一種地理分布式數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)及其調(diào)度方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種地理分布式數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)及其調(diào)度方法，數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)包含若干前端節(jié)點、調(diào)度節(jié)點和若干呈地理分布式的數(shù)據(jù)中心；前端節(jié)點接收各個地區(qū)的用電請求，將其匯總到調(diào)度節(jié)點；調(diào)度節(jié)點根據(jù)每個數(shù)據(jù)中心的太陽能發(fā)電量、電價和計算能力，分配任務(wù)到各個數(shù)據(jù)中心，并設(shè)置各個數(shù)據(jù)中心中每個服務(wù)器的工作頻率來適應(yīng)其對應(yīng)的任務(wù)；數(shù)據(jù)中心包含若干同構(gòu)的支持DVFS動態(tài)調(diào)頻技術(shù)的服務(wù)器，其所在處設(shè)有太陽能發(fā)電站，數(shù)據(jù)中心由其所在地的公用電網(wǎng)、太陽能發(fā)電站聯(lián)合供電。工作時，本發(fā)明專利技術(shù)將用戶提交到數(shù)據(jù)中心的請求分配到太陽能產(chǎn)量高和電價低的數(shù)據(jù)中心和時間段去處理，以求消耗最少的電費，達(dá)到節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的目的。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種地理分布式數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)及其調(diào)度方法
本專利技術(shù)涉及供電調(diào)度領(lǐng)域，尤其涉及一種地理分布式數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)及其調(diào)度方法。
技術(shù)介紹
近年來，國內(nèi)大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)呈現(xiàn)快速增長的趨勢，金融、通信、石化、電力等大型國企、政府機(jī)構(gòu)紛紛建設(shè)自己的數(shù)據(jù)中心。隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算及移動互聯(lián)概念的推出，大批資金投入到商業(yè)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)中，數(shù)據(jù)中心對電力供應(yīng)產(chǎn)生了巨大的影響，已經(jīng)成為一個高耗能的產(chǎn)業(yè)。在北京數(shù)據(jù)中心比較集中的地區(qū)，電力供應(yīng)都出現(xiàn)飽和的問題，已無法再支撐新的數(shù)據(jù)中心。目前，某些數(shù)據(jù)中心移至西北等煤炭基地，利用當(dāng)?shù)仉娏?yīng)充足、電價低的優(yōu)勢也不失為一個明智的選擇。然而，僅僅轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)中心治標(biāo)不治本，因為數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)一般是傳統(tǒng)公用電網(wǎng)，傳統(tǒng)電網(wǎng)仍然在消耗大量的煤、石油、天然氣等化石燃料，巨大的碳排放量給環(huán)境帶來了嚴(yán)重的污染。據(jù)報道，在全球各大網(wǎng)站中，僅數(shù)據(jù)中心的用電功率就相當(dāng)于30個核電站的供電功率，而其中約90％的電能被浪費；數(shù)據(jù)中心效率評估報告顯示，300萬個數(shù)據(jù)中心的1200萬臺計算機(jī)服務(wù)器為整個美國用戶服務(wù)，消耗的電能足夠供給整個紐約市家庭用戶兩年的用電量，這相當(dāng)于34個燃煤發(fā)電廠的發(fā)電量和帶來的環(huán)境污染。未來的數(shù)據(jù)中心需要重組以接入太陽能發(fā)電設(shè)備，例如太陽能電池板、風(fēng)力渦輪機(jī)等，使得數(shù)據(jù)中心既節(jié)能又環(huán)保。