пожаротушение разрушительный звук Макаров Илья Сергеевич ведущий инженер ООО «Сименс» Впервые на страницах прессы обсуждаются сбои в работе жестких дисков (HDD), вызванные работой системы газового пожаротушения: анализ проблемы и ме- тоды ее устранения. С ентябрь 2016 года: центр обра- ботки данных ING Bank в Бухаре- сте (Румыния) вышел из строя на 10 часов в результате испытания газовой системы пожаротушения. В течение это- го времени клиенты банка не могли по- лучить доступ к онлайн-услугам банка, а значит, к собственным счетам. Апрель 2018 года: в шведском центре обработ- ки данных Digiplex, который обслужи- вает биржевые операции, в результате инцидента пришлось прервать торги на бирже Nasdaq Nordic в Северной Европе. Оказалось, что причиной в обоих слу- чаях стало повреждение жестких дисков из-за громкого звука (около 130 дБ), соз- даваемого системой газового пожаро- тушения при выходе газа из насадков. Одним из первых, кто заметил влияние звука на работу жестких дисков, был ин- женер компании Sun FishWorks Грэг Брэн- дан. В 2008 году он записал и выложил в сеть видео, в котором показал, как обык- новенный крик в непосредственной бли- зости от жестких дисков приводит к пе- ребоям в их работе. Данной проблемой заинтересовался ряд компаний, в числе которых была ком- пания Siemens. В 2009 году она начала исследования влияния систем пожаро- тушения на работу жестких дисков. Рас- сматривалось 5 причин нарушения ра- боты жестких дисков: 1. Избыточное давление, возникающее при выпуске газа в защищаемое по- мещение. 2. Понижение температуры при выпуске газа. 3. Влияние звука сирены для оповещения персонала об эвакуации. 4. Влияние звука на насадке при истече- нии через него газа под высоким дав- лением. 5. Вибрации, вызванные громким звуком, создаваемым пожарными оповеща- телями и газом при истечении из на- садка. Каждая из этих версий была лабо- раторно исследована инженерами ком- пании Siemens. влияние давления Известно, что для исключения воз- можности разрушения строительных конструкций, ограждающих защищае- мое установкой газового пожаротушения помещения, используют клапаны сброса избыточного давления, которые не позво- ляют избыточному давлению внутри по- мещения подняться выше 100…300 Па. Был создан стенд для исследования влияния избыточного давления на жест- кие диски. Тестировалось 4 различных серийно выпускаемых жестких дисков с объемом памяти 1 ТБ, форм-фактора 3,5”, широко применяемых в центрах обработки дан- ных в 2009 году. Рис. 1. Схема стенда для оценки чувствительности жестких дисков к давлению
4
Embed
разрушительный звук · 2019. 5. 4. · звук, записанный при активации системы газового пожаротушения. Этот
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
пожаротушение
разрушительный звук
Макаров Илья Сергеевичведущий инженер ООО «Сименс»
Впервые на страницах прессы обсуждаются сбои в работе жестких дисков (HDD), вызванные работой системы газового пожаротушения: анализ проблемы и ме-тоды ее устранения.
Сентябрь 2016 года: центр обра-ботки данных ING Bank в Бухаре-сте (Румыния) вышел из строя на
10 часов в результате испытания газовой системы пожаротушения. В течение это-го времени клиенты банка не могли по-лучить доступ к онлайн-услугам банка, а значит, к собственным счетам. Апрель 2018 года: в шведском центре обработ-ки данных Digiplex, который обслужи-вает биржевые операции, в результате инцидента пришлось прервать торги на бирже Nasdaq Nordic в Северной Европе.
Оказалось, что причиной в обоих слу-чаях стало повреждение жестких дисков из-за громкого звука (около 130 дБ), соз-даваемого системой газового пожаро-тушения при выходе газа из насадков. Одним из первых, кто заметил влияние звука на работу жестких дисков, был ин-женер компании Sun FishWorks Грэг Брэн-дан. В 2008 году он записал и выложил в сеть видео, в котором показал, как обык-новенный крик в непосредственной бли-зости от жестких дисков приводит к пе-ребоям в их работе.
Данной проблемой заинтересовался ряд компаний, в числе которых была ком-пания Siemens. В 2009 году она начала исследования влияния систем пожаро-тушения на работу жестких дисков. Рас-сматривалось 5 причин нарушения ра-боты жестких дисков:1. Избыточное давление, возникающее
при выпуске газа в защищаемое по-мещение.
2. Понижение температуры при выпуске газа.
3. Влияние звука сирены для оповещения персонала об эвакуации.
