اینترنت اشیا در دیتاسنتر یا مرکز داده، تنها به معنای نصب چند حسگر دما نیست. بلکه یک تحول بنیادین در شیوه پایش، کنترل و بهینهسازی تمام زیرساختهای فیزیکی و منطقی است. از پایش بلادرنگ دمای نقاط داغ (هاتاسپات) سرورها گرفته تا مدیریت هوشمند انرژی، نگهداری پیشبینانه خرابی تجهیزات، ردیابی دقیق داراییها در انبارهای بزرگ و همچنین تأمین امنیت فیزیکی رکها و قفسهها، همگی کاربردهایی هستند که بدون اینترنت اشیا یا غیرممکن و یا بسیار پرهزینه و همراه با خطا بودند. از مهمترین این کاربردها میتوان بطور خلاصه به موارد زیر اشاره کرد:
الف) پایش بلادرنگ محیطی
نصب هزاران حسگر دما، رطوبت، فشار هوا و جریان هوا در قفسهها، راهروها و نقاط داغ سرورها برای تشخیص خودکار افزایش دما و فعالسازی سیستمهای خنککننده موضعی.
ب) مدیریت هوشمند انرژی و خنکسازی
تجهیز و اتصال سیستمهای گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع موجود در مرکز داده به اینترنت اشیا برای تنظیم پویای توان بر اساس بار کاری واقعی و در نتیجه کاهش مصرف انرژی تا ۳۰درصد بر مبنای خنکسازی تقاضا-محور.
ج) نگهداری پیشبینیکننده
نصب حسگرهای ارتعاش، صدا و دما روی فنها، یوپیاسها و ژنراتورها و تحلیل دادههای دریافتی از حسگرها با استفاده از الگوریتمهای یادگیری ماشین برای پیشبینی خرابی پیش از وقوع آن.
د) ردیابی داراییها و مدیریت موجودی
استفاده از تگهای شناسایی فرکانس رادیویی و یا حسگرهای مجهز به بلوتوث برای مکانیابی دقیق سرورها، کابلها و قطعات یدکی و در نتیجه کاهش زمان جستجوی تجهیزات در انبارهای بزرگ.
ه) امنیت فیزیکی و کنترل دسترسی
نصب حسگرهای تشخیص لرزش، بازشدن در و حضور غیرمجاز در رکها در مرکز داده و ادغام آنها با دوربینهای هوشمند و قفلهای اینترنتی برای واکنش خودکار به تهدیدات.
مزایای پیادهسازی اینترنت اشیا در مراکز داده
پیادهسازی اینترنت اشیا در مراکز داده، فراتر از یک بهینهسازی ساده، مزایای قابل اندازهگیری و استراتژیکی به همراه دارد. اولین و مهمترین مزیت، افزایش بهرهوری انرژی است که مستقیماً هزینههای برق و خنکسازی را کاهش داده و شاخص کارایی انرژی (PUE) را بهبود میبخشد. دومین مزیت کلیدی، کاهش زمان خرابی است؛ با پیشبینی ۹۰درصد خرابیها، میتوان تعمیرات را در زمان غیر اوج انجام داد. همچنین اینترنت اشیا باعث بهبود استفاده از فضای فیزیکی مرکز داده میشود و با اتوماسیون واکنشگرا، قابلیت مدیریت از راه دور کل مرکز داده را فراهم میکند. جدول زیر، این مزایا را بصورت دستهبندی شده نمایش میدهد.
| حوزه |
مزیت کلیدی |
| افزایش بهرهوری انرژی | کاهش هزینههای برق و خنکسازی، بهبود شاخص کارایی انرژی تا ۱.۲ (سطح عالی) |
| کاهش زمان خرابی | پیشبینی ۹۰درصد خرابیها و انجام تعمیرات در زمان غیر اوج |
| بهبود استفاده از فضا | شناسایی رکهای کمتراکم و بهینهسازی چیدمان تجهیزات |
| اتوماسیون واکنشگر | خاموشی خودکار بخشهای اضافی در صورت نوسان دما |
| مدیریت از راه دور | امکان نظارت و کنترل مرکز داده از هر نقطه جهان |
چالشهای پیادهسازی اینترنت اشیا در دیتاسنتر
با وجود مزایای متعدد، پیادهسازی اینترنت اشیا در مراکز داده با چالشهای جدی روبرو است. دست کم پنج چالش اساسی را میتوان مورد بررسی قرار داد.
