Tiết kiệm năng lượng trong trung tâm dữ liệu

Giới thiệu mô hình trung tâm dữ liệu phổ biến hiện nay, phân tích hiện trạng sử dụng năng lượng trong ngành ITC, các công cụ thực hiện mô phỏng mạng trung tâm dữ liệu, đo đạc mức độ tiết kiệm năng lượng trong trung tâm dữ liệu vừa và nhỏ khi mô phỏng các thuật toán tối ưu, định tuyến

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 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B 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 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 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B 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 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B 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 mơ 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 mơ 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 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B 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 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B 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 Ý nghĩa Ký hiệu 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 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B MỞ ĐẦU a) Lý chọn đề tài Hiện nay, ngành công nghệ thông tin truyền thông (Information Communications Technology - ICT) ngành có vai trò 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 CO 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, 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 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 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B 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 mô 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 mô 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 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B 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 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B 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 CO bầu khí với 2% lượng CO 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, tơi 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 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B  Mix Traffic: Phát-nhận lưu lượng 25% số host k Power Saving 5% 13% 21% Hình 3.5 Kết thử nghiệm với Mix Traffic với quy mô mạng khác 48 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B Nhận xét:  Mức tiết kiệm lượng: Loại lưu lượng k=4 k=6 k=8 Near Traffic 35% 44% 48% Near Traffic 30% 40% 45% Middle Traffic 10% 24% 36% Far Traffic 10% 22% 32% Mix Traffic 5% 13% 21% Số switch k=6 60% k=4 k=8 50% 40% 30% 20% 10% 0% Near Traffic Near Traffic Middle Traffic Loại lưu lượng Far Traffic Mix Traffic Hình 3.6 Mức tiết kiệm lượng k thay đổi  Số lượng Switch không hoạt động: Loại lưu lượng k=4 k=6 k=8 Near Traffic 7/20 20/45 39/80 Near Traffic 6/20 18/45 36/80 Middle Traffic 2/20 11/45 29/80 Far Traffic 2/20 10/45 26/80 Mix Traffic 1/20 6/45 17/80 49 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B k=6 Số switch 45 40 35 30 25 20 15 10 Near Traffic Near Traffic k=4 Middle Traffic Loại lưu lượng k=8 Far Traffic Mix Traffic Hình 3.7 Số lượng switch khơng hoạt động k thay đổi  Số lượng Switch hoạt động: Loại lưu lượng k=4 k=6 k=8 Near Traffic 13/20 25/45 41/80 Near Traffic 14/20 27/45 44/80 Middle Traffic 18/20 34/45 51/80 Far Traffic 18/20 35/45 54/80 Mix Traffic 19/20 39/45 63/80 k=6 Số switch 70 k=4 k=8 60 50 40 30 20 10 Near Traffic Near Traffic Middle Traffic Loại lưu lượng Far Traffic Mix Traffic Hình 3.8 Số lượng switch hoạt động k thay đổi 50 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B  Nhận xét: Với loại lưu lượng phát đi, dung lượng link: - Khi tham số k topology FatTree thay đổi, quy mô mạng (số thiết bị, số kết nối…) thay đổi theo (tỉ lệ thuận): k tăng => quy mô mạng lớn - Đường thay đổi lượng biến đổi theo thay đổi lưu lượng - Khó khăn việc mở rộng quy mơ mạng: o Cần tối ưu code thiết lập mạng với