AT511392B1 - Steuerungssystem für das betreiben eines webservers mit alternativen-energiequellen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für das Betreiben eines Webservers mit Alternativ-Energie, wobei das System aus mindestens einer Steuerungseinheit, mindestens einer Energiespeichereinheit, mindestens einer Webservereinheit und mindestens einer alternativen Energiequelle besteht, wobei die Steuerungseinheit die Energieversorgung der Webservereinheit, die Energiespeicherung sowie die optimale Energieproduktion regelt, die Steuerungseinheit mindestens einen Messkanal enthält und mindestens eine Leistungsberechnung durchführt und die Webservereinheit aus mindestens einer Rechnereinheit und mindestens einer Energiespeichereinheit besteht.

Description

Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für das Betreiben eines Webservers mitAlternativ-Energie.

Eine integrierte Steuerungseinheit regelt die Energieversorgung und die Redundanz des Webs¬erversystems.

STAND DER TECHNIK

[0002] Das Internet bildet in der heutigen Zeit ein wichtiges Kommunikationsmedium, das im¬mer mehr an Energie verschlingt. Hinsichtlich der Energiekrise sollte dieses wirtschaftlich wich¬tige Kommunikationsmedium mit alternativen Energiequellen versorgt werden.

[0003] Aus dem Stand der Technik sind unterbrechungsfreie Stromversorgungssysteme mit 1-phasigem oder 3-phasigem Netzanschluss bekannt. Diese Geräte gewährleisten den Anwen¬dern eine unterbrechungsfreie und konstante Versorgung eines Gerätes. Die Geräte sind ska¬lierbar und können je nach Leistung der Endgeräte abgestimmt werden. Des Weiteren sindWebserverpatente bekannt, die mehrere Internet Webseiten verwalten und organisieren kön¬nen. Nachstehend werden einige Patente aufgezählt, die den Stand der Technik repräsentieren.

[0004] In DE60116343T2 wird ein Webserversystem dargestellt, welches zum Darstellen fürWebseiten im Internet für unterschiedliche Geräte dient.

[0005] Aus DE102008009907A1 ist eine USV-Spannungsversorgungseinrichtung für Druckma¬schinen bekannt, die einen kontrollierten Betrieb der Maschine sicherstellt und mit einem nurgeringen Aufwand an unterbrechungsfreien Stromversorgungskomponenten auskommt.

[0006] Die bekannten Webserver-Systeme und USV-Systeme aus dem Stand der Technik sinddarauf ausgelegt, dass die Energieversorgung von einem großen stabilen Stromnetzwerk ausbetrieben wird. Auch sind Ausfallssicherheit und Redundanz im Betrieb auf größere Stromnetz¬werke ausgelegt. Die aus dem Stand der Technik bekannten Systeme sind nicht geeignet,einen Webserver aus einem kleineren Energienetzwerk energieeffizient und stromsparend zubetreiben.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0007] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein System der eingangs genanntenArt zu entwickeln, das die Energieversorgung eines Webserversystems ausschließlich ausalternativen Energiesystemen ermöglicht.

[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil desAnspruchs 1 im Zusammenwirken mit den Merkmalen im Oberbegriff gelöst. ZweckmäßigeAusgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. Somit ist ein hochver¬fügbarer und preisgünstiger Betrieb eines Webservers in einem kleineren Alternativ-Energie-Netzwerk möglich. Internetpräsentationen können kostengünstig angeboten werden und kleine¬ren Gemeinden oder Firmen wird es möglich, eigene Webserver mit Alternativ-Energie zu be¬treiben.

[0009] Das System besteht erfindungsgemäß aus mindestens einer Steuerungseinheit, mindes¬tens einer Energiespeichereinheit, aus mindestens einer Webservereinheit und mindestenseiner Alternativ-Energiequelle. Die Steuerungseinheit regelt die Energieversorgung der Webs¬ervereinheit, die Energiespeicherung sowie die optimale Energieproduktion. Erfindungsgemäßweist die Steuerungseinheit mindestens einen Messkanal für die Erfassung des Stromes, min¬destens eine Berechnung der produzierten Leistung und mindestens eine Berechnung derverbrauchten Leistung durch die Webservereinheit auf, wobei die Webservereinheit aus min¬destens einem Rechner, mindestens einem Energiespeicher und mindestens einer Ladeeinheitbesteht. Des Weiteren ist die Steuerungseinheit mit mindestens einer Kommunikationseinheit ausgestattet, welche mit der Webservereinheit verbunden ist. Die Steuerungseinheit berechnetdie verbrauchte Energie der Webservereinheit, die gespeicherte Energie und die produzierteEnergie über mindestens einen Messkanal und steuert mit den gemessenen Daten den Ener¬giefluss. Dadurch ist ein hochverfügbarer und preisgünstiger Betrieb eines Webservers in einemkleineren Alternativ-Energie-Netzwerk möglich. Die Steuerungseinheit regelt den Energiefluss,so dass die produzierte Leistung zum der Webservereinheit und zum Laden des Energiespei¬chers genutzt wird. Ist der Energiespeicher voll geladen und es wird noch Energie produziert, sowird diese Energie zum Laden und zum Betrieb der Energiespeicher in der Webservereinheitgenutzt, wobei auch nicht aktivierte Webservereinheiten geladen werden.