4. Влияние звука на насадке при истече-нии через него газа под высоким дав-лением.
5. Вибрации, вызванные громким звуком, создаваемым пожарными оповеща-телями и газом при истечении из на-садка.Каждая из этих версий была лабо-
раторно исследована инженерами ком-пании Siemens.
влияние давленияИзвестно, что для исключения воз-
можности разрушения строительных конструкций, ограждающих защищае-мое установкой газового пожаротушения помещения, используют клапаны сброса избыточного давления, которые не позво-ляют избыточному давлению внутри по-мещения подняться выше 100…300 Па.
Был создан стенд для исследования влияния избыточного давления на жест-кие диски.
Тестировалось 4 различных серийно выпускаемых жестких дисков с объемом памяти 1 ТБ, форм-фактора 3,5”, широко применяемых в центрах обработки дан-ных в 2009 году.
Рис. 1. Схема стенда для оценки чувствительности жестких дисков к давлению
17
Ал
го
ри
тм
бе
зо
пА
сн
ос
ти
№ 1
, 2
019пожаротушение
Работа жестких дисков контролиро-валась по таким параметрам, как: быстро-действие передачи данных, время доступа к данным, скорость чтения при линейном и случайном доступе к данным, S.M.A.R.T. параметры (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology (S.M.A.R.T.) — тех-нология оценки состояния жесткого дис-ка встроенной аппаратурой самодиагно-стики, а также механизм предсказания времени выхода его из строя).
Во время теста повышение давления производилось при помощи клапанов и дросселей. Давление измерялось двумя датчиками давления, один из которых по-казывал абсолютное значение давления, другой — динамическое (для определе-ния перепада давления).
В ходе испытаний жесткие диски не продемонстрировали сколь значимой чув-ствительности при относительном дав-лении 100…300 Па, которое является типичным при выпуске газа в защищае-мое помещение, оборудованное клапана-ми сброса избыточного давления. Даже при давлении 17 кПа и его приращении до 3 кПа/с, которого никогда не бывает на
практике, негативного влияния на жест-кие диски замечено не было.
влияние температурыРасширение инертного газа при его
выпуске из баллонов в защищаемое поме-щение приводит к падению температуры на несколько градусов Цельсия. За счет термальной массы конструкционных эле-ментов помещения и оборудования, уста-новленного в нем, это падение температу-ры сходит на нет в пределах нескольких минут. Процесс падения температуры и ее восстановления не имеет сколь значи-мого градиента, способного каким-либо образом повлиять на чувствительную ме-ханическую и электронную часть диска. Кроме того, падение температуры и осу-шенный газ, поступающий в помещение, не вызывают конденсации, кроме как на поверхности сети распределительных трубопроводов.
Таким образом, ни в ходе обсуждений в отрасли, ни в ходе испытаний, прове-денных компанией Siemens, не обнаруже-но никаких данных о том, что понижение температуры (образование конденсата)
при активации систем газового пожаро-тушения может оказывать влияние на ра-боту жестких дисков.
щателями при эвакуации персонала. Уровень звукового давления при этом находится в пределах 90…120 дБ.
n Звук, создаваемый газом, при его ис-течении через насадок. Уровень зву-кового давления при этом может пре-вышать 120 дБ.Был создан стенд для исследования
влияния громкого звука на жесткие ди-ски. Тестировались такие же диски и в тех же режимах работы, что и при испы-таниях на выявление влияния избыточно-го давления. Измерялись те же параметры производительности, что и в вышеуказан-ном тесте.
Звуковой генератор с громкоговори-телем был размещен на расстоянии 1 м от жестких дисков. Жесткие диски подвер-гались воздействию звука в диапазоне частот от 353 Гц до 10 кГц с уровнем зву-кового давления от 80 до 130 дБ. Уровни шума измерялись с помощью шумомера, расположенного на небольшом расстоя-нии от жестких дисков. Преимуществом использования звукового генератора вме-сто реальной системы тушения инертным газом являлась управляемость условия-ми испытания.
Хотя шум при выпуске газа из насад-ка, создаваемый системой тушения инерт-ным газом, имеет характеристики белого шума, для испытаний был выбран розовый шум во избежание повреждения громко-говорителя от высокочастотного спектра белого шума. Но, поскольку жесткие ди-ски подвергались непосредственному воздействию источника шума без уста-новки в стойку или в компьютер, то мож-но считать, что испытания проводились в наихудших возможных условиях воз-действия шума (пусть и более щадящего).
