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Software & IT Effektive Cluster-Lösung

Autor / Redakteur: Ralf RD Dobslaw, Ellen-Christine Reiff / Reinhard Kluger

Datenintegrität trotz Fehlerfall: Wenn in automatisierten Anlagen plötzlich etwas falsch läuft, dürfen keine relevanten Messwerte verloren gehen. Die Visualisierung auf dem Leitrechner soll möglichst reibungslos weiterlaufen, damit die Bedienbarkeit erhalten bleibt. Eine redundante Datenhaltung ist dafür meist obligatorisch, und zwar bei überschaubarem Invest.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Um eine hohe Anlagenverfügbarkeit sicher zu stellen, arbeitet man üblicherweise mit Cluster-Systemen. Der Begriff „Cluster“ beschreibt zunächst einmal nichts anderes als eine Rechner-Gruppe, die von außen normalerweise als geschlossenes System erscheint. In der Regel sind die einzelnen Elemente eines Clusters, die so genannten Knoten, untereinander und mit den Speicherressourcen über ein schnelles Netzwerk verbunden. Außer der Verfügbarkeit lässt sich mit dieser Methode auch die Rechenleistung, also die Performance erhöhen. Ein solches Systems, das von der in Buchen ansässigen WEBfactory GmbH als Hochverfügbarkeitsmodul für die webbasierte Visualisierungssoftware WEBfactory entwickelt wurde, besteht aus bis zu acht Einzelrechnern (Knoten) mit gemeinsamen Speicherplatten und einem verbindenden Netzwerk. Im Fehlerfall wandern einzelne Dienste definiert von einem Knoten zum anderen (Failover). Nachdem der Fehler beseitigt ist, geht das System wieder in den Urzustand (Failback). Dadurch wird eine sehr hohe Verfügbarkeit erreicht. Auch im Fehlerfall läuft die Visualisierung weiter, und z.B. auch ein Fernzugriff auf die Anlage bleibt möglich.

Natürlich lässt sich ein solcher Cluster prinzipiell sowohl bei größeren als auch bei kleineren Anlagen nutzen. Allerdings ist die Lösung mit beträchtlichen Hard- und Software-Kosten verbunden. So braucht man je nach Ausbaustufe zwei bis acht Hochleistungsserver, ein Storage Area Network (SAN) zum Zugriff auf die gemeinsamen Speicherressourcen und natürlich für jeden Server das entsprechende Betriebssystem (Windows 2003 Server Enterprise).

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Die allein für diese Betriebssysteme anfallenden Lizenzgebühren rechnen sich nur bei Anlagen, in denen man auch von der hohen Rechenleistung der Clustersysteme profitieren kann. Bei kleineren Automatisierungsverbünden ist das jedoch meistens nicht der Fall. Typische Beispiele liefern Klärwerke, Talsperren oder kleinere Kraftwerke, bei denen das Datenaufkommen eher begrenzt ist und problemlos von einem Rechner verarbeitet werden kann. Die WEBfactory GmbH hat deshalb speziell für solche Anwendungsbereiche unter der Bezeichnung „Cluster Express“ eine praxisgerechte Lösung entwickelt, die eine hohe Verfügbarkeit der Visualisierung bei vergleichsweise niedrigen Investitionskosten ermöglicht. Außerdem ist der Umgang mit der Technik wesentlich einfacher als bei der oben erwähnten Windows-2003-Server-Enterprise-Lösung. Zum Bedienen des neuen Cluster-Express-Moduls sind keine speziellen IT-Kenntnisse erforderlich.

Standardlösungen senken die Kosten

Mit drei einfachen Standard-PCs und üblichen Microsoft-Windows-Betriebssystemen lassen sich hier Cluster-Lösungen bilden, die Anlagen mit kleinerem und mittlerem Datenaufkommen die geforderte hohe Verfügbarkeit der Visualisierung, der Bedienung und der Fernzugriffsmöglichkeiten garantieren. Eine solche Lösungen basiert auf dem Microsoft SQL Server 2005. Zwei der eingesetzten Rechner fungieren als aktiver bzw. passiver Knoten. Der dritte Rechner übernimmt die Witness-Funktion, überwacht also sowohl die Automatisierungslösung als auch den Datenbestand und koordiniert im Fehlerfall die Umschaltung zwischen den Knoten. Dabei toleriert das System jederzeit den Ausfall von einem der drei eingesetzten Rechner: Auf dem Hauptrechner, dem so genannten Principal oder aktivem Knoten laufen die Automatisierungslösung und die Datenhaltung. Er wird vom Witness-Rechner, auf dem der Cluster-Express-Service installiert ist, beobachtet. Gleichzeitig synchronisiert dieser den Datenbestand auf aktivem und passivem Knoten. Bei einem Ausfall des Hauptrechners wird umgeschaltet, d.h. Visualisierung und Datenspeicherung übernimmt der zweite Rechner (Mirror). Datenintegrität ist damit auch im Fehlerfall gewahrt.

Ähnliches gilt auch für den Fall, dass der zweite Rechner (Mirror bzw. passiver Knoten) ausfällt. Eine Übertragung seiner Funktionen auf den anderen Knoten ist dann zwar nicht möglich, aber auch gar nicht notwendig, denn der Hauptrechner (Principal) läuft weiter, während er vom Cluster-Express-Service (Witness) weiter beobachtet wird. Der Fehler wird natürlich gemeldet. Fällt der dritte Rechner, also der beobachtende Witness-Rechner aus, kann der aktive Knoten (Principal) zwar kurzzeitig nicht mehr überwacht werden, das System läuft jedoch nach wie vor weiter und der Fehler am Witness kann behoben werden.

Die Datenintegrität ist damit auch dann ausreichend sichergestellt, wenn einer der drei Rechner ausfallen sollte, und das obendrein zu erschwinglichen Kosten: Als Hardware genügen drei handelsübliche PCs, und auch die Softwarekosten bleiben überschaubar: Außer dem „Cluster-Express“-Modul ist nur ein Standard-Betriebssystem für die PCs notwendig, also z.B. XP oder Windows 2003. Gleichzeitig ist dadurch auch der Umgang mit der Technik unproblematisch. (klu)

WebfactoryTel. +49(0)6281 5233 0

Dipl.-Ing. (FH) Ralf RD Dobslaw, Softwareentwickler, WEBfactory, Ellen-Christine Reiff, Redaktionsbüro Stutensee

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