اولین و بحرانیترین چالش، امنیت سایبری است، زیرا افزایش تعداد دستگاههای متصل، سطح حمله را به شدت گسترش میدهد و بسیاری از حسگرهای ارزانقیمت آسیبپذیریهای امنیتی محرزشده دارند.
چالش دوم، یکپارچگی با زیرساخت قدیمی است زیرا تجهیزات قدیمی اغلب از پروتکلهای مدرن اینترنت اشیا پشتیبانی نمیکنند.
چالش سوم، حجم و مدیریت عظیم دادههای حاصل از هزاران حسگر است که نیازمند تامن زیرساخت ذخیرهسازی و تحلیل بلادرنگ است.
چالش چهارم قابلیت اطمینان و نویز حسگرها است که باعث خطای اندازهگیری و تصمیمات اشتباه میشود.
و در نهایت چالش پنجم، هزینه اولیه خرید، نصب و راهاندازی شبکه حسگرها در یک مرکز داده بزرگ و مسئله بازگشت سرمایه و نیاز به آموزش نیروی انسانی متخصص از دیگر موانع مهم هستند.
راهکارهایی برای چالشهای اینترنت اشیا در دیتاسنتر
خوشبختانه برای هر یک از چالشهای ذکر شده، راهکارهای عملی و اثبات شدهای وجود دارد. در حوزه امنیت سایبری، استفاده از رمزگذاری سراسری، جداسازی شبکه اینترنت اشیا و سیاستهای اعتماد صفر توصیه میشود. برای رفع چالش یکپارچگی با سیستمهای قدیمی، نصب گیتویهای مبدل پروتکل و استفاده از میانافزارهای متنباز راهگشا خواهد بود.
چالش مدیریت کلاندادهها با پیادهسازی پردازش لبه و پایگاههای داده سری زمانی حل میشود. برای اطمینان از صحت دادههای حسگرها، استفاده از حسگرهای افزونه و کالیبراسیون خودکار پیشنهاد میشود و در نهایت برای کاهش هزینه و بهبود بازگشت سرمایه، شروع از نقاط بحرانی و استفاده از حسگرهای کممصرف بیسیم توصیه میشود. در جدول زیر، هر چالش به راهکارهای عملی و فنی آن مرتبط شده است.
راهکارهایی برای چالشهای بکارگیری اینترنت اشیا در مراکز داده
| چالش |
راهکارهای عملی |
| امنیت سایبری | • استفاده از رمزگذاری انتها به انتها و گواهیهای دیجیتال برای هر دستگاه • جداسازی شبکه اینترنت اشیا از شبکه مدیریت اصلی (VLAN مجزا) • بهروزرسانی خودکار فریمور و اعمال سیاستهای اعتماد صفر |
| یکپارچگی با سیستمهای قدیمی | • نصب درگاههای مبدل پروتکلی • استفاده از میانافزارهای متنباز (مانند Eclipse Kura یا Node-RED) • مهاجرت تدریجی به تجهیزات دارای پروتکلهای استاندارد (MQTT, OPC-UA) |
| مدیریت کلاندادهها | • پیادهسازی پردازش لبه برای فیلترینگ و فشردهسازی دادهها در محل • استفاده از پایگاههای داده سری زمانی (مانند InfluxDB یاTimescaleDB) • بکارگیری الگوریتمهای کاهش ابعاد داده (PCA, Autoencoder) |
| اطمینان و کالیبراسیون | • بکارگیری حسگرهای افزونه برای رأیگیری دادهها • اجرای دورههای کالیبراسیون خودکار با استفاده از محرکهای مرجع • فیلترکردن نویز با میانگینگیری وزنی و فیلتر کالمن |
| کاهش هزینه و بازگشت سرمایه | • شروع با پیادهسازی اینترنت اشیا در نقاط بحرانی (نقاط داغ و تجهیزات حیاتی) • استفاده از حسگرهای کممصرف و بیسیم (LoRaWAN, ZigBee) • محاسبه دقیق صرفهجویی انرژی و کاهش زمان خرابی برای توجیه سرمایهگذاری |
گزارشهای سهگانه انستیتو آپتایم درباره بکارگیری اینترنت اشیا در دیتاسنتر
انستیتو آپتایم یک سازمان مشاوره و استانداردسازی بینالمللی است که در سال ۱۹۹۳ بهدست کنت بیل در امریکا پایهگذاری شد. این سازمان فراتر از یک مؤسسه استانداردسازی، بعنوان مرجع اصلی اعتبارسنجی قابلیت اطمینان مراکز داده در سطح جهان شناخته میشود. سیستم رتبهبندی تیئر (Tier) آن، به دلیل سادگی و شفافیت، به یک زبان مشترک بین طراحان، اپراتورها و مشتریان مراکز داده تبدیل شده است.
