本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，尤其涉及一種由本地分布式可再生能源供電的，綠色環(huán)保數(shù)據(jù)中心的負(fù)載轉(zhuǎn)移調(diào)度方法和裝置。

背景技術(shù)：
隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及以及云存儲(chǔ)計(jì)算的流行，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)中心成為政府，大學(xué)，研究機(jī)構(gòu)，以及商業(yè)媒體所共同關(guān)注的重要基礎(chǔ)IT設(shè)施。然而，大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的電能消耗成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)一個(gè)不容忽視的問(wèn)題，高額的電價(jià)一方面削減了數(shù)據(jù)中心所有者的利潤(rùn)空間，另一方面造成了負(fù)面的環(huán)境影響。在此情況下，可再生能源驅(qū)動(dòng)的綠色數(shù)據(jù)中心成為了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界共同關(guān)注的領(lǐng)域。在美國(guó)，已有數(shù)據(jù)中心借助太陽(yáng)能和風(fēng)能來(lái)提供其部分的電能需求。然而人們正面臨著一個(gè)不容忽視的問(wèn)題：可再生能源發(fā)電的間歇性和波動(dòng)性會(huì)嚴(yán)重妨礙服務(wù)器的正常運(yùn)行。對(duì)于數(shù)據(jù)中心而言，提供高服務(wù)可用性是至關(guān)重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)，直接影響到政府，研究所，銀行，商業(yè)網(wǎng)站的核心利益。為了保證數(shù)據(jù)中心工作不致停滯，已有的基于可再生能源的數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)大多利用公用電網(wǎng)或者大規(guī)模電池組來(lái)穩(wěn)定可再生能源。一方面，在利用公用電網(wǎng)時(shí)，可再生能源多通過(guò)逆變器反饋到電網(wǎng)中，所涉及的逆變過(guò)程會(huì)造成不可避免的能量轉(zhuǎn)換損失。由于對(duì)電網(wǎng)存在較高的依賴，負(fù)載系統(tǒng)還會(huì)頻繁的沖擊公用電網(wǎng)(通過(guò)起落較大的電能反饋)，因而影響到電網(wǎng)的可靠性。另一方面，利用大規(guī)模電池組也并不是理想的設(shè)計(jì)模式，因?yàn)殡姵貢?huì)造成近25％的存儲(chǔ)電能損耗，且其容量和壽命有限，并需要較高的支出來(lái)維護(hù)。值得注意的是，已有的負(fù)載調(diào)度方法并沒(méi)有考慮負(fù)載調(diào)度的強(qiáng)度和頻繁度，因而對(duì)服務(wù)器系統(tǒng)施加了較大的壓力。首先，頻繁的調(diào)度占用了不必要的計(jì)算機(jī)資源和帶寬；其次，高強(qiáng)度的電氣設(shè)施變動(dòng)也使得服務(wù)器的使用壽命大打折扣。得益于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自身的智能性和易操控性，當(dāng)今數(shù)據(jù)中心級(jí)的負(fù)載調(diào)度變得愈加靈活，這為我們?cè)O(shè)計(jì)綠色數(shù)據(jù)中心提供了巨大的機(jī)遇。通過(guò)智能的負(fù)載匹配策略，我們可以最大化的利用生成的可再生能源，從而減少對(duì)公用電網(wǎng)的電能反饋和對(duì)大規(guī)模電池組的依賴。借助智能的負(fù)載匹配思想，我們能夠?qū)崿F(xiàn)輕量級(jí)低損耗的負(fù)載調(diào)度，從而達(dá)到較高的服務(wù)器可用性，較低的服務(wù)器資源占用，以及高效的綠色數(shù)據(jù)中心運(yùn)行狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種基于可再生能源的綠色數(shù)據(jù)中心的負(fù)載調(diào)度方法和裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)基于可再生能源的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行低開(kāi)銷(xiāo)高能效的管理。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面提供了一種基于可再生能源的綠色數(shù)據(jù)中心的負(fù)載調(diào)度方法，包括以下步驟：預(yù)先將數(shù)據(jù)中心分為兩組服務(wù)器集群，一組服務(wù)集群由本地可再生能源(如風(fēng)能，太陽(yáng)能)驅(qū)動(dòng)；另一組服務(wù)器集群由傳統(tǒng)電網(wǎng)驅(qū)動(dòng)；所述兩組服務(wù)器集群可以是物理上區(qū)分開(kāi)的服務(wù)器系統(tǒng)，也可以是邏輯上加以區(qū)分的服務(wù)器系統(tǒng)；所述兩個(gè)服務(wù)器集群間能夠通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行高速通信，由同一個(gè)數(shù)據(jù)中心負(fù)載控制器調(diào)度；系統(tǒng)初始化時(shí)，負(fù)載控制器定義負(fù)載單元的大小和總數(shù)，所述的負(fù)載單元可以是任何一臺(tái)服務(wù)器物理機(jī)，也可以是能夠動(dòng)態(tài