一種數(shù)據(jù)中心需量電費優(yōu)化方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電量計算技術領域，尤其涉及一種數(shù)據(jù)中心需量電費優(yōu)化方法。
【背景技術】
[0002] 數(shù)據(jù)中心由IT設備、能量傳輸系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)三個部分構成。從數(shù)據(jù)中心的角度 可分為節(jié)點級、數(shù)據(jù)中心級和跨數(shù)據(jù)中心三個層級，從軟硬件的角度可分為硬件級和算法 級兩個層級，已有的優(yōu)化方法包括調整運行節(jié)點數(shù)、DVFS(調整動態(tài)電壓頻率）、負載分配、 使用可再生能源、與電網交互、使用不間斷電源等。
[0003] 其中，節(jié)點是數(shù)據(jù)中心的基本運行單元，運行節(jié)點數(shù)是能耗費用優(yōu)化模型中的決 定變量，根據(jù)負載動態(tài)調整運行節(jié)點數(shù)是數(shù)據(jù)中心級能耗優(yōu)化的主要方法。CPU是服務器 中功率最大的器件，通過對其能耗進行控制可以對數(shù)據(jù)中心的能耗進行節(jié)點級控制，使用 DVFS技術可通過調節(jié)電壓和頻率對CPU的運行功率進行實時控制，但會對節(jié)點性能造成一 定影響。負載分配方法是數(shù)據(jù)中心能耗費用優(yōu)化模型中的決定變量，在電價隨地理位置和 時間波動的智能電網環(huán)境下，負載在何時、何地運行決定了數(shù)據(jù)中心的能耗費用，對負載進 行分配控制會影響電網穩(wěn)定性，造成負載不均衡、實時性差等。對于交互式類型的負載，隨 著負載執(zhí)行比率增加，服務質量的提高越來越緩慢，因此降低少許服務性能即可大幅降低 數(shù)據(jù)中心的能耗。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對上述技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)據(jù)中心需量電費優(yōu)化方法，其 通過減少數(shù)據(jù)中心的峰值用電量，從而降低用電費用。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0006] 一種數(shù)據(jù)中心需量電費優(yōu)化方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟一：判斷外部負載量λ (t)的數(shù)值是否不全為0,若是，則進入步驟二，否則， 重復步驟一，其中，以t為時間段，t的時長為M分鐘，將一天劃分為N個時間段，t e {1，… T}, T = N ；
[0008] 步驟二：獲取外部負載量λ (t)數(shù)值中的最大值λ _(t)，并將數(shù)據(jù)中心的運行模 式X(t)設置為0;
[0009] 步驟三：判斷λ_α)是否滿足公式一：
，若是，則根據(jù) 公式二：
求得對應不同服務質量的情況下的執(zhí)行比率，并 根據(jù)公式三：
求得最小的運行節(jié)點數(shù)111_(〇,其中，Q(a (t))為 服務質量，a (t)為執(zhí)行比率，D為負載響應時間，μ為節(jié)點服務率，m(t)為運行節(jié)點數(shù)，， 之后將λ (t)設置為I ;否則，將運行模式X(t)設置為I ;
[0010] 步驟四：將運行模式x(t)、最小的運行節(jié)點數(shù)m_(t)代入公式
中得到需量電費和用量電費，其中，F(xiàn)為節(jié)點運行 功率，Pd為需量價格，P E為用量價格。
[0011] 優(yōu)選的，所述M等于15,所述N等于96。
[0012] 相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明的有益效果在于：
[0013] 本發(fā)明綜合考慮需量費用和用量費用，計費模式符合數(shù)據(jù)中心的實際情況，將數(shù) 據(jù)中心電費優(yōu)化劃分為降低峰值功率和降低用電量兩個問題，運行節(jié)點處于滿負載的狀 態(tài)，避免空閑節(jié)點的電量消耗，提高節(jié)點的利用率。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面，結合附圖以及【具體實施方式】，對本發(fā)明做進一步描述：
