Tuy ầ ể ự ể ủnhiên, bên cạnh đó, ngành ICT cũng là một trong những nguyên nhân làm tăng lượng CO2trong bầu khí quyể ới hơn 2% lượng COn v 2thải vào bầu khí quyển [ ].7 Trong đó, các Trun
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN NGỌC ANH TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG TRUNG TÂM DỮ LIỆU Chuyên ngành : Kỹ thuật truyền thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC Tiến sĩ Trương Thu Hương HÀ NỘI - 2013 HÀ NỘI - 2013 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131857161000000 Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU .6 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU a) Lý chọn đề tài b) Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng phạm vi nghiên cứu c) Tóm tắt đọng nội dung đóng góp tác giả .8 d) Phương pháp nghiên cứu e) Kết luận LỜI NÓI ĐẦU .10 CHƯƠNG I - TRUNG TÂM DỮ LIỆU: VẤN ĐỀ TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC CẤU TRÚC 12 1.1 Mở đầu 12 1.2 Kiến trúc mạng trung tâm liệu 13 1.2.1 Kiến trúc trung tâm liệu .13 1.2.2 Phân loại trung tâm liệu 20 1.3 Trung tâm liệu xanh 22 1.3.1 Tác động ngành ICT với môi trường .22 1.3.2 Trung tâm liệu xanh 24 1.3.3 Phương pháp tiết kiệm lượng trung tâm liệu xanh 24 CHƯƠNG II – MƠ HÌNH THỬ NGHIỆM 28 2.1 Các công cụ thử nghiệm .28 2.1.1 Công nghệ OpenFlow 28 2.1.2 Môi trường giả lập Mininet 28 2.2.3 Bộ điều khiển NOX .30 2.2.4 Bộ phát lưu lượng D-ITG 31 2.2 Mơ hình thử nghiệm 33 2.3 Mơ hình lưu lượng 40 Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B Luận văn thạc sĩ kỹ thuật CHƯƠNG III – XÂY DỰNG MẠNG TRUNG TÂM DỮ LIỆU VỚI CÁC QUY MÔ KHÁC NHAU 43 3.1 Kịch thử nghiệm 43 3.2 Kết thử nghiệm .44 CHƯƠNG IV – ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ VÀ KHẢ NĂNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG 52 4.1 Kịch thử nghiệm 52 4.2 Kết thử nghiệm 53 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B Luận văn thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mơ hình tổng qt trung tâm liệu 13 Hình 1.2 Mơ hình Trung tâm liệu ba lớp .14 Hình 1.3 Kiến trúc trung tâm liệu điển hình .15 Hình 1.4 Topology Bcube 15 Hình 1.5 Topology DCell 16 Hình 1.6 Topology VL2 17 Hình 1.7 Topology Fattree (Portland) .17 Hình 1.8 Kiến trúc Fat-Tree lớp với k=4 18 Hình 1.9 Lưu lượng thống kê ngày NET NAM 19 Hình 1.10 Lượng CO2 từ thành phần ICT [7] 22 Hình 1.11 Các thành phần tiêu thụ lượng trung tâm liệu 24 Hình 1.12 Mơ hình ElasticTree 25 Hình 2.1 Luồng liệu D-ITG 31 Hình 2.2 Cấu trúc D-ITG 31 Hình 2.3 Sơ đồ khối mơ hình testbed 34 Hình 2.4 Ký hiệu switch host Mininet 38 Hình 2.5 Ký hiệu port switch Mininet 38 Hình 2.6 Giao diện giả lập 39 Hình 2.7 Near Traffic – Lưu lượng chảy qua switch 41 Hình 2.8 Mid traffic - Lưu lượng chảy pod .41 Hình 2.9 Far traffic - Lưu lượng chảy qua pod khác .42 Hình 3.1 Kết thử nghiệm với Near Traffic với quy mô mạng khác 44 Hình 3.2 Kết thử nghiệm với Near Traffic với quy mô mạng khác 45 Hình 3.3 Kết thử nghiệm với MidleTraffic với quy mơ mạng khác 46 Hình 3.4 Kết thử nghiệm với Far Traffic với quy mô mạng khác 47 Hình 3.5 Kết thử nghiệm với Mix Traffic với quy mô mạng khác .48 Hình 3.6 Mức tiết kiệm lượng k thay đổi 49 Hình 3.7 Số lượng switch không hoạt động k thay đổi .50 Hình 3.8 Số lượng switch hoạt động k thay đổi 50 Hình 