اهمیت حفاظت الکترومغناطیسی دیواره های مراکز داده

حفاظت الکترومغناطیسی دیواره ‌های مراکز داده از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است و همان گونه که می دانید، یکی از واقعیت های اجتماعی جنگ های فیزیکی بین مردم دنیا می باشد. با گذشت زمان، چگونگی نبرد در این جنگ ها نیز تغییر کرده و یکی از عوامل موثر در این امر فناوری اطلاعات است. حفاظت الکترومغناطیسی دیواره‌ های مراکز داده به منظور جلوگیری از مورد تجاوز قرار گرفتن آن ها انجام می شود.یکی از اهداف تخریب تجهیزات الکترونیکی در نبرد ها، جلوگیری از تبادل اطلاعات بین مردم دنیا در رابطه با سیاست، عوامل اقتصادی و تحت تاثیر قرار گرفتن افکار عمومی است، اما تجهیزات مراکز داده باید بیش از پیش مورد توجه قرار گیرند، زیرا ارتباط محکمی بین تجهیزات الکترونیکی و مراکز خدماتی، درمانی و مالی برقرار شده است. اولین اقدامی که جهت محافظت از مراکز داده انجام شد، احداث آن ها در مراکز زیرزمینی و استفاده از ساختار بتنی محکم در ساخت آن ها بود.در ادامه شیلد دیواری مراکز داده جهت مقاومت در برابر سلاح های سرد و حملات نظامی را بررسی می کنیم:مجموعه راهکارهای موجود جهت بالا بردن مقاومت مراکز داده در برابر حملات نظامی عبارت اند از:ایجاد قفس فارادای متشکل از درب Shield RF و دیواره‌های شیلد و متصل نمودن آن به یک چاه متناسب با دیواره های شیلدنصب فیلتر در خطوط ورودیمعمولاً در حمله های نظامی، مراکز داده شامل تجهیزات کامپیوتری و سایر تجهیزات الکترونیک را با استفاده از سلاح هایی که با امواج رادیویی تولید می‌کنند، مورد هدف قرار می دهند. نحوه عملکرد این سلاح ها به اینگونه است که خطوط هادی مدارات را مورد هدف قرار داده و با ایجاد جریان  الکتریکی و وارد کردن توان الکتریکی بالا به تجهیزات الکترونیکی، اتصالات خازن ها، مقاومت ها و سایر اتصالات نیمه هادی به کار رفته در مدارات الکترونیکی را تخریب می کنند. این سلاح ها به سلاح های مایکروو یا بمب الکترومغناطیسی شهرت دارند.یکی از راه های حفاظت در برابر امواج الکترومغناطیس ایجاد شده توسط بمب های الکترومغناطیسی، تقسیم مراکز داده به مراکز حیاتی است. دیواره های دیتاسنتر باید توسط فلز های مناسب پوشانده شوند. در حالت کلی، خاصیت مواد به سه دسته نیمه‌رسانا، هادی و عایق تقسیم بندی می شود. برای جلوگیری از نفوذ امواج به داخل دیتاسنتر باید مواد مذکور به صورت قفسه فارادی پیاده سازی شوند.از جمله عواملی که در مقاوم سازی دیتا سنتر باید در نظر گرفت، اتصال چاه ارت و ضخامت محل اتصالات است. از آنجا که استفاده از آلومینیوم در ساخت دیوار های مراکز داده می تواند سبب پوسیدگی یا اکسید شدن دیوارها گردد، بهتر است در ساخت آن ها از مس استفاده شود.استفاده از آلومینیوم جهت ساخت دیواره های دیتاسنتر هرچند با استحکام بالا نیز توصیه نمی‌شود، چراکه در محل اتصالات، مقاومت را افزایش داده و با مرور زمان سبب نفوذ امواج رادیویی به داخل دیتاسنتر می‌شود.بر اساس استانداردهای جهانی، دیوارهای مراکز داده باید به صورت پنل های آماده همراه با ضربه گیر ساخته شوند که تحمل زمین لرزه های پایین را داشته باشند و برای هر گونه اتصالی به هیچ عنوان نباید از چسب استفاده شود، چرا که طول عمر آن پایین بوده و قابل تعویض نیست. اتصالات قطعات مختلف در دیتا سنتر باید از طریق پرچ، پیچ و جوش کاری انجام شود.می‌توان برای حفاظت الکترومغناطیسی دیواره‌ های مراکز داده، به جای مس از استیل نیز استفاده کرد. هرچند خواص کامل مس را ندارد. همچنین استیل انعطاف پذیر بوده و قابلیت جوش پذیری پایینی دارد. در مقایسه مس، آلومینیوم و استیل جهت حفاظت از مراکز داده این نتیجه حاصل می‌شود که برای ایجاد قابلیت حفاظت از مراکز داده توسط آلومینیوم، باید آلومینیوم نسبت به مس دو برابر بیشتر به کار گرفته شود.این میزان در استیل ۷ برابر است. بنابراین، برای حفاظت از مراکز داده توسط آلومینیوم، مس یا استیل باید هر کدام از آن ها در ضخامت های زیر مورد استفاده قرار بگیرند:آلومینیوم: 1.2 میلیمترمس: 0.6 میلیمتراستیل: 4.5 میلیمترالبته این نکته را نیز در نظر داشته باشید که برای فرکانس های کمتر از 200 کیلو هرتز و میدان های مغناطیسی، عملکرد استیل از آلومینیوم و مس بهتر خواهد بود. شرکت های بزرگ سازنده تجهیزات مایکروویو، در ساخت دیوارهای شیلد خود معمولا به جای آلومینیوم و استیل از مس استفاده می کنند و آن را به سایر مراکز نیز پیشنهاد می دهند.در رابطه با استفاده از مس جهت محافظت از دیواره های دیتا سنتر باید نکات زیر را در نظر داشته باشید:در اتصالات دیوار های مسی نباید هیچ گونه درز یا شکاف وجود داشته باشد.استفاده از چسب جهت اتصال دیوار های مسی مطلقا ممنوع است.برای حفاظت از دیوارهای دیتاسنتر می‌توان از آلومینیوم نیز استفاده کرد، اما همان گونه که گفته شد، باید آن را با ضخامت بالا تری مورد استفاده قرار داد.هدایت الکتریکی مس از آلومینیوم بهتر است.ساختار مسی استفاده شده در حفاظت از مراکز داده ای باید به یک چاه ایمپالسی متصل شود. طراحی چاه ایمپالسی بر اساس ابعاد مرکز نوع خاک منطقه انجام می شود.
ttttttttttttttttttttttt
حفاظت الکترومغناطیسی دیواره های مراکز داده
nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn
حفاظت الکترومغناطیسی دیواره های مراکز فرماندهی

