信息物理融合系統能量管理研究.pdf

1、隨著低成本計算的普及和網絡連接在生活中無處不在的滲入，今天的系統已經發(fā)展成一個網絡基礎設施與物理基礎設施的復雜組合。然而，迄今為止，這些系統的大部分組成組件與子元件都是獨立的設計和開發(fā)的。因此，網絡基礎設施和物理基礎設施在各種規(guī)模和水平上緊密結合的物理信息融合系統是一個非常重要的研究領域。美國國家自然科學基金(NationAlScience Foundation)委員會指出，信息物理融合系統的研究應該關注在幾個方面，包括：深刻的理解和正

2、確的認識信息物理融合系統；發(fā)現和探索信息物理融合系統中網絡基礎設施與物理基礎設施之間的作用關系；提出支持和改進信息物理融合系統的基礎理論和解決方案。本文針對一個具體的信息物理融合系統深入研究了該系統網絡基礎設施與物理基礎設施的融合。
　　 縱觀互聯網的發(fā)展，我們可以發(fā)現：通信和計算被逐漸移到了“云”上，互聯網支持的應用越來越多。我們把支持互聯網通信和計算的基礎設施稱作互聯網數據中心?；ヂ摼W數據中心是一個重要的并且新生的信息物理融

3、合系統。互聯網數據中心給人類計算和通信帶來便利的同時，也消耗了大量的電力資源，并且能耗隨著互聯網應用和用戶的增長而不斷增長。如何對互聯網數據中心進行有效的能量管理是一個重要的問題。
　　 現有工業(yè)界和學術界方法的設計和實現目標都是為了減少互聯網數據中心服務器的功耗需求，也就是說，這些方法的目標都是減少服務器的耗電量。在多元化電價市場環(huán)境下，耗電量的減少并不等價于電力成本的減少。對于服務提供商來說，降低運營成本是非常重要的，本文的

4、研究將從服務提供商的角度出發(fā)，深入考慮對互聯網數據中心能量管理的優(yōu)化。
　　 綜上所述，本文的主要研究貢獻主要包括以下內容：
　　 ·數據中心層的分布式互聯網數據中心優(yōu)化一一基于電力成本最小化的分布式互聯網數據中心負載均衡本文對多元化電價市場環(huán)境下分布式互聯網數據中心總電力成本最小化問題進行了具體的分析和討論。從數據中心層出發(fā)，分布式互聯網數據中心總電力成本最小化問題被公式化為一個多約束數學優(yōu)化模型。電價隨著時間和地點的

5、變化而變化，互聯網門戶網站到分布式數據中心的負載分配也跟著變化，作為分布式互聯網數據中心運營商，為了降低成本，有必要設計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多約束數學優(yōu)化模型可以看作一個最小費用流問題，從而可以利用現有算法在多項式時間內對該模型進行求解。為了驗證所提出方法的有效性，本文開展了基于真實電價數據的仿真實驗。實驗結果證實了，利用多元化電價市場電價的多樣性可以對分布式互聯網數據中心進行有效的總電力

6、成本優(yōu)化。
　　 ·分布式互聯網數據中心數據中心層和服務器層的聯合優(yōu)化一一分布式互聯網數據中心聯合負載均衡和功率控制本文同時從數據中心層和服務器層出發(fā)研究分布式互聯網數據中心總電力成本最小化問題。本文提出了一個解耦分解設計，將分布式互聯網數據中心的能量管理問題劃分成兩部分：前端門戶網站與互聯網數據中心之間的負載均衡；互聯網數據中心服務器基于動態(tài)電壓頻率配置的功耗管理?；谠撛O計，本文對分布式互聯網數據中心電力成本最小化問題進行具