Как не позволить скрытым затратам на электроэнергию подорвать бюджет вашей организации.

Недавние проблемы с энергоснабжением в Калифорнии и других областях Соединенных Штатов заставили деловое сообщество пробудиться от беспечной спячки. Предупреждение было вполне недвусмысленным — решение таких задач, как создание текущих резервных копий баз данных, программ, других ценных ресурсов и, как следствие, поиск альтернативных источников электроэнергии, имеет критическое значение. Администраторы глобальных и локальных сетей должны извлечь из случившегося еще один урок: необходимо уделять даже более серьезное, чем прежде, внимание вопросам энергопотребления сетевых устройств, в том числе оптимизации.

Большинство сетевых устройств работают в непрерывном круглосуточном режиме. За год все эти шлюзы, мосты, маршрутизаторы, коммутаторы локальных сетей, контроллеры доступа и еще множество других устройств потребляют определенное количество энергии. При недостаточной выработке электроэнергии и росте цен на электричество затраты на поддержание постоянной работоспособности многочисленных устройств, разбросанных по разным подразделениям (и, возможно, зданиям), выливаются в кругленькую сумму. Так что ежемесячное ожидание счета за электроэнергию становится похожим на ожидание приговора.

Предмет этой статьи — влияние цен на электроэнергию на корпоративные сети, а также то, как соответствующие затраты могут сказаться на текущих эксплуатационных расходах. Здесь анализируются способы расчета цен на электроэнергию и объясняется, почему даже минимальное сокращение энергопотребления может обернуться существенной экономией. Кроме того, рассматриваются некоторые методы снижения энергопотребления сети.

ИЗМЕРЕНИЕ И УЧЕТ

Прежде всего стоит восстановить в памяти азы электротехники. Ток (I) измеряется в амперах. Он течет в направлении от отрицательного полюса к положительному, а сила тока характеризует число электронов, переносимых по проводнику в единицу времени. Напряжение (V) соответствует разности потенциалов между объектами с отрицательным и положительным зарядами. Примером таких объектов могут служить контакты батареи. Разность потенциалов измеряется в вольтах и определяется как работа на единицу заряда, которую необходимо проделать для перемещения электронов между положительным и отрицательным контактом. Металлы считаются хорошими проводниками, так как обладают малым сопротивлением. Сопротивление (R) измеряется в омах; оно зависит от типа материала и его размера. Так, например, сопротивление проводников крупного сечения меньше, чем тонких, а величина сопротивления длинного провода больше, чем короткого.

Каждому старшекласснику известен закон Ома, задающий соотношение между током, напряжением и сопротивлением, которое выражается формулой

V = I x R.

Соотношения такого рода называются линейной зависимостью. Это означает, что, если вдвое увеличить напряжение при неизменном сопротивлении, ток также возрастает вдвое. Расчет энергопотребления производится при неизменном напряжении, например при напряжении переменного тока 110 В или 220 В. Эта величина называется мощностью и является произведением напряжения на силу тока P = V x I. Мощность выражается в ваттах (Вт).

Для того чтобы понять, как оптимизировать энергопотребление сети, можно рассмотреть простейший пример — потребление электроэнергии домашним электронагревательным прибором, скажем, тостером. Обычный тостер работает от 120 В и имеет нагревательный элемент, сопротивление которого равно 14,4 Ом. Сила тока при этом составляет 120/14,4 = 8,33А. Т. е. мощность тостера равна 120 x 8,33, или 1000 Вт.

Фактическое потребление электроэнергии определяется как произведение мощности на время. Допустим, для удобства счета, для приготовления тоста требуется 10 мин (хотя на практике за этот срок тостик превратится в уголек). В таком случае за шесть дней любитель поджаренного хлеба, позволяющий себе по одному кусочку каждое утро, потребляет 1000 (нет, не килограммов!) ватт-часов электроэнергии. Ватт — это достаточно малая величина, что делает ее неудобной для расчетов, поэтому компании, предоставляющие коммунальные услуги, используют другую единицу — киловатт-час (кВт*ч), равную 1000 Вт, или мегаватт (МВт), равную 1 000 000 Вт, или 1000 кВт*ч. В счетах, которые получают индивидуальные, а также большинство коммерческих потребителей электроэнергии, указывается число израсходованных киловатт-часов.