4.1 Thử nghiệm với k=4 53 Hình 4.2 So sánh độ trễ hai kịch optimizer non-optimizer 53 Hình 4.3 Mức tiết kiệm lượng optimizer non-optimizer .54 Hình 4.4 Mối liên hệ mức độ tiết kiệm lượng, độ trễ tỉ lệ 54 gói optimizer non-optimizer 54 Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình 4.5 Thử nghiệm với k=6 56 Hình 4.6 Độ trễ hai trường hợp Sử dụng Optimizer không sử dụng Optimizer 57 Hình 4.7 Mức tiêu thụ lượng sử dụng thuật toán khác với kịch Near 57 Hình 4.8 Mức tiêu thụ lượng sử dụng thuật toán khác với kịch Middle 57 Hình 4.9 Mức tiêu thụ lượng sử dụng thuật toán khác với kịch Far .58 Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B Luận văn thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Phân loại theo sở hạ tầng .20 Bảng 1.2: Phân loại trung tâm liệu theo đối tượng 21 Bảng 1.3: Các loại trung tâm liệu 22 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa ICT Information Communications Technology QoS Quality of Service IT Information Technology PC Personal Computer ECMP Equal Cost Multi-Path Routing LAs Location specific IP Address AAs Application-specific IP Address P-MAC Pseudo Media Access Control D-ITG Distributed Internet Traffic Generator LAN Local Area Network CNTT Công nghệ thông tin CLI Command Line Interface API Application Programming Interface IDT Inter Departure Time PS TSP EWMA Packet Size Traffic Specification Protocol Exponential Weighted Moving Average Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MỞ ĐẦU a) Lý chọn đề tài Hiện nay, ngành công nghệ thông tin truyền thông (Information Communications Technology - ICT) ngành có vai trị quan trọng đời sống người, góp phần đáng kể vào phát triển nhân loại Tuy nhiên, bên cạnh đó, ngành ICT nguyên nhân làm tăng lượng CO bầu khí với 2% lượng CO2 thải vào bầu khí [7] Trong đó, Trung tâm liệu với hệ thống làm mát, server, thiết bị mạng… góp tới 23% [18] việc sử dụng chưa hợp lý điện gia tăng chi phí nhiên liệu làm cho nhà quản lý phải xem xét lại việc tổ chức vận hành trung tâm liệu cách hiệu Trung tâm liệu xanh theo đời vấn đề nóng bỏng vấn đề tiết kiệm lượng ngày trở nên cấp thiết Việc giảm lượng tiêu thụ trung tâm liệu dẫn đến giảm chi phí hoạt động, mang lại lợi ích cho nhà đầu tư lần người dùng với chi phí dịch vụ giảm, giảm lượng tiêu thụ cịn mang lợi ích to lớn cho mơi trường, giảm hiệu ứng nhà kính Do đó, nghiên cứu giải pháp tiết kiệm lượng cho trung tâm liệu chủ đề thu hút nhiều quan tâm nhà nghiên cứu Tuy nhiên vấn đề tiết kiệm lượng song hành với việc phải đảm bảo chất lượng dịch vụ hệ thống Việc điều khiển tắt bật switch phải trả giá phần QoS Khả tiết kiệm lượng cần cân đối đảm bảo thông số QoS cách hợp lý b) Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng phạm vi nghiên cứu Mục đích: Đưa mối tương quan việc tiết kiệm lượng, mức độ chênh lệch thông số delay, packet loss rate có sử dụng thuật tốn tiết kiệm lượng không sử dụng, dựa hiệu suất sử dụng mạng Qua đánh giá chất lượng dịch vụ hệ thống với quy mô hiệu suất sử dụng mạng khác so với việc tiết kiệm lượng cần phải đánh đổi Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Mạng trung tâm liệu xây dựng môi trường giả lập Mininet gồm Openflow switch điều khiển thơng qua điều khiển NOX với quy mô mạng thay đổi từ 36 đến 208 thiết bị c) Tóm tắt