[发明专利]一种用于优化绿色数据中心电费的负载调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及绿色数据中心领域，尤其涉及一种用于优化绿色数据中心电费的负载调度方法。

背景技术

为了给世界各地用户提供高质量的网络服务，大型互联网公司如谷歌、微软等都拥有多个分布在全球各地的数据中心。由于需要给数目巨大的服务器供电和冷却，数据中心的电力消耗已经占到全球电力总供给的1.3％，而且预计到2020年，这一数字将达到8％。巨大的电力消耗给数据中心的可持续发展带来了严峻挑战：大量的电力消耗意味着巨额的电费支出。为了应对电力消耗给数据中心发展带来的挑战，苹果等互联网公司开始在数据中心附近兴建自己的就地绿色能源发电厂。

利用风能、太阳能等可再生能源进行发电，可以减少数据中心的碳排放总量，减轻数据中心对环境的影响；其次，兴建就地绿色能源发电厂可以作为一种长期投资。以风力发电厂为例，虽然初期投入成本很大，但是就地电厂的年度运转支出仅为10美元/兆瓦时左右，远低于电力市场中的市电价格。

但是，利用就地绿色能源发电厂为数据中心供电同时也带来了新的挑战：

首先，由于风能、太阳能受自然条件的影响很大，所以绿色能源的输出具有间歇性的特点。同时，云计算数据中心面临的负载也具有高度的波动性。因此，虽然绿色能源的价格较低，但是为了在减少数据中心电力成本的同时不影响网络服务的质量，数据中心必须对负载进行合理的调度；

其次，在美国、欧洲等地的电力批发市场中，数据中心面临的市电电价是随时间变化的。在中国，虽然电力产业市场化仍处于起步阶段，但是北京、上海等地已经开始实行分时电价。值得注意的是，虽然绿色能源的价格整体较低，但在某些时刻却高于市电价格。因此，为了减少数据中心总的电费支出，负载调度还必须考虑电价的时间差异性。

最后，在进行负载调度时还需要考虑未来的负载、电价以及绿色能源可用性信息，而这些信息在调度时是未知的并且很难准确预测。

发明内容

本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种用于优化绿色数据中心电费的负载调度方法，首先建立拥有就地绿色能源发电厂的数据中心的电费模型；然后将数据中心电费最小化问题形式化为一个随机优化问题；最后求解该优化问题得到相应的负载调度策略，该方法可以在保证负载性能的前提下，有效降低数据中心的电力成本。

本发明是通过以下技术方案达到上述目的：一种用于优化绿色数据中心电费的负载调度方法，包括如下步骤：

(1)对就地拥有绿色能源发电厂的数据中心建立电费模型；

(2)基于电费模型，得到电费最小化问题相关的系统模型，由系统模型获得电费最小化问题约束条件，基于约束条件将电费最小化问题转化为平均电费的最小值问题；

(3)利用负载均衡算法求解平均电费的最小值问题得到负载调度策略。

作为优选，所述的绿色能源为风能、太阳能、地热能、潮汐能、水能五种的任意一种。

作为优选，所述步骤(2)的系统模型包括绿色能源发电模型、数据中心电费模型、负载功耗模型、平均电费优化模型。

作为优选，所述绿色能源发电模型对应的约束条件为绿色能源发电的输出功率大小。

作为优选，所述数据中心电费模型对应的约束条件如下：

Q(t)＝Q_g(t)+Q_r(t)≤Q_r,max+Q_g,max

其中，Q(t)为t时间槽内数据中心总的用电量，Q_g(t)为时间槽t对应的用电量，Q_r(t)为时间槽t对应的绿色能源使用电量，Q_g,max为数据中心从电网获得的最大功率，Q_r,max为数据中心可从绿色能源电厂获得的最大功率。

作为优选，所述负载功耗模型对应的约束条件如下：

Q(t)≥W_u(t)

其中，Q(t)为t时间槽内数据中心总的用电量，W_u(t)为数据中心的不可延迟负载所需要的功率消耗量。

作为优选，所述平均电费优化模型对应的约束条件如下：