Диаграммы, приведенные на рисун-ке 3, отражают тот уровень звукового давления, при котором производитель-ность каждого из четырех тестируемых жестких дисков снижается на 50% (жел-тая линия). Результаты тестирования по-казывают, что чрезмерный шум может не-гативно повлиять на производительность жесткого диска (красная линия). Установ-лено, что для жестких дисков этот уро-вень обычно начинается с 120 дБ, но для некоторых жестких дисков при опреде-ленных частотах негативное воздействие может начинаться с уровней ниже 110 дБ.
Таким образом, инженеры компании Siemens экспериментально доказали, что все жесткие диски чувствительны к уров-ню звукового давления более 120 дБ в ди-апазоне частот от 500 Гц до 8 кГц, а нега-
Рис. 2. Схема стенда для оценки чувствительности жестких дисков к звуку
Рис. 3. Диаграммы, показывающие производительность жестких дисков при воздей-ствии звука на них
18
Ал
го
ри
тм
бе
зо
пА
сн
ос
ти
№ 1
, 2
019
ся пластины жесткого диска и поцарапать ее, что приведет к потере данных. Части-цы, образованные при соприкосновении головки чтения/записи с пластиной, хао-тично двигаясь внутри жесткого диска и сталкиваясь с другими пластинами, могут быстро вывести его из строя.
иССледование влияния звука на жеСткие диСки, производимые компанией IBM
Помимо компании Siemens вопрос о влиянии шума на работу жестких дисков изучало множество компаний, в числе ко-торых и IBM. Их испытательный стенд для исследования влияния шума на произво-дительность жесткого диска изображен на рисунке 6.
Акустическое оборудование воспро-изводит звук работающей системы газо-вого пожаротушения. Микрофон изме-ряет уровни шума, идущие к жесткому диску. В это время контролируется про-изводительность винчестера.
Результаты тестов сведены в график, приведенный на рисунке 7.
Видно, что после 60-й секунды, ког-да был воспроизведен звук работаю-щей системы газового пожаротушения, производительность всех тестируемых жестких дисков резко ухудшилась. По-степенно, с выходом газа система стаби-лизировалась. После 200-й секунды ра-бота жестких дисков стабилизировалась, кроме двух, что говорит о том, что эти ди-ски были повреждены.
Стоит отметить, что при исследовани-ях воздействия звука на производитель-
Для выполнения своих функций голов-ка чтения/записи должна располагать-ся в пределах ±15% от расстояния меж-ду дорожками данных. Это означает, что максимальное смещение головки от цен-тра дорожки может составлять не более одной миллионной дюйма. При большем смещении головки жесткий диск переста-ет записывать и считывать информацию.
Звук работающей системы газового пожаротушения вызывает вибрации кор-пуса жесткого диска, которые в конечном итоге передаются на шпиндель диска и го-ловку чтения/записи, что приводит к рас-согласованию ее положения при чтении и записи на дорожках данных.
Кроме того, вибрация может вызвать поперечные колебания головки чтения/записи, которая при этом может коснуть-
тивное воздействие звука на некоторые модели начинается при уровне звуково-го давления менее 110 дБ.
Случайные тесты, проведенные в пер-вом квартале 2014 года с жесткими дис-ками объемом от 2 ТБ до 4 ТБ, подтверди-ли параметры чувствительности к звуку, определенные в 2009 году.
влияние вибрацийВибрация тесно связана с проблемой
шума. Гипотеза состоит в том, что имен-но звук вызывает вибрации, которые, в конечном счете, влияют на производи-тельность жестких дисков. Конечно, су-ществуют и структурные вибрации, но на данный момент они в полной мере не ис-следованны и в рамках настоящей статьи не рассматриваются.
Результатом проведенных компани-ей Siemens исследований стали следу-ющие данные:n Жесткие диски не чувствительны к
звуку при частотах ниже 500 Гц.n Некоторые жесткие диски проявляют
чувствительность к звуку в диапазо-не частот от 500 Гц до 1,6 кГц.
n Частотный диапазон 1,6 кГц…8 кГц является наиболее критичным диа-пазоном во всем спектре.
n Некоторые жесткие диски проявляют чувствительность к звуку в диапазо-не частот от 8 кГц до 12,5 кГц.
n Жесткие диски не чувствительны к звуку при частотах выше 12,5 кГц.
ФизичеСкое обоСнование полученных результатов
Пару десятилетий назад жесткие ди-ски имели гораздо большее расстояние между дорожками данных и потому не могли хранить большой объем информа-ции. Это объясняет причину того, что воз-действие шума на работу жесткого диска не было так очевидно ранее.