مقدمه:

جنگ و درگیری به عنوان واقعیت اجتماعی پذیرفته شده و تلاش در تحمیل خواسته ها در بین جوامع بین الملل همچنان وجود دارد. چگونگی نبرد با مرور زمان در حال تغییر بوده و رشد فناوری نیز در این موضوع نقش داشته است. رشد الکترونیک و مخابرات و رسانه ها ودر نتیجه بالا رفتن سرعت تبادل اطلاعات در صحنه های اقتصادی، دفاعی و توان اطلاع رسانی و اثر گذاری در افکار عمومی داخلی و خارجی در صحنه سیاسی موجب شده که تخریب این تجهیزات به عنوان هدفی در کنار اهداف تخریبی دیگر در نبرد قرار گیرد. وابستگی ایجاد شده در مراکز خدماتی، درمانی و مالی و قرار گیری این تجهیزات درکنار مراکز مهم تصمیم گیری موجب توجه بیشتری به این تجهیزات شده است.نخستین اقدام در تخریب: خرابکاری، بمب باران و سپس اثابت موشک و در صورت نیاز استفاده از تسلیحات خاص می باشد.به علت تقویت ساختار بتن مراکز و قرار گیری در مراکز زیر زمینی تخریب این مراکز سخت تر شده و تلاش ها در طراحی و ساخت تسلیحات اثر گذار بر روی تجهیزات الکترونیکی بیشتر شده است.
با تصویب سند چشم انداز و قانون برنامه چهارم که در بند ۱۱ از ماده ۱۲۱ آن مطالعه و اجرای طرحهای پدافند غیرعامل در طرحها و تأسیسات حیاتی، حساس و مهم به دستگاههای اجرائی تکلیف شد مجموعه این اقدامات در کشورهای توسعه یافته با نام Passive Defense شناخته می شود.پدافند غیرعامل به مجموعه اقداماتی اطلاق می شود که بکارگیری آنها مستلزم استفاده از جنگ افزار نبوده اما اجرای آنها موجب جلوگیری از حمله احتمالی دشمن شده یا تلفات و خسارتهای ناشی از تهاجم دشمن را کاهش می دهند. استفاده از شیوه های دفاع غیرعامل که اساساً متکی بر فلسفه دفاع مؤثر می باشند، مستلزم وقوف بر فن آوری های بهنگام و توانمندیهای خاص سلاحهای تهاجمی و نیز مواد و مصالح و شیوه های روزآمد مقابله با آنها می باشد. اهداف اصلی پدافند غیرعامل بر محافظت از نیروی انسانی و تأسیسات حیاتی کشور متمرکز می باشد.