然而，在使用太陽能后，盡管環(huán)境問題得到了有效的改善，一些問題卻隨之而來：首先，與傳統(tǒng)電網(wǎng)可控穩(wěn)定的發(fā)電機(jī)制不同，太陽能發(fā)電具有高度的波動性、不確定性和與天氣強(qiáng)烈的相關(guān)性，太陽能發(fā)電量難以量化，不過這不在本專利技術(shù)的考慮范圍內(nèi)；其次，如何在不違背用戶服務(wù)請求的前提下，在地理分布式的數(shù)據(jù)中心上合理調(diào)度用戶請求來最小化數(shù)據(jù)中心的電費也是個關(guān)鍵問題。針對數(shù)據(jù)中心的任務(wù)調(diào)度問題，國內(nèi)外研究的考慮不盡全面，只是單純通過任務(wù)的分配來減少能耗和電費，并沒有同時考慮太陽能的使用和DVFS技術(shù)，且由于從微觀角度考慮問題，過于復(fù)雜。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是針對
技術(shù)介紹
中所涉及到的缺陷，提供一種地理分布式數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)及其調(diào)度方法，以解決數(shù)據(jù)中心高能耗、高電費、高污染的問題。本專利技術(shù)為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：一種地理分布式數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，包含若干前端節(jié)點、調(diào)度節(jié)點和若干呈地理分布式的數(shù)據(jù)中心；所述前端節(jié)點用于接收各個地區(qū)的用電請求，并將其匯總到調(diào)度節(jié)點；所述調(diào)度節(jié)點用于根據(jù)每個數(shù)據(jù)中心的太陽能發(fā)電量、電價和計算能力，分配任務(wù)到各個數(shù)據(jù)中心，并設(shè)置各個數(shù)據(jù)中心中每個服務(wù)器的工作頻率來適應(yīng)其對應(yīng)的任務(wù)，以實現(xiàn)最小化數(shù)據(jù)中心總電費的目標(biāo)；所述數(shù)據(jù)中心包含若干同構(gòu)的支持DVFS動態(tài)調(diào)頻技術(shù)的服務(wù)器，其所在處設(shè)有太陽能發(fā)電站，數(shù)據(jù)中心由其所在地的公用電網(wǎng)、太陽能發(fā)電站聯(lián)合供電，且優(yōu)先由太陽能發(fā)電站供電。本專利技術(shù)還公開了一種基于該地理分布式數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的調(diào)度方法，包含以下具體步驟：步驟1)，調(diào)度節(jié)點將所有數(shù)據(jù)中心按照其所在地太陽能發(fā)電站的發(fā)電量多少降序排列，計算出每個數(shù)據(jù)中心對應(yīng)的太陽能發(fā)電站的最大負(fù)載；步驟2)，調(diào)度節(jié)點將匯總的所有任務(wù)負(fù)載之和與各個數(shù)據(jù)中心對應(yīng)的太陽能發(fā)電站的最大負(fù)載之和作對比，若匯總的所有任務(wù)負(fù)載之和小于各個數(shù)據(jù)中心對應(yīng)的太陽能發(fā)電站的最大負(fù)載之和，執(zhí)行步驟3)，否則執(zhí)行步驟4)；步驟3)，按照各個數(shù)據(jù)中心對應(yīng)的太陽能發(fā)電站的最大負(fù)載從大到小排序，對其依次分配任務(wù)，每個數(shù)據(jù)中心對應(yīng)的任務(wù)均為其對應(yīng)的太陽能發(fā)電站的最大負(fù)載，求出需要多少數(shù)據(jù)中心、每個數(shù)據(jù)中心需要開啟多少服務(wù)器、以及每個服務(wù)器的工作頻率，即為最優(yōu)解，并照此進(jìn)行調(diào)度；步驟4)，按照各個數(shù)據(jù)中心對應(yīng)的太陽能發(fā)電站的最大負(fù)載從大到小排序，對其依次分配任務(wù)，每個數(shù)據(jù)中心對應(yīng)的任務(wù)均為其對應(yīng)的太陽能發(fā)電站的最大負(fù)載；并根據(jù)匯總的所有任務(wù)負(fù)載之和與所有數(shù)據(jù)中心對應(yīng)的太陽能發(fā)電站的最大負(fù)載之和計算出需要公用電網(wǎng)供電的剩余任務(wù)負(fù)載；步驟5)，獲取任務(wù)分配的初始解：步驟5.1)，將數(shù)據(jù)中心按照電費單價升序排列，將電費最低的數(shù)據(jù)中心開始作為當(dāng)前分配對象；步驟5.2)，對于當(dāng)前分配對象，除去由太