SRG چیست ؟
اتصال زمین و استفاده از شبکه مرجع سیگنال در دیتاسنترها Signal Reference Grid- SRG که در برخی موارد از شینه کشی ارتینگ و باندینگ نیز از آن یاد می شود یکی از بخش های مهم در راه اندازی مرکز داده و اتاق سرور استاندارد است .
خلاصه اجرایی
شبکه های مرجع سیگنال با وجود این که در تجهیزات مدرن IT نیازی به آنها نیست با اینحال هنوز به طور خودکار در دیتاسنترها نصب می شود. حتی بعد از نصب هم از آنها استفاده نادرست می شود. این مقاله، منشاء شبکه مرجع سیگنال، اصول و محدودیت های عملیاتی، و دلایل عدم نیاز به آن را توضیح می دهد
مقدمه
شبکه مرجع سیگنال (SRG) شبکه ای از سیم های مسی است که معمولا در دیتاسنتر و در فضای زیر کف کاذب نصب می شود. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. SRG همچنین ممکن است از تسمه های مسی ، سیم های آلومینیومی، زیر سازه کفپوش کاذب و یا در موارد خیلی خاص، از یک پوشش سخت ورق فلزی ساخته شود.
نصب شبکه های مرجع سیگنال بیش از 30 سال معمول بوده است. اکثر طراحان دیتاسنتر به دنبال SRG هستند در حالی که به نحوه استفاده و هزینه های آن کاری ندارند.
به تازگی، دیتاسنترها بیشتر در محیط های با کف معمولی و بدون کف کاذب ساخته می شوند که فضایی در زیر کف برای نصب SRGها ندارند. شواهد نشان می دهد که فقدان SRG ها در چنین تاسیساتی هیچگونه تاثیر منفی بر عملکرد تجهیزات IT نداشته است. به طور طبیعی این موضوع منجر به این سوال می شود که چرا سیستم ها می توانند بدون SRG کارآمد باشند و آیا اساسا SRG هزینه ای ضروری و منطقی است یا خیر.
SRG از سال 1983 و درپی تدوین استاندارد فدرال پردازش اطلاعات ایالات متحده (FIPS PUB 94) با عنوان "دستورالعمل سیستم برق برای تاسیسات پردازش داده خودکار" ، به یک بخش استاندارد از طراحی دیتاسنترها تبدیل شد. این سند برجسته، ابتدا اصول علمی تداخل برق با تجهیزات IT را تعیین و سپس استراتژی های طراحی برای از بین بردن این تداخل را تدوین کرد.
در این سند، SRG، همراه با سایر استراتژی های طراحی از جمله ایزولاسیون بوشینگ و ترانسفورمر Balun، توضیح داده شده و استفاده از آن توصیه می شود. در آن زمان مشکلات نویزهای الکتریکی در مدارهای داده ها یک مشکل بسیار واقعی بود که بسیاری از دیتاسنترها را به ستوه آورده بود، و SRG یکی از عوامل اصلی حل این مسئله بود.
در نتیجه SRG بخشی از مشخصات فنی استاندارد دیتاسنترها شد. با وجود اینکه FIPS PUB 94 از سال 1997 دیگر منتشر نشد، امروزه این استاندارد هنوز هم مرجع است.
امروزه استانداردهای مختلف شرکتی و صنعتی به طور معمول یک سیستم مرجع اتصال زمین را مشخص یا توصیه می کنند.
برای مثال استاندارد EIA / TIA 607 – در مورد الزامات اتصال به زمین و اتصالها (Bonding) در ساختمانهای تجاری برای ارتباط راه دور (مخابرات) است.
اکثر اسنادی که SRG را توصیه می کنند، شرایط استفاده از آن را بطور واضح مشخص نمی کنند و کاربران مطمئن نیستند که آیا SRG برای دیتاسنترهای کوچکتر، اتاق سرورها یا کابین های سیم کشی پیشنهاد شده است یا خیر.
بهرحال، درک متداول در میان جامعه کاربران را با توصیه زیر می توان خلاصه کرد:
"یک ساختار مرجع سیگنال (SRS) باید به عنوان ابزار اصلی برای دستیابی به مرجع عمومی اتصال زمین فرکانس-بالا برای تمام تجهیزات در یک منطقه پیوسته استفاده شود. یک SRS که به درستی طراحی و نصب شده، به طور موثر پتانسیل زمین را در گستره وسیعی از فرکانس از dc تا محدوده مگا هرتز یکسان می کند. "
اگرچه علم تداخل نویز در 35 سال گذشته و از زمان FIPS PUB 94 تغییر نکرده است، اما ماهیت تجهیزات IT به طور اساسی تغییر کرده است. این تغییرات در طراحی تجهیزات IT، کلا حساسیت تجهیزات را به نویز الکتریکی تغییر داده است. تجهیزات در فرکانس های بسیار بالاتر، با انواع مختلف منبع تغذیه و مهمتر از همه، با انواع مختلف کابل کشی داده ها عمل می کنند. به عنوان مثال، در سال 1983 سیستم IBM / 36 در 20 مگاهرتز کار می کرد و از کابلهای دومحوری برای اتصال دستگاهها استفاده می-کرد، در حالیکه امروز یکی از تیغه هایBladeCenter HS20 آی بی ام در 3.6 GHz عمل می کند و از کابل گیگابیت اترنت استفاده می کند .
کارکرد SRG
یک نظرسنجی از اسناد و نشریات مختلفی که شبکه مرجع سیگنال را توصیف می کند، ویژگی های زیر را به آن می دهد:
• کاهش تداخل ارتباطی تجهیزات
• پیشگیری از خرابی تجهیزات
• مسیر تخلیه نویز
• حفاظت از تخلیه الکترواستاتیک (ESD)
• ایمنی انسانی
با این حال، اعتقادات متداول در مورد این کارکردها عمدتا اشتباه است، و منجر به سوء تفاهم در مورد هدف SRG شده است.