چکیده:

در این سند در کنار مجموعه اقدامات لازم برای جلوگیری از اثر این سلاح به بررسی جنس مناسب برای انتخاب در به کارگیری شیلد دیواره مراکز داده پرداخته شده است. منابع مورد استفاده استاندارد ها و هندبوک های منتشر شده بین المللی و نظامی به همراه بررسی محصولات و سوابق فعالیت شرکت های معتبر بین المللی می باشد.

مجموعه راهکارها شامل نصب فیلتر در خطوط ورودی و ایجادیک قفس فارادی با دیواره های شیلد به همراه دربShield RF و اتصال آن به یک چاه با تطبیق مناسب با دیواره های شیلد می باشد.

سلاح خاصی که به منظور اثر گذاری بر تجهیزات الکترونیکی شامل مراکز فرماندهی و کنترل، کامپیوتر ها، شبکه های کامپیوتری، مراکز داده و سیستم های راداری و دیگر تجهیزات الکترونیکی می شود سلاح مولد امواج رادیویی توان بالا است که در طیف های مختلف رادیویی تولید و به کار گرفته می شود. این سلاح ها با انتشار امواج رادیویی و تزوج بر روی خطوط هادی مدارت، جریانهای ناخواسته تولید و در مدار موجب وارد شدن توان الکتریکی زیادی به المان های الکترونیکی می شود و به صورت تخریب،خازنها،مقاومت ها و اتصالات نیمه هادی های به کار رفته در مدارات الکترونیکی اقدام به تخریب تجهیزات الکترونیکی و مخابراتی می کنند با نام بمب الکترومغناطیسی یا سلاح حهای مایکرویو توان بالا معرفی می شوند. مقالات و گزارشهای متعددی در رابطه با ساخت انواع متنوعی از این سلاحها سالیانه در مجامع علمی طرح و تحلیل می شود.
خدمات تست فلوک در ویرا
گزارشات رسمی به کارگیری این سلاحها در صحنه های نبرد سالهای اخیر منتشر نشده و اخبار منتشر شده ادعای یک یا دو مورد استفاده را در یوگوسلاوی و عراق گزارش کرده اند.وجود استاندارهایی با عنوان های حفاظت الکترومغناطیسی و معرفی توانهای بالا به عنوان معیارتهدید،تولید محصولات نظامی و تجاری با ملاحظات مقابله با تهدیدات الکترومغناطیسی دلایلی کافی جهت در نظر گرفت این تهدید در کنار تهیدات دیگر شامل خرابکاری،بمباران و اصابت کروز برای حفاظت از تجهیزات و مراکز حیاتی و حساس می باشد. براساس اسناد منتشر شده تهدید دارای شدت میدانی در حدود ۲۰کیلو ولت بر متر تا ۱۰۰کیلوولت برمتر را در محدوده فرکانسی چندصد هرتز تا چند گیگاهرتز را پوشش می دهد. استاندارد نظامی MIL-STD-461 شدت تهدید را ۵۰کیلو ولت بر متر در نظر گرفته است.برای کاهش اثر مخرب این شدت میدانها با تقسیم مراکز به مراکز حیاتی،حساس و مهم میزان حفاظت الکترومغناطیسی ۴۰الی ۱۰۰ دسی بل SE=40-100dB پیشنهاد می شود.براساس استانداردMIL-STD-188-125 میزان تضعیف ۸۰دسی بل الزام شده که با در نظر گرفتن تهدید بر اساس استاندارد MIL-TSD-461E که دامنه تهدید برایر با ۵۰Kv/m است شدت میدان مناسب برای تجهیزات الکترونیکی و مخابراتی جهت کارکرد بدون اخلال کمتر از ۱۰v/m تعیین می شود.شیلد در بازه ۶۰ الی ۸۰ دسی بل برای ساختار حفاظت الکترومغناطیسی مناسبی می باشد.