گزارشهای این سازمان به دلیل سابقه طولانی، روششناسی دقیق، پذیرش جهانی و تحلیلای عملی از اعتبار بالایی برخوردارند و برای مدیران مراکز داده، سرمایهگذاران و پژوهشگرانی که در زمینه بهینهسازی مراکز داده کار میکنند، یک منبع دست اول و ضروری محسوب میشوند.
انستیتو آپتایم اخیرا سه گزارش در خصوص بکارگیری اینترنت اشیا در دیتاسنتر ارائه داده است که کلیه یافتهها و آمارهای کلیدی منتشر شده در این گزارشهای کاملا معتبر، روشنگر و قابل استناد برای طراحان و تصمیمگیران مراکز داده است.
گزارش ۱: کارایی انرژی مراکز داده مجهز به اینترنت اشیا (۲۰۲۳)
این گزارش که در سال ۲۰۲۳ توسط واحد پژوهشی انستیتو آپتایم منتشر شده، بطور ویژه به تأثیر پیادهسازی اینترنت اشیا بر شاخصهای کلیدی عملکرد انرژی در مراکز داده میپردازد. پژوهشگران این مؤسسه با مطالعه میدانی بر روی ۴۲ مرکز داده فعال در اروپا و امریکای شمالی، تغییرات شاخص کارایی انرژی، مصرف برق خنکسازی و زمان پاسخ به ناهنجاریهای حرارتی را پیش و پس از استقرار شبکههای حسگر اینترنت اشیا اندازهگیری کردند. یافته اصلی این گزارش نشان میدهد که مراکز داده مجهز به اینترنت اشیا توانستهاند میانگین شاخص کارایی انرژی خود را از ۱٫۶۷ به ۱٫۳۲ کاهش دهند که معادل بهبود ۲۱ درصدی است. این بهبود بیشتر به دلیل قابلیت خنکسازی تقاضا-محور حاصل شده است؛ به این معنا که سیستمهای گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع دیگر بر پایه دمای میانگین سالن کار نمیکنند، بلکه با دریافت دادههای لحظهای از هزاران حسگر دما و جریان هوا، توان خنکسازی را فقط به نقاط داغ و در زمان مورد نیاز تزریق میکنند.
همچنین این گزارش مرکز داده اکوئینیکس در فرانکفورت آلمان را بعنوان یک مورد مطالعاتی بررسی کرده است که با نصب ۳۵۰۰ حسگر، موفق به کاهش ۲.۴ مگاواتی مصرف سالانه برق و بازگشت سرمایه در مدت ۱۱ ماه شده است.
تاثیر بکارگیری اینترنت اشیا در کارایی انرژی مراکز داده
| شاخص | مرکز داده سنتی
(بدون اینترنت اشیا) |
مرکز داده
مجهز به اینترنت اشیا |
میزان بهبود |
| میانگین شاخص کارایی انرژی | ۱٫۶۷ | ۱٫۳۲ | ۲۱درصد بهبود |
| نرخ خنکسازی اضافی | ۴۰درصد | ۱۲درصد | ۷۰درصد کاهش |
| زمان پاسخ به ناهنجاری حرارتی | ۴۵ دقیقه | ۲ دقیقه | ۹۵٫۵درصد کاهش |
| دقت پیشبینی خرابی تجهیزات | ۳۰درصد | ۸۷درصد | ۵۷درصد افزایش |
| مصرف برق سالانه (مرکز ۱۰ مگاواتی) | ۸۷,۶۰۰ مگاواتساعت | ۶۹,۰۰۰ مگاواتساعت | ۱۸,۶۰۰مگاواتساعت صرفهجویی |
گزارش ۲: چالشهای عملی پیادهسازی اینترنت اشیا (۲۰۲۴)
این گزارش که در ژانویه ۲۰۲۴ منتشر شده، بر خلاف مقالههای آکادمیک که اغلب چالشهای اینترنت اشیا را در سطح انتزاعی و نظری مطرح میکنند، به سراغ مشکلات واقعی و میدانی رفته است که مدیران مراکز داده هنگام نصب و راهاندازی شبکههای حسگر با آنها روبهرو میشوند. پژوهشگران انستیتو آپتایم با ۱۲۰ مرکز داده در ۱۴ کشور مصاحبه کرده و سه چالش عمده را شناسایی کردهاند که کمتر در ادبیات علمی به آنها پرداخته شده است.
