Green Network-Lab

Eine modulare und skalierbare Echtzeit-Monitoring-Lösung zur Visualisierung und Steuerung des Energieverbrauchs der neuen Netzwerklabor-Arbeitsplätzen der FHNW.

Ausgangslage

Das bestehende Netzwerk- und Sicherheitslabor wird umgebaut und modernisiert, um den Anforderungen der Ausbildung besser gerecht zu werden. Künftig wird jeder Arbeitsplatz über einen Infrastrukturcontainer verfügen, der Strom- und Netzwerkanschlüsse bereitstellt. Zusätzlich erhält jeder Arbeitsplatz einen eigenen Bereich in einem Netzwerkschrank, in dem weitere Netzwerkinfrastruktur untergebracht werden kann. Da Nachhaltigkeit ein hochaktuelles Thema ist, soll es künftig möglich sein, den Stromverbrauch pro Arbeitsplatz zu messen und darzustellen.

Zielsetzung

Ziel ist es, den Energieverbrauch eines Prototyp-Arbeitsplatzes zu erfassen und zu verarbeiten. Sowohl der Infrastrukturcontainer als auch der dem Arbeitsplatz zugeordnete Bereich in einem der Netzwerkschränke enthalten Energiemesseinheiten (Shelly).

Ergebnisse

Als Endprodukt haben wir eine Lösung zu Messung des Energieverbrauchs an den neuen Netzwerklabor-Arbeitsplätzen geschaffen. Die Lösung wird unterteilt in zwei verschiedene Komponenten, einmal die Arbeitsplätze selbst und den zentralen Überwachungsknoten, welcher die Energieverbrauchswerte der Arbeitsplätze sammelt und miteinander vergleichbar macht. Verbunden sind die beiden Komponenten über eine Art digitales Postamt (MQTT), was die Verteilung der gemessenen Energiewerte der einzelnen Arbeitplätze übernimmt.

• Die Lösung ist modular und skalierbar, sodass sie sich einfach an weitere Arbeitsplätze anpassen lässt.
• Sie visualisiert den Energiebedarf in Echtzeit, um eine sofortige Sensibilisierung der Nutzenden zu ermöglichen.
• Die Architektur ist dezentral aufgebaut, sodass einzelne Arbeitsplätze auch bei einem Teilausfall des Gesamtsystems weiter funktionieren.
• Die Bereitstellung und Konfiguration des gesamten Systems erfolgt automatisiert durch Infrastructure-as-Code (IaC), was den Betrieb vereinfacht.
• Eine erstellte Middleware ermöglicht die Steuerung der Shelly-Module direkt aus dem Lokalen Dashboard heraus, was die Bedienung erleichtert.
• Die Persistenz von Messwerten bei Verbindungsunterbruch wird durch die Broker-Architektur garantiert.

Technische Schlüsselbegriffe

• Green ITEin Konzept, um IT-Systeme umweltfreundlicher und nachhaltig zu machen.
• MonitoringDie Erfassung von Daten, um den steigenden Energieverbrauch in der IT transparent darzustellen.
• IoT (Internet of Things)Ein Netzwerk an physischen Geräten, die untereinander Daten austauschen, in diesem Projekt sind dies die Shelly-Module und der Raspberry Pi.
• Raspberry PiEin Minicomputer, der Daten der Shelly-Module sammelt, lokal visualisiert und zur zentralen Aufbereitung weiterleitet.
• Shelly-ModuleGeräte, die den Energieverbrauch direkt messen und die steuerung der Ausgänge ermöglichen.
• MQTTEin Leichtgewichtiges Nachrichtenprotokoll, das genutzt wird um die Daten über Systemgrenzen an andere Teilnehmer weiterzuleiten.
• RabbitMQZentraler Nachrichtenbroker, der den Datenfluss zwischen den einzelnen Komponenten steuert und vereinfacht
• GrafanaPlattform, die zur Visualisierung der gesammelten Energiedaten auf einem Dashboard genutzt wird.

Team