به عنوان مثال، گزارش فنی مهندسی نیروی هوایی ایالات متحده آمریکا 90-6 بیان می کند: "آنها برای کنترل بار الکترواستاتیک استفاده می شوند و یک سطح هدایت هم-پتانسیل را فراهم می کنند که سیگنال های فرکانس بالا به آنها ارجاع می شود و در نتیجه موجب کمینه شدن تداخل و نویز می شود."
با این حال، هدف SRG این است: کاهش ولتاژهای نویز ناخواسته در کانال های ارتباطی سیم مسی که زمین-مرجع هستند.
هر کدام از کارکردهای بالا از SRG در بخش های بعدی بررسی و تشریح خواهد شد.
کاهش تداخل ارتباطی تجهیزات
این عملکرد SRG مبتنی بر توانایی SRG برای کاهش نویز زمین بین-سیستمی است، که تفاوت در پتانسیل زمین شاسی در تجهیزات IT است. این موضوع در مقاله سفید8، نویز زمین بین سیستمی: علل و اثرات شرح داده شده است. تفاوت در ولتاژ زمین-مرجع شاسی به دلایل مختلف، از جمله جریان های گسل، رعد و برق و جریان های نویز تزریق شده به مدارهای اتصال زمین رخ می دهد. این یک مشکل بسیار واقعی است که مشکلات ارتباطی فراوانی را در دیتاسنترهای اولیه ایجاد کرد، به ویژه بین ترمینال های راه دور که از طریق اتصالات اختصاصی خانگی RS-232 با دیتاسنتر مرتبط بودند. انواع ادعاهای غیرقابل اعتماد در مورد حساسیت تجهیزات فناوری اطلاعات به نویز اتصال زمین بین-سیستمی در مطالب و نوشته های فنی از جمله این موارد آمده است:
شبکه مرجع سیگنال (SRG) یک مرجع مشترک اتصال زمین برای تمام تجهیزات متصل در دیتاسنتر نگهداری می کند.
فرم فیزیکی SRG - یک شبکه گسترده – برای نویزهای فرکانس بالا امکان دنبال کردن یک مسیر کم امپدانس به اتصال زمین را ایجاد می کند.
اگر برای تولیدکننده ITE قابل قبول باشد، SRG (شبکه مرجع سیگنال) ممکن است برای ارائه یک پتانسیل تقریبا ثابت، کم امپدانس، فرکانس بالا،از سیستم اتصال زمین سیگنال مرجع استفاده شود. ... چنین شبکه ای به طور موثر سیگنال های فرکانس بالا تا حدود 20 مگاهرتز را به زمین متصل می کند. (دستورالعمل ITIC برای زمین تجهیزات IT)
ادعاهای مختلف و باورهای حول حساسیت تجهیزات فناوری اطلاعات به نویز اتصال به زمین بین-سیستمی بر اساس اطلاعات و داده های نسل های گذشته تجهیزات فناوری اطلاعات است.
تجهیزات فناوری مدرن، روش هایی را برای ارتباط داده ها استفاده می کند که بطور قابل توجهی در طول زمان تغییر کرده اند و در حال حاضر به طور چشمگیری باعث کاهش حساسیت به نویز اتصال به زمین بین سیستمی می شوند.
انواع مختلف رابطهای ارتباط داده ها با توجه به میزان حساسیت در جدول 1 طبقه بندی شده است.
رابط داده های از نوع "ایمنی پایین" از کابلهای مسی استفاده می کنند که سیگنال هایی را حمل می کند که زمین-مرجع هستند. هر تغییری در ولتاژ زمین بین تجهیزات متصل شده، بر روی سیگنال داده قرار می گیرد. نویز زمین بین سیستمی 1/0 ولت و یا حتی کمتر می تواند با این کابل های ارتباطی "کم ایمنی" تداخل داشته باشد.
"ایمنی جزئی" در رابط های ارتباطی مسی رخ می دهد که یک انتقال سیگنال متوازن یا دیفرانسیل دارند که زمین-مرجع نیست. این سیستم ها حاوی به اصطلاح "محدوده حالت مشترک" نویزهای زمین بین سیستمی هستند که به طور ذاتی رد می شوند، اما تسلیم تداخل با ولتاژهای بالاتر می شوند. نویز زمین بین سیستمی 10 ولت یا بیشتر می تواند با ارتباط تداخل کند. رابط های داده ای "ایمنی جزئی" با ضریب 10 تا 100 برابر ایمن تر از رابط های "ایمنی پایین" هستند.
"ایمنی بالا" در رابط های ارتباطی مسی رخ می دهد که دارای یک سیگنال متعادل یا دیفرانسیل انتقال سیگنال با استفاده از یک سیستم کابل کشی انتقال خطی با جداسازی کامل ترانسفورمر در هر دو طرف هستند. مثال اصلی این نوع رابط، اترنت است که ولتاژ خرابی رابط آن بیش از 1000 ولت است. این نوع رابط توانایی مقاومت در برابر ولتاژهای نویز زمین بین سیستمی بسیار بیشتر از نوع "ایمنی جزئی" دارد و همچنین قادر به رفع تداخل در محدوده فرکانس بسیار بیشتری است. علاوه بر این، پروتکل های ارتباطی دارای اصلاح خطای پیش ساخته اند.
زمانی که SRG برای اولین بار ایجاد شد، سیستم های اولیه رابط داده ها در گروه " ایمنی پایین" جدول 1 بودند. در طول زمان، انتقال هایی در جدول رخ داده است به شکلی که در حال حاضر، داده ها به طور عمده از طبقات "ایمنی بالا" یا "ایمنی کامل" هستند. از چندین نوع کابل کشی "ایمنی پایین" که هنوز باقی مانده، بیشترآنها محدود به استفاده در یک rack یا rack های مجاور شده است برای اینکه نویزهای زمین بین-سیستمی در محفظه (یعنی SCSI ) بتواند کنترل شود. نتیجه این است که در دهه های گذشته، میزان حساسیت تجهیزات فناوری متصل شده به نویزهای زمین بین سیستمی کاهش یافته است.