quy mơ lớn (k=8), q trình xây dựng, phải thay đổi code cho phù hợp với số lượng thiết bị mạng o Cấu hình máy đáp ứng khả giả lập với quy mô lớn tương đối cao, đòi hỏi CPU tốc độ lớn, dung lượng RAM cao (4GB trở lên) o Với quy mô mạng lớn, thời gian thu thập kết cao (tính từ thời điểm khởi chạy topo mạng phát xong luồng lưu lượng) Sử dụng Server có cấu hình CPU Intel® Xeon® Processor Quad-core 1.3 GHz, RAM 2GB, thời gian hoàn thành kết nối host (gửi lệnh ping thành công host mạng) khoảng 30-40 phút 51 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B CHƯƠNG IV – ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ VÀ KHẢ NĂNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG Sự đánh đổi chất lượng dịch vụ mức độ tiết kiệm lượng hệ thống? Khi module điều khiển NOX khởi chạy, thiết bị trung tâm liệu (OpenFlow switch) nhận lệnh từ điều khiển, thực thuật toán tối ưu định tuyến, tự động hoạt động chế độ nghỉ (idle) với mức tiêu thụ điện thấp (hoặc tắt hẳn – môi trường giả lập Mininet) để đáp ứng nhu cầu lưu lượng Qua đó, tiết kiệm lượng tiêu thụ hệ thống với mức tiết kiệm từ 5-48% với quy mô khác mạng (Chương 3) Tuy nhiên, việc cố gắng tiết kiệm lượng mạng cách tắt/ bật thiết bị liên tục, đồ hình mạng liên tục thay đổi, đồng thời đặt câu hỏi việc đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS), mối liên qua mức độ tiết kiệm lượng QoS ? Chính sách tiết kiệm lượng cần cân QoS nào? Tiết kiệm lượng mức không ảnh hưởng tới QoS ? Chương với thực nghiệm, đo đạc cụ thể thông số QoS tập trung trả lời câu hỏi 4.1 Kịch thử nghiệm - Mô trung tâm liệu hai trường hợp: sử dụng module Optimizer không sử dụng Optimizer với quy mô mạng khác (16 host 54 host), thu thập kết QoS (thời gian gói tin truyền từ host gửi đến host nhận) so sánh với mức tiết kiệm lượng, thời gian tương ứng Qua đánh giá đánh đổi hai thơng số mức độ tiết kiệm lượng chất lượng dịch vụ - Mức độ sử dụng mạng (Network utilization), tăng dần đến 100% (tất host đền phát lưu lượng với tốc độ tối đa link - Thu thập liệu Delay, Packet Loss Rate, Saving host nhận để phân tích, đánh giá kết cách lấy giá trị trung bình tham số cho tồn mạng 52 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B 4.2 Kết thử nghiệm  k= (16 host) Hình 4.1 Thử nghiệm với k=4 Optimizer : topo sử dụng optimizer tắt bật switch phù hợp để tiết kiệm lượng cho trung tâm giữ liệu Non-Optimizer: topo không sử dụng optimizer nên switch bật hoạt động tối đa công suất Optimzer Delay (ms) 30 Non- Optimizer 25 20 15 10 0% 20% 40% 60% Mức độ sử dụng mạng 80% 100% Hình 4.2 So sánh độ trễ hai kịch optimizer non-optimizer 53 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B Mức tiết kiệm lượng Non-Optimizer 40% Optimzer 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 0% 20% 40% 60% 80% Mức sử dụng mạng 100% Hình 4.3 Mức tiết kiệm lượng optimizer non-optimizer Saving(%) % / ms / % 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 0% 10% 20% 30% 40% 50% PLR (%) 60% Delay (ms) 70% 80% 90% 100% Mức sử dụng mạng Hình 4.4 Mối liên hệ mức độ tiết kiệm lượng, độ trễ tỉ lệ gói optimizer non-optimizer 54 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B Nhận xét: - Với k=4 Packet loss rate Network utilization 70% đạt 0% - Khi Network Utilization đạt 70% trở lên bắt đầu có gói - Delay trung bình tăng dần Network Utilization tăng, mức độ tiết kiệm lượng giảm dần từ 35% đến 10% - Đánh đổi mức tiết kiệm lượng chất lượng dịch vụ: o Khi sử dụng Optimizer, với mức độ sử dụng mạng 60%, lượng tiết kiệm từ 10% - 35% mà hồn tồn khơng có chênh lệch chất lượng dịch vụ (tỉ lệ gói, độ trễ hai trường hợp sử dụng không sử dụng Optimizer) o Khi mức độ sử dụng mạng tăng cao (60%-100%), có chênh lệch QoS không lớn (cao 6ms delay; 1,8 % tỉ lệ gói), mức tiết kiệm lượng đạt từ 10%-15%  Khi sử dụng Optimizer lượng tiết kiệm từ 10%-35% phải trả giá so với không dùng Optimzer 6ms delay 1,8% tỉ lệ gói 55 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B  k=6 (54 host) So sánh kết tiết