نخستین و فراگیرترین چالش (گزارش شده توسط ۶۷درصد مراکز) کالیبراسیون و رانش حسگرها است؛ حسگرهای ارزانقیمت پس از حدود ۶ ماه تا ۸ درصد خطای اندازهگیری پیدا میکنند که به تصمیمات اشتباه در خنکسازی میانجامد. دومین چالش (۵۸ درصد مراکز) تداخل سیگنال در محیط فلزی مرکز داده است. قفسههای فلزی سرورها، کابلهای مسی و تجهیزات برق، سیگنالهای بیسیم حسگرها را تا ۴۰ دسیبل تضعیف میکنند و باعث از دست رفتن بستههای داده میشوند. سومین چالش (۷۲ درصد مراکز) تأمین برق حسگرها است؛ تعویض باتری ۱۰,۰۰۰ حسگر هر ۶ ماه در یک مرکز داده بزرگ عملاً غیرعملی و پرهزینه است. این گزارش برای هر سه چالش، راهکارهای کاربردی نیز ارائه میدهد که در جدول زیر خلاصه شده است.
راهکارهای کاربردی برای چالشهای اینترنت اشیا در مرکز داده
| رتبه | چالش عملی | فراوانی گزارش | توضیح فنی | راهکار توصیه شده انستیتو آپتایم |
| ۱ | کالیبراسیون و رانش حسگر (Drift) | ۶۷درصد مراکز | خطای ۸درصد پس از ۶ ماه | کالیبراسیون خودکار با سنسورهای مرجع متحرک رباتیک |
| ۲ | تداخل سیگنال در محیط فلزی | ۵۸درصد مراکز | تضعیف تا ۴۰ دسیبل | آنتن خارجی یا شبکه ترکیبی سیمی/بیسیم |
| ۳ | تأمین برق و تعویض باتری | ۷۲درصد مراکز | تعویض ۱۰,۰۰۰ باتری هر ۶ ماه | برداشت انرژی از ارتعاش فنها یا گرمای اتاق |
نکته مهم این گزارش کاهش قابل توجه هزینه سالانه نگهداری و کالیبراسیون شبکه حسگر در یک مرکز داده است. طبق همین گزارش در یک مرکز داده ۵۰۰ رکی که هزینه نگهداری سالانه شبکه حسگر آن حدود ۱۸۰,۰۰۰ دلار برآورد شده است با استفاده از راهکارهای فوق تا ۶۰درصد کاهش نشان داده است.
گزارش ۳: بهترین شیوههای استقرار اینترنت اشیا در دیتاسنتر
این گزارش که بعنوان یک راهنمای عملی سطح بالا برای مدیران مراکز داده تهیه شده، به جای تمرکز بر فناوریهای خاص، یک مدل بلوغ پنج سطحی برای استقرار تدریجی اینترنت اشیا ارائه میدهد. ایده اصلی این گزارش این است که بسیاری از مراکز داده به اشتباه سعی میکنند مستقیماً به سطوح بالای بلوغ (مانند مرکز داده خودگردان) جهش کنند که در عمل با شکست مواجه میشوند.
این مدل پنج سطحی(مدل بلوغ) از پایش اولیه (سطح ۱) تا مرکز داده کاملاً خودگردان (سطح ۵) را تعریف میکند و برای هر سطح، تراکم حسگر مورد نیاز، قابلیتهای اتوماسیون و هزینه نسبی را مشخص مینماید. توصیه کلیدی گزارش این است که اکثر مراکز داده باید از سطح ۲ (پایش بلادرنگ) شروع کنند و ظرف ۱۸ ماه به سطح ۳ (واکنش خودکار) برسند. همچنین گزارش هشدار میدهد که پرش مستقیم به سطح ۴ یا ۵ بدون کسب تجربه کافی از سطوح پایینتر، تقریباً در ۸۰درصد موارد با شکست مواجه میشود. در پایان، گزارش یک جدول زمانی پیشنهادی برای مهاجرت بین سطوح ارائه میدهد که بر اساس اندازه مرکز داده و بودجه در دسترس قابل تنظیم است.