陽能供電開啟的服務(wù)器外，默認(rèn)開啟其剩余的所有服務(wù)器，并求出這些剩余的所有服務(wù)器所能處理的最小任務(wù)數(shù)，記為當(dāng)前分配對象的剩余最小負(fù)載；步驟5.3)，若當(dāng)前分配對象的的剩余最小負(fù)載小于需要公用電網(wǎng)供電的剩余任務(wù)負(fù)載，將需要公用電網(wǎng)供電的剩余任務(wù)負(fù)載減去分配對象的的剩余最小負(fù)載作為新的需要公用電網(wǎng)供電的剩余任務(wù)負(fù)載，按照電費單價升序的排列將下一個數(shù)據(jù)中心作為當(dāng)前分配對象，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟5.2)；步驟6)，通過初始解，求出各個數(shù)據(jù)中心對應(yīng)的電費和處理的任務(wù)負(fù)載，從電費單價最高的數(shù)據(jù)中心開始，通過二分法依次對半減少開啟的服務(wù)器數(shù)量，作為此時的新解，從而得到新的電費和處理的任務(wù)負(fù)載，將此時的新電費與上一次迭代得到的電費作對比，若小于上一次迭代得到的電費，繼續(xù)通過二分法減少開啟的服務(wù)器數(shù)量，否則，在恢復(fù)一臺上一次迭代關(guān)閉的服務(wù)器后繼續(xù)迭代，直到得到最優(yōu)解為止，并按照最優(yōu)解進(jìn)行調(diào)度。本專利技術(shù)采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：本專利技術(shù)利用M/G/1排隊論模型來模擬任務(wù)流的到達(dá)和服務(wù)器的處理過程，考慮了DVFS動態(tài)調(diào)頻技術(shù)，然后利用太陽能發(fā)電量和電價的時空多樣性對數(shù)據(jù)中心的任務(wù)調(diào)度進(jìn)行了合理的設(shè)計，保證了太陽能和數(shù)據(jù)中心的利用率，有效降低了電費，減少了碳排放量，達(dá)到了節(jié)能減排的目的。附圖說明圖1是數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的架構(gòu)示意圖；圖2是太陽能和傳統(tǒng)電能混合供電示意圖；圖3是啟發(fā)式算法示意圖；圖4是分算法(CaseI)示意圖；圖5是分算法(CaseII)示意圖；圖6是實驗參數(shù)設(shè)置圖；圖7是電費隨靜態(tài)能耗變化的示意圖；圖8是服務(wù)器激活配置隨不同太陽能發(fā)電量變化的示意圖；圖9是電費隨電價變化的示意圖；圖10是電費隨服務(wù)器數(shù)量變化的示意圖；圖11是電費隨用戶請求變化的示意圖；圖12(a)是24小時內(nèi)電費隨太陽能發(fā)電量和電價變化的示意圖；圖12(b)是24小時內(nèi)激活的服務(wù)器數(shù)量和處理的負(fù)載隨太陽能發(fā)電量和電價變化的示意圖；圖13是24小時內(nèi)服務(wù)器工作頻率隨用戶請求變化的示意圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：本專利技術(shù)可以以許多不同的形式實現(xiàn)，而不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為限于這里所述的實施例。相反，提供這些實施例以便使本公開透徹且完整，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分表達(dá)本專利技術(shù)的范圍。在附圖中，為了清楚起見放大了組件。如附圖1所示，本專利技術(shù)公開了一種地理分布式數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，包含若干前端節(jié)點、調(diào)度節(jié)點和若干呈地理分布式的數(shù)據(jù)中心；前端節(jié)點用于接收各個地區(qū)的用電請求，并將其匯總到調(diào)度節(jié)點；調(diào)度節(jié)點用于根據(jù)每個數(shù)據(jù)中心的太陽能發(fā)電量、電價和計算能力，分配任務(wù)到各個數(shù)據(jù)中心，并設(shè)置各個數(shù)據(jù)中心中每個服務(wù)器的工作頻率來適應(yīng)其對應(yīng)的任務(wù)，以實現(xiàn)最小化數(shù)據(jù)中心總電費的目標(biāo)；數(shù)據(jù)中心包含若干同構(gòu)的支持DVFS動態(tài)調(diào)頻技術(shù)的服務(wù)器，其所在處設(shè)有太陽能發(fā)電站，數(shù)據(jù)中心由其所在地的公用電網(wǎng)、太陽能發(fā)電站聯(lián)合供電，且優(yōu)先由太陽能發(fā)電站供電。