kiệm lượng tiêu thụ sử dụng thuật toán tiết kiệm lượng khác với kịch Near, Middle, Far Mix Thông số: - % Power Optimizer: Năng lượng tiêu thụ sử dụng Optimizer - % Power LSA : Năng lượng tiêu thụ sử dụng dự đốn thích ứng lưu lượng Link Sate Adaptive - % Pmax : Năng lượng tiêu thụ topo phải bật tất switch Kịch bản: phát lưu lượng DITG dạng log-normal - Near : phát hosts Edge - Middle : phát lưu lượng hosts Pod - Far : phát lưu lượng hosts khác Pod - Mix : tổng hợp kiểu phát Hình 4.5 Thử nghiệm với k=6 56 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B Delay (ms) Optimzer 12 10 Non-Optimzer 0% 20% 40% 60% 80% Mức độ sử dụng mạng 100% %Power Optimizer %Power LSA %Pmax Network Utilization 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Network Utilization (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 26 50 74 98 122 146 170 194 218 242 266 290 314 338 362 386 410 434 458 482 506 530 554 578 602 626 650 674 698 722 746 Network power consumption (%) Hình 4.6 Độ trễ hai kịch Sử dụng Optimizer không sử dụng Optimizer Time (s) %Power Optimizer %Power LSA %Pmax Network Utilization 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Network Utilization (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 50 98 146 194 242 290 338 386 434 482 530 578 626 674 722 770 818 866 914 962 1010 1058 1106 1154 1202 1250 1298 1346 1394 1442 1490 1538 1586 Network power consumption (%) Hình 4.7 Mức tiêu thụ lượng sử dụng thuật tốn khác với kịch Near Time (s) Hình 4.8 Mức tiêu thụ lượng sử dụng thuật toán khác với kịch Middle 57 %Power LSA %Pmax Network Utilization 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 58 114 170 226 282 338 394 450 506 562 618 674 730 786 842 898 954 1010 1066 1122 1178 1234 1290 1346 1402 1458 1514 1570 1626 1682 1738 1794 1850 Network power consumption (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 %Power Optimizer Network Utilization (%) Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B Time (s) %Power Optimizer %Power LSA %Pmax Network Utilization 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Network Utilization (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 58 114 170 226 282 338 394 450 506 562 618 674 730 786 842 898 954 1010 1066 1122 1178 1234 1290 1346 1402 1458 1514 1570 1626 1682 1738 1794 1850 Network power consumption (%) Hình 4.9 Mức tiêu thụ lượng sử dụng thuật toán khác với kịch Far Time (s) Hình 4.5 Mức tiêu thụ lượng sử dụng thuật toán khác với kịch Mix Nhận xét: - Trong trường hợp k=6, độ chênh lệch sử dụng Optimizer không sử dụng cao ms (so với mức 1ms trường hợp k=4), độ chênh lệch khơng cao, nhiên có mức độ tiết kiệm lượng đạt tới 25%-40% => đánh đổi chấp nhận - Khi sử dụng LSA (Link Sate Adaptive) tất kịch phát khác tỉ lệ phần trăm tiêu thụ lượng LSA thấp so với Optimizer tiết kiệm nhiều so với chế độ bật tất switch (từ 25% 40%) 58 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Vấn đề trung tâm liệu xanh đề tài nóng cộng đồng nghiên cứu mạng máy tính khắp giới Sau khoảng thời gian nỗ lực thân thành viên nhóm nghiên cứu Openflow, dựa kết có cộng đồng mã nguồn mở (các công cụ OpenFlow, NOX, Mininet…) nhóm nghiên cứu tiếp tục phát triển mơ hình tiết kiệm lượng mạng trung tâm liệu kết hợp với module tối ưu hóa topo mạng (Optimizer) nhằm giải vấn đề tiết kiệm lượng Phương pháp thử nghiệm cách chạy giả lập mơ hình mạng trung tâm liệu (với kiến trúc mạng điển hình Fat-Tree) cơng cụ Mininet sau tiến hành đo đạc lượng dựa việc gửi luồng liệu mạng So sánh trường hợp sử dụng tối ưu hóa khơng sử dụng tối ưu hóa Thử nghiệm đưa thơng số việc cân nhắc đánh đổi mức độ tiết kiệm lượng tỉ lệ gói tồn mạng hai trường hợp Với mức tiết kiệm 25% - 40% lượng điện tiêu thụ, phải trả giá gần 1.8% tỉ lệ gói tồn mạng khoảng 4ms delay trung bình Tỉ lệ khơng cao cần tối ưu tương lai để tăng mức tiết kiệm điện đồng thời tăng chất lượng dịch vụ cao Khi thu kết khả quan với việc sử dụng tối ưu, nhóm nghiên cứu tiếp tục tiến hành mô với