Die Virtualisierung
„Diese Monitoring Server sollen aufgrund ihres hohen Alters nun ersetzt werden“, erklärt Projektleiter Beat Jost. „Als Ersatz haben wir uns dafür entschieden, auf eine Virtualisierungslösung zu setzen, um so die Ressourcenauslastung unserer Server-Infrastruktur zu verbessern und um die Kapazitäten für das Experiment zu steigern.“ Früher war auf den dezentralen 1HE Servern eine komplette WinCC-Scada-Software implementiert, auf die vom Leitstand aus zugegriffen wurde. Diese Dezentralisierung wurde durch die Virtualisierung der Server auf einem zentralen System aufgehoben. Auf diesem werden nun alle Monitoring-Funktionen verwaltet. Neben den allgemeinen Vorteilen der Virtualisierung wie Energieeffizienz und erhöhter Verfügbarkeit ist auch die Möglichkeit, die Hardware flexibel auszulegen ein weiterer Pluspunkt. Außerdem lassen sich die virtuellen Maschinen genauer auf die entsprechende Anwendung anpassen. Wenn die Forscher also weitere unerwartete Entdeckungen machen, können sie ein noch breiteres Spektrum an Prozessen untersuchen, indem sie die Serverkapazität durch Virtualisierung einfach ausdehnen. Da auf den oberen Ebenen des Kontrollsystems die gesamte Kommunikation über Ethernet läuft, ist durch die Virtualisierung der entsprechenden Rechner auch der Ersatz eines defekten Rechners ohne direkte Hardware-Intervention möglich.
Die smarten Knotenpunkte
An der Stelle, wo früher die dezentralen Server standen, sind nun smarte Knotenpunkte am Werk, die den Transfer der Condition Monitoring Daten zwischen den dezentralen Rechnersystemen des Detektionssystems und den zentralen, virtualisierten Condition Monitoring Servern sicherstellen. Hierfür bieten die Knotenpunkte x86er Intelligenz und hosten einen integrierten ELMB-OPC-Server für je drei über CAN angeschlossene ELMB-Systeme und einen OPC-Server für die VME-Systeme, die ebenfalls über CAN angeschlossen sind. Zudem greift je ein Win-CC-OPC-Client auf diese OPC-Server zu, um letztlich die Monitoring-Daten den zentralen virtualisierten Servern zur Verfügung zu stellen. Die Hauptaufgabe der nun eingesetzten neuen smarten Knotenpunkte liegt also darin, die CAN- Master zum Feld hin zu treiben und über Ethernet mit den zentralen virtuellen Servern zu kommunizieren.
Der Systemaufbau
Um nach den Vorgaben des Leiters des Experiments ein hochverfügbares Low-Power System mit möglichst großer Dichte zu erreichen, wurde ein individuelles System entwickelt, das vier Subsysteme beinhaltet. In einem 19″ 1HE System befinden sich vier unabhängige Carrierboards mit vier Computer-on-Modulen, sodass ein 4in1-System entstanden ist. Die vier Subsysteme verfügen über General-purpose input/ output (GPIO), mit denen sie sich gegenseitig resetten können. Dadurch erhöhen sich Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Systeminstallation. Zudem werden Wartungseinsätze vor Ort reduziert – und dies ist bei den Wegestrecken der dezentralen Cern-Infrastruktur essenziell. Die Auslegung mit vier vollwertigen Rechnersubsystemen in einem einzigen 1HE Systemchassis ist zudem äußerst platzsparend. Alle externen Interfaces wie 6xUSB, 1xGbE und 1xDVI pro Subsystem sind auf dem Carrierboard integriert und damit kabellos ausgeführt. Die im Gesamtsystem eingesetzten Carrierboards wurden spezifisch für diese Kundenanforderung entwickelt. Die Anbindung an die Systeme des Detektionssystems erfolgt über externe USB-to-CAN Konverter. An ein 4in1-System können über diese Konverter bis zu 32 CANBusse angeschlossen werden. Über einen CAN Bus können wiederum bis zu 64 Slave-Module angesprochen werden. Damit lassen sich mit jedem 4in1-System bis zu 2.048 Slaves verwalten. Derzeit sind pro 4in1-System zwischen 10 und 20 CAN-Busse angeschlossen, sodass mit Hinblick auf die lange Laufzeit des Experiments noch hinreichend Kapazität zur umfassenden Erweiterung der gesamten Installation im Cern gegeben ist.