این بهبود در قابلیت اطمینان اتصال داده ها تصادفی نیست. اتصال از راه دور رایانه های شخصی و روترها به دیتاسنترها نیاز به ایجاد رابط داده های با "ایمنی بالا" داشتند و استانداردهای مختلف اترنت با طراحی یک رابط ایزوله ترانسفورمر که در همه دستگاه های اترنت مورد استفاده قرار می گرفت، با مشکلات طراحی نویز مواجه شد. سوئیچ به اترنت و فیبر نوری در دیتاسنتر به این معنی است که در طول زمان، شرایط لازم برای کاهش حساسیت، بدون نیاز به SRG به وجود آمده است.
تاثیرSRG در کاهش انواعی از نویز است که دیگر با رابط های داده مدرن تداخل ندارند.
پیش گیری از خرابی تجهیزات
همانند ادعای کاهش تداخل، این قابلیت SRG هم بر اساس توانایی SRG برای کاهش نویز زمین بین-سیستمی است، که در واقع، اختلاف پتانسیل مربوط به شاسی تجهیزات IT است. در این حالت، جریانهای ناشی از القای رعد و برق که در سیستم اتصال زمین به وجود می آید می تواند باعث اختلاف ولتاژ بین شاسی تجهیزات IT شود که به اندازه ای بزرگ است که رابط های ارتباطی را خراب می کند.
توجه داشته باشید که تهدید موجود به دلیل افزایش یا اضافه ولتاژ در خطوط برق AC نیست؛ SRG این ولتاژها را تحت تاثیر و کاهش قرار نمی دهد. تنها ولتاژهایی که SRG به کنترل آنها کمک می کند، تغییرات در ولتاژ زمین بین دستگاه های مختلف IT است.
حساسیت تجهیزات فناوری اطلاعات به خرابی ولتاژ زمین بین سیستمی، به ماهیت رابط ها بستگی دارد. در ضمن، رابط های ایزوله نشده برپایه سیگنال های مرجع زمین، بیشتر حساس هستند، و در این موارد دستورالعمل های جدول 1 کاربرد دارند. حساسیت تجهیزات به خرابی، در زمانی که رابط های از "ایمنی بالا" و " ایمنی کامل" استفاده می شود به طور قابل توجهی کاهش می یابد
هنگامی که تجهیزات به وسیله روش های " ایمنی پایین" به هم مرتبط می شود، SRG می تواند در کاهش خرابی موثر باشد، البته در صورتی که تجهیزات با مدارهای انشعاب جداگانه عرضه شوند و به صورت مکانیکی با یکدیگر مرتبط نباشند.
هرچند اگر این تجهیزات توسط یک انشعاب مدار مشابه یا رکPDU عرضه شود یا در یک محفظه رک با هم مرتبط شود، هیچ نویز زمین بین سیستمی وجود ندارد و SRG هیچ مزیتی ندارد..
مسیر تخلیه نویز
بر اساس یک اعتقاد مرسوم، سیستم های اتصال زمین نوعی "چاه فاضلاب یا چاه ارت" هستند که در آن نویزهای الکتریکی ناخواسته با خیال راحت دفع می شود. یک مفهوم مرتبط این است که اگر یک مسیر تخلیه بزرگ وجود نداشته باشد، نویز به نحوی "انباشته" می شود. البته باید بگوییم که این مفهوم نادرست است و بر اساس اصول الکتریکی دقیق نیست. در حقیقت، نویز و یا هر سیگنال ناخواسته همیشه مسیر کمترین امپدانس را دنبال می کند، و این مسیر در فرکانس های بالاتر از 1 مگاهرتز، SRG نیست، بلکه سایر کابل های نزدیک تر است. مفهوم SRG به عنوان یک مسیر تخلیه نویز، مبتنی بر یک سوء تفاهم اساسی در مورد اصول اتصال زمین است.
محافظت از تخلیه االکتریسیته ساکن (ESD)
تخلیه الکتریسیته ساکن، به دلیل ریسک خرابی تجهیزات باید مورد توجه و دغدغه هر اپراتور دیتاسنتر باشد. به همین دلیل است که دیتا سنترها معمولا در رطوبت نسبتا بالا مانند رطوبت نسبی 40٪ نگهداری می شوند تا مانع تشکیل الکتریسیته ساکن شود.
کف طبقات در دیتاسنترها باید راه حلی برای تخلیه بارهای الکتریسیته ساکن داشته باشند که می تواند شامل استفاده از کاشی های مخصوص ثابت یا کاذب باشد. بعضی دیتاسنترها از پاپوش های خاص برای کارکنان استفاده می کنند تا کارکنان تبدیل به تولیدکنندگان موثر بارهای ساکن نشوند.
با این حال، SRG هیچ نقش صریحی در جلوگیری از ایجاد بارهای ساکن و یا حفاظت از تجهیزات در برابر این بارها ندارد. SRG نمی تواند از انباشت بارهای الکتریسیته ساکن توسط پرسنل جلوگیری کند. اگر یک اپراتور در معرض حمل بار ساکن باشد، SRG نمی تواند مانع تخلیه این بار به تجهیزات شود (تجهیزات همیشه اتصال زمین دارند حال SRG باشد یا نباشد).
ایمنی انسانی
یکی دیگر از باورهای معمول این است که SRG مزایای ایمنی اتصال زمین و جلوگیری از شوک الکتریکی را فراهم می کند. درست است که اتصال زمین تجهیزات الکتریکی برای کاهش خطر شوک الکتریکی مهم است. ضمنا درست است که در دوره زمانی 1970-1980 برخی از تجهیزات سخت افزاری IT در دیتاسنترها به طور عمدی بدون اتصال زمین به منظور کاهش تداخل نویز مورد استفاده قرار گرفتند. اما امروزه عدم استفاده از ایمنی اتصال زمین در تجهیزات نقض قوانین برق است، و همه تجهیزات از سیم برقی که حاوی اتصال زمین است استفاده می کنند. بنابراین، امروزه عدم اتصال زمین عمدی در دیتاسنترها وجود ندارد.
در یک مرکز داده که اتصال زمین به درستی انجام شده، هیچ مشکلی در زمینه ایمنی وجود ندارد که توسط SRG حل شود. SRG به طور بالقوه یک اتصال زمین ایمنی اضافی را فراهم می کند، اما این مورد لازم و ضروری نیست.
اگر یک سیستم ایمنی اتصال زمین اضافی مورد نظر باشد، می توان آن را به طور موثر با پیوند دادن rackها در یک ردیف به یکدیگر و کشیدن یک سیم اتصال زمین از پشت rackها و اتصال آن به سیسم زمین PDU محلی انجام داد.
اتصال زمین rack به این روش، "بهترین عمل" محسوب می شود و به طور موثر مزایای ایمنی را که SRG ارائه می دهد، در خود دارد.
SRG، زمانی که به درستی مستقر شده است، یک سیستم اتصال زمین اضافی است. سیستم های اتصال زمین اضافی در دیتاسنترهای مدرن مورد نیاز نیستند، اما حتی اگر مورد نظر هم باشد، راه های مؤثرتر و ارزان تری برای دستیابی به یک سیستم اتصال زمین اضافی وجود دارد.
هزینه ها
هزینه های SRG به طور گسترده ای بستگی به مواد مورد استفاده، ابزار اتصال استفاده شده و فاصله از اتصال فولادی ساختمان، و موارد بسیار دیگری دارد. هزینه های مربوط به یک سناریوی خاص در زیر ارائه شده است. مقدار بودجه برای یک شبکه مرجع سیگنال سیم مسی به ترتیب ft2 /6.50 دلار (70 دلار در هر متر مربع) است. این مقدار شامل طراحی، مواد، نصب، و اتصال مناسب زمین و اتصال شبکه به اسکلت فلزی ساختمان است. هنگامی که هزینه فوق با هزینه های بهره برداری از فضای معمولی 28 فوت مربع (2.6 متر مربع) برای هر رک ترکیب شود، برای هزینه های هر رک در SRG ، رقم 182 دلار به دست می آید.
علاوه بر این هزینه، هزینه نگهداری هم وجود دارد. مطالعات مختلف در مورد عملکرد فنی SRG نشان می دهد که برای اطمینان از عملکرد طراحی، بازرسی های دوره ای، آزمایش و اتصالات مجدد در SRG مورد نیاز است. خزش فلزی در اتصالات سیمی پیچی، موجب کاهش ویژگی های امپدانس شبکه می شود. اگر این کار هر دو سال یکبار با هزینه 2$ / ft2 (22 $ / m2) انجام شود، این به هزینه تعمیر و نگهداری 280 دلار برای هر رک در مدت 10 سال عمر مورد انتظار هر دیتاسنتر منجر می شود. مجموع هزینه های TCO تقریبا به مبلغ 460 دلار برای هر رک است که بخش مؤثری از هزینه های یک دیتاسنتر است و در صورت نیاز باید متحمل شود.
راهنمای طراحی
تجزیه و تحلیل دقیق از دانش و عمل در زمینه اتصال زمین، بهترین شیوه های زیر را پیشنهاد می کند:
فقط از اترنت یا فیبر نوری استفاده کنید
برای برقراری ارتباط داده در یک دیتاسنتر از اترنت یا فیبر نوری استفاده کنید. کلیه اشکال دیگر ارتباطات داده ها مانند ویدئو، SCSI، RS-232، و غیره را فقط برای اتصالات درون یک ردیف از رک های متصل شده یا حتی در یک رک تنها استفاده کنید.
سینی کابل اتصالات به رک های تجهیزات
هنگامی که ردیف رک ها با برق یا سینی های کابل داده یا نردبانهای کابل متصل هستند، سینی ها یا نردبانهای کابل باید با استفاده از سیم های اتصال، در هر دو طرف به رک ها متصل شوند. این دستورالعمل برای این سینی ها اعمال می شود چه در زیر کف باشند و چه در بالای کابینت های رک.
محافظت از نقاط ورود کابل داده ها در دیتاسنتر
تمام نقاط ورودی کابل به دیتاسنتر را شناسایی کنید.
سیمهایی که فیبر نوری نباشند باید از یک مکان مرکزی عبور کنند، نه اینکه فقط در اطراف مرکز داده پراکنده شوند.
در نقطه تحکیم ورودی، سیم کشی را با روش زیر انجام دهید:
• سیم های تلفن: با یک تسمه اتصال زمین از محافظ موج به اتصال زمین در نقطه پایه منبع تغذیه اولیه در دیتاسنتر، جریان مخالف را خاموش کنید.
• RS-232: از آن استفاده نکنید، اما در صورت استفاده، آن را از طریق یک ایزولاتور نوری یا خاموش کننده جریان مخالف با بند اتصال زمین از محافظ جریان به نقطه اتصال زمین منبع تغذیه اولیه در دیتاسنتر، استفاده کنید.
• اترنت: از طریق یک روتر اصلی، با یک بند اتصال زمین از روتر به نقطه اتصال زمین منبع تغذیه اولیه در دیتاسنتر آن را تلفیق کنید.
• بدون عمل کردن به مراحل فوق، به سادگی سیم های انواع بالا را به مکان های تصادفی در دیتاسنتر توزیع نکنید، زیرا همه آنها نقطه ورودی برای نویز یا جریانهای مخالف را نشان می دهند که می تواند به طور مستقیم یا غیر مستقیم با ایجاد نویز اتصال زمین بین سیستمی دستگاه را مختل یا خراب کند.
• راهنمایی بالا مناسب است، چه SRG مورد استفاده قرار بگیرد چه نگیرد. جزئیات بیشتر در IEEE 1100-1999 ارائه شده است: "IEEE Practice Recommended for Power and Grounding Equipment Electronic."
اگر دستورالعمل بالا عمل شود، مزایای اضافه کردن SRG به میزان قابل توجهی کاهش می یابد و باعث می شود که تاسیسات SRG به طور معمول قابل توجیه نباشد.
به تازگی، دیتاسنترها بیشتر در محیط های با کف معمولی و بدون کف کاذب ساخته می شوند که فضایی در زیر کف برای نصب SRGها ندارند. شواهد نشان می دهد که فقدان SRG ها در چنین تاسیساتی هیچگونه تاثیر منفی بر عملکرد تجهیزات IT نداشته است. به طور طبیعی این موضوع منجر به این سوال می شود که چرا سیستم ها می توانند بدون SRG کارآمد باشند و آیا اساسا SRG هزینه ای ضروری و منطقی است یا خیر.
SRG از سال 1983 و درپی تدوین استاندارد فدرال پردازش اطلاعات ایالات متحده (FIPS PUB 94) با عنوان "دستورالعمل سیستم برق برای تاسیسات پردازش داده خودکار" ، به یک بخش استاندارد از طراحی دیتاسنترها تبدیل شد. این سند برجسته، ابتدا اصول علمی تداخل برق با تجهیزات IT را تعیین و سپس استراتژی های طراحی برای از بین بردن این تداخل را تدوین کرد.
در این سند، SRG، همراه با سایر استراتژی های طراحی از جمله ایزولاسیون بوشینگ و ترانسفورمر Balun، توضیح داده شده و استفاده از آن توصیه می شود. در آن زمان مشکلات نویزهای الکتریکی در مدارهای داده ها یک مشکل بسیار واقعی بود که بسیاری از دیتاسنترها را به ستوه آورده بود، و SRG یکی از عوامل اصلی حل این مسئله بود.
در نتیجه SRG بخشی از مشخصات فنی استاندارد دیتاسنترها شد. با وجود اینکه FIPS PUB 94 از سال 1997 دیگر منتشر نشد، امروزه این استاندارد هنوز هم مرجع است.
امروزه استانداردهای مختلف شرکتی و صنعتی به طور معمول یک سیستم مرجع اتصال زمین را مشخص یا توصیه می کنند.
برای مثال استاندارد EIA / TIA 607 – در مورد الزامات اتصال به زمین و اتصالها (Bonding) در ساختمانهای تجاری برای ارتباط راه دور (مخابرات) است.
اکثر اسنادی که SRG را توصیه می کنند، شرایط استفاده از آن را بطور واضح مشخص نمی کنند و کاربران مطمئن نیستند که آیا SRG برای دیتاسنترهای کوچکتر، اتاق سرورها یا کابین های سیم کشی پیشنهاد شده است یا خیر.
بهرحال، درک متداول در میان جامعه کاربران را با توصیه زیر می توان خلاصه کرد:
"یک ساختار مرجع سیگنال (SRS) باید به عنوان ابزار اصلی برای دستیابی به مرجع عمومی اتصال زمین فرکانس-بالا برای تمام تجهیزات در یک منطقه پیوسته استفاده شود. یک SRS که به درستی طراحی و نصب شده، به طور موثر پتانسیل زمین را در گستره وسیعی از فرکانس از dc تا محدوده مگا هرتز یکسان می کند. "
اگرچه علم تداخل نویز در 35 سال گذشته و از زمان FIPS PUB 94 تغییر نکرده است، اما ماهیت تجهیزات IT به طور اساسی تغییر کرده است. این تغییرات در طراحی تجهیزات IT، کلا حساسیت تجهیزات را به نویز الکتریکی تغییر داده است. تجهیزات در فرکانس های بسیار بالاتر، با انواع مختلف منبع تغذیه و مهمتر از همه، با انواع مختلف کابل کشی داده ها عمل می کنند. به عنوان مثال، در سال 1983 سیستم IBM / 36 در 20 مگاهرتز کار می کرد و از کابلهای دومحوری برای اتصال دستگاهها استفاده می-کرد، در حالیکه امروز یکی از تیغه هایBladeCenter HS20 آی بی ام در 3.6 GHz عمل می کند و از کابل گیگابیت اترنت استفاده می کند .
کارکرد SRG
یک نظرسنجی از اسناد و نشریات مختلفی که شبکه مرجع سیگنال را توصیف می کند، ویژگی های زیر را به آن می دهد:
• کاهش تداخل ارتباطی تجهیزات
• پیشگیری از خرابی تجهیزات
• مسیر تخلیه نویز
• حفاظت از تخلیه الکترواستاتیک (ESD)
• ایمنی انسانی
با این حال، اعتقادات متداول در مورد این کارکردها عمدتا اشتباه است، و منجر به سوء تفاهم در مورد هدف SRG شده است.
به عنوان مثال، گزارش فنی مهندسی نیروی هوایی ایالات متحده آمریکا 90-6 بیان می کند: "آنها برای کنترل بار الکترواستاتیک استفاده می شوند و یک سطح هدایت هم-پتانسیل را فراهم می کنند که سیگنال های فرکانس بالا به آنها ارجاع می شود و در نتیجه موجب کمینه شدن تداخل و نویز می شود."
با این حال، هدف SRG این است: کاهش ولتاژهای نویز ناخواسته در کانال های ارتباطی سیم مسی که زمین-مرجع هستند.
هر کدام از کارکردهای بالا از SRG در بخش های بعدی بررسی و تشریح خواهد شد.
