一種數(shù)據(jù)中心需量電費(fèi)優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電量計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)據(jù)中心需量電費(fèi)優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)據(jù)中心由IT設(shè)備、能量傳輸系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)三個(gè)部分構(gòu)成。從數(shù)據(jù)中心的角度 可分為節(jié)點(diǎn)級(jí)、數(shù)據(jù)中心級(jí)和跨數(shù)據(jù)中心三個(gè)層級(jí)，從軟硬件的角度可分為硬件級(jí)和算法 級(jí)兩個(gè)層級(jí)，已有的優(yōu)化方法包括調(diào)整運(yùn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)、DVFS(調(diào)整動(dòng)態(tài)電壓頻率）、負(fù)載分配、 使用可再生能源、與電網(wǎng)交互、使用不間斷電源等。
[0003] 其中，節(jié)點(diǎn)是數(shù)據(jù)中心的基本運(yùn)行單元，運(yùn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)是能耗費(fèi)用優(yōu)化模型中的決 定變量，根據(jù)負(fù)載動(dòng)態(tài)調(diào)整運(yùn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)是數(shù)據(jù)中心級(jí)能耗優(yōu)化的主要方法。CPU是服務(wù)器 中功率最大的器件，通過(guò)對(duì)其能耗進(jìn)行控制可以對(duì)數(shù)據(jù)中心的能耗進(jìn)行節(jié)點(diǎn)級(jí)控制，使用 DVFS技術(shù)可通過(guò)調(diào)節(jié)電壓和頻率對(duì)CPU的運(yùn)行功率進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，但會(huì)對(duì)節(jié)點(diǎn)性能造成一 定影響。負(fù)載分配方法是數(shù)據(jù)中心能耗費(fèi)用優(yōu)化模型中的決定變量，在電價(jià)隨地理位置和 時(shí)間波動(dòng)的智能電網(wǎng)環(huán)境下，負(fù)載在何時(shí)、何地運(yùn)行決定了數(shù)據(jù)中心的能耗費(fèi)用，對(duì)負(fù)載進(jìn) 行分配控制會(huì)影響電網(wǎng)穩(wěn)定性，造成負(fù)載不均衡、實(shí)時(shí)性差等。對(duì)于交互式類型的負(fù)載，隨 著負(fù)載執(zhí)行比率增加，服務(wù)質(zhì)量的提高越來(lái)越緩慢，因此降低少許服務(wù)性能即可大幅降低 數(shù)據(jù)中心的能耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)據(jù)中心需量電費(fèi)優(yōu)化方法，其 通過(guò)減少數(shù)據(jù)中心的峰值用電量，從而降低用電費(fèi)用。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] 一種數(shù)據(jù)中心需量電費(fèi)優(yōu)化方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟一：判斷外部負(fù)載量λ (t)的數(shù)值是否不全為0,若是，則進(jìn)入步驟二，否則， 重復(fù)步驟一，其中，以t為時(shí)間段，t的時(shí)長(zhǎng)為M分鐘，將一天劃分為N個(gè)時(shí)間段，t e {1，… T}, T = N ；
[0008] 步驟二：獲取外部負(fù)載量λ (t)數(shù)值中的最大值λ _(t)，并將數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行模 式X(t)設(shè)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(duì)應(yīng)不同服務(wù)質(zhì)量的情況下的執(zhí)行比率，并 根據(jù)公式三：
求得最小的運(yùn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)111_(〇,其中，Q(a (t))為 服務(wù)質(zhì)量，a (t)為執(zhí)行比率，D為負(fù)載響應(yīng)時(shí)間，μ為節(jié)點(diǎn)服務(wù)率，m(t)為運(yùn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)，， 之后將λ (t)設(shè)置為I ;否則，將運(yùn)行模式X(t)設(shè)置為I ;
[0010] 步驟四：將運(yùn)行模式x(t)、最小的運(yùn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)m_(t)代入公式
中得到需量電費(fèi)和用量電費(fèi)，其中，F(xiàn)為節(jié)點(diǎn)運(yùn)行 功率，Pd為需量?jī)r(jià)格，P E為用量?jī)r(jià)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(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：
[0013] 本發(fā)明綜合考慮需量費(fèi)用和用量費(fèi)用，計(jì)費(fèi)模式符合數(shù)據(jù)中心的實(shí)際情況，將數(shù) 據(jù)中心電費(fèi)優(yōu)化劃分為降低峰值功率和降低用電量?jī)蓚€(gè)問(wèn)題，運(yùn)行節(jié)點(diǎn)處于滿負(fù)載的狀 態(tài)，避免空閑節(jié)點(diǎn)的電量消耗，提高節(jié)點(diǎn)的利用率。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為本發(fā)明的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面，結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述：
[0016] 參見(jiàn)圖1，本發(fā)明提供一種數(shù)據(jù)中心需量電費(fèi)優(yōu)化方法，其包括步驟如下：
[0017] 步驟Sl :獲取外部負(fù)載量λ (t)并判斷外部負(fù)載量λ (t)的數(shù)值是否不全為0,若 是，則進(jìn)入步驟s2,否則，重復(fù)步驟si ;判斷外部負(fù)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(fù)載量λ (t)的數(shù)值進(jìn)行相加與0比較即可判斷；本步驟中，其中，以t為 一個(gè)時(shí)間段，t的時(shí)長(zhǎng)為M分鐘，將一天劃分為N個(gè)時(shí)間段，t e {1，…T}，T = N;
[0018] 步驟s2 :獲取外部負(fù)載量λ⑴數(shù)值中的最大值A(chǔ)nax(t)，并將數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行模 式X(t)設(shè)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(fù)載響應(yīng)時(shí)間D、節(jié)點(diǎn)服務(wù)率μ、運(yùn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)m(t)得到最小的運(yùn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)!11_(〇,之后將 λ (t)設(shè)置為1 ;否則，將運(yùn)行模式X (t)設(shè)置為1 ;
[0020] 具體來(lái)講，步驟S3中，其得到最小的運(yùn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)!11_(〇首先要根據(jù)公式二：
求得對(duì)應(yīng)不同服務(wù)質(zhì)量的情況下的執(zhí)行比率，并根據(jù)公 求得最小的運(yùn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)πνιηα)，其中，Q(a (t))為服務(wù)質(zhì) 量，a (t)為執(zhí)行比率；
[0021] 步驟s4 :將運(yùn)行模式X(t)、最小的運(yùn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)m_(t)代入公式
中得到需量電費(fèi)和用量電費(fèi)，其中，F(xiàn)為節(jié)點(diǎn)運(yùn)行 功率，Pd為需量?jī)r(jià)格，P E為用量?jī)r(jià)格。
[0022] 本實(shí)施例米用非連續(xù)時(shí)間模型，優(yōu)選以15分鐘為一個(gè)時(shí)間段，將一天劃分為96個(gè) 時(shí)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(gòu)節(jié)點(diǎn)組成，時(shí)間 段t的運(yùn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)目由負(fù)載大小以及能耗優(yōu)化策略決定，節(jié)點(diǎn)一旦運(yùn)行即處于滿負(fù)荷運(yùn)行 狀態(tài)，因此每個(gè)節(jié)點(diǎn)的功耗相同。
[0023] 數(shù)據(jù)中心將用戶服務(wù)質(zhì)量分為高質(zhì)量和低質(zhì)量?jī)煞N類別，Q(a (t))為服務(wù)質(zhì)量，設(shè) 置高質(zhì)量的服務(wù)質(zhì)量為〇. 99,低質(zhì)量的服務(wù)質(zhì)量為0. 8,運(yùn)行模式X(t)設(shè)置為1或者0,是決 定變量。當(dāng)X⑴=1時(shí)，服務(wù)質(zhì)量為0. 99,當(dāng)X (t) = 0時(shí)，服務(wù)質(zhì)量為0. 8,根據(jù)服務(wù)質(zhì)量 可以求得其對(duì)應(yīng)的執(zhí)行比率，

說(shuō)明只需略微降低服務(wù)質(zhì)量可以大幅降低執(zhí)行比率。設(shè)置時(shí)間段 t的外部負(fù)載量為λ (t)，負(fù)載的平均等待時(shí)間
設(shè)定負(fù)載響應(yīng)時(shí)間為D 后，可以得到
根據(jù)該公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到m(t)與X(t)和λ (t) 的關(guān)系如下：
[0025] 用電的總費(fèi)用TC(t)由需量費(fèi)用DC(t)和用量費(fèi)用EC(t)兩部分構(gòu)成，如下所示：
[0027] 能耗費(fèi)用包含用戶為其消耗電量（KWh)支付的用量費(fèi)用和為其峰值功率（KW)支 付的需量費(fèi)用兩種部分，DC(t)為所有時(shí)間段t中數(shù)據(jù)中心的最大平均功率，EC(t)為總計(jì) 費(fèi)時(shí)間內(nèi)用戶消耗的電量，F(xiàn)為節(jié)點(diǎn)運(yùn)行功率，需量費(fèi)用DC(t)為數(shù)據(jù)中心在T個(gè)時(shí)間段中 的最大功率與需量?jī)r(jià)格Pd的乘積，由于處于運(yùn)行狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)功率相同，因此該時(shí)間段t內(nèi) 數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行功率由運(yùn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)m(t)決定，因而對(duì)于數(shù)據(jù)中心能耗費(fèi)用的優(yōu)化問(wèn)題Pl 可以表示為
令厶=?\?[)，8 = 0.25\?\卩\兩者皆 為常數(shù)，由于時(shí)間間隔為15分鐘，計(jì)算15分鐘的用量費(fèi)用的數(shù)B需要帶有系數(shù)0. 25,將數(shù) 據(jù)中心能耗費(fèi)用的優(yōu)化問(wèn)題Pl轉(zhuǎn)換為P2表示

是需量費(fèi)用DC⑴，為了降低需量費(fèi)用需要減少所有時(shí)間段 中運(yùn)行節(jié)點(diǎn)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(shuō)明書(shū) 4/4 頁(yè)
