面向云数据中心节能降耗的网络优化控制技术研究

Massive data centers are the important infrastructures for cloud computing. However, they also bring about tremendous power consumption and considerable electricity expenses for providing cloud services. This project achieves the goal of energy conversation and cost reduction by optimization-based controlling on network and traffic within a single data center and among multiple data centers. On the one hand, we will perform research on reducing the energy consumption of network elements. Specifically, we will research on the energy-aware routing optimization problem in data centers. The sleep scheduling mechanism is employed to minimize the network power consumption while satisfying application demands and guaranteeing network Quality-of-Service. Based on this work, we will continue to research on the energy-aware virtual machine placement optimization problem in data centers. Given total demands of network traffic, the distribution of them in the network can be optimized so as to further leverage the space for energy conservation. On the other hand, we will research on the multiple request dispatching optimization problem among multiple data centers. The total electricity cost is minimized while multiple different constraints, such as energy consumption and electricity price, are all satisfied. In addition to the theoretical research work, we will set up simulation environment and prototyped test-bed to verify the efficacy and efficiency of theoretical results and key techniques. This project has good scientific significance and applicable prospects, and will provide thoughts and approaches for the establishment and development of "Green Data Center".

大型数据中心是实现云计算的重要基础设施，但在提供云服务的同时也带来对电力能源的巨大消耗，以及庞大的电力费用支出。本项目通过对云计算环境下单数据中心内及多数据中心间的网络及网络流进行优化控制，实现节约电力能源和降低电费开销的总体目标。一方面，项目将针对网络元素能耗开展节能研究。具体地，研究数据中心内部能耗感知的网络流优化路由问题，在满足网络应用需求和保障网络服务质量的约束条件下，采用休眠机制最小化网络的能耗开销；在此基础上，研究能耗感知的虚拟机优化部署问题，在网络流量总需求一定的条件下优化流量分布，进一步提升节能空间。另一方面，针对多数据中心间费用感知的多请求优化分发问题进行研究，在满足能耗、价格等多个约束条件的同时最小化总电费开销。在理论研究的同时，将建立仿真环境和原型系统验证理论成果和关键技术的有效性。本项目的研究具有很好的科学意义和应用前景，将为绿色数据中心的建设和发展提供思路和方法。

大型的数据中心对电力资源的巨大消耗及相应庞大的电费支出对云计算和云服务提出了挑战，它已成为高性能计算和网络基础研究领域的重要研究课题，并得到了学术界的持续关注。本项目通过网络优化控制下的电力能源节约和电力费用降低两个关键科学问题的研究，在能耗感知的网络流优化路由、网络设备状态的自适应调整、能耗感知的虚拟机优化部署和费用感知的多请求优化分发等四个方面进行了深入探索；通过理论研究和构建实验系统进行实验验证，在基于数据放置和流量路由综合优化的网络骨干部分节能方法、针对能耗约束下最优接纳控制问题的网络系统动态调度方法、云数据中心内部结合虚拟机放置和网络流路由综合优化方法和分布式云数据中心费用感知的负载分发和计算服务提供方法等四项关键技术方面实现了突破。此外，为了应对技术的快速发展，本项目结合了移动云计算的技术路线进一步对云-端结合的节能降耗问题进行了有益探索和研究扩展，并取得了重要成果。本项目发表了10篇高质量研究论文，其中包括SCI期刊文章8篇，EI期刊文章2篇，含CCF推荐期刊6篇；获得1项授权发明专利；培养1名博士后和5名研究生；为有效解决数据中心的节能降耗问题探索了新的途径。本项目实现了预期的目标。