1、DVFS技術(shù)下的能耗模型步驟1.1能耗表達(dá)式：根據(jù)DVFS技術(shù)，數(shù)據(jù)中心中每個服務(wù)器的能耗計算公式為P＝Bfα+1+Pstatic，其中，B為常量參數(shù)，f表示服本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種地理分布式數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，其特征在于，包含若干前端節(jié)點、調(diào)度節(jié)點和若干呈地理分布式的數(shù)據(jù)中心；所述前端節(jié)點用于接收各個地區(qū)的用電請求，并將其匯總到調(diào)度節(jié)點；所述數(shù)據(jù)中心包含若干同構(gòu)的支持DVFS動態(tài)調(diào)頻技術(shù)的服務(wù)器，其所在處設(shè)有太陽能發(fā)電站，數(shù)據(jù)中心由其所在地的公用電網(wǎng)、太陽能發(fā)電站聯(lián)合供電，且優(yōu)先由太陽能發(fā)電站供電；所述調(diào)度節(jié)點用于根據(jù)每個數(shù)據(jù)中心的太陽能發(fā)電量、電價和計算能力，分配任務(wù)到各個數(shù)據(jù)中心，并設(shè)置各個數(shù)據(jù)中心中每個服務(wù)器的工作頻率來適應(yīng)其對應(yīng)的任務(wù)，以實現(xiàn)最小化數(shù)據(jù)中心總電費的目標(biāo)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種地理分布式數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，其特征在于，包含若干前端節(jié)點、調(diào)度節(jié)點和若干呈地理分布式的數(shù)據(jù)中心；所述前端節(jié)點用于接收各個地區(qū)的用電請求，并將其匯總到調(diào)度節(jié)點；所述數(shù)據(jù)中心包含若干同構(gòu)的支持DVFS動態(tài)調(diào)頻技術(shù)的服務(wù)器，其所在處設(shè)有太陽能發(fā)電站，數(shù)據(jù)中心由其所在地的公用電網(wǎng)、太陽能發(fā)電站聯(lián)合供電，且優(yōu)先由太陽能發(fā)電站供電；所述調(diào)度節(jié)點用于根據(jù)每個數(shù)據(jù)中心的太陽能發(fā)電量、電價和計算能力，分配任務(wù)到各個數(shù)據(jù)中心，并設(shè)置各個數(shù)據(jù)中心中每個服務(wù)器的工作頻率來適應(yīng)其對應(yīng)的任務(wù)，以實現(xiàn)最小化數(shù)據(jù)中心總電費的目標(biāo)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地理分布式數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的調(diào)度方法，其特征在于，包含以下具體步驟：步驟1），調(diào)度節(jié)點將所有數(shù)據(jù)中心按照其所在地太陽能發(fā)電站的發(fā)電量多少降序排列，計算出每個數(shù)據(jù)中心對應(yīng)的太陽能發(fā)電站的最大負(fù)載；步驟2），調(diào)度節(jié)點將匯總的所有任務(wù)負(fù)載之和與各個數(shù)據(jù)中心對應(yīng)的太陽能發(fā)電站的最大負(fù)載之和作對比，若匯總的所有任務(wù)負(fù)載之和小于各個數(shù)據(jù)中心對應(yīng)的太陽能發(fā)電站的最大負(fù)載之和，執(zhí)行步驟3），否則執(zhí)行步驟4）；步驟3），按照各個數(shù)據(jù)中心對應(yīng)的太陽能發(fā)電站的最大負(fù)載從大到小排序，對其依次分配任務(wù)，每個數(shù)據(jù)中心對應(yīng)的任務(wù)均為其對應(yīng)的太陽能發(fā)電站的最大負(fù)載，求出需要多少數(shù)據(jù)中心、每個數(shù)據(jù)中心需要開啟多少服務(wù)器、以及每個服務(wù)器的工作頻率，即為最優(yōu)解，并照此進(jìn)行調(diào)度；步驟4），...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王然，陸藝雯，朱琨，
申請(專利權(quán))人：南京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32