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由于能源危机和传统化石燃料造成的全球变暖,互联网公司转而使用可再生能源(Renewable Energy,RE)供电数据中心,也称为绿色数据中心。为了保证数据中心的高可靠性,电力紧急管理是数据中心必不可少的。目前,数据中心的电力紧急管理主要方案是使用二级备份电源设施—柴油发电机(Diesel Generator,DG)和不间断电源(Uninterrupted Power Supply,UPS),该方案成本很高,但是使用率很低,只偶尔在数据中心电力紧急情况下使用,这导致了非常低的成本效益。同时,很多绿色中心的可再生能源与公网是双线路协作供电,在电力紧急期间,可再生能源仍然可以持续供电给部分甚至所有机柜。这使得绿色数据中心中高成本的电力紧急管理方案的使用率进一步降低。本文主要针对严重的绿色数据中心公网断电情况对电力紧急管理方案进行优化和研究。
本文基于可再生能源供电功率的可用性特征和公网停电特征,为绿色数据中心提出了一种高成本效益的电力紧急管理方案(COst-effective Power emergency management Approach,COPA)方法。COPA方案旨在有效地均衡绿色数据中心电力紧急管理的成本、程序性能和可获得性。COPA主要包含了三个技术模块。第一技术模块称为最小UPS容量规划,它确定UPS电池的最小额定功率能力和运行时间长度,以确保在电网断电期间绿色数据中心的正常运行。第二模块是协同UPS/RE供电方法,当电网停电时,同时使用UPS和RE为每个机架供电。该协同供电方法充分利用了UPS电池的放电特性,延长了UPS的供电时间。最后一种称为可再生能源感知的动态功率管理,它根据RE和UPS的可用容量,利用不同的联合功率限制技术,动态地控制数据中心功率需求,最大化满足程序的性能和可获得性。此外,功率管理技术间接地影响了数据中心的作业调度,本文针对Flink集群,增加了迁移感知的处理模块,通过临时注销掉集群中待迁移服务器上的计算资源,避免将新任务提交到待迁移的机器上。该模块减少迁移时间和迁移失败率,辅助了动态功率管理。
本文构建了一个由10台服务器组成的实验集群,使用4个有代表性的基准测试程序以及太阳能和风能可用性特征的验证数据来评估COPA方案。结果表明,COPA为太阳能供电数据中心减少47%的电力紧急管理成本,为风能供电数据中心减少70%成本。同时,在电力紧急期间,COPA至少持续数据中心供电3小时,同时最大化保证了应用程序的SLA(Service-level Agreement)需求。
本文基于可再生能源供电功率的可用性特征和公网停电特征,为绿色数据中心提出了一种高成本效益的电力紧急管理方案(COst-effective Power emergency management Approach,COPA)方法。COPA方案旨在有效地均衡绿色数据中心电力紧急管理的成本、程序性能和可获得性。COPA主要包含了三个技术模块。第一技术模块称为最小UPS容量规划,它确定UPS电池的最小额定功率能力和运行时间长度,以确保在电网断电期间绿色数据中心的正常运行。第二模块是协同UPS/RE供电方法,当电网停电时,同时使用UPS和RE为每个机架供电。该协同供电方法充分利用了UPS电池的放电特性,延长了UPS的供电时间。最后一种称为可再生能源感知的动态功率管理,它根据RE和UPS的可用容量,利用不同的联合功率限制技术,动态地控制数据中心功率需求,最大化满足程序的性能和可获得性。此外,功率管理技术间接地影响了数据中心的作业调度,本文针对Flink集群,增加了迁移感知的处理模块,通过临时注销掉集群中待迁移服务器上的计算资源,避免将新任务提交到待迁移的机器上。该模块减少迁移时间和迁移失败率,辅助了动态功率管理。
本文构建了一个由10台服务器组成的实验集群,使用4个有代表性的基准测试程序以及太阳能和风能可用性特征的验证数据来评估COPA方案。结果表明,COPA为太阳能供电数据中心减少47%的电力紧急管理成本,为风能供电数据中心减少70%成本。同时,在电力紧急期间,COPA至少持续数据中心供电3小时,同时最大化保证了应用程序的SLA(Service-level Agreement)需求。