دیواره های از فلز مناسبی باید پوشانده شوند. مجموعه مواد از لحاظ الکتریکی به سه دسته عایق، هادی و نیمه رسانا تقسیم می شوند مواد هادی وقتی به صورت یک قفسه فارادی پیاده شوند موجب کاهش میزان نفوذ امواج به داخل قفس می شوند. با افزایش فرکانس و توان امواج رادیویی جنس مواد تشکیل دهنده ، ضخامت محل اتصالات و اتصال چاه ارت اهمیت پیدا می کند.

مناسب ترین جنس مورد استفاده برای دیواره ها مس می باشد. آلومینیوم به علت خواص الکتریکی پایین تر نسبت به مس و مشکلاتی مانند اکسید شدن و تبدیل به عایق بر روی ماده برای دیواره مناسب نیستند. در الومینیوم تشکیل اکسید الومینیوم(۱) بر روی صفحات الومینیوم که یک لایه عایق بر روی هادی است با مروز زمان موجب افزایش مقاومت در محل اتصالات شده و ایجاد درز برای ورود امواج رادیویی می کند. استفاده از فویل های الومینیومی نازک هر چند با شیلد مناسب ولی استحکام مکانیکی پایین که مصارف بسته بندی مواد غذایی دارد موجب پارگی سریع و از بین رفتن شیلد و حفاظت ایجاد شده با یک شکاف باریک می شود. مس با لایه اکسید تشکیل شده در محدوده نیمه هادی ها قرار دارد که وضعیت بسیار بهتری نسبت به آلومینیوم دارد.
این نتیجه با تحقیقات و گزارش علمی منتشر شده توسط مهندس شرکت ETS فعال در زمینه شیلدهای رادیویی و حفاظت الکترومغناطیسی در کشور ایالات متحده آمریکا به اثبات رسیده است. دیواره ها باید به صورت پنل های آماده نصب با ضربه گیر هایی که زمین لرزه های پایین را تحمل کند باید نصب گردند. نصب بدون لرزه گیر به علت اتصالات لایه های نازک الومینیوم و مس سریعا موجب پارگی در محل اتصاات می شود. چسب به هیچ وجه نباید در محل اتصالات استفاده شود به علت طول عمر چسب حفاظت ایجاد شده با طول عمر چند ساله چسب متناسب خواهد بود و امکان تعویض چسب ها پس از راه اندازی مراکز وجود ندارد. اتصالات با جوشکاری،پیچ و پرچ باید صورت گیرد. به کارگیری استیل برای حفاظت های مغناطیسی نیز مطرح می باشد که پس از مس قرار دارد. نوع نوردی که براساس آن استیل تهیه می شود در خواص آن تاثیر زیادی دارد. انعطاف پذیری و جوشکاری سخت از دیگر معایب به کارگیری استیل می باشد که باعث شده به ندرت مورد استفاده قرار گیرد.

جدول تغییرات ایجاد شده در مشخصات الکتریکی فلزات با اکسید شدن-منبع شرکت ETS

با مطالعه و بررسی استاندارد ها و هندبوک های مهندسی در زمینه حفاظت الکترومغناطیسی نتایج زیر بدست می آید. شیلدینگ مس،استیل و آلومینیوم به صورت زیر می باشد.

مقایسه توانایی حفاظت الکترومغناطیسی مس،آلومینیوم و استیل (۲)نشانگر این است که آلومینیوم با ضخامت دو برابر در مقابل مس  و استیل با ۷ برابر ضخامت دربرابر مس توانایی حفاظت الکترومغناطیسی را دارد و بیانگر این است که مس با ضخامت۰٫۶م.م و آلومینیوم با ضخامت ۱٫۲ م.م  و استیل با ضخامت ۴٫۵ م.م باید باشند تا شیلد یکسانی داشته باشند.  مس توانایی بیشتر در شیلد کردن با ضخامت کمتر را در برابر آلومینیوم و استیل دارد. فویل های الومینیومی یا ورق استیل جهت حفاظت حدودا ۱۰۰ دسی بل می بایست ضخامت ۱٫۲ م.م و ۴٫۵ م.م داشته باشند. برای فرکانس های پایین از ۲۰۰کیلوهرتز و میدان مغناطیسی نه امواج الکترومغناطیسی استیل وضعیت بهتری نسبت به مس دارد و آلومینیوم بسیار ضعیف عمل می کند.

نتایج محاسبات تئوری SE  در MIL-HDBK-419A

SE(dB)Plane Wave/near fieldفرکانس –MHzضخامت(mils)جنس ماده

۴۲۲Plane Wave۱۰۰۱۰مس

۳۵۰Plane Wave۱۰۰۱۰آلومینیوم اتصال دیواره ها می بایست یکنواخت و بدون درز و در محل های مورد نیاز با موجبرها و اتصالات متحرک از جنس هادی ایجاد گردد.استفاده از چسب و کوبیده شدن توسط میخ به هیچ وجه سفارش نمی شود.

بهترین فویل های نازک آلومینیوم مواد غذایی آلیاژ هایی با کدهای ۱۱۰۰ ۱۰۶۰ ۱۲۳۵ ۸۰۱۱ ۳۰۰۳ ۸۰۷۹ alloy aluminum foil

می باشند که آلومینوم خالصی نمی باشند. در به کارگیری آلومینیوم به عنوان شیلد از ورقهای ضخیم تر از فویل های الومینیوم با ضخامت بیش از حد نیاز برای شیلد برای داشتن حداقل توان تحمل تنش و مقاومت در برابر پارگی (۳)دربرابر فشارهای معمولی و آلیاژ با خلوص بالاتر برای شیلد رادیویی مناسب است. که در شرایطی که محاسبات هزینه و ریسک اجازه دهد میتوان از ورق های الومینیومی استفاده کرد.

(۴)شرکت ETS http://www.ets-lindgren.com

با بیش از ۷۵ سال سابقه و فعال در زمینه شیلد و تجهیزات مایکویوو محصول دیواره های شیلد خود را از مس می سازد. و پیشنهاد اول برای جنس دیواره های شیلد را مس اعلام می کند.این شرکت در آمریکا حفاظت الکترومغناطیسی مراکز را انجام می دهد.

(۵)هدایت الکتریکی مس بهتر از الومینیوم است در خطوط RF غالبا از مس در مدارات استفاده می شود.مدارات چاپی و میله های فولادی ارت با روکش مس ،کابل های الکتریکی و ترانس های مبدل شاهد بر کارایی بهتر مس نسبت به الومینیوم است در مواردی که محاسبات اقتصادی مطرح می شود مانند کابل های خطوط فشار قوی از الیاژ های مس و الومینیوم استفاه می شود.در دیواره های شیلد نیاز به علت همپوشانی لایه های دیواره ها مواد دیواره ای که هدایت الکتریکی مناسبتری داشته باشد هدایت جریانهای تزویج شده به زمین را بهتر انجام می دهد.در شیلد دیواره با الومینیوم میله های اتصال زمین همچنان مس است و این یک عدم تطبیق در هدایت امواج به زمین است که با تطبیق امپدانس فقط محدوده فرکانسی محدودی وضعیت بهتری پیدا می کند که موجب برگشت امواج به داخل ساختار می شود. و موجب کاهش شیلد و افزایش خطر اثر گذاری امواج را دارد.

با توجه به ۵ استدلال فوق و عطف به استاندارد ها و هندبوک های MIL-HDBK-419 ,MIL-STD-188-125 و خواص الکتریکی بهتر مس و به کارگیری مس در شرکت های معتبر، ماده بهتر برای دیواره های مراکز شیلد در برابر امواج الکترومغناطیسی مس می باشد.

بدنه این ساختار می بایست با تطبیق مناسب به یک چاه ایمپالسی متصل گردد.چاه ایمپالسی متناسب با خاک منطقه و ابعاد ساختار طراحی و اجرا می گردد.

مراجع:

۱٫ MIL-STD-188-125

۲٫ MIL-HDBK-419

۳٫ ETS Company Ltd http://www.ets-lindgren.com