[发明专利]一种基于可再生能源的绿色数据中心的负载调度方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机数据中心的设计优化方法，尤其涉及一种由本地分布式可再生能源供电的，绿色环保数据中心的负载转移调度方法和装置。

背景技术

随着互联网的普及以及云存储计算的流行，计算机数据中心成为政府，大学，研究机构，以及商业媒体所共同关注的重要基础IT设施。然而，大规模数据中心的电能消耗成为当今计算机产业一个不容忽视的问题，高额的电价一方面削减了数据中心所有者的利润空间，另一方面造成了负面的环境影响。在此情况下，可再生能源驱动的绿色数据中心成为了工业界和学术界共同关注的领域。在美国，已有数据中心借助太阳能和风能来提供其部分的电能需求。

然而人们正面临着一个不容忽视的问题：可再生能源发电的间歇性和波动性会严重妨碍服务器的正常运行。对于数据中心而言，提供高服务可用性是至关重要的设计指标，直接影响到政府，研究所，银行，商业网站的核心利益。为了保证数据中心工作不致停滞，已有的基于可再生能源的数据中心设计大多利用公用电网或者大规模电池组来稳定可再生能源。一方面，在利用公用电网时，可再生能源多通过逆变器反馈到电网中，所涉及的逆变过程会造成不可避免的能量转换损失。由于对电网存在较高的依赖，负载系统还会频繁的冲击公用电网(通过起落较大的电能反馈)，因而影响到电网的可靠性。另一方面，利用大规模电池组也并不是理想的设计模式，因为电池会造成近25％的存储电能损耗，且其容量和寿命有限，并需要较高的支出来维护。值得注意的是，已有的负载调度方法并没有考虑负载调度的强度和频繁度，因而对服务器系统施加了较大的压力。首先，频繁的调度占用了不必要的计算机资源和带宽；其次，高强度的电气设施变动也使得服务器的使用寿命大打折扣。

得益于计算机系统自身的智能性和易操控性，当今数据中心级的负载调度变得愈加灵活，这为我们设计绿色数据中心提供了巨大的机遇。通过智能的负载匹配策略，我们可以最大化的利用生成的可再生能源，从而减少对公用电网的电能反馈和对大规模电池组的依赖。借助智能的负载匹配思想，我们能够实现轻量级低损耗的负载调度，从而达到较高的服务器可用性，较低的服务器资源占用，以及高效的绿色数据中心运行状态。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于可再生能源的绿色数据中心的负载调度方法和装置，以实现对基于可再生能源的数据中心进行低开销高能效的管理。

为达到上述目的，本发明一方面提供了一种基于可再生能源的绿色数据中心的负载调度方法，包括以下步骤：

预先将数据中心分为两组服务器集群，一组服务集群由本地可再生能源(如风能，太阳能)驱动；另一组服务器集群由传统电网驱动；所述两组服务器集群可以是物理上区分开的服务器系统，也可以是逻辑上加以区分的服务器系统；所述两个服务器集群间能够通过互联网进行高速通信，由同一个数据中心负载控制器调度；

系统初始化时，负载控制器定义负载单元的大小和总数，所述的负载单元可以是任何一台服务器物理机，也可以是能够动态迁移的虚拟机系统；该负载单元可以为用户提供独立的可靠的计算机信息和软件服务；于此同时，定义绿色负载为：由可再生能源驱动的集群所承担的所有负载单元组成的集合；

系统初始化后，负载控制器根据可再生能源的供给额以及负载单元的功耗需求来管理绿色负载；由于可再生能源输出具有波动性且负载单元功耗也具有不稳定性，负载控制器需动态决定绿色负载所包含的负载单元的数目和各自的来源；

在系统运行过程中，负载控制器收集数据中心每个负载单元反馈的历史负荷参数，并将负载单元根据其历史负荷参数动态平均地划分为若干个不同的负载集合。

在系统运行过程中，负载控制器采用一种平滑功耗的优化方法来决定绿色负载的组成(即，上述多个负载集合各自对绿色负载的贡献)，具体为：

定义绿色负载组合函数：

在公式-1和公式-2中，n表示所划分的负载集合的数目，m表示历史记录点的长度，例如，m＝10表示记录前10分钟中各个分钟的历史数据；u_ij表示负载集合j在第i分钟的平均利用率；向量[s₁ s₂ … s_j … s_n]表示绿色负载，其中s_j表示绿色负载中来自负载集合j的负载单元数目；μ是过去m分钟历史记录下的平均利用率，μ＝(a₁+a₂+…a_m)/m，其中a_i为第i分钟绿色负载的整体利用率；