Standfestigkeit für die Knoten in der Ecke

Resilienz im Edge-Datacenter - warum und wie man sie herstellt

| Autor / Redakteur: Vincent Barro* / Ulrike Ostler

Schneider Electric baut Infrastruren für Rechenzentren, die sich möglichst nah an der Datenproduktion und/oder am -einsatz befinden. Dort werden Faktoren wie Stromversorgung und Kühlung häufig noch vernachlässigt - sträflicherweise, sagt der Autor Vincent Barro von Schneider Electric und erläutert warum.
Schneider Electric baut Infrastruren für Rechenzentren, die sich möglichst nah an der Datenproduktion und/oder am -einsatz befinden. Dort werden Faktoren wie Stromversorgung und Kühlung häufig noch vernachlässigt - sträflicherweise, sagt der Autor Vincent Barro von Schneider Electric und erläutert warum. (Bild: © profit_image - stock.adobe.com)

Edge gehört die Zukunft. Während Ausfallsicherheit bei großen Datacenter die Regel ist, wird diesem Punkt beim Edge-Computing bisher noch nicht die nötige Aufmerksamkeit geschenkt. Dabei ist die technische Widerstandsfähigkeit gerade auch von kleinen Edge-Infrastrukturen von Bedeutung.

Die Nutzung des Internet unterliegt aufgrund der zunehmenden Anzahl von IoT (Internet of Things) und IIoT (Industrial Internet of Things) Systemen sowie diversen Streaming-Angeboten einem gravierenden Wandel. Dank der fortschreitenden Digitalisierung der Industrie (Stichwort: Industrie 4.0) ist auch künftig mit einem massiven Anstieg des latenzkritischen Datenverkehrs zu rechnen. Als Bestandteil einer hybriden Cloud bietet Edge-Computing eine valide Lösung um dieser Problematik zu begegnen.

Der Einsatz von Edge-Computing bietet im Vergleich zur konventionellen Cloud diverse Vorteile. Bandbreitensensitive Applikationen und Daten, wie sie bei der zentralisierten Datenerfassung im IoT / IIoT Bereich anfallen, werden dabei physikalisch von der eigentlichen Cloud getrennt und an den Rand des Netzwerkes gebracht. Aus dem Umstand, dass sich die Daten nun geografisch näher am Anwender befinden, resultieren sinkende Latenzen sowie eine verbesserte Übertragungsgeschwindigkeit.

Eine schematische Darstellung des Edge-Computing
Eine schematische Darstellung des Edge-Computing (Bild: Schneider Electric)

Grundsätzlich erfolgt die Unterteilung der Edge-Computing-Infrastrukturen in drei Arten: Die kleinste Version stellen direkt vor Ort installierbare IT-Systeme dar. Dabei kann es sich beispielsweise um ein IoT-Gateway oder um ein kompaktes Micro-Datacenter mit standardisierter Infrastruktur wie „Smart Bunker“ von Schneider Electric oder sogar um einen einfachen PC handeln.

Diese IT-Systeme erfüllen eine genau definierte Aufgabe, wie den Betrieb eines Sicherheitssystems für ein großes Gebäude. Lokale Datacenter umfassen dagegen bereits bis vielleicht zehn Racks. Sie verfügen über eine hohe Verarbeitungs- und Speicherkapazität und können schnell in bestehende IT-Umgebungen integriert werden. Meist kommen hier bereits vorgefertigte Systeme, zum Beispiel „Micro Data Center Xpress“ von Schneider Electric zum Einsatz. Regionale Datacenter umfassen mehr als 10 Racks und können IT-Lasten von mehreren hundert kW aufweisen oder sogar im Megawatt-Bereich liegen. Im Vergleich zur zentralen Cloud, befindet sich das regionale Datacenter allerdings geografisch näher am Anwender.

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Einschätzung und Ausblick

„Smart Bunker FX“ von Schneider Electric
„Smart Bunker FX“ von Schneider Electric (Bild: Schneider Electric)

Je kleiner der Edge-Standort, desto weniger wird in der Regel auf die Resilienz, also auf die physische Widerstandsfähigkeit gegen technische Ausfälle, geachtet. Dabei gilt grundsätzlich die Regel, dass die Ausfallsicherheit der Cloud exponentiell mit der Anzahl von in die Struktur integrierten Edge-Datacentern abnimmt.

Am Anfang steht immer die Frage nach der Verfügbarkeit einer Edge-Infrastruktur und ob wirklich jeder kleine Edge-Endpunkt eine Hochverfügbarkeit der Daten gewährleisten muss. Daher ist es von besonderer Bedeutung, schon während der Planungsphase eine detaillierte Risikobewertung durchzuführen und die passende Verfügbarkeitsklasse (VK) auszuwählen. Dabei ist zwischen den VK 1 bis 5 zu unterscheiden (siehe: Tabelle) :

Die relavanten Verfügbarkeitsklassen nach Einteilung des BSI.
Die relavanten Verfügbarkeitsklassen nach Einteilung des BSI. (Quelle Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik)

Wenn die Ausfallsicherheit von existenzieller Bedeutung für ein Geschäftsmodell ist, kommen ausschließlich Verfügbarkeitsklassen (VK) ab Stufe 4 in Betracht. Ist dagegen eine gewisse Ausfallzeit der Server für ein Unternehmen tolerierbar und nicht geschäftsgefährdend, können auch entsprechend niedrigere VKs angewendet werden.

Wie wichtig die Resilienz in einer hybriden Cloud-Struktur aus Sicht der Anwender ist, verdeutlicht das Beispiel in folgender Tabelle.

Beschreibung Verfügbarkeit Downtime/Jahr (h) Standorte # Personen mit Zugriff pro Standort insgesamt betroffene Personen Downtime in Benutzerstunden/Jahr (h)
VK1 Edge Datacenter 99,00 Prozent 88,00 10 100 1.000 88.000
VK 1 Cloud Datacenter 99,99 Prozent 0,53 1 0 1.000 530
Gesamte Downtime in Benutzerstunden / Jahr 88.530
Verfügbarkeit total 99,0%

Hier wird schnell ersichtlich, dass sich selbst vermeintlich kurze Ausfallzeiten sehr schnell für interne Anwender oder zahlende Kunden summieren. Dies kann sich negativ auf den Umsatz auswirken oder sogar, je nach Geschäftsfeld, die Reputation des Unternehmens nachhaltig schädigen, wenn beispielsweise SLAs (Service Level Agreements) nicht eingehalten werden. Um dieser Problematik entgegenzuwirken, kommt bei Planung und Auslegung von Edge-Computing-Infrastrukturen der Resilienz also eine entscheidende Bedeutung zu.

Möglichkeiten zur Steigerung der Resilienz

Es gibt verschiedene Möglichkeit die Resilienz von Edge-Endpunkten wirksam zu steigen, den Anfang macht dabei die physikalische Sicherheit. Auch bei kleinen Edge-Datacenter ist eine Zugangskontrolle zum Server-Raum, Server-Schrank oder Rechner obligatorisch, biometrische Lösungen, wie Fingerabdruck- oder Iris-Scanner, haben sich bewährt. So kann neuem Personal einfach von der zentralen Verwaltung der Edge-Infrastruktur die benötigte Zugangsberechtigung gewährt und ebenso schnell auch wieder entzogen werden.

Da kleine Edge-Datacenter meist ohne ständig anwesendes Personal betrieben werden, empfiehlt sich ebenfalls eine 24 x 7 Video-Überwachung die eine instantane Reaktion bei technischen Problemen oder Gefährdungslagen ermöglichen. Zusätzlich erleichtern die genannten Maßnahmen die Wartung und ermöglichen einen effektiven Personaleinsatz.

Von besonderer Bedeutung ist auch die Stromversorgung, die ein häufiger Auslöser von Ausfallzeiten ist. Es empfiehlt sich mindestens eine Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) in die Hardwarestruktur zu integrieren.

Einphasige USV mit Lithium-Ionen-Akku der On-Line Serie „Smart-UPS“ von APC
Einphasige USV mit Lithium-Ionen-Akku der On-Line Serie „Smart-UPS“ von APC (Bild: Schneider Electric)

APC bietet hier mit seiner jüngsten „Smart-UPS“ On-Line Serie einen neuen Ansatz: Der Hersteller setzt bei den Geräten der Baureihe auf Lithium-Ionen-Akkus die etwa die doppelte Lebenszeit herkömmlicher Blei-Akkumulatoren erreichen, etwa 30 Prozent an Gewicht einsparen und dazu eine Senkung der TCO um bis zu 35 Prozent ermöglichen.

Kühlung und Klimatisierung

Nicht zu vernachlässigen sind die Anforderungen, die an Kühlung und Klimatisierung gestellt werden. Diese steigen sukzessive mit der Größe des Datacenter, wobei es zwischen diesen beiden Begriffen einen gewichtigen Unterschied gibt. So wird bei der Kühlung Abwärme, die zum beispiel von technischen Geräten emittiert wird, abgeführt und dafür gesorgt, dass das Gerät nicht überhitzt. Die Klimatisierung schafft dagegen bestimmte Umweltbedingungen (Temperatur, Luftfeuchtigkeit etc.) in einem Raum.

Bei kleinen Server-Räumen und Schränken wird häufig lediglich auf das vorhandene Komfortkühlsystem des Gebäudes zurückgegriffen. Hier ist genau zu prüfen, ob diese Kühlung noch den Anforderungen entspricht. Ab einer Leistung von rund 2 Kilowatt (kW) sollte in jedem Fall eine dedizierte Klimatisierungsanlage installiert werden.

Abhängig von Größe und Verfügbarkeitsklasse des Datacenter reichen die Möglichkeiten hier von einer einfachen Split-Klimaanlage bis hin zum Kaltwassersatzverbund mit Mehrfachauslegung. Bei IIoT-Systemen oder Einzelrechnern kann dagegen in den meisten Fällen auf eine Klimatisierung verzichtet werden.

Saubere Ausführung im Rack-Management

Hinsichtlich der Kühlung gilt über alle Verfügbarkeitsklassen und Größen der Edge-Datacenter hinweg der Grundsatz: Nur gut gekühlte Hardware kann dauerhaft ihre volle Leistungsfähigkeit entfalten, darüber hinaus nimmt die Störanfälligkeit der Geräte bei hohen Temperaturen drastisch zu.

Auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten fällt der Kühlung eine zentrale Rolle zu, fast 33 Prozent des Energieverbrauchs eines Rechenzentrums entfallen alleine auf diesen Punkt. Auch kleinere Maßnahmen können bereits einen nicht unerheblichen Effekt auf die Kühlung haben. Das beweist die Effektivität eines guten Rack-Managements eindrucksvoll.

Sauber geordnete Kabel sowie eine ausführliche Dokumentation erleichtern die Wartung und verbessern gleichermaßen den Luftstrom. Zusätzlich wird der Bildung von Hotspots effektiv entgegengewirkt, sowie die Kühlung der Komponenten insgesamt erheblich verbessert.

Je dezentraler die Infrastruktur aufgebaut ist, desto sinnvoller ist auch der Einsatz einer Remote Management Software. Die Verwendung einer solchen Applikation ist speziell dann zu empfehlen, wenn die Edge-Datacenter ohne eigenes Personal betrieben werden. So besteht durch den Einsatz der Fernwartung auch keine Notwendigkeit mehr, dass extra ein Mitarbeiter anreisen muss, nur um einige Updates zu installieren.

Vincent Barro, Vice-President Switzerland & End-Users DACH: „Edge-Datacenter nicht nur ein Appendix der klassischen Cloud, sondern eine der Schlüsseltechnologien zur digitalen industriellen Weiterentwicklung.“
Vincent Barro, Vice-President Switzerland & End-Users DACH: „Edge-Datacenter nicht nur ein Appendix der klassischen Cloud, sondern eine der Schlüsseltechnologien zur digitalen industriellen Weiterentwicklung.“ (Bild: Schneider Electric)

Bei sehr umfangreichen Edge-Topologien oder einem großen regionalen Datacenter lohnt sich auch die Anschaffung eines Datacenter Infrastructure Management (DCIM) Tools, zum Beispiel „Struxurware“ von APC. Diese Software ermöglicht die umfassende zentralisierte Überwachung und Verwaltung der gesamten Edge-Infrastruktur, angefangen vom einzelnen Server bis hin zur Klimaanlage über mehrere Standorte hinweg.

Dank DCIM kann somit Personal eingespart und die Betriebskosten können gesenkt werden und das bei Kontrolle der gesamten eingesetzten Technologie. Die Einführung einer solch komplexen Softwarelösung sollte dabei möglichst schon bei der Planung der Edge-Datacenter mitberücksichtigt werden.

* Vincent Barro ist Vice-President Switzerland und des Bereichs End-Users in Deutschland, Österreich und der Schweiz.

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