Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kỹ thuật điện: Nghiên cứu giải pháp tiết kiệm năng lượng trong thiết kế chuyển mạch sử dụng ở trung tâm dữ liệu

Mục tiêu của đề tài là đề xuất các giải pháp tiết kiệm năng lượng và thiết kế chuyển mạch mới có chức năng tiết kiệm năng lượng theo bộ điều khiển NOX hoặc POX; đề xuất giải pháp thiết kế một chuyển mạch tự động tiết kiệm năng lượng theo lưu lượng đầu vào; đề xuất các thuật toán về giới hạn nhỏ nhất, lớn nhất và trung bình của năng lượng tiêu thụ trên các thiết bị mạng dưới lưu lượng tải khác nhau; đề xuất chỉ số công suất trung bình API (Average Power Index) để đánh giá tỉ lệ năng lượng tiết kiệm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kỹ thuật điện: Nghiên cứu giải pháp tiết kiệm năng lượng trong thiết kế chuyển mạch sử dụng ở trung tâm dữ liệu 1 MỞ ĐẦU1. Năng lượng tiêu thụ của thiết bị mạng trong trung tâm dữ liệu Theo các nghiên cứu gần đây, các trung tâm dữ liệu điều tra dân số toàn cầuDynatmics 2012 cho thấy, năng lượng tiêu thụ của các trung tâm dữ liệu giữa các năm 2011và 2012 trên toàn cầu tăng 63%. Năng lượng tiêu thụ của mạng Internet toàn cầu sẽtăng rất nhanh trong thời gian tới 2010 - 2020. Trong đó các thiết bị mạng chiếm từ 20%đến 30% năng lượng tiêu thụ. Chi phí năng lượng cho trung tâm dữ liệu chiếm 44% tổng chiphí hoạt động. Đồng thời, với mức tiêu thụ năng lượng rất lớn, các trung tâm dữ liệu đangthải ra khoảng từ 2% đến 4% lượng khí thải cacbon, với đà phát triển công nghiệp hiện nay,con số đó có thể tăng gấp đôi vào khoảng năm 2020. Một trong những nguyên nhân của tình trạng trên là do mạng Internet nói chung cũngnhư các trung tâm dữ liệu nói riêng được thiết kế để có thể chịu tải tại giờ cao điểm banngày và ban đêm khi lưu lượng tải đạt giá trị cực đại. Tuy nhiên tại các khoảng thời giancòn lại (từ 0am – 6am), lúc này lưu lượng trên mạng thường thấp hơn nhiều so với lưulượng tối đa. Mặt khác các thiết bị mạng hiện nay được thiết kế để có khả năng xử lý tối đalượng tải tại mọi thời điểm. Điều này dẫn đến hiệu năng về mặt năng lượng của các thiết bịmạng hiện nay khá thấp. Ngoài ra, năng lượng tiêu thụ của các thiết bị mạng hiện tại khá tĩnh, nghĩa là nănglượng tiêu thụ của thiết bị trong trạng thái tải thấp, hoặc trạng thái nghỉ cao gần bằng nănglượng tiêu thụ trong trường hợp tải cao. Hầu hết các thiết bị mạng hiện nay không sử dụngnăng lượng một cách hiệu quả. Hiện nay, có một số phương pháp nghiên cứu năng lượng tiêu thụ hợp lý cho chuyểnmạch trong trung tâm dữ liệu. Về cơ bản, phần lớn các phương pháp này được phân loại nhưsau: (1) Tái thiết kế (Re-engineering), (2) Tương thích động (Dynamic adaptation), (3) Chếđộ nghỉ thông minh (Smart sleeping/standby)2. Những vấn đề còn tồn tạiTrong số các công trình nghiên cứu được công bố nói trên, ta nhận ra rằng:  Khó có thể tìm thấy những công trình mang lại cho ta thấy chi tiết về năng lượng tiêu thụ của các thành phần bên trong NetFPGA. Để thiết kế lại các bộ chuyển mạch có khả năng tiết kiệm năng lượng thì hiệu suất năng lượng của các thành phần bên trong các bộ chuyển mạch NetFPGA hiện nay cần được nghiên cứu chi tiết hơn.  Các phương pháp để cải thiện hiệu quả năng lượng được đề xuất trong các công trình công bố trên vẫn còn dưới mức tối ưu bởi vì trong hầu hết kết quả nghiên cứu thích ứng tần số được áp dụng cho một số khối chức năng nhưng không phải cho toàn bộ hệ thống.  Chưa có chỉ số đánh giá rõ ràng mức năng lượng tiêu thụ và năng lượng tiết kiệm tại một mức lưu lượng được sử dụng nhất định. Qua khảo sát về các công trình nghiên cứu trên về tiết kiệm năng lượng trong trung tâmdữ liệu. Ta thấy rằng công trình nghiên cứu về tiết kiệm năng lượng cho thiết bị mạng hiệnnay chưa được quan tâm đúng mức và không có nhiều công trình được công bố trên các tạpchí, hội thảo khoa học trong nước và quốc tế. Mặc dù năng lượng tiêu thụ của các thiết bị 2mạng chiếm không nhỏ khoảng từ 20% đến 30% năng lượng tiêu thụ trong trung tâm dữliệu. Vì vậy, việc “Nghiên cứu giải pháp tiết kiệm năng lượng trong thiết kế chuyển mạchsử dụng ở trung tâm dữ liệu” đã trở thành đề tài mang tính thời sự.3. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu:  Đề xuất các giải pháp tiết kiệm năng lượng và thiết kế chuyển mạch mới có chức năng tiết kiệm năng lượng theo bộ điều khiển NOX hoặc POX. Đề xuất giải pháp thiết kế một chuyển mạch tự động tiết kiệm năng lượng theo lưu lượng đầu vào.  Đề xuất các thuật toán về giới hạn nhỏ nhất, lớn nhất và trung bình của năng lượng tiêu thụ trên các thiết bị mạng dưới lưu lượng tải khác nhau. Đề xuất chỉ số công suất trung bình API (Average Power Index) để đánh giá tỉ lệ năng lượng tiết kiệm.  Đề xuất giải pháp WOL (Wake on Lan) cho chuyển mạch OpenFlow giúp cho việc dễ dàng quản lý và tăng khả năng điều khiển linh hoạt cho chuyển mạch OpenFlow trong trường hợp hệ thống trung tâm dữ liệu có quy mô lớn hoặc khi sự cố xảy ra. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu:  Tập trung vào kiến trúc chuyển mạch OpenFlow trên nền tảng Kit NetFPGA-1G, và bản tin điều khiển OpenFlow được phát triển đầu tiên bởi Đại học Standford.  Tập trung nghiên cứu các thuật toán thuật mô hình hóa năng lượng cho chuyển mạch OpenFLow.  Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm. Phạm vi nghiên cứu:  Nghiên cứu các giải pháp tiết kiệm năng lượng và chức ...