[0010] Die Webservereinheit besteht aus mindestens einer Rechnereinheit, aus mindestenseiner Ethernet-Schnittstelle, mindestens einer Energiespeichereinheit und mindestens einerLadeeinheit. Die Webservereinheit ist so aufgebaut, dass diese bei Versorgungsausfällen überden internen Energiespeicher versorgt wird.

[0011] Die Energiespeichereinheit besteht aus mindestens einer Batterie und einer Ladeeinheit.

[0012] Die Alternative-Energiequelle besteht aus mindestens einer alternativen Energiequelle.Wie beispielsweise ein Solarmodul, ein Wasserkraftwerk, ein Windgenerator etc.

[0013] Die Umschalteinheit besteht im einfachsten Fall aus einer Relay-Schaltung, die übereinen digitalen Ausgang der Steuerungseinheit gesteuert wird und eine digitale Rückmeldungan die Steuerungseinheit sendet.

[0014] Die Steuerungseinheit regelt die energieeffizienteste und optimale Nutzung der Webser¬vereinheit. Die Steuerungseinheit aktiviert oder deaktiviert die Niedrig-Energie-Webservereinheitabhängig von der zeitlichen Vorgabe oder des vorhandenen Energiepegels. Bei Umschalt-Vorgang von Standard Webservereinheit auf die Niedrig-Energie-Webservereinheit wird derzugeschaltete Server von der Steuerungseinheit parallel hochgefahren. Nach dem Hochfahrendes Servers wird zuerst die Heartbeat-Funktion der Webserver aktiviert und die Übernahme desWebdienstes so wie die Daten des Dienstes ausgehandelt. Nach erfolgreicher Übernahme wirdder abzuschaltende Server heruntergefahren. Eine Spiegelkopie des Webservers wird vor demUmschalten auf dem Niedrig-Energie-Webserver erzeugt, damit dieser den gleichen DatenStand hat. Bei der Rückschaltung werden wiederum die Daten der Niedrig-Energie-Webservereinheit auf die Standard Webservereinheit gespiegelt.

[0015] Für den Betrieb des Webserversystems ist mindestens eine Kommunikationsschnittstel¬le, die mit dem Internet verbunden ist, im System vorhanden.

[0016] Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass das System auch in einem kleine¬ren Energienetzwerk betrieben werden kann. Entsprechend einer weiteren Ausführungsformder erfinderischen Lösung wird das System mit einem Aufzeichnungsmodul erweitert, das eineJahresaufzeichnung des Energieverbrauches des Webservers, des Speichers und der Energie¬produktion durchführt.

Ein besonderer Vorteil dieses Aufzeichnungsmoduls ist es, dass das System anhand der Infor¬mationen im Bezug auf den Energieverbrauch, der Energiespeicherung und Produktion an derrichtigen Stelle optimiert werden kann. Beispielsweise kann der Energiespeicher bei Überpro¬duktion erweitert und/oder zusätzliche Webservereinheiten angeschlossen werden, welche imnicht Aktiven Zustand geladen werden.

[0017] Entsprechend einerweiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Steuerungseinheitmit einer GSM-Einheit erweitert. Die GSM-Einheit ermöglicht das Versenden von einer SMSoder einer Email für die Benachrichtigung im Störfall oder bei kritischem Energiestand. Dabeikann in der Steuerungseinheit eine Telefonnummer sowie eine Emailadresse für die Benach¬richtigung im Speicher hinterlegt werden. Des Weiteren kann die Steuerungseinheit mit derGSM-Einheit Status Informationen an den Betreiber senden. Als Beispielsweise: Tagesenergie¬produktion, Zugriffe, Energiespeicherstand, etc.

[0018] Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerungseinheitund/oder die Webservereinheit mit einem Spiegelserver erweitert. Der Spiegelserver ist dabeiüber die Kommunikationsschnittstelle mit der Steuerungseinheit verbunden. Die Steuerung desSpiegelservers erfolgt über die Steuerungseinheit.