مدل بلوغ اینترنت اشیا در مراکز داده (۵ سطح)
| سطح | عنوان | تراکم حسگر
(به ازای هر رک) |
قابلیت اتوماسیون | هزینه نسبی | زمان پیشنهادی برای رسیدن از سطح قبلی |
| ۱ | پایش اولیه | ۱-۲ حسگر | هیچ (فقط گزارش دستی) | پایین | – |
| ۲ | پایش بلادرنگ | ۳-۵ حسگر | هشدار و اعلان | متوسط | ۶-۸ ماه |
| ۳ | واکنش خودکار | ۶-۱۰ حسگر | خاموشی خودکار، تنظیم فن | متوسط-بالا | ۱۰-۱۲ ماه دیگر (مجموع ۱۸ ماه) |
| ۴ | نگهداری پیشبینیکننده | ۱۰-۲۰ حسگر | مدلهای ML برای پیشبینی خرابی | بالا | ۱۲-۱۸ ماه دیگر |
| ۵ | مرکز داده خودگردان | بیش از۲۰ حسگر | حلقه بسته کامل بدون دخالت انسان | خیلی بالا | ۱۸-۲۴ ماه دیگر |
آمارهای کلیدی از گزارشهای انستیتو آپتایم (۲۰۲۳-۲۰۲۴)
گزارشهای تخصصی انستیتو آپتایم در سالهای ۲۰۲۳ و ۲۰۲۴، تصویر کمی دقیقی از وضعیت پیادهسازی اینترنت اشیا در دیتاسنتر و مراکز داده ارائه میدهند.
بر اساس آخرین دادههای منتشر شده، ۸۳ درصد از مراکز داده در سطح جهان برنامه پیادهسازی اینترنت اشیا را آغاز کردهاند که نسبت به ۵۲ درصد در سال ۲۰۲۱ رشد چشمگیری داشته است. این آمار نشان میدهد که اینترنت اشیا از یک فناوری نوظهور به یک الزام رقابتی تبدیل شده است.
از نظر بازگشت سرمایه، میانگین صرفهجویی انرژی سالانه برای یک مرکز داده ۱۰ مگاواتی حدود ۱٫۸ میلیون دلار برآورد شده است و دوره بازگشت سرمایه معمولاً بین ۱۱ تا ۱۸ ماه متغیر است.
در زمینه کاربردهای خاص اینترنت اشیا، پایش دما با ۹۴ درصد بیشترین کاربرد را دارد و پس از آن ردیابی داراییها با ۷۸ درصد قرار گرفته است. با این حال، بزرگترین مانع پیش روی مدیران، امنیت سایبری است که ۶۷ درصد از آنها آن را بعنوان چالش اصلی ذکر کردهاند.
در نهایت، میانگین زمان پیادهسازی کامل اینترنت اشیا در یک مرکز داده ۵۰۰ رکی حدود ۹ ماه تخمین زده میشود.
- ۸۳ درصد از مراکز داده برنامه پیادهسازی اینترنت اشیا را آغاز کردهاند (افزایش از ۵۲درصد در سال ۲۰۲۱)
- میانگین صرفهجویی انرژی سالانه: ۱٫۸ میلیون دلار به ازای هر ۱۰ مگاوات ظرفیت
- فراگیرترین کاربرد: پایش دما (۹۴درصد)، سپس ردیابی دارایی (۷۸درصد)
- بزرگترین مانع: امنیت سایبری (۶۷درصد از مدیران)
- میانگین زمان پیادهسازی: ۹ ماه برای یک مرکز ۵۰۰ رکی
چشمانداز آینده اینترنت اشیا در دیتاسنتر یا مراکز داده
اینترنت اشیا، مراکز داده را از حالت واکنشگر به پیشفعال و خودبهینهشونده تبدیل میکند. با وجود چالشهایی مانند امنیت و هزینه اولیه، بکارگیری راهکارهایی نظیر محاسبات لبه، رمزگذاری پیشرفته و استانداردسازی پروتکلها، مسیر را برای پذیرش گسترده اینترنت اشیا هموار میسازد.
در آینده، ترکیب اینترنت اشیا با هوش مصنوعی و 5G منجر به مراکز داده کاملاً خودگردان خواهد شد که بدون دخالت انسان، مصرف انرژی، خنکسازی و تعمیرات را مدیریت میکنند.
البته نباید از ظهور همزاد دیجیتالی مراکز داده در آینده غافل شد که با استفاده از اینترنت اشیا و بکارگیری هوش مصنوعی نقش بیبدیلی در نحوه مدیریت تغییرات در مراکز داده ایفا خواهد کرد. با این فناوری، مدیران میتوانند قبل از اعمال هر تغییری در دنیای واقعی (مانند جابهجایی بار کاری، تغییر دمای خنکسازی یا اضافه کردن سرور یا یک رک جدید)، اثرات آن را روی همزاد دیجیتالی شبیهسازی کرده و بدون هیچ ریسکی، بهینهترین تصمیم را اتخاذ کنند.
این مقاله در شماره 146 ماهنامه پیوست، تیرماه 1405 منتشر شد.
