti současně zajišťují ohleduplné chování systému. Monitorují například aktivitu uživatelů (pohyby myši, stisky kláves) a aplikací. Minimalizují tak nežádoucí vypínání počítačů, definují chování aplikací při vypínání PC, omezují „nespavost“ počítačů způsobenou určitými aplikacemi a podobně.

Pravidla a nastavení SNMP.

Panel pro výkazy (Sustainability dashboard) je pružný a interaktivní nástroj pro vytváření výkazů z dat uložených v databázi Orchestrátoru. Primárně je určen k vykazování úspor energie a karbonových emisí, které jsou výsledkem definovaných pravidel.

Součástí Orchestrátoru je i inteligentní probouzení vypnutých či spících zařízení přes LAN i WAN síť pomocí soustavy proxy stanic.

Tato architektura analyzuje, zviditelňuje, řídí a snižuje spotřebu energie podnikové infrastruktury. Přináší tak měřitelné a doložitelné úspory. Silnou vlastností systému jsou otevřená aplikační rozhraní a vývojové prostředí. Již dnes jsou do programu zapojeny desítky firem, včetně zvučných jmen, jako jsou IBM, Schneider Electric, Johnson Controls, Siemens, Eaton, Raritan a řada dalších. EnergyWise tak míří daleko za hranice klasických LAN sítí. Více informací o EnergyWise naleznete na webu cisco.com/go/energywise.

Autor pracuje jako vedoucí týmu konzultantů a systémových inženýrů ve společnosti Cisco Systems.