đọng nội dung đóng góp tác giả - Nội dung chính: Bài luận văn tập trung nghiên cứu mơ hình trung tâm liệu phổ biến nay, phân tích trạng sử dụng lượng ngành ITC, giới thiệu công cụ thực mô mạng trung tâm liệu Thực đưa kết nghiên cứu, đo đạc mức độ tiết kiệm lượng trung tâm liệu mô áp dụng thuật toán tối ưu, định tuyến Đồng thời mối quan hệ tiết kiệm lượng với chất lượng dịch vụ đánh đổi chúng - Đóng góp mới: Luận văn đưa phương pháp mô mạng trung tâm liệu với nhiều ưu điểm so với mơ hình ảo hóa khác với việc sử dụng mơi trường giả lập Mininet, công nghệ switch thông minh OpenFlow điều khiển NOX Đồng thời xây dựng mơ hình mạng liệu với quy mơ khác nhau, thay đổi linh hoạt để đáp ứng nhu cầu lưu lượng mạng Luận văn thực kiểm nghiệm, thống kê tiêu chất lượng dịch vụ bên cạnh việc tiết kiệm lượng, qua đánh giá mối liên quan mức độ tiết kiệm lượng QoS hệ thống d) Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu thơng qua tìm hiểu, so sánh, thống kê, đối chiếu, thực mô phỏng, đưa đánh giá việc tiết kiệm lượng so với việc đảm bảo chất lượng dịch vụ e) Kết luận Trong khoảng thời gian ngắn, luận văn dừng lại việc sử dụng môi trường giả lập để mô mạng trung tâm liệu, chưa có điều kiện áp dụng thuật toán tiết kiệm lượng vào thực tế, nhiên luận văn tập trung Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu kỹ thuật lưu lượng đem lại hiệu tiết kiệm lượng trung tâm liệu có kết khả quan: khả tiết kiệm từ 25 – 40% lượng tiêu thụ so với trạng thái hoạt động tối đa thiết bị mạng trung tâm liệu (với quy mô khác từ 36 đến 208 thiết bị), đồng thời biến đổi lượng tiến tới tương đồng với thay đổi lưu lượng Ngoài luận văn đưa kết việc cân đối mức độ tiết kiệm lượng với đảm bảo chất lượng dịch vụ Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B Luận văn thạc sĩ kỹ thuật LỜI NĨI ĐẦU Hiện nay, ngành cơng nghệ thông tin truyền thông (Information Communications Technology - ICT) ngành có vai trị quan trọng đời sống người, góp phần đáng kể vào phát triển nhân loại Tuy nhiên, bên cạnh đó, ngành ICT nguyên nhân làm tăng lượng CO2 bầu khí với 2% lượng CO2 thải vào bầu khí [18] Trong đó, Trung tâm liệu với hệ thống làm mát, server, thiết bị mạng… góp tới 23% [7] việc sử dụng chưa hợp lý điện gia tăng chi phí nhiên liệu làm cho nhà quản lý phải xem xét lại việc tổ chức vận hành trung tâm liệu cách hiệu Trung tâm liệu xanh theo đời vấn đề nóng bỏng vấn đề tiết kiệm lượng ngày trở nên cấp thiết Việc giảm lượng tiêu thụ trung tâm liệu dẫn đến giảm chi phí hoạt động, mang lại lợi ích cho nhà đầu tư lần người dùng với chi phí dịch vụ giảm, khơng giảm lượng tiêu thụ cịn mang lợi ích to lớn cho mơi trường, giảm hiệu ứng nhà kính Do đó, nghiên cứu giải pháp tiết kiệm lượng cho trung tâm liệu chủ đề thu hút nhiều quan tâm nhà nghiên cứu Tập trung vào vấn đề này, tìm hiểu tiến hành giả lập mạng trung tâm liệu, đo đạc thông số lượng chất lượng dịch vụ hệ thống Qua đánh giá mức độ tiết kiệm lượng cần phải đánh đổi với việc đảm bảo chất lượng dịch vụ Trong thời gian làm việc thành viên nhóm Openflow phịng nghiên cứu C9-201, tơi hồn thành đồ án với đề tài: “Tiết kiệm lượng trung tâm liệu” Cấu trúc đồ án Nội dung đồ án trình bày gồm chương với cấu trúc sau: Chương 1: Giới thiệu khái quát cấu trúc trung tâm liệu vấn đề lượng trung tâm liệu 10