[01392220]应用间歇性可再生能源的数据中心资源与能耗管理模型与算法

①课题来源与背景 国家自然科学基金项目“应用间歇性可再生能源的数据中心资源与能耗管理模型与算法”（项目编号：61363019）。 ②研究目的与意义 数据中心往往带来巨大的能源消耗,如果能够利用可再生能源作为电力供给,将大大的节约对传统电力资源的消耗,达到节能减排的效果;同时,如果能够适当的匹配和消纳具有间歇性和随机性的可再生能源,也能够有助于解决可再生能源并网困难的问题。要使数据中心的能耗达到“可控”,其中的关键问题在于如何对数据中心的负载、资源、能耗进行有效的协同控制和管理。本项目的主要思路是以利用可再生能源为主要电力提供来源的数据中心为研究对象,面向可再生能源（如太阳能、风能、潮汐能等）随季节和天气而随时变化的特性,结合数据中心自身负载的动态变化,对其中资源分配管理和能耗控制管理的关键机制和策略进行研究。本研究的主要目标是利用数据中心负载可调节的特点与可再生能源提供量的变化进行统一调谐,达到数据中心能耗控制与可再生能源有效利用的综合优化效果,从而在可再生能源价格逐渐下降的趋势下为未来绿色数据中心的建设、规划和运行管理提供重要的参考。 ③技术原理及性能指标 1.技术原理：（1）通过寻找影响太阳辐射强度的出力因素,建立了两种不同的预测模型。（2）针对计算密集型、数据密集型以及网络密集型应用分别设计能耗模型,并建立了混合类型应用的能耗模型。（3）提出虚拟机非集中式的管理模式,并综合考虑IT设备和制冷设备的能耗因素并建立模型,提高整个数据中心通过运行负载所带来的净收益。（4）针对可近似的应用,提出面向可再生能源利用的自适应调度算法,使得应用能耗能有效地跟随太阳能辐射能源变化。 2.性能指标：提出一套能够应用于在可再生能源支持下的绿色数据中心中的能耗管理机制体系,以及相应能耗控制及管理策略和方法。具体包括：针对1~2种典型应用建立资源使用、负载分配及能耗总量之间的关系刻画模型;设计针对可再生能源间歇性变化特性的负载分配及调度算法;设计受可再生能源及资源量变化的资源管理及能耗控制算法;设计和开发仿真原型系统并结合一两个典型的应用问题对本研究提出的模型、算法进行全面的检验和改进提高。努力争取有特色有创新性的研究成果,争取在国内外重要刊物和国际会议上发表论文8～12篇,其中SCI/EI收录4篇以上。 ④取得成果、技术的创造性与先进性 1)对可再生能源产生量的变化预测方法进行了研究,结合常规天气预报和实测太阳辐射数据,建立了预测次日逐时太阳辐射量的模型。2)对应用功耗模型及资源利用率功耗模型进行了研究,针对计算密集型、数据密集型以及网络密集型应用分别设计能耗模型,并研究了混合应用运行时的功耗建模问题。3)对能耗感知的数据中心虚拟机迁移策略进行了研究,提出了一种有别于传统管理方法的手段,能够对多个物理节点上的虚拟机进行非集中式的管理,并提出寻找最优配置的策略以提高整个数据中心通过运行负载所带来的净收益。4)对可再生能源利用及管理策略进行了研究,针对可近似的应用,提出面向可再生能源利用的自适应调度算法,使得应用能耗能有效地跟随太阳能辐射能源变化,大大提高对可再生能源的利用率。综上所述,本项目对可再生能源在数据中心中的有效利用问题中所涉及到的预测、建模、分析和优化配置等各个环节均进行了研究,探索了数据中心结合可再生能源供电所能够发挥的作用,并提出了一套能够提升数据中心系统效益的有效策略。 ⑤技术的成熟程度,适用范围和安全性 本成果属于应用基础研究,适用于云计算环境及大规模数据中心中的基础管理、调度系统和能耗管理,旨在探索可再生能源在数据中心供电中的可行性和优越性。研究成果能够为未来绿色数据中心的构建、设计和管理提供重要的参考和技术支撑,也能够为解决可再生能源并网限制问题提供新的途径,从而促进可再生能源的大力开发和使用。 ⑥应用（推广）情况及存在的问题 本项目的研究基本达到了预期的目标,并取得了相应成果,提出了一套能够提升数据中心系统效益的有效策略。目前已经应用于依托青海大学计算机系三江源数据分析中心所搭建的原型系统中,实现基础的调度和管理。存在的问题是所设计的系列模型和算法的推广程度还不够,缺少与商业化软件融合的衔接。⑦知识产权情况及论文发表情况等。经过本项目研究工作的开展,将相关进展进行总结并撰写成科研论文,现共发表（含已录用）科技论文52篇,其中SCI收录的源刊12篇,EI收录的源刊和会议论文共21篇,ISTP收录的会议论文共6篇,其中青海省优秀论文三等奖论文1篇;出版专著1部、书籍章节1篇。