Количество дорожек данных на пла-стинах жестких дисков, выпускаемых в 2009 году, достигало 250 000 на 1 дюйм.
Рис. 4. Эмпирически определенный частотный профиль чувствительности жестких дисков к звуку. (Выявленная зависимость — это обобщение по работе всех исследу-емых HDD. Чувствительность к звуку каждого жесткого диска индивидуальна в опре-деленном частотном диапазоне и может изменяться в процессе усовершенствования производителем конструкции HDD.)
Рис. 5. Пластина жесткого диска с головкой чтения/записи
19
Ал
го
ри
тм
бе
зо
пА
сн
ос
ти
№ 1
, 2
019пожаротушение
ность жестких дисков, проводимых ком-панией Siemens, ни один жесткий диск не был поврежден и не было обнаруже-но потери данных с дисков. Возможно, причина этого кроется в том, что компа-ния Siemens в ходе испытания звуковым генератором создавала звук, имеющий характеристики розового шума (умень-шение спектральной плотности при уве-личении частоты), а IBM воспроизводил звук, записанный при активации системы газового пожаротушения. Этот звук име-ет характеристики белого шума (сигнал с равномерной спектральной плотностью на всех частотах).
анализ поСледСтвий влияния звука на жеСткие диСки и СпоСобы их минимизации
Активация системы газового пожа-ротушения — исключительное событие, вероятность наступления которого мала. Последствия такого события выходят за рамки технических спецификаций жест-ких дисков и систем хранения данных. Но на практике активация системы газового
пожаротушения в центре обработки дан-ных может привести к одному из следу-ющих событий:
1) Сбои в работе как отдельных эле-ментов, так и всей системы хранения дан-ных:n временное снижение производитель-
ности;n временное отключение;n завершение работы (требуется пере-
загрузка);n некорректность данных.
2) Повреждение как отдельных эле-ментов, так и всей системы хранения дан-ных:n физическое повреждение отдельного
компонента, которое может быть ком-пенсировано механизмами резерви-рования;
n физическое повреждение множества компонентов, которое приведет к пол-ной потере системы и данных.Какие же есть варианты минимиза-
ции последствий активации системы га-зового пожаротушения в центрах обра-ботки данных?
К числу превентивных мер стоит отне-сти отключение систем хранения данных перед выпуском газа (за время, предусмо-тренное для эвакуации людей из помеще-ния). Данная мера безусловно эффектив-на, но имеет ряд недостатков, а именно:
n не защитит жесткие диски в случае несанкционированного выпуска газа;
n временное отсутствие доступа к дан-ным.Еще одним вариантом защиты являет-
ся установка шумозащитных перегородок или акустических чехлов на стойки. Опе-раторы некоторых зарубежных центров обработки данных, постепенно начиная осознавать всю серьезность проблемы, начали оснащать стойки данными шумо-защитными средствами. Но и эта мера не лишена недостатков:n уменьшение полезной площади зала
для установки оборудования;n усложнение конструкции стойки.
Компания Siemens в 2015 году пред-ставила свое решение для уменьшения влияния звука на жесткие диски. Инже-неры компании предложили бороться не с последствиями, а с источником опасно-сти, т.е. снижать шум, издаваемый газовы-ми насадками системы пожаротушения. Публике был представлен насадок, кото-рый значительно снижает уровень зву-ка, создаваемый газом при его истече-нии через отверстия, и переводит его в тот частотный диапазон, в котором вос-приимчивость жестких дисков к звуку ми-нимальна.
В настоящее время системы газового пожаротушения являются наиболее опти-мальным решением для защиты сервер-ных и центров обработки данных от пожа-ров. Однако при проектировании систем пожаротушения необходимо помнить о том, как защитить и при этом не навре-дить! При проектировании систем газо-вого пожаротушения в центрах обработки данных, которые обслуживают банков-ские или биржевые операции, этот вопрос должен выходить на одно из первых мест, т.к. упущение таких незначительных, на первый взгляд, деталей или попытка сэ-кономить на мелочах могут привести к весьма ощутимым материальным затра-там во время жизненного цикла ЦОДа, выраженных в компенсации упущенной выгоды компаниям, арендующим сервер-ные мощности, из-за отсутствия досту-па к данным, как произошло с компани-ей Digiplex.
Рис. 6. Испытательный стенд для оцен-ки чувствительности жестких дисков к звуку компании IBM
Рис. 7. Производительность жестких дисков при активации системы газового пожа-ротушения
Рис. 8. Газовый насадок Silent Nozzle TM компании Siemens