Если вернуться к примеру с тостером, получится, что в течение шести дней он работает один час, т. е. потребляет 1000 Вт*ч, или 1 кВт*ч. Реальные затраты на электроэнергию будут зависеть также от таких факторов, как географическое положение, количество потребляемой энергии, время года, налоги, законодательные положения, регулирующие использование энергоносителей.

Стоимость электроэнергии в США составляет примерно 8 центов за 1 кВт*ч. Дороже всего (10 центов) электричество в регионах Новой Англии, так как здесь оно производится электростанциями на природном газе или нефти, что существенно отражается на ее стоимости. Северные штаты, такие, как Орегон и Вашингтон, получают энергию, вырабатываемую экономичными гидростанциями, поэтому стоимость 1 кВт*ч здесь не превышает 5-6 центов, за исключением очень засушливых периодов. Итак, если 1 кВт*ч стоит 10 центов, шесть тостов за шесть дней обойдутся вам в 10 центов. Это не так уж много за шесть вкусных завтраков. Но что произойдет, если тостер испортится, но не сгорит, а будет работать с той же мощностью круглые сутки? В час он потребляет 1 кВт*ч. За 24 ч потребляемая мощность составит, теоретически, 24 кВт*ч. Умножив это на 10 центов, получим расходы за день — 2,40 долларов.

Если же забывчивый хозяин уедет в отпуск на год, оставив тостер работать, по возвращении ему придется заплатить 876 долларов (2,40 долларов х 365 дней). Конечно, ни один человек в здравом уме не оставит тостер включенным даже на день (и ни один тостер не будет непрерывно работать столько времени), но сетевые и межсетевые устройства функционируют именно в таком режиме.

БИТВА СО ВРЕМЕНЕМ

Internet может служить отличным фоном для оценки особенностей энергопотребления устройств связи. Он имеет гигантскую инфраструктуру, буквально сжигающую энергию и потенциально приводящую к перебоям в электроснабжении. Облако Internet состоит из маршрутизаторов, устройств обслуживания данных (Data Service Unit, DSU), канальных устройств (Channel Service Unit, CSU), серверов имен доменов (Domain Name Server, DNS), серверов Web, коммутаторов и других устройств, причем в большинстве своем они работают постоянно и отключаются только на короткие периоды модернизации и ремонта.

Даже когда в организации поддерживается только одно соединение с Internet, для него может потребоваться пять или более устройств связи, работающих круглосуточно и непрерывно, чтобы сотрудники, находящиеся в других странах, имели возможность посылать электронную почту, осуществлять доступ к корпоративному серверу Web или выполнять другие функции.

Конечно, владельцы домашней электроники включают ее от случая к случаю и могут не беспокоиться об экономии электроэнергии, но, когда речь заходит о системах, работающих постоянно, каждый пенс оказывается на счету. В обычном, невисокосном, году — 8760 ч (365 дней х 24 ч). Один небольшой маршрутизатор, который по потреблению энергии можно сравнить с четырьмя стоваттными лампочками, за год выработает 3 504 млн ватт-часов (400 Вт х 8760 ч), или 3 504 кВт*ч электроэнергии.

В большинстве стран потребители платят за 1 кВт*ч электричества. Хотя расценки на энергию в разных регионах могут заметно отличаться, тем не менее вполне возможно определить диапазон расходов, скажем, на круглосуточную работу маршрутизатора в течение года. Там, где расценки составляют 5 центов, затраты составят 175,20 долларов (3504 кВт*ч x 0,05 доллара). В «дорогих» зонах, где цена 1 кВт*ч вдвое выше, вдвое выше будет и плата — 350,40 долларов.

В Таблице 1 приведены суммы годовых затрат на постоянно работающее оборудование. Эти суммы рассчитаны исходя из минимальных и максимальных расценок — 0,05 и 0,10 долларов с шагом в 0,005 центов. Потребляемая мощность в ваттах колеблется от 100 до 1000 Вт с шагом 50. Пользоваться данными, приведенными в Таблице 1, можно даже в том случае, если число потребляемых ватт или цена 1 кВт*ч превышает диапазон значений, приведенных в таблице. Допустим, ваш коммутатор потребляет 1500 Вт. Достаточно просто суммировать затраты на устройства мощностью 500 Вт и 1000 Вт в графе «Расценки за 1 кВт*ч». Проделать эту операцию в случае, когда расценки за 1 кВт*ч выходят за диапазон таблицы, немногим сложнее. Так как здесь нет колонки, характеризующей приращение в 1 цент (0,01 цент), необходимо прибавить, например, десятую часть соответствующей величины в 10-центовой таблице к тому же столбцу для каждого повышения на пенни свыше 10 центов за 1 кВт*ч.

