云计算数据中心的能耗成本建模与优化研究.pdf

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1、UniversityofScienceandTechnologyofChina博士位论论文题目去计箅救据中心的能耗成本走模与优化研免作者姓名张树‘学科专业控刺理办与控制工程导师姓名杨坚城二〇一五年五月完成时间中神芩在尤大博士学位论文云计算数据中心的能耗成本建模与优化研究作者姓名：张树本学科专业：控制理论与控制工程导师姓名：杨坚副教授完成时间：二〇一五年五月UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor'sdegreeModelingandOptimizationforEne

2、rgyCostofDataCenterinCloudComputingAuthor:ShubenZhangSpeciality:ControlTheory&ControlEngineeringSupervisor:AssociateProf.JianYangFinishedTime:May,2015中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研宄工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研宄成果。与我一同工作的同志对本研宄所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签

3、名：？产如签字日期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。‘公开口保密年作者签名：导师签名签字日期：签字日期：々叫摘要摘要云计算从概念到大规模推广应用，短短数年间获得了迅猛

4、发展。它与诸多行业深度融合，带来了颠覆性的创新，凸显出巨大的应用价值和发展前景。为了满足对计算、存储及网络等资源日益增长的需求，云计算数据中心的规模越来越大，同时也引发了大型数据中心能耗成本居高不下，己经成为制约企业发展的瓶颈。因此，在保证云计算数据中心正常业务开展及安全可靠运行的同时，有效利用能源，最大限度地降低能耗成本，提升市场竞争力，对云服务提供商显得尤为重要。近年来，云计算数据中心能耗成本控制问题己经吸引了工业界和学术界的广泛关注，成为当前的研宄热点。本文研究了大规模云计算数据中心能耗成本的建模、控制和优化问题，这些研宂工作可概括如下：研宄

5、了在开放电能市场环境下，利用系统储能设备（如中多余的容量，最小化云计算数据中心电能成本的问题，并将该优化问题转化为一个折扣成本的马尔可夫决策模型。由于系统负载和电价的先验信息事先未知，我们设计了基于学习的动态能量存储控制策略用于减小电能成本，并运用学习理论加速算法的收敛。同时，我们将该问题所对应的离线优化问题刻画为一个混合整形线性规划（问题，其最优解作为所提出算法的性能边界。最后，基于实际的负载和电价数据集验证了所提出算法的有效性。研究了处于开放电能市场环境中，在任务队列延迟约束条件下，根据负载和电价的波动，通过自适应地调整云计算数据中心中处于休眠

6、激活状态的服务器数，以实现电能成本的最优控制，并将该问题建模为带约束的马尔可夫决策过程。在关于系统随机过程信息可用性的多种假设下，分别研宄了在线优化、学习理论以及离线优化等算法。我们采用对负载分布进行估计，并引入基于的学习算法，该算法能够充分利用所估计的负载分布改善系统性能，提高收敛速度。同时，我们也构造了离线优化模型，其最优解作为所提出学习算法的评价基准。最后，通过设计和执行基于实际负载和电价数据集的实验验证了所提出算法的有效性。为了实现绿色数据中心的目标，在云计算数据中心能耗成本节约问题中引入可再生能源（如太阳能、风能等）。针对负载以及可再生能

7、源的变化，自适应地调整休眠激活服务器数，以减少系统的能耗。本文提出了基于大偏差原理的过载概率估计的自适应服务器资源配置算法，该算法不依赖于负载和可再生能源发电量的先验信息，而是依据当前的观测信息做出决策，并提供以过载概率表示的保证，同时，为了获得较为平滑的服务摘要器资源配置，我们采用迭代策略调整休眠激活服务器的数量。最后，设计并执行了基于集群和集群的实际负载、以及基于的可再生能源发电量数据集的仿真实验，验证了所提出算法的性能。关键词：云计算，数据中心，能耗成本控制，可再生能源，绿色数据中心，大偏差原理，随机优化，强化学习ABSTRACTABSTRA

8、CTAlthoughtheconceptofcloudcomputingappearedonlyafewyearsago,