信息物理融合系統(tǒng)能量管理研究.pdf

1、隨著低成本計(jì)算的普及和網(wǎng)絡(luò)連接在生活中無處不在的滲入，今天的系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施與物理基礎(chǔ)設(shè)施的復(fù)雜組合。然而，迄今為止，這些系統(tǒng)的大部分組成組件與子元件都是獨(dú)立的設(shè)計(jì)和開發(fā)的。因此，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和物理基礎(chǔ)設(shè)施在各種規(guī)模和水平上緊密結(jié)合的物理信息融合系統(tǒng)是一個(gè)非常重要的研究領(lǐng)域。美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金(NationAlScience Foundation)委員會(huì)指出，信息物理融合系統(tǒng)的研究應(yīng)該關(guān)注在幾個(gè)方面，包括：深刻的理解和正

2、確的認(rèn)識(shí)信息物理融合系統(tǒng)；發(fā)現(xiàn)和探索信息物理融合系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施與物理基礎(chǔ)設(shè)施之間的作用關(guān)系；提出支持和改進(jìn)信息物理融合系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論和解決方案。本文針對(duì)一個(gè)具體的信息物理融合系統(tǒng)深入研究了該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施與物理基礎(chǔ)設(shè)施的融合。
　　 縱觀互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，我們可以發(fā)現(xiàn)：通信和計(jì)算被逐漸移到了“云”上，互聯(lián)網(wǎng)支持的應(yīng)用越來越多。我們把支持互聯(lián)網(wǎng)通信和計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施稱作互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心?；ヂ?lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心是一個(gè)重要的并且新生的信息物理融

3、合系統(tǒng)?；ヂ?lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心給人類計(jì)算和通信帶來便利的同時(shí)，也消耗了大量的電力資源，并且能耗隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和用戶的增長(zhǎng)而不斷增長(zhǎng)。如何對(duì)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行有效的能量管理是一個(gè)重要的問題。
　　 現(xiàn)有工業(yè)界和學(xué)術(shù)界方法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)目標(biāo)都是為了減少互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的功耗需求，也就是說，這些方法的目標(biāo)都是減少服務(wù)器的耗電量。在多元化電價(jià)市場(chǎng)環(huán)境下，耗電量的減少并不等價(jià)于電力成本的減少。對(duì)于服務(wù)提供商來說，降低運(yùn)營(yíng)成本是非常重要的，本文的

4、研究將從服務(wù)提供商的角度出發(fā)，深入考慮對(duì)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心能量管理的優(yōu)化。
　　 綜上所述，本文的主要研究貢獻(xiàn)主要包括以下內(nèi)容：
　　 ·數(shù)據(jù)中心層的分布式互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心優(yōu)化一一基于電力成本最小化的分布式互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心負(fù)載均衡本文對(duì)多元化電價(jià)市場(chǎng)環(huán)境下分布式互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心總電力成本最小化問題進(jìn)行了具體的分析和討論。從數(shù)據(jù)中心層出發(fā)，分布式互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心總電力成本最小化問題被公式化為一個(gè)多約束數(shù)學(xué)優(yōu)化模型。電價(jià)隨著時(shí)間和地點(diǎn)的

5、變化而變化，互聯(lián)網(wǎng)門戶網(wǎng)站到分布式數(shù)據(jù)中心的負(fù)載分配也跟著變化，作為分布式互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商，為了降低成本，有必要設(shè)計(jì)快速有效的解決方案。為了尋求有效快速的解決方案，本文中分析和討論這個(gè)多約束數(shù)學(xué)優(yōu)化模型可以看作一個(gè)最小費(fèi)用流問題，從而可以利用現(xiàn)有算法在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)對(duì)該模型進(jìn)行求解。為了驗(yàn)證所提出方法的有效性，本文開展了基于真實(shí)電價(jià)數(shù)據(jù)的仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了，利用多元化電價(jià)市場(chǎng)電價(jià)的多樣性可以對(duì)分布式互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行有效的總電力

6、成本優(yōu)化。
　　 ·分布式互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)中心層和服務(wù)器層的聯(lián)合優(yōu)化一一分布式互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心聯(lián)合負(fù)載均衡和功率控制本文同時(shí)從數(shù)據(jù)中心層和服務(wù)器層出發(fā)研究分布式互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心總電力成本最小化問題。本文提出了一個(gè)解耦分解設(shè)計(jì)，將分布式互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的能量管理問題劃分成兩部分：前端門戶網(wǎng)站與互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心之間的負(fù)載均衡；互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器基于動(dòng)態(tài)電壓頻率配置的功耗管理?；谠撛O(shè)計(jì)，本文對(duì)分布式互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心電力成本最小化問題進(jìn)行具