Итак, теперь стало очевидным, с какой легкостью всего лишь несколько пенсов за киловатт-час вырастают до сотен долларов в расчете на устройство. Самое время проанализировать эксплуатационные расходы на сетевые устройства несколько подробнее.

Энергопотребление составляет только часть мозаики, которую представляют собой затраты на питание. Электрические устройства вырабатывают тепло, измеряемое в британских тепловых единицах (British Thermal Unit, BTU, примерно 0,3 Вт — прим. ред.) в час. В большинстве зданий отвод тепла требуется обеспечивать в течение всего года. Зимой какую-то часть нагретого воздуха можно отводить для обогрева других помещений, но в летний период это тепло создает дополнительную нагрузку на системы кондиционирования и, следовательно, способствует росту эксплуатационных затрат на электронные устройства.

Объем дополнительных расходов, связанных с выделением тепла, зависит от таких факторов, как географическое положение и эффективность системы кондиционирования воздуха. Если организация расположена в южных районах или кондиционирование воздуха необходимо по техническим условиям эксплуатации помещения, этот вопрос требует более внимательного изучения со стороны руководства.

КАК РАССЧИТАТЬ РЕАЛЬНЫЕ ЗАТРАТЫ НА ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

В Таблице 2 приведены статистические данные максимального потребления энергии различными типами оборудования компании Cisco Systems (по данным, опубликованным на сайте Web). Так как большинство коммуникационных устройств имеет модульную архитектуру, потребление энергии будет изменяться при добавлении новых модулей к тому или иному продукту. Данные в Таблице 2 характеризуют максимальное энергопотребление, когда устройства оснащены всеми модулями.

Характер энергопотребления мы рассмотрим более подробно на примере мультиплексора доступа 6200 DSL Access Multiplexer, который телекоммуникационные компании используют для мультиплексирования абонентских линий. Это устройство потребляет 820 Вт при полной загрузке DSLAM, когда в него установлено восемь плат абонентских линий (Subscriber Line Card, SLC) с модуляцией CAP. При использовании SLC в режиме Discrete Multitone потребление питания вырастает до 892 Вт. Поэтому, в зависимости от применяемых модулей, а также от качества и типов предоставляемых услуг, энергопотребление за год может значительно варьироваться.

Рассчитать эксплуатационные расходы на питание можно по Таблице 2 (с поправкой на зону, где расположено предприятие), умножая энергопотребление конкретного устройства на 8760 ч в году. Полученные результаты нужно разделить на 1000, чтобы получить величину в киловатт-часах, после чего умножить результат на стоимость 1 кВт*ч в конкретном регионе.

С той же целью можно использовать Таблицу 1. Допустим, стоимость 1 кВт*ч — 8 центов. Годовые операционные расходы на поддержку работоспособности Cisco 6400 Universal Access Concentrator, который потребляет 1200 Вт, составит 1,2х700,80 долларов. Это число находится на пересечении последней строки (обозначающей потребление 1000 Вт) и столбца, соответствующего стоимости 1 кВт*ч в 0,08 цента. Таким образом, эксплуатационные расходы на электроэнергию в этом регионе составляют 840,96 долларов.

Аналогично, если коммутатор локальной сети Cisco 3512 потребляет 50 Вт, ежегодные эксплуатационные расходы для него определяют как 50% от величины, находящейся на пересечении первой строки (обозначающей потребление 100 Вт) и столбца, характеризующего стоимость 1 кВт*ч в 0,08 цента (70,08 долларов), т. е. 35,04 долларов.

ПЕНС ДОЛЛАР БЕРЕЖЕТ

Когда сеть диктует свои условия и приходится платить то 800 долларов — за одно, то 35 долларов — за другое, эксплуатационные расходы растут как на дрожжах. Добавьте сюда повышение цен на электроэнергию в определенных районах страны, и озабоченность финансового директора становится вполне понятной.

Представим, что энергетический кризис в Калифорнии распространился на все западные штаты. Несколько раньше Tacoma Power и Snohomish County Public Utility District подняли цены на 50 и 35% соответственно. Если контроллер доступа прежде обходился в 700 долларов в год (исключительно на питание), теперь эта сумма выросла до 1050 долларов. Не только энергетические компании, но и корпорация Pacific в шт. Юта повысила расценки на 19%, и Idaho Power предупреждает, что планируется повышение тарифов для своих клиентов на 24%.