[0019] Entsprechend einerweiteren Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die Steuerungs¬einheit ein Steuermodul und mindestens eine alternative auf Niedrig-Energie basierende Webs¬ervereinheit. Die Steuerungseinheit zeichnet dabei die Zugriffe auf den Webserver auf unddefiniert anhand der Zugriffsraten ein Maximum an benötigter Rechenleistung für bestimmteZeiten. Diese Zeiten werden von der Steuerungseinheit dahin gehend ausgewertet, dass dieseZeiten definieren, in welchen die Zugriffsrate niedrig ist und die Steuerungseinheit währenddieser Zeit auf die Niedrig-Energie Webservereinheit umschaltet (geringere Rechenleistung,Nachtbetrieb). Dadurch ist es möglich im Nachtbetrieb, d.h. bei niedriger Zugriffsrate, die Ver¬brauchsenergie des Webserversystems zu reduzieren. Ein besonderer Vorteil der Erweiterungdes Webserversystems mit einer Alternativen Niedrig-Energie- Webservereinheit besteht darin,während niedriger Zugriffsraten Leistung einzusparen und diese für hohe Zugriffsraten zurVerfügung zu stellen.

[0020] Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in der Steuerungsein¬heit eine Weboberflächen dienst integriert, in welcher der Endnutzer der Webseite die ZeitlicheDefinitionen der hohen Rechenleistung (Zugriffgeschwindigkeit) selbst definiert. Über ein Pass¬wort Login kann der jeweilige Nutzer des Webspeicherplatzes die benötigte Rechenleistung fürden Betrieb der Webseite mit Zeitintervallen selbst definieren.

[0021] Entsprechend einerweiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Umschaltvorgangauf einen Niedrig-Energie-Webserver auf Basis einer Energieplanung durchgeführt. Die Ener¬gieplanung wird dabei aufgrund von Wetterdaten, die von einem Wetterserver sowie internenAufzeichnungen und aktuellen Daten basierend berechnet.

Es werden dafür beispielsweise Daten wie Windgeschwindigkeit oder Sonnenstunden aus derInformation des Wetterservers herausgefiltert. Anhand dieser Informationen und der hinterleg¬ten Daten im Datenspeicher der Steuerungseinheit wird die in Zukunft produzierte Leistungschätzungsweise berechnet. Des Weiteren wird die benötigte Leistung für den Betrieb desWebservers für den Zeitraum der prognostizierten Wettervorhersage berechnet. Ergibt sich ausder Subtraktion der berechneten produzierten Leistung und der berechneten benötigten Leis¬tung für den berechneten Zeitraum eine negative Energiebilanz, so versucht die Steuerungs¬einheit die Betriebszeit des Niedrig-Energie-Webservers zu vergrößern, um eine positive Ener¬giebilanz zu erzielen.

Kann trotz der Vergrößerung der Betriebszeiten des Niedrig-Energie- Webservers keine positiveEnergiebilanz erreicht werden, so wird über die GSM-Einheit eine SMS oder eine Email ver¬schickt, in welcher der Betreiber aufgefordert wird eine alternative Energiequelle für den be¬rechneten Zeitraum zur Verfügung zu stellen. Die Vorausrechnungen der Energiebilanz sind inder Steuerungseinheit parametriert.

[0022] Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerungseinheitdahin gehend erweitert, dass diese mit einer Schnittstelle über das Internet mit einem zweitemSteuerungssystem kommuniziert und bei Bedarf auch Webseiten oder Webdienste über dasInternet spiegelt und eine Heartbeat-Funktion bzw. eine Übernahme der Homepages über dasInternet aushandeln. Dies erlaubt es bei niedrigem alternativ Energiestand des Steuerungssys¬tems, die Webseiten und den Webserverdienste auf einen anderen Standort zu spiegeln, beiwelchem genügend Alternativ-Energie vorhanden ist. Damit wird sichergestellt, dass der Webs¬erverdienst eine hohe Verfügbarkeit erreicht. Die Aushandlung der Übergabe erfolgt dabei überdie Steuerungseinheit des Steuerungssystems.