)遷移的虛擬機(jī)系統(tǒng)；該負(fù)載單元可以為用戶提供獨(dú)立的可靠的計(jì)算機(jī)信息和軟件服務(wù)；于此同時(shí)，定義綠色負(fù)載為：由可再生能源驅(qū)動(dòng)的集群所承擔(dān)的所有負(fù)載單元組成的集合；系統(tǒng)初始化后，負(fù)載控制器根據(jù)可再生能源的供給額以及負(fù)載單元的功耗需求來(lái)管理綠色負(fù)載；由于可再生能源輸出具有波動(dòng)性且負(fù)載單元功耗也具有不穩(wěn)定性，負(fù)載控制器需動(dòng)態(tài)決定綠色負(fù)載所包含的負(fù)載單元的數(shù)目和各自的來(lái)源；在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，負(fù)載控制器收集數(shù)據(jù)中心每個(gè)負(fù)載單元反饋的歷史負(fù)荷參數(shù)，并將負(fù)載單元根據(jù)其歷史負(fù)荷參數(shù)動(dòng)態(tài)平均地劃分為若干個(gè)不同的負(fù)載集合。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，負(fù)載控制器采用一種平滑功耗的優(yōu)化方法來(lái)決定綠色負(fù)載的組成(即，上述多個(gè)負(fù)載集合各自對(duì)綠色負(fù)載的貢獻(xiàn))，具體為：定義綠色負(fù)載組合函數(shù)：在公式-1和公式-2中，n表示所劃分的負(fù)載集合的數(shù)目，m表示歷史記錄點(diǎn)的長(zhǎng)度，例如，m＝10表示記錄前10分鐘中各個(gè)分鐘的歷史數(shù)據(jù)；uij表示負(fù)載集合j在第i分鐘的平均利用率；向量[s1s2…sj…sn]表示綠色負(fù)載，其中sj表示綠色負(fù)載中來(lái)自負(fù)載集合j的負(fù)載單元數(shù)目；μ是過(guò)去m分鐘歷史記錄下的平均利用率，μ＝(a1+a2+…am)/m，其中ai為第i分鐘綠色負(fù)載的整體利用率；利用經(jīng)典模擬退火算法求解使得公式1中σ達(dá)到最小值的綠色負(fù)載，照此生成的綠色負(fù)載未來(lái)功耗波動(dòng)的可能性被最小化，從而減輕了負(fù)載轉(zhuǎn)移的開(kāi)銷(xiāo)；在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，控制器動(dòng)態(tài)監(jiān)視可再生能源輸出配額以及綠色負(fù)載的運(yùn)行情況，并對(duì)于可再生能源的隨機(jī)波動(dòng)采取有選擇性的追蹤策略，具體為：如果可再生能源輸出不足以應(yīng)對(duì)綠色負(fù)載的增加，則立刻減少綠色負(fù)載規(guī)模，將超出的相應(yīng)的負(fù)載單元轉(zhuǎn)移到公用電網(wǎng)驅(qū)動(dòng)的集群，以防止系統(tǒng)過(guò)載；如果可再生能源輸出高過(guò)其負(fù)擔(dān)的綠色負(fù)載能耗需求，則僅當(dāng)預(yù)計(jì)轉(zhuǎn)移的負(fù)載單元數(shù)目超過(guò)總數(shù)據(jù)中心服務(wù)器數(shù)目的一定比例時(shí)才啟動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)移，相應(yīng)功耗額度的負(fù)載單元將被增加到綠色負(fù)載中。另外，本發(fā)明提供了一種基于可再生能源的綠色數(shù)據(jù)中心的智能負(fù)載調(diào)度裝置，包括：系統(tǒng)初始化模塊，在系統(tǒng)啟動(dòng)初期定義負(fù)載單元屬性，定義綠色負(fù)載；負(fù)載波動(dòng)分級(jí)模塊，查詢記錄各個(gè)負(fù)載單元的波動(dòng)歷史信息，并動(dòng)態(tài)分級(jí)；負(fù)載調(diào)度優(yōu)化模塊，尋找負(fù)載單元的優(yōu)化組合，即功耗最穩(wěn)定的綠色負(fù)載；負(fù)載調(diào)度實(shí)施模塊，利用最少最近使用算法(LRU)選擇負(fù)載單元，完成負(fù)載轉(zhuǎn)移；緊急情況處理模塊，如果出現(xiàn)不可預(yù)知的過(guò)載，則啟動(dòng)本地備用電源應(yīng)對(duì)。本發(fā)明的一種基于可再生能源的綠色數(shù)據(jù)中心的智能負(fù)載調(diào)度裝置，所含的負(fù)載調(diào)度優(yōu)化模塊，具體包括：負(fù)載預(yù)測(cè)模塊，根據(jù)負(fù)載歷史利用率計(jì)算下一個(gè)周期的負(fù)載單元轉(zhuǎn)移方向和數(shù)目；優(yōu)化分配模塊，利用模擬退火算法尋找使得綠色負(fù)載波動(dòng)最小的組合方式；數(shù)據(jù)輸出模塊，將負(fù)載轉(zhuǎn)移分配方式輸出至外部控制單元。本發(fā)明的一種基于可再生能源的綠色數(shù)據(jù)中心的智能負(fù)載調(diào)度裝置，所述的負(fù)載調(diào)度實(shí)施模塊，具體包括：服務(wù)器集群間調(diào)控模塊，完成集群間的負(fù)載單元轉(zhuǎn)移，監(jiān)視集群間的電能供給成效；服務(wù)器機(jī)柜間調(diào)控模塊，在轉(zhuǎn)移過(guò)程中檢測(cè)負(fù)載功耗，防止本地系統(tǒng)超載。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的基于可再生能源的綠色數(shù)據(jù)中心負(fù)載調(diào)度方法的實(shí)施例的概念圖，該圖描述了兩種不同的實(shí)施方式，一種為基于硬件的實(shí)施方式，一種為基于軟件的實(shí)施方式。圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于可再生能源的綠色數(shù)據(jù)中心負(fù)載調(diào)度方法的流程圖，該圖既...