一種用于優(yōu)化綠色數(shù)據(jù)中心電費的負載調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及綠色數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，尤其涉及一種用于優(yōu)化綠色數(shù)據(jù)中心電費的負載 調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了給世界各地用戶提供高質(zhì)量的網(wǎng)絡服務，大型互聯(lián)網(wǎng)公司如谷歌、微軟等都 擁有多個分布在全球各地的數(shù)據(jù)中心。由于需要給數(shù)目巨大的服務器供電和冷卻，數(shù)據(jù) 中心的電力消耗已經(jīng)占到全球電力總供給的1. 3%，而且預計到2020年，這一數(shù)字將達到 8%。巨大的電力消耗給數(shù)據(jù)中心的可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴峻挑戰(zhàn)：大量的電力消耗意味著巨 額的電費支出。為了應對電力消耗給數(shù)據(jù)中心發(fā)展帶來的挑戰(zhàn)，蘋果等互聯(lián)網(wǎng)公司開始在 數(shù)據(jù)中心附近興建自己的就地綠色能源發(fā)電廠。
[0003] 利用風能、太陽能等可再生能源進行發(fā)電，可以減少數(shù)據(jù)中心的碳排放總量，減輕 數(shù)據(jù)中心對環(huán)境的影響；其次，興建就地綠色能源發(fā)電廠可以作為一種長期投資。以風力發(fā) 電廠為例，雖然初期投入成本很大，但是就地電廠的年度運轉(zhuǎn)支出僅為10美元/兆瓦時左 右，遠低于電力市場中的市電價格。
[0004] 但是，利用就地綠色能源發(fā)電廠為數(shù)據(jù)中心供電同時也帶來了新的挑戰(zhàn)：
[0005] 首先，由于風能、太陽能受自然條件的影響很大，所以綠色能源的輸出具有間歇性 的特點。同時，云計算數(shù)據(jù)中心面臨的負載也具有高度的波動性。因此，雖然綠色能源的價 格較低，但是為了在減少數(shù)據(jù)中心電力成本的同時不影響網(wǎng)絡服務的質(zhì)量，數(shù)據(jù)中心必須 對負載進行合理的調(diào)度；
[0006] 其次，在美國、歐洲等地的電力批發(fā)市場中，數(shù)據(jù)中心面臨的市電電價是隨時間變 化的。在中國，雖然電力產(chǎn)業(yè)市場化仍處于起步階段，但是北京、上海等地已經(jīng)開始實行分 時電價。值得注意的是，雖然綠色能源的價格整體較低，但在某些時刻卻高于市電價格。因 此，為了減少數(shù)據(jù)中心總的電費支出，負載調(diào)度還必須考慮電價的時間差異性。
[0007] 最后，在進行負載調(diào)度時還需要考慮未來的負載、電價以及綠色能源可用性信息， 而這些信息在調(diào)度時是未知的并且很難準確預測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明為克服上述的不足之處，目的在于提供一種用于優(yōu)化綠色數(shù)據(jù)中心電費的 負載調(diào)度方法，首先建立擁有就地綠色能源發(fā)電廠的數(shù)據(jù)中心的電費模型；然后將數(shù)據(jù)中 心電費最小化問題形式化為一個隨機優(yōu)化問題；最后求解該優(yōu)化問題得到相應的負載調(diào)度 策略，該方法可以在保證負載性能的前提下，有效降低數(shù)據(jù)中心的電力成本。
[0009] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案達到上述目的：一種用于優(yōu)化綠色數(shù)據(jù)中心電費的負 載調(diào)度方法，包括如下步驟：
[0010] (1)對就地擁有綠色能源發(fā)電廠的數(shù)據(jù)中心建立電費模型；
[0011] (2)基于電費模型，得到電費最小化問題相關(guān)的系統(tǒng)模型，由系統(tǒng)模型獲得電費最 小化問題約束條件，基于約束條件將電費最小化問題轉(zhuǎn)化為平均電費的最小值問題；
[0012] (3)利用負載均衡算法求解平均電費的最小值問題得到負載調(diào)度策略。
[0013] 作為優(yōu)選，所述的綠色能源為風能、太陽能、地熱能、潮汐能、水能五種的任意一 種。
[0014] 作為優(yōu)選，所述步驟（2)的系統(tǒng)模型包括綠色能源發(fā)電模型、數(shù)據(jù)中心電費模型、 負載功耗模型、平均電費優(yōu)化模型。
[0015] 作為優(yōu)選，所述綠色能源發(fā)電模型對應的約束條件為綠色能源發(fā)電的輸出功率大 小。
[0016] 作為優(yōu)選，所述數(shù)據(jù)中心電費模型對應的約束條件如下：
【主權(quán)項】
1. 一種用于優(yōu)化綠色數(shù)據(jù)中心電費的負載調(diào)度方法，其特征在于包括如下步驟： (1) 對就地擁有綠色能源發(fā)電廠的數(shù)據(jù)中心建立電費模型； (2) 基于電費模型，得到電費最小化問題相關(guān)的系統(tǒng)模型，由系統(tǒng)模型獲得電費最小化 問題約束條件，基于約束條件將電費最小化問題轉(zhuǎn)化為平均電費的最小值問題； (3) 利用負載均衡算法求解平均電費的最小值問題得到負載調(diào)度策略。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于優(yōu)化綠色數(shù)據(jù)中心電費的負載調(diào)度方法，其特征在 于：所述的綠色能源為風能、太陽能、地熱能、潮沙能、水能五種的任意一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于優(yōu)化綠色數(shù)據(jù)中心電費的負載調(diào)度方法，其特征在 于：所述步驟（2)的系統(tǒng)模型包括綠色能源發(fā)電模型、數(shù)據(jù)中心電費模型、負載功耗模型、 平均電費優(yōu)化模型。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于優(yōu)化綠色數(shù)據(jù)中心電費的負載調(diào)度方法，其特征在 于：所述綠色能源發(fā)電模型對應的約束條件為綠色能源發(fā)電的輸出功率大小。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于優(yōu)化綠色數(shù)據(jù)中心電費的負載調(diào)度方法，其特征在 于：所述數(shù)據(jù)中心電費模型對應的約束條件如下： Q(t) =Qg(t)+Qr(t) ^ Qr；max+Qg；max 其中，Q(t)為t時間槽內(nèi)數(shù)據(jù)中心總的用電量，Qg(t)為時間槽t對應的用電量，Qjt) 為時間槽t對應的綠色能源使用電量，(^_為數(shù)據(jù)中心從電網(wǎng)獲得的最大功率，Q ^ax為數(shù) 據(jù)中心可從綠色能源電廠獲得的最大功率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于優(yōu)化綠色數(shù)據(jù)中心電費的負載調(diào)度方法，其特征在 于：所述負載功耗模型對應的約束條件如下： Q(t) ^ffu(t) 其中，Q(t)為t時間槽內(nèi)數(shù)據(jù)中心總的用電量，Wu(t)為數(shù)據(jù)中心的不可延遲負載所需 要的功率消耗量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于優(yōu)化綠色數(shù)據(jù)中心電費的負載調(diào)度方法，其特征在 于：所述平均電費優(yōu)化模型對應的約束條件如下： I T-I D = Iim-Y E{D{t)} < 〇〇 T h 其中，D為T個時間槽長度內(nèi)可延遲負載的平均隊列長度，D(t)為隊列的長度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于優(yōu)化綠色數(shù)據(jù)中心電費的負載調(diào)度方法，其特征在 于：所述步驟（3)的負載均衡算法為一種基于Lyapunov優(yōu)化的負載調(diào)度算法，該算法通過 觀察當前時間槽t對應的可延遲負載功耗W d(t)、不可延遲負載功耗Wu(t)，市電電價Pg(t)， 綠色能源電價已以及就地綠色能源發(fā)電廠的最大輸出功率Q Mvail(t)，通過求解平均電費的 最小值問題確定數(shù)據(jù)中心在每個時間槽分別應當使用的市電用電量Qg(t)和綠色能源使用 電量A (t)以及對應的負載調(diào)度策略。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于優(yōu)化綠色數(shù)據(jù)中心電費的負載調(diào)度方法，包括如下步驟：(1)對就地擁有綠色能源發(fā)電廠的數(shù)據(jù)中心建立電費模型；(2)基于電費模型，得到電費最小化問題相關(guān)的系統(tǒng)模型，由系統(tǒng)模型獲得電費最小化問題約束條件，基于約束條件將電費最小化問題轉(zhuǎn)化為平均電費的最小值問題；(3)利用負載均衡算法求解平均電費的最小值問題得到負載調(diào)度策略。本發(fā)明方法可以在保證負載性能的前提下，有效降低數(shù)據(jù)中心的電力成本。
【IPC分類】G06Q50-06, G06Q10-04
【公開號】CN104834980
【申請?zhí)枴緾N201510275020
【發(fā)明人】周天和, 徐愛民, 蔡榮, 盧曉飛, 張元元
【申請人】杭州天寬科技有限公司, 浙江理工大學
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年5月26日