[0023] Die Erfindung wird nachstehend anhand von einem zumindest teilweise in den Figurendargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

[0024] Es zeigen: [0025] Fig. 1 Schematisches Blockschaltbild der Erfindung [0026] Fig. 2 Blockschaltbild der Steuerungseinheit [0027] Fig. 3 Blockschaltbild der Erweiterung des Systems mit einer Niedrig-Energie-

Webservereinheit [0028] Fig. 4 Blockschaltbild der Webservereinheit [0029] In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild des Steuerungssystems mit einer alternativen Energie¬quelle gemäß der Erfindung veranschaulicht. Die Webserveranlage besteht im Wesentlichenaus mindestens einer Internetverbindungseinheit 1, mindestens einer Webservereinheit 3,mindestens einer Steuerungseinheit 2, mindestens einer Energiespeichereinheit 4, mindestenseiner Alternativen-Energiequelle 5 und mindestens zwei Schalteinheiten 7. Die Steuerungsein¬heit 2 ist über eine Kommunikationsschnittsteile 8 mit der Webservereinheit 3 verbunden. Einanaloger Messkanal 11 der Steuerungseinheit 2 misst den konsumierten Strom und/oder dieSpannung der Webservereinheit und berechnet daraus die konsumierte Leistung. Ein weitereranaloger Messkanal 12 misst den Strom und/oder die Spannung der Energiespeichereinheitund berechnet daraus die gespeicherte Energie. Für die Berechnung der produzierten Leistungder Alternativ-Energiequelle wird der Strom und/oder die Spannung der Energiequelle gemes¬sen über einen analogen Messkanal 13. Für Alternativ-Energiequellen auf Solar-Basis enthältdie Steuerungseinheit einen Positionierungseingang 9 und einen Motor-Steuerungsausgang 10für die optimale Positionierung der alternativen Energiequelle zur Sonnenrichtung. Die Steue¬rungseinheit steuert den Energiefluss der alternativen Energiequelle 5 und kann diesen direkt inden Energiespeicher 4 oder in die Webservereinheit 3 über die Umschalteinheit 7 leiten. Ist derEnergiespeicher 4 voll und die Energieleistung der Solarzelle ausreichend, so wird die Webser¬vereinheit direkt ohne Energiespeicher mit der alternativen Energiequelle verbunden. Die Um¬schaltungen werden in der Steuerungseinheit aufgezeichnet und dem Benutzer angezeigt. Beiausreichend großer Energie können auch Energiespeicher von nicht aktivierten Webserverngeladen werden.

[0030] In Fig. 2 ist das Blockschaltbild einer Ausführungsvariante der Steuerungseinheit darge¬stellt. Die Steuerungseinheit besteht aus einer Prozessoreinheit 1, einer Analogdigital-Wandler-Einheit 2, einer digitalen Ausgangseinheit 3, einer Kommunikationseinheit 4, einer digitalenEingangseinheit 5 und einem Datenspeicher 6. Die Steuerungseinheit berechnet mit der Pro¬zessoreinheit 1 über die Analogdigital-Wandler-Einheit 2 die konsumierte Leistung der Webser¬vereinheit, den Ladezustand des Energiespeichers und die produzierte Leistung der Alternativ-Energiequelle. Auf Basis der berechneten Leistungen regelt die Prozessoreinheit 1 die Energie¬versorgung der Webservereinheit, sowie das Laden des Energiespeichers. Des Weiteren kom¬muniziert die Prozessoreinheit 1 mit der Kommunikationseinheit 4 der Webservereinheit undüberprüft dabei dessen Funktion und liest die aktuellen Zugriffsraten der Webservereinheit aus.Die Zugriffsraten werden im Datenspeicher 6 gespeichert. Die Parameter des Energiespeicherssind in der Speichereinheit hinterlegt und werden von der Steuerungseinheit verwaltet. DieSteuerungseinheit zeichnet die berechneten Leistungen des Speichers, der Webservereinheitund der Alternativ-Energiequelle auf. Ist der Energiespeicher voll und es ist genügend Energiefür den direkten Betrieb des Servers vorhanden, so schaltet der Prozessor mit der Ausgangs¬einheit 3 die Umschaltvorrichtung auf Direkt-Betrieb. In diesem Betriebsmodus wird die produ¬zierte Leistung direkt in die Webservereinheit eingespeist.