В правительстве США отдают себе отчет в том, что миллионы ПК, принтеров и мониторов как в государственных организациях, муниципальных учреждениях, так и в компаниях различной формы собственности, создают существенную нагрузку на систему энергоснабжения страны. В 1993 г. по инициативе правительства был создан добровольный альянс между министерством энергетики, агентством по защите окружающей среды и компаниями, выпускающими электронное и информационное оборудование, коммунальными службами и предприятиями розничной торговли, получивший название Energy Star. Альянс выпустил документ, который предписывал, что все приобретаемые для правительственных учреждений ПК и периферийные устройства должны соответствовать требованиям к энергопотреблению Energy Star.

В дополнение к этому EPA выработал программу Energy Star Office Equipment Program, которой надлежало в обязательном порядке следовать при проведении государственных закупок, хотя участие производителей в данной программе было делом сугубо добровольным. Офисное оборудование, соответствующее требованиям Energy Star, обеспечивает экономию электроэнергии за счет снижения потребления питания и перевода оборудования в «спящий» режим в периоды отсутствия активности. Совместимый с требованиями Energy Star компьютер потребляет до 15% энергии по сравнению с режимом максимального энергопотребления. Так, у компьютера, потребляющего 200 Вт, в режиме «сна» энергопотребление снижается до 30 Вт. Мониторы, совместимые с требованиями Energy Star, должны снижать энергопотребление до 15% от максимума при отсутствии активности в течение 15—30 мин и до 8% и менее, если работа не возобновлялась в течение 70 мин.

В действительности, энергопотребление устройства в ваттах представляет тот максимум, который ему требуется для поддержания состояния включенного питания, когда ток в устройстве больше, чем в стационарном режиме работы. Для того чтобы гарантировать достаточный уровень питания, необходимо, как правило, на 30% больше энергии, чем потребляет устройство в нормальном режиме. Требования Energy Star не распространяются, да и, скорее всего, не будут распространяться на сетевые устройства, поскольку те функционируют в непрерывном режиме. Неэкономично «будить» маршрутизатор для обработки пары пакетов. Таким образом, экономия электроэнергии, обеспечиваемая требованиями Energy Star, возможна только в нескольких ограниченных областях.

СТРАТЕГИИ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

Стоит посмотреть на пустые рабочие места коллег во время обеденного перерыва, как недоуменному взору представятся разноцветные рыбки, переливающиеся всеми цветами радуги шарики, пирамидки и другие изыски, призванные уберечь экраны от выгорания. К сожалению, сохраняя одно, эти программы не берегут другого — они поддерживают мониторы в активном состоянии и не дают им перейти в режим «сна». В итоге в течение получаса или часа энергия расходуется непроизводительно. Тому, кто когда-либо попадал в NOC, приходилось видеть целые стены мониторов, соединенных с парками персональных компьютеров. Эти ПК выполняют функции зондов, в то время как на мониторы выдается картинка многочисленных рабочих станций, расположенных в центре. Возможно, поддерживать режим постоянной готовности в центре данных во время основной смены представляется разумным, но небольшое усилие, которое требуется для того, чтобы нажать на кнопку и выключить монитор во время менее напряженных смен или в выходные, может быть вознаграждено значительной экономией средств.

Столь же полезно выключение диагностического оборудования, в котором нет непосредственной необходимости. Кроме того, насколько только возможно, следует увеличивать число программ, выполняющихся на одной рабочей станции. Не менее важно и уменьшать число консолей, используемых для конфигурации маршрутизаторов и коммутаторов.

Пожалуй, лучшее, что можно предпринять, — это тщательно учитывать энергопотребление сетевых устройств при их покупке. Хотя функциональные характеристики сетевых устройств имеют решающее значение, при рассмотрении двух систем с аналогичными функциями цену устройства и расходы на обслуживание следует сопоставить с эксплуатационными расходами на электроэнергию. Тогда вы определите действительную стоимость владения, и может оказаться, что более дешевое устройство в конечном итоге обойдется дороже. Поэтому необходимо учиться рассчитывать энергетическую составляющую бюджета сетевых устройств и уделять особое внимание показателям энергопотребления при покупке оборудования.

Гилберт Хелд — автор более 50 книг и 400 технических статей по сетевым вопросам. С ним можно связаться по электронной почте: gil_held@yahoo.com.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями