[发明专利]基于鲁棒优化的绿色数据中心节能任务调度策略

说明书

本发明公开了一种基于鲁棒优化的绿色数据中心节能任务调度策略，主要用于解决数据中心高能耗、高电费、高污染的问题。本发明为数据中心部署了太阳能电池板，数据中心可由太阳能和传统电网混合发电。为了解决太阳能发电的随机性、间断性、不稳定性的特点，本发明设计了一个新颖灵活的不确定模型，通过参考分布的引入定义了不确定集来限制太阳能发电量的波动，并考虑了地理分布式计算节点的电价差异性和时变性，设计出合理的任务调度策略，将用户提交到数据中心的请求分配到太阳能产量高和电价低的计算节点和时间段去处理，以求消耗最少的电费，达到节约能源和保护环境的目的。

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，具体涉及一种基于鲁棒优化的绿色数据中心节能任务调度策略，主要用于解决数据中心高能耗、高电费、高污染的问题。本发明从软件和服务层面考虑，将用户提交到数据中心的请求分配到地理分布式的计算节点进行处理，主要实现包括三部分：一是引入了可再生能源，即通过部署光伏太阳能板，将太阳能发电和传统电网发电结合起来为数据中心供电；二是考虑电价的地区差异性和时变性；三是设计节能的任务调度策略，即在前两部分的基础上，将到达数据中心的用户请求分配到太阳能产量高和电价低的计算节点和时间段去处理，以求消耗最少的电费，达到节约能源和保护环境的目的。

背景技术

近年来，国内大型数据中心的建设呈现快速增长的趋势，金融、通信、石化、电力等大型国企、政府机构纷纷建设自己的数据中心。随着大数据、物联网、云计算及移动互联概念的推出，大批资金投入到商业数据中心的建设中，数据中心对电力供应产生了巨大的影响，已经成为一个高耗能的产业。在北京数据中心比较集中的地区，电力供应都出现饱和的问题，已无法再支撑新的数据中心。目前，某些数据中心移至西北等煤炭基地，利用当地电力供应充足、电价低的优势也不失为一个明智的选择。

然而，仅仅转移数据中心治标不治本，因为数据中心的供电系统一般是传统公用电网，传统电网仍然在消耗大量的煤、石油、天然气等化石燃料，巨大的碳排放量给环境带来了严重的污染。据报道，在全球各大网站中，仅数据中心的用电功率就相当于30个核电站的供电功率，而其中约90％的电能被浪费；数据中心效率评估报告显示，300万个数据中心的1200万台计算机服务器为整个美国用户服务，消耗的电能足够供给整个纽约市家庭用户两年的用电量，这相当于34个燃煤发电厂的发电量和带来的环境污染。

未来的数据中心需要重组以接入可再生能源发电设备，例如太阳能电池板、风力涡轮机等，使得数据中心既节能又环保。然而，在使用可再生能源后，尽管环境问题得到了有效的改善，一些问题却随之而来：首先，与传统电网可控稳定的发电机制不同，可再生能源发电具有高度的波动性、不确定性和与天气强烈的相关性，太阳能发电量难以量化；其次，如何在不违背用户服务请求的前提下，在地理分布式的计算节点上恰当调度数据中心的用户请求来最小化数据中心的电费也是个关键问题。

针对太阳能发电不稳定的特性，国内外处理太阳能发电量这一随机变量的方式主要有两大类，一类是随机优化，该方法需要事先获得随机变量的分布函数，然后不断抽样求解，费时费力，适合计算量小和简单的场景，而实际场景中，很难准确获得随机变量的分布函数；另一类是鲁棒优化，该方法最大的优点是不需要随机变量分布函数的信息，而是通过定义一个不确定集，让随机变量在不确定集一个规定的范围内波动，考虑了最坏情况下的最优解，最大程度上贴近了实际场景，具有很大的灵活性和可控性。