[0031] In Fig. 3 ist die Erweiterung des Steuerungssystems mit einer Niedrig-Energie-Web-Servereinheit 6 und einer Umschaltungseinheit 9 dargestellt. Die Erweiterung wird zwischen derUmschalteinheit 7 und der Internetverbindungseinheit 1 (Fig. 1) als Ersatz der Webservereinheitintegriert. Die Erweiterung des Steuerungssystems besteht aus einer Basis-Webservereinheit 3,einer Niedrig-Energie- Webservereinheit 6 und einer Umschaltungseinheit 9. Die Steuerungs¬einheit 2 regelt dabei die energieeffizienteste und optimale Nutzung der Webservereinheit. DieSteuerungseinheit 2 aktiviert oder deaktiviert die Niedrig-Energie-Webservereinheit 6 abhängig der zeitlichen Vorgabe oder des vorhandenen Energiepegels. Beim Umschalt-Vorgang von derStandard Webservereinheit auf die Niedrig-Energie-Server wird der zugeschaltete Server vonder Steuerungseinheit 2 parallel hochgefahren. Nach dem Hochfahren des Servers wird zuerstdie Heartbeat-Funktion der Webserver aktiviert und die Übernahme der Homepages ausgehan¬delt. Die Heartbeat-Funktion kontrolliert die korrekte Aktivierung der Dienste, die für den Betriebder Webservereinheit notwendig sind. Nach erfolgreicher Übernahme wird der abzuschaltendeServer heruntergefahren. Eine Spiegelkopie der Webservereinheit wird vor dem Umschalten aufdie Niedrig-Energie-Webservereinheit erzeugt, damit diese den gleichen Stand der Homepageshat. Bei der Rückschaltung werden wiederum die Daten der Niedrig-Energie-Webservereinheitauf den Webserver gespiegelt.

[0032] In Fig. 4 ist die Webservereinheit dargestellt. Die Webservereinheit besteht aus mindes¬tens einer Ethernet-Schnittstelle 2, mindestens einer Rechnereinheit (CPU) 1, mindestens einerEnergiespeichereinheit 3 und mindestens einer Ladeeinheit 4. Die Webservereinheit ist soaufgebaut, dass diese bei Versorgungsausfällen über den internen Energiespeicher versorgtwird. Eine Ladeeinheit 4 sorgt für konstantes Laden des internen Energiespeichers. Bei Um¬schaltvorgängen der Steuereinheit wird die Energieversorgung des Webservers über den inter¬nen Energiespeicher sichergestellt.

Claims (10)

1. Patentansprüche 1. Steuerungssystem für das Betreiben eines Webservers mit Alternativ-Energie, dadurchgekennzeichnet, dass das System aus mindestens einer Steuerungseinheit, mindestenseiner Energiespeichereinheit, mindestens einer Webservereinheit und mindestens einer al¬ternativen Energiequelle besteht, wobei die Steuerungseinheit die Energieversorgung derWebservereinheit, die Energiespeicherung, die Energieproduktion sowie den Energiefluss,so regelt, dass die produzierte Leistung für mindestens eine Webservereinheit, zum Ladendes mindestens einen alternativen Energiespeichers und des/r Energiespeicher/s derWebservereinheit/en verwendet werden, wobei auch die Energiespeicher der nicht aktivier¬ten Webservereinheiten geladen werden.
2. 2. Steuerungssystem für das Betreiben eines Webservers mit Alternativ-Energie nach An¬spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System durch eine Aufzeichnungseinheiterweitert wird.
3. 3. Steuerungssystem für das Betreiben eines Webservers mit Alternativ-Energie nach An¬spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System mit einer Niedrig-Energie-Webservereinheit erweitert ist, die von der Steuerungseinheit gesteuert wird.
4. 4. Steuerungssystem für das Betreiben eines Webservers mit Alternativ-Energie nach An¬spruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit die Serverzugriffeaufzeichnet, auswertet und anhand der Zugriffszeiten definiert, wann die Webdienste undWebdaten der Webservereinheit auf eine Niedrig-Energie-Webservereinheit umgeschaltet.
5. 5. Steuerungssystem für das Betreiben eines Webservers mit Alternativ-Energie nach An¬spruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das System bei niedrigem Energiestanddes Energiespeichers auf eine Niedrig-Energie-Webservereinheit umschaltet und die In¬formationen eines Wetterservers oder Wetterdienstes dazu nutzt, um Energieplanungen zurechnen.
6. 6. Steuerungssystem für das Betreiben eines Webservers mit Alternativ-Energie nach An¬spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System mit einem SMS-Modul erweitert ist.
7. 7. Steuerungssystem für das Betreiben eines Webservers mit Alternativ-Energie nach An¬spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Spiegelung der Webdiensteund Webdaten über das Internet durchführt und diese an ein zweites System übergibt.
8. 8. Steuerungssystem für das Betreiben eines Webservers mit Alternativ-Energie nach An¬spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System mit einem Spiegelserver kombiniertist.
9. 9. Steuerungssystem für das Betreiben eines Webservers mit Alternativ-Energie nach An¬spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit mit einer kommunikati¬onsredundanten Einheit ausgestattet ist.
10. 10. Steuerungssystem für das Betreiben eines Webservers mit Alternativ-Energie nach An¬spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System mehrere Alternativ-Energiequellenverwaltet und betreibt. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen