Aktualności
2011-12-13
Biuro z inteligentną energią
System kontroli zużycia energii GICOMP
Według badań brytyjskiego National Energy Foundation (PC Energy Report, UK NEF), średnio około 20-30% komputerów biurowych pozostaje włączonych po godzinach pracy. Nowoczesne systemy komputerowe cechują się znaczącym zużyciem energii elektrycznej: kom- putery osobiste potrafią pobierać 80-100W, a serwery nawet 300W. Natomiast bezczynny monitor LCD pobiera 20-30W.

Popularne systemy operacyjne są wyposażone w zaawansowane mechanizmy oszczędzania energii w trakcie spoczynku, jak parkowanie dysków czy zmniejszanie częstotliwości procesorów, jednakże nie odnoszą się one do głównego źródła marnotrawstwa: faktu, że komputer jest włączony. Obecne komputery, oprócz włączenia i wyłączenia, posiadają dodatkowe stany zasilania: wstrzymanie do pamięci i hibernacja. Pozwalają one na znaczące oszczędności (1-2W przy wstrzymaniu do pamięci). Niestety, jak wynika zbadań, większość komputerów nie ma włączonej opcji zarządzania energią pozwalającej na pełne wykorzystanie powyższych mechanizmów.

Rosnące ceny energii elektrycznej oraz coraz większa liczba komputerów wykorzystywanych w codziennej pracy iżyciu prywatnym spowodowały, że całkowite zużycie energii przez infrastrukturę informatyczną jest porównywalne zzapotrzebowaniem całego przemysłu lotniczego! Rosnące zainteresowanie oszczędzaniem energii nie powinno zatem dziwić.

Ze względu na przytoczone przyzwyczajenia użytkowników oraz znaczną liczbę przerw w pracy w biurach zdefiniowanie nawet prostych strategii zarządzania energią może prowadzić do oszczędności sięgających ponad 30% zużytej energii. Strategie mogą obejmować m.in.: wyłączanie monitorów podczas krótkich przerw w pracy (1-5 min), wstrzymywanie komputerów podczas dłuższych przerw (powyżej 5-10 min), wyłączanie komputerów po godzinach pracy, włączanie komputerów zgodnie z harmonogramem (aktualizacji i archiwizacji lub preferencji użytkowników, np. godzin przyjścia do pracy). Osiągnięcie wspomnianych oszczędności wymaga jednak konsekwentnego stosowania przyjętych strategii oraz szczegółowego monitorowania zużycia energii. W tym celu powstał system GICOMP (Green IT Control and Management Platform).

Celem systemu jest zintegrowanie mechanizmów oszczędzania energii dostępnych w systemach operacyjnych iuzupełnienie ich o mechanizmy wstrzymywania/wyłączania komputerów, gdy tylko jest taka możliwość. Dodatkowo, system dostarcza informacje o poborze energii poprzez integrację z systemami pomiarowymi, takimi jak np. inteligentne listwy zasilające. GICOMP integruje rozwiązania znajdujące się na różnych poziomach i w różnych miejscach systemu komputerowego w celu przedstawienia jednorodnego interfejsu. Czyni to jednocześnie w sposób neutralny z punktu widzenia topologii sieciowej, dzięki wykorzystaniu protokołu XMPP.

GICOMP jest oparty o platformę komunikacyjną zbudowaną przez PCSS, która wykorzystuje protokół eXtensible Message and Presence Protocol (XMPP). Jest to powszechnie znany standard, wykorzystywany głównie jako narzędzie komunikacji internetowej (Instant Messaging) w usługach takich jak: Google Talk, Facebook Chat czy Tlen. Główną zaletą tego protokołu jest to, że zapewnia on dwukierunkowy kanał komunikacyjny, niezależnie od umiejscowienia użytkownika (np. za zaporą ogniową). Oprócz tego, jego zalety to wysoka skalowalność i bezpieczeństwo (oparte na certyfikatach). Jako że protokół ten oparty jest na strumieniach XML, łatwo jest go także rozszerzać.

Wykorzystując system GICOMP administrator może kontrolować komputery znajdujące się w różnych lokalizacjach (np. oddziałach firmy). Dzięki wykorzystaniu protokołu XMPP różne komponenty systemu mogą znajdować się wodległych sieciach lub w chmurze. Scentralizowane zarządzanie oszczędzaniem energii pozwala na wymuszenie stosowania polityk oszczędzania energii dostępnych w systemach operacyjnych (np. czas po którym następuje wstrzymanie monitora i komputera, zdalne wyłączenie/włączenie/wstrzymanie maszyny) iujednolicenia ich w całej sieci komputerowej. System jest heterogeniczny, co oznacza, że udostępnia te funkcjonalności niezależnie od systemów operacyjnych zainstalowanych na komputerach (Windows, Linux i Mac OS X). Dzięki systemowi harmonogramów, możliwe jest ustawienie czasów wyłączania maszyn po godzinach pracy lub nawet włączania/wyłączania ich w specyficznych porach nocnych, np. w celu prze- prowadzenia aktualizacji. Użytkownik za pomocą łatwego w użyciu interfejsu graficznego ma dostęp do bogatych statystyk poboru mocy dla każdego zkomputerów w oparciu o dedykowany sprzęt pomiarowy lub metody szacowania.

System GICOMP został pilotażowo wdrożony w Urzędzie Gminy w Grodzisku Wielkopolskim. Wdrożenie objęło kilkanaście komputerów o różnej chara- kterystyce energetycznej w dwóch działach urzędu. Konfiguracja objęła pomiar poboru mocy poszczególnych typów komputerów. Dzięki zainstalowaniu wszystkich usług w PCSS, pracownicy urzędu nie muszą zajmować się administracją ikonfiguracją systemu. Wdrożenie systemu GICOMP umożliwiło administra- torowi infrastruktury informatycznej wurzędzie ciągły dostęp do informacji ozarówno bieżącym jak i historycznym zużyciu energii przez poszczególne komputery oraz ich grupy. Administrator ma również możliwość zdalnego definiowania strategii zarządzania energią dla wszystkich komputerów urzędu oraz zmiany ich stanu. Wszystkie te funkcje są dostępne za pomocą przyjaznego interfejsu WWW. Kolejne kroki obejmują instalację licznika energii w celu weryfikacji oszczędności oraz objęcie kontrolą wszystkich komputerów w urzędzie. Dalsze plany zakładają wdrożenie systemu w środowisku o znacząco większej liczbie komputerów.

Koncepcja systemu GICOMP obejmuje kontrolę nie tylko komputerów, ale również innych urządzeń odpowiedzialnych za zużycie energii w biurach i gospodarstwach domowych. W skład tych urządzeń wchodzą przede wszystkim oświetlenie, klimatyzacja, drukarki, urządzenia AGD, itd. Kontrola tych urządzeń wymaga jednak zastosowania specjalnych mierników energii elektrycznej udostępniających pomiary poprzez sieć oraz umożliwiających sterowanie dopływem prądu. Jednym z takich urządzeń jest tzw. e-gniazdko – opracowane w laboratorium PCSS bezprzewodowo sterowane gniazdko elektryczne, umożliwiające włączanie/wyłączanie urządzeń z sieci elektrycznej oraz pomiar różnych parametrów prądu, w tym poboru mocy. Wprzypadku wersji przeznaczonych do sterowania oświetleniem, e-gniazdka wyposażone są w tzw. „ściemniacze”, umożliwiające zdalną kontrolę jasności oświetlenia. Bezprzewodowa komunikacja e-gniazdka oparta jest o popularny standard komunikacji dla "smart homes" o nazwie ZigBee. Umożliwia on łączenie urządzeń w zabezpieczane kryptograficznie sieci typu mesh na odległość do 75m.

Urządzenia w wersji prototypowej mają oczywiście ograniczone możliwości szerszych zastosowań ze względu na ich cenę. W przypadku wdrożenia e-gniazdek do produkcji na szeroką skalę, cena pojedynczej jednostki może wynosić 50-100zł. Sytuacja może ulec jeszcze większej poprawie wraz z pojawieniem się wmaju tego roku platformy Android@Home. Jest to platforma zaproponowana przez firmę Google, mająca służyć rozszerzeniu możliwości komórek i tabletów wyposażonych w system operacyjny Android o funkcje sterowania urządzeniami domowymi. Platforma ta przewiduje łączność bezprzewodową wpaśmie 900MHz dla ponad 500 urządzeń na odległość do 50m. Choć nie jest ona ustandaryzowana tak jak ZigBee, to niski koszt urządzeń transmisyjnych, dostępność referencyjnych implementacji oraz brak opłat, może spowodować znaczące zainteresowanie producentów urządzeń konsumenckich do włączenia się w tę inicjatywę. Na koniec 2011 zapowiedziano pojawienie się inteligentnych żarówek o mocy 60W wykorzystującą łączność bezprzewodową Android@Home. Upowszechnienie się tej platformy lub innych podobnych rozwiązań pozwoli na jeszcze bardziej kompleksowe monitorowanie i kontrolę poboru energii elektrycznej w biurach z zastosowaniem systemu GICOMP.

Ariel Oleksiak, PCSS