的前提下，依次將外部負(fù)載量λ (t)的數(shù)值較大時(shí)間段的 X(t)設(shè)置為0,逐漸減小即可求得
是用量電 費(fèi)EC(t)，為了降低用量電費(fèi)，需要減少所有時(shí)間段的運(yùn)行節(jié)點(diǎn)總數(shù)根據(jù)公式
可得
將 {λ (1)，…λ (T)}降序排列，在滿足服務(wù)質(zhì)量約束條件（1)的前提下，依次將λ (t)數(shù)值較 大時(shí)間段的x(t)設(shè)置為0,即可求得
0
[0029] m(t)和X(t)是兩組決定變量，運(yùn)行節(jié)點(diǎn)處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)公式
當(dāng)確定了外部負(fù)載量λ (t)和數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行模式 X (t)，即可求得時(shí)間段t的最小運(yùn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)m (t)的數(shù)值，再根據(jù)上述的電費(fèi)求解過(guò)程，可以 根據(jù)決定變量的數(shù)值求解數(shù)據(jù)中心電費(fèi)的最小值。
[0030] 本實(shí)施例中的負(fù)載響應(yīng)時(shí)間D、節(jié)點(diǎn)服務(wù)率μ、節(jié)點(diǎn)運(yùn)行功率F、需量?jī)r(jià)格Pd以及 用量?jī)r(jià)格Pe均是事先設(shè)定的，是已知參數(shù)。
[0031] 對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種 相應(yīng)的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍 之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種數(shù)據(jù)中心需量電費(fèi)優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟一：判斷外部負(fù)載量λ (t)的數(shù)值是否不全為0,若是，則進(jìn)入步驟二，否則，重復(fù) 步驟一，其中，以t為一個(gè)時(shí)間段，t的時(shí)長(zhǎng)為M分鐘，將一天劃分為N個(gè)時(shí)間段，t e {1，… T}, T = N ； 步驟二：獲取外部負(fù)載量λ (t)數(shù)值中的最大值λ_α)，并將數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行模式 χα)設(shè)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(duì)應(yīng)不同服務(wù)質(zhì) 量的情況下的執(zhí)行比率，并根據(jù)公式三：求得最小的運(yùn)行節(jié)點(diǎn) 數(shù)!11_(〇,其中，Q(a (t))為服務(wù)質(zhì)量，α⑴為執(zhí)行比率，D為負(fù)載響應(yīng)時(shí)間，μ為節(jié)點(diǎn)服 務(wù)率，m(t)為運(yùn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)，之后將λ⑴設(shè)置為1 ;否則，將運(yùn)行模式X(t)設(shè)置為1 ; 步驟四：將運(yùn)行模式X(t)、最小的運(yùn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)m_(t)代入公式中得到需量電費(fèi)和用量電費(fèi)，其中，F(xiàn)為節(jié)點(diǎn)運(yùn)行 功率，Pd為需量?jī)r(jià)格，P E為用量?jī)r(jià)格。2. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)中心需量電費(fèi)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(fèi)優(yōu)化方法，包括判斷外部負(fù)載量λ(t)的數(shù)值是否不全為0；獲取外部負(fù)載量λ(t)數(shù)值中的最大值λmax(t)，并將數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行模式X(t)設(shè)置為0；判斷λmax(t)是否滿足公式一：若是，則根據(jù)負(fù)載響應(yīng)時(shí)間D、節(jié)點(diǎn)服務(wù)率μ、運(yùn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)m(t)得到最小的運(yùn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)mmin(t)，之后將λ(t)設(shè)置為1；否則，將運(yùn)行模式X(t)設(shè)置為1；將運(yùn)行模式X(t)、最小的運(yùn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)mmin(t)代入公式<maths num="0001"></maths>中得到需量電費(fèi)和用量電費(fèi)，其中，F(xiàn)為節(jié)點(diǎn)運(yùn)行功率，PD為需量?jī)r(jià)格，PE為用量?jī)r(jià)格。本發(fā)明綜合考慮需量費(fèi)用和用量費(fèi)用，計(jì)費(fèi)模式符合數(shù)據(jù)中心的實(shí)際情況，將數(shù)據(jù)中心電費(fèi)優(yōu)化劃分為降低峰值功率和降低用電量?jī)蓚€(gè)問(wèn)題，運(yùn)行節(jié)點(diǎn)處于滿負(fù)載的狀態(tài)，避免空閑節(jié)點(diǎn)的電量消耗，提高節(jié)點(diǎn)的利用率。
【IPC分類】G06Q30/02, G06Q10/04, G06Q50/06
【公開(kāi)號(hào)】CN105184389
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510476883
【發(fā)明人】黃焱, 王鵬, 謝高輝
【申請(qǐng)人】廣州五舟科技股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年8月6日