[0016] 參見圖1，本發(fā)明提供一種數(shù)據(jù)中心需量電費優(yōu)化方法，其包括步驟如下：
[0017] 步驟Sl :獲取外部負載量λ (t)并判斷外部負載量λ (t)的數(shù)值是否不全為0,若 是，則進入步驟s2,否則，重復步驟si ;判斷外部負載量λ (t)的數(shù)值是否不全為0由一段 程序完成，將外部負載量λ (t)的數(shù)值進行相加與0比較即可判斷；本步驟中，其中，以t為 一個時間段，t的時長為M分鐘，將一天劃分為N個時間段，t e {1，…T}，T = N;
[0018] 步驟s2 :獲取外部負載量λ⑴數(shù)值中的最大值Anax(t)，并將數(shù)據(jù)中心的運行模 式X(t)設置為0;
[0019] 步驟S3 :判斷λ_(〇是否滿足公式一：
，若是，則根據(jù) 負載響應時間D、節(jié)點服務率μ、運行節(jié)點數(shù)m(t)得到最小的運行節(jié)點數(shù)!11_(〇,之后將 λ (t)設置為1 ;否則，將運行模式X (t)設置為1 ;
[0020] 具體來講，步驟S3中，其得到最小的運行節(jié)點數(shù)!11_(〇首先要根據(jù)公式二：
求得對應不同服務質量的情況下的執(zhí)行比率，并根據(jù)公 求得最小的運行節(jié)點數(shù)πνιηα)，其中，Q(a (t))為服務質 量，a (t)為執(zhí)行比率；
[0021] 步驟s4 :將運行模式X(t)、最小的運行節(jié)點數(shù)m_(t)代入公式
中得到需量電費和用量電費，其中，F(xiàn)為節(jié)點運行 功率，Pd為需量價格，P E為用量價格。
[0022] 本實施例米用非連續(xù)時間模型，優(yōu)選以15分鐘為一個時間段，將一天劃分為96個 時間段，即t e {1，"·Τ}，Τ = 96,即M等于15，N等于96,。數(shù)據(jù)中心由同構節(jié)點組成，時間 段t的運行節(jié)點數(shù)目由負載大小以及能耗優(yōu)化策略決定，節(jié)點一旦運行即處于滿負荷運行 狀態(tài)，因此每個節(jié)點的功耗相同。
[0023] 數(shù)據(jù)中心將用戶服務質量分為高質量和低質量兩種類別，Q(a (t))為服務質量，設 置高質量的服務質量為〇. 99,低質量的服務質量為0. 8,運行模式X(t)設置為1或者0,是決 定變量。當X⑴=1時，服務質量為0. 99,當X (t) = 0時，服務質量為0. 8,根據(jù)服務質量 可以求得其對應的執(zhí)行比率，

說明只需略微降低服務質量可以大幅降低執(zhí)行比率。設置時間段 t的外部負載量為λ (t)，負載的平均等待時間
設定負載響應時間為D 后，可以得到
根據(jù)該公式進行轉換得到m(t)與X(t)和λ (t) 的關系如下：
[0025] 用電的總費用TC(t)由需量費用DC(t)和用量費用EC(t)兩部分構成，如下所示：
[0027] 能耗費用包含用戶為其消耗電量（KWh)支付的用量費用和為其峰值功率（KW)支 付的需量費用兩種部分，DC(t)為所有時間段t中數(shù)據(jù)中心的最大平均功率，EC(t)為總計 費時間內用戶消耗的電量，F(xiàn)為節(jié)點運行功率，需量費用DC(t)為數(shù)據(jù)中心在T個時間段中 的最大功率與需量價格Pd的乘積，由于處于運行狀態(tài)的節(jié)點功率相同，因此該時間段t內 數(shù)據(jù)中心的運行功率由運行節(jié)點數(shù)m(t)決定，因而對于數(shù)據(jù)中心能耗費用的優(yōu)化問題Pl 可以表示為
令厶=?\?[)，8 = 0.25\?\卩\兩者皆 為常數(shù)，由于時間間隔為15分鐘，計算15分鐘的用量費用的數(shù)B需要帶有系數(shù)0. 25,將數(shù) 據(jù)中心能耗費用的優(yōu)化問題Pl轉換為P2表示

是需量費用DC⑴，為了降低需量費用需要減少所有時間段 中運行節(jié)點數(shù)的最大值
由公式
可得
將{λ (1)，…λ (T)}降序排列，在滿足 CN 105184389 A 說明書 4/4 頁
的前提下，依次將外部負載量λ (t)的數(shù)值較大時間段的 X(t)設置為0,逐漸減小即可求得
是用量電 費EC(t)，為了降低用量電費，需要減少所有時間段的運行節(jié)點總數(shù)根據(jù)公式
可得
將 {λ (1)，…λ (T)}降序排列，在滿足服務質量約束條件（1)的前提下，依次將λ (t)數(shù)值較 大時間段的x(t)設置為0,即可求得
0
[0029] m(t)和X(t)是兩組決定變量，運行節(jié)點處于滿負荷運行狀態(tài)，根據(jù)公式
當確定了外部負載量λ (t)和數(shù)據(jù)中心的運行模式 X (t)，即可求得時間段t的最小運行節(jié)點數(shù)m (t)的數(shù)值，再根據(jù)上述的電費求解過程，可以 根據(jù)決定變量的數(shù)值求解數(shù)據(jù)中心電費的最小值。
[0030] 本實施例中的負載響應時間D、節(jié)點服務率μ、節(jié)點運行功率F、需量價格Pd以及 用量價格Pe均是事先設定的，是已知參數(shù)。
[0031] 對本領域的技術人員來說，可根據(jù)以上描述的技術方案以及構思，做出其它各種 相應的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應該屬于本發(fā)明權利要求的保護范圍 之內。
【主權項】
1. 一種數(shù)據(jù)中心需量電費優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟一：判斷外部負載量λ (t)的數(shù)值是否不全為0,若是，則進入步驟二，否則，重復 步驟一，其中，以t為一個時間段，t的時長為M分鐘，將一天劃分為N個時間段，t e {1，… T}, T = N ； 步驟二：獲取外部負載量λ (t)數(shù)值中的最大值λ_α)，并將數(shù)據(jù)中心的運行模式 χα)設置為〇; 步驟三：判斷λ _(t)是否滿足公式一：1，若 if X (t) = I, Q ( a (t)) = 0. 99, a (t) = 0. 99 ； 是，則根據(jù)公式二：if X(t) =0，Q(a⑴）=0.8，α (t) =0.47求得對應不同服務質 量的情況下的執(zhí)行比率，并根據(jù)公式三：求得最小的運行節(jié)點 數(shù)!11_(〇,其中，Q(a (t))為服務質量，α⑴為執(zhí)行比率，D為負載響應時間，μ為節(jié)點服 務率，m(t)為運行節(jié)點數(shù)，之后將λ⑴設置為1 ;否則，將運行模式X(t)設置為1 ; 步驟四：將運行模式X(t)、最小的運行節(jié)點數(shù)m_(t)代入公式中得到需量電費和用量電費，其中，F(xiàn)為節(jié)點運行 功率，Pd為需量價格，P E為用量價格。2. 如權利要求1所述的數(shù)據(jù)中心需量電費優(yōu)化方法，其特征在于，所述M等于15,所述 N等于96。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)中心需量電費優(yōu)化方法，包括判斷外部負載量λ(t)的數(shù)值是否不全為0；獲取外部負載量λ(t)數(shù)值中的最大值λmax(t)，并將數(shù)據(jù)中心的運行模式X(t)設置為0；判斷λmax(t)是否滿足公式一：若是，則根據(jù)負載響應時間D、節(jié)點服務率μ、運行節(jié)點數(shù)m(t)得到最小的運行節(jié)點數(shù)mmin(t)，之后將λ(t)設置為1；否則，將運行模式X(t)設置為1；將運行模式X(t)、最小的運行節(jié)點數(shù)mmin(t)代入公式<maths num="0001"></maths>中得到需量電費和用量電費，其中，F(xiàn)為節(jié)點運行功率，PD為需量價格，PE為用量價格。本發(fā)明綜合考慮需量費用和用量費用，計費模式符合數(shù)據(jù)中心的實際情況，將數(shù)據(jù)中心電費優(yōu)化劃分為降低峰值功率和降低用電量兩個問題，運行節(jié)點處于滿負載的狀態(tài)，避免空閑節(jié)點的電量消耗，提高節(jié)點的利用率。
【IPC分類】G06Q30/02, G06Q10/04, G06Q50/06
【公開號】CN105184389
【申請?zhí)枴緾N201510476883
【發(fā)明人】黃焱, 王鵬, 謝高輝
【申請人】廣州五舟科技股份有限公司
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年8月6日