کاهش تداخل ارتباطی تجهیزات
این عملکرد SRG مبتنی بر توانایی SRG برای کاهش نویز زمین بین-سیستمی است، که تفاوت در پتانسیل زمین شاسی در تجهیزات IT است. این موضوع در مقاله سفید8، نویز زمین بین سیستمی: علل و اثرات شرح داده شده است. تفاوت در ولتاژ زمین-مرجع شاسی به دلایل مختلف، از جمله جریان های گسل، رعد و برق و جریان های نویز تزریق شده به مدارهای اتصال زمین رخ می دهد. این یک مشکل بسیار واقعی است که مشکلات ارتباطی فراوانی را در دیتاسنترهای اولیه ایجاد کرد، به ویژه بین ترمینال های راه دور که از طریق اتصالات اختصاصی خانگی RS-232 با دیتاسنتر مرتبط بودند. انواع ادعاهای غیرقابل اعتماد در مورد حساسیت تجهیزات فناوری اطلاعات به نویز اتصال زمین بین-سیستمی در مطالب و نوشته های فنی از جمله این موارد آمده است:
شبکه مرجع سیگنال (SRG) یک مرجع مشترک اتصال زمین برای تمام تجهیزات متصل در دیتاسنتر نگهداری می کند.
فرم فیزیکی SRG - یک شبکه گسترده – برای نویزهای فرکانس بالا امکان دنبال کردن یک مسیر کم امپدانس به اتصال زمین را ایجاد می کند.
اگر برای تولیدکننده ITE قابل قبول باشد، SRG (شبکه مرجع سیگنال) ممکن است برای ارائه یک پتانسیل تقریبا ثابت، کم امپدانس، فرکانس بالا،از سیستم اتصال زمین سیگنال مرجع استفاده شود. ... چنین شبکه ای به طور موثر سیگنال های فرکانس بالا تا حدود 20 مگاهرتز را به زمین متصل می کند. (دستورالعمل ITIC برای زمین تجهیزات IT)
ادعاهای مختلف و باورهای حول حساسیت تجهیزات فناوری اطلاعات به نویز اتصال به زمین بین-سیستمی بر اساس اطلاعات و داده های نسل های گذشته تجهیزات فناوری اطلاعات است.
تجهیزات فناوری مدرن، روش هایی را برای ارتباط داده ها استفاده می کند که بطور قابل توجهی در طول زمان تغییر کرده اند و در حال حاضر به طور چشمگیری باعث کاهش حساسیت به نویز اتصال به زمین بین سیستمی می شوند.
انواع مختلف رابطهای ارتباط داده ها با توجه به میزان حساسیت در جدول 1 طبقه بندی شده است.
رابط داده های از نوع "ایمنی پایین" از کابلهای مسی استفاده می کنند که سیگنال هایی را حمل می کند که زمین-مرجع هستند. هر تغییری در ولتاژ زمین بین تجهیزات متصل شده، بر روی سیگنال داده قرار می گیرد. نویز زمین بین سیستمی 1/0 ولت و یا حتی کمتر می تواند با این کابل های ارتباطی "کم ایمنی" تداخل داشته باشد.
"ایمنی جزئی" در رابط های ارتباطی مسی رخ می دهد که یک انتقال سیگنال متوازن یا دیفرانسیل دارند که زمین-مرجع نیست. این سیستم ها حاوی به اصطلاح "محدوده حالت مشترک" نویزهای زمین بین سیستمی هستند که به طور ذاتی رد می شوند، اما تسلیم تداخل با ولتاژهای بالاتر می شوند. نویز زمین بین سیستمی 10 ولت یا بیشتر می تواند با ارتباط تداخل کند. رابط های داده ای "ایمنی جزئی" با ضریب 10 تا 100 برابر ایمن تر از رابط های "ایمنی پایین" هستند.
"ایمنی بالا" در رابط های ارتباطی مسی رخ می دهد که دارای یک سیگنال متعادل یا دیفرانسیل انتقال سیگنال با استفاده از یک سیستم کابل کشی انتقال خطی با جداسازی کامل ترانسفورمر در هر دو طرف هستند. مثال اصلی این نوع رابط، اترنت است که ولتاژ خرابی رابط آن بیش از 1000 ولت است. این نوع رابط توانایی مقاومت در برابر ولتاژهای نویز زمین بین سیستمی بسیار بیشتر از نوع "ایمنی جزئی" دارد و همچنین قادر به رفع تداخل در محدوده فرکانس بسیار بیشتری است. علاوه بر این، پروتکل های ارتباطی دارای اصلاح خطای پیش ساخته اند.
زمانی که SRG برای اولین بار ایجاد شد، سیستم های اولیه رابط داده ها در گروه " ایمنی پایین" جدول 1 بودند. در طول زمان، انتقال هایی در جدول رخ داده است به شکلی که در حال حاضر، داده ها به طور عمده از طبقات "ایمنی بالا" یا "ایمنی کامل" هستند. از چندین نوع کابل کشی "ایمنی پایین" که هنوز باقی مانده، بیشترآنها محدود به استفاده در یک rack یا rack های مجاور شده است برای اینکه نویزهای زمین بین-سیستمی در محفظه (یعنی SCSI ) بتواند کنترل شود. نتیجه این است که در دهه های گذشته، میزان حساسیت تجهیزات فناوری متصل شده به نویزهای زمین بین سیستمی کاهش یافته است.
این بهبود در قابلیت اطمینان اتصال داده ها تصادفی نیست. اتصال از راه دور رایانه های شخصی و روترها به دیتاسنترها نیاز به ایجاد رابط داده های با "ایمنی بالا" داشتند و استانداردهای مختلف اترنت با طراحی یک رابط ایزوله ترانسفورمر که در همه دستگاه های اترنت مورد استفاده قرار می گرفت، با مشکلات طراحی نویز مواجه شد. سوئیچ به اترنت و فیبر نوری در دیتاسنتر به این معنی است که در طول زمان، شرایط لازم برای کاهش حساسیت، بدون نیاز به SRG به وجود آمده است.
تاثیرSRG در کاهش انواعی از نویز است که دیگر با رابط های داده مدرن تداخل ندارند.
پیش گیری از خرابی تجهیزات
همانند ادعای کاهش تداخل، این قابلیت SRG هم بر اساس توانایی SRG برای کاهش نویز زمین بین-سیستمی است، که در واقع، اختلاف پتانسیل مربوط به شاسی تجهیزات IT است. در این حالت، جریانهای ناشی از القای رعد و برق که در سیستم اتصال زمین به وجود می آید می تواند باعث اختلاف ولتاژ بین شاسی تجهیزات IT شود که به اندازه ای بزرگ است که رابط های ارتباطی را خراب می کند.
توجه داشته باشید که تهدید موجود به دلیل افزایش یا اضافه ولتاژ در خطوط برق AC نیست؛ SRG این ولتاژها را تحت تاثیر و کاهش قرار نمی دهد. تنها ولتاژهایی که SRG به کنترل آنها کمک می کند، تغییرات در ولتاژ زمین بین دستگاه های مختلف IT است.
حساسیت تجهیزات فناوری اطلاعات به خرابی ولتاژ زمین بین سیستمی، به ماهیت رابط ها بستگی دارد. در ضمن، رابط های ایزوله نشده برپایه سیگنال های مرجع زمین، بیشتر حساس هستند، و در این موارد دستورالعمل های جدول 1 کاربرد دارند. حساسیت تجهیزات به خرابی، در زمانی که رابط های از "ایمنی بالا" و " ایمنی کامل" استفاده می شود به طور قابل توجهی کاهش می یابد
هنگامی که تجهیزات به وسیله روش های " ایمنی پایین" به هم مرتبط می شود، SRG می تواند در کاهش خرابی موثر باشد، البته در صورتی که تجهیزات با مدارهای انشعاب جداگانه عرضه شوند و به صورت مکانیکی با یکدیگر مرتبط نباشند.
هرچند اگر این تجهیزات توسط یک انشعاب مدار مشابه یا رکPDU عرضه شود یا در یک محفظه رک با هم مرتبط شود، هیچ نویز زمین بین سیستمی وجود ندارد و SRG هیچ مزیتی ندارد..
مسیر تخلیه نویز
بر اساس یک اعتقاد مرسوم، سیستم های اتصال زمین نوعی "چاه فاضلاب یا چاه ارت" هستند که در آن نویزهای الکتریکی ناخواسته با خیال راحت دفع می شود. یک مفهوم مرتبط این است که اگر یک مسیر تخلیه بزرگ وجود نداشته باشد، نویز به نحوی "انباشته" می شود. البته باید بگوییم که این مفهوم نادرست است و بر اساس اصول الکتریکی دقیق نیست. در حقیقت، نویز و یا هر سیگنال ناخواسته همیشه مسیر کمترین امپدانس را دنبال می کند، و این مسیر در فرکانس های بالاتر از 1 مگاهرتز، SRG نیست، بلکه سایر کابل های نزدیک تر است. مفهوم SRG به عنوان یک مسیر تخلیه نویز، مبتنی بر یک سوء تفاهم اساسی در مورد اصول اتصال زمین است.
محافظت از تخلیه االکتریسیته ساکن (ESD)
تخلیه الکتریسیته ساکن، به دلیل ریسک خرابی تجهیزات باید مورد توجه و دغدغه هر اپراتور دیتاسنتر باشد. به همین دلیل است که دیتا سنترها معمولا در رطوبت نسبتا بالا مانند رطوبت نسبی 40٪ نگهداری می شوند تا مانع تشکیل الکتریسیته ساکن شود.
کف طبقات در دیتاسنترها باید راه حلی برای تخلیه بارهای الکتریسیته ساکن داشته باشند که می تواند شامل استفاده از کاشی های مخصوص ثابت یا کاذب باشد. بعضی دیتاسنترها از پاپوش های خاص برای کارکنان استفاده می کنند تا کارکنان تبدیل به تولیدکنندگان موثر بارهای ساکن نشوند.
با این حال، SRG هیچ نقش صریحی در جلوگیری از ایجاد بارهای ساکن و یا حفاظت از تجهیزات در برابر این بارها ندارد. SRG نمی تواند از انباشت بارهای الکتریسیته ساکن توسط پرسنل جلوگیری کند. اگر یک اپراتور در معرض حمل بار ساکن باشد، SRG نمی تواند مانع تخلیه این بار به تجهیزات شود (تجهیزات همیشه اتصال زمین دارند حال SRG باشد یا نباشد).
ایمنی انسانی
یکی دیگر از باورهای معمول این است که SRG مزایای ایمنی اتصال زمین و جلوگیری از شوک الکتریکی را فراهم می کند. درست است که اتصال زمین تجهیزات الکتریکی برای کاهش خطر شوک الکتریکی مهم است. ضمنا درست است که در دوره زمانی 1970-1980 برخی از تجهیزات سخت افزاری IT در دیتاسنترها به طور عمدی بدون اتصال زمین به منظور کاهش تداخل نویز مورد استفاده قرار گرفتند. اما امروزه عدم استفاده از ایمنی اتصال زمین در تجهیزات نقض قوانین برق است، و همه تجهیزات از سیم برقی که حاوی اتصال زمین است استفاده می کنند. بنابراین، امروزه عدم اتصال زمین عمدی در دیتاسنترها وجود ندارد.
در یک مرکز داده که اتصال زمین به درستی انجام شده، هیچ مشکلی در زمینه ایمنی وجود ندارد که توسط SRG حل شود. SRG به طور بالقوه یک اتصال زمین ایمنی اضافی را فراهم می کند، اما این مورد لازم و ضروری نیست.
اگر یک سیستم ایمنی اتصال زمین اضافی مورد نظر باشد، می توان آن را به طور موثر با پیوند دادن rackها در یک ردیف به یکدیگر و کشیدن یک سیم اتصال زمین از پشت rackها و اتصال آن به سیسم زمین PDU محلی انجام داد.
اتصال زمین rack به این روش، "بهترین عمل" محسوب می شود و به طور موثر مزایای ایمنی را که SRG ارائه می دهد، در خود دارد.
SRG، زمانی که به درستی مستقر شده است، یک سیستم اتصال زمین اضافی است. سیستم های اتصال زمین اضافی در دیتاسنترهای مدرن مورد نیاز نیستند، اما حتی اگر مورد نظر هم باشد، راه های مؤثرتر و ارزان تری برای دستیابی به یک سیستم اتصال زمین اضافی وجود دارد.
هزینه ها
هزینه های SRG به طور گسترده ای بستگی به مواد مورد استفاده، ابزار اتصال استفاده شده و فاصله از اتصال فولادی ساختمان، و موارد بسیار دیگری دارد. هزینه های مربوط به یک سناریوی خاص در زیر ارائه شده است. مقدار بودجه برای یک شبکه مرجع سیگنال سیم مسی به ترتیب ft2 /6.50 دلار (70 دلار در هر متر مربع) است. این مقدار شامل طراحی، مواد، نصب، و اتصال مناسب زمین و اتصال شبکه به اسکلت فلزی ساختمان است. هنگامی که هزینه فوق با هزینه های بهره برداری از فضای معمولی 28 فوت مربع (2.6 متر مربع) برای هر رک ترکیب شود، برای هزینه های هر رک در SRG ، رقم 182 دلار به دست می آید.
علاوه بر این هزینه، هزینه نگهداری هم وجود دارد. مطالعات مختلف در مورد عملکرد فنی SRG نشان می دهد که برای اطمینان از عملکرد طراحی، بازرسی های دوره ای، آزمایش و اتصالات مجدد در SRG مورد نیاز است. خزش فلزی در اتصالات سیمی پیچی، موجب کاهش ویژگی های امپدانس شبکه می شود. اگر این کار هر دو سال یکبار با هزینه 2$ / ft2 (22 $ / m2) انجام شود، این به هزینه تعمیر و نگهداری 280 دلار برای هر رک در مدت 10 سال عمر مورد انتظار هر دیتاسنتر منجر می شود. مجموع هزینه های TCO تقریبا به مبلغ 460 دلار برای هر رک است که بخش مؤثری از هزینه های یک دیتاسنتر است و در صورت نیاز باید متحمل شود.
راهنمای طراحی
تجزیه و تحلیل دقیق از دانش و عمل در زمینه اتصال زمین، بهترین شیوه های زیر را پیشنهاد می کند:
فقط از اترنت یا فیبر نوری استفاده کنید
برای برقراری ارتباط داده در یک دیتاسنتر از اترنت یا فیبر نوری استفاده کنید. کلیه اشکال دیگر ارتباطات داده ها مانند ویدئو، SCSI، RS-232، و غیره را فقط برای اتصالات درون یک ردیف از رک های متصل شده یا حتی در یک رک تنها استفاده کنید.
سینی کابل اتصالات به رک های تجهیزات
هنگامی که ردیف رک ها با برق یا سینی های کابل داده یا نردبانهای کابل متصل هستند، سینی ها یا نردبانهای کابل باید با استفاده از سیم های اتصال، در هر دو طرف به رک ها متصل شوند. این دستورالعمل برای این سینی ها اعمال می شود چه در زیر کف باشند و چه در بالای کابینت های رک.
محافظت از نقاط ورود کابل داده ها در دیتاسنتر
تمام نقاط ورودی کابل به دیتاسنتر را شناسایی کنید.
سیمهایی که فیبر نوری نباشند باید از یک مکان مرکزی عبور کنند، نه اینکه فقط در اطراف مرکز داده پراکنده شوند.
در نقطه تحکیم ورودی، سیم کشی را با روش زیر انجام دهید:
• سیم های تلفن: با یک تسمه اتصال زمین از محافظ موج به اتصال زمین در نقطه پایه منبع تغذیه اولیه در دیتاسنتر، جریان مخالف را خاموش کنید.
• RS-232: از آن استفاده نکنید، اما در صورت استفاده، آن را از طریق یک ایزولاتور نوری یا خاموش کننده جریان مخالف با بند اتصال زمین از محافظ جریان به نقطه اتصال زمین منبع تغذیه اولیه در دیتاسنتر، استفاده کنید.
• اترنت: از طریق یک روتر اصلی، با یک بند اتصال زمین از روتر به نقطه اتصال زمین منبع تغذیه اولیه در دیتاسنتر آن را تلفیق کنید.
• بدون عمل کردن به مراحل فوق، به سادگی سیم های انواع بالا را به مکان های تصادفی در دیتاسنتر توزیع نکنید، زیرا همه آنها نقطه ورودی برای نویز یا جریانهای مخالف را نشان می دهند که می تواند به طور مستقیم یا غیر مستقیم با ایجاد نویز اتصال زمین بین سیستمی دستگاه را مختل یا خراب کند.
• راهنمایی بالا مناسب است، چه SRG مورد استفاده قرار بگیرد چه نگیرد. جزئیات بیشتر در IEEE 1100-1999 ارائه شده است: "IEEE Practice Recommended for Power and Grounding Equipment Electronic."
اگر دستورالعمل بالا عمل شود، مزایای اضافه کردن SRG به میزان قابل توجهی کاهش می یابد و باعث می شود که تاسیسات SRG به طور معمول قابل توجیه نباشد.
Stay Informed
When you subscribe to the blog, we will send you an e-mail when there are new updates on the site so you wouldn't miss them.
نظرات