quy mô khác trung tâm liệu Kết thu cho thấy mở rộng quy mô mạng, mức độ tiết kiệm lượng cao, mật độ lưu lượng mạng lớn, mức tiết kiệm lượng nhỏ thay đổi lượng mạng tiến sát với thay đổi lưu lượng Mặc dù vậy, hạn chế vầ thời gian điều kiện thiết bị phần cứng nên việc đưa mơ hình testbed với trung tâm liệu thật chưa thực Trong tương lai, hướng triển khai tinh chỉnh, tối ưu thuật toán thử nghiệm đưa áp dụng vào mạng trung tâm liệu vừa nhỏ 59 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B TÀI LIỆU THAM KHẢO Albert Greenberg, James R Hamilton, Navendu Jain, Srikanth Kandula, Changhoon Kim, Parantap Lahiri, David A Maltz, Parveen Pat (2009), “VL2: A Scalable and Flexible Data Center Network”, In SIGCOMM 2009 http://ccr.sigcomm.org/online/files/p39.pdf Bob Lantz, Brandon Heller, Nick McKeown, (2010), “A Network in a Laptop: Rapid Prototyping for Software-Defined Networks” http://conferences.sigcomm.org/hotnets/2010/papers/a19-lantz.pdf Brandon Heller, Srini Seetharaman, Priya Mahadevan, Yiannis Yiakoumis, Puneet Sharma, Sujata Banerjee, Nick McKeown, (2010), “ElasticTree: saving energy in data center networks” http://www.usenix.org/event/nsdi10/tech/full_papers/heller.pdf Chuanxiong Guo, Haitao Wu, Kun Tan, Lei Shiy, Yongguang Zhang, Songwu Lu, (2009) "BCube: A High Performance, Server-centric Network Architecture for Modular Data Centers" SIGCOMM 2009 http://research.microsoft.com/pubs/81063/comm136-guo.pdf Chuanxiong Guo, Haitao Wu, Kun Tan, Lei Shiy, Yongguang Zhang, Songwu Lu, (2009) "DCell: A scalable and Fault-Tolerant Network Structure for Data Centers" SIGCOMM 2009 http://ccr.sigcomm.org/online/files/p75-guoA.pdf D-ITG Website: http://traffic.comics.unina.it/software/ITG/ truy cập cuối ngày 15/06/2013 Kumar, Rakesh and Mieritz, Lars (2007) “Conceptualizing Green IT and data centre power and cooling issues”, Gartner Research Paper No G00150322 Laiquan Han, Jinkuan Wang and Cuirong Wang, “A Novel Multipath Load Balancing Algorithm in Fat-Tree http://www.springerlink.com/content/61865202p57u8805/ 60 Data Center” Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B Mininet Website http://mininet.org/ truy cập ngày 13/06/2013 10 Mohammad Al-Fares, Alexander Loukissas, Amin Vahdat, “A scalable, Commodity Data Center Network Architecture” In SIGCOMM 2008 http://ccr.sigcomm.org/online/files/p51.pdf 11 NOX Website: http://noxrepo.org/wp/ 12 OpenFlow Switch Specification, Version 0.9.0 http://www.openflow.org/documents/openflow-spec-v0.9.0.pdf 13 Openflow website: http://www.openflow.org/ truy cập khả dụng ngày 13/06/2013 14 Petar Cisar, Sasa Bosnjak and Sanja Maravic Cisar, (2010) “EWMA Algorithm in Network Practice" 15 Radhika Niranjan Mysore, Andreas Pamboris, Nathan Farrington, Nelson Huang, Pardis Miri, Sivasankar Radhakrishnan, Vikram Subram, (2009) "PortLand: A Scalable Fault- Tolerant Layer Data Center Network Fabric" In SIGCOMM 2009 http://ccr.sigcomm.org/online/files/p39.pdf 16 Theophilus Benson, Aditya Akella, David A Maltz “Network Traffic Characteristics of Data Centers in the Wild” Proceeding IMC '10 Proceedings of the 10th annual conference on Internet measurement 17 TIA- 942 Standard for Data Center http://www.datacentertalk.com/2012/01/tia942-provides-data-center-infrastructure-standards/ 18 Website http://mobile.thesaigontimes.vn/ArticleDetail.aspx?id=26786 truy cập khả dụng ngày 13/06/2013 19 Website Lognormal distribution Available: http://en.wikipedia.org/wiki/Lognormal_distribution truy cập khả dụng ngày 15/06/2013 61 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Ngọc Anh – KTTT1 – 2011B 20 Website http://www.thegreengrid.org/~/media/WhitePapers/Green_Grid_Guidelines_WP pdf?lang=en truy cập khả dụng ngày 13/06/2013 21 Yunfei Shang, Dan Li, Mingwei Xu, (2010) “Energy-aware Routing in Data Center Network” Green Networking '10 Proceedings of the first ACM SIGCOMM workshop on Green networking, p-1-8 62 ... loại trung tâm liệu: Bảng 1.3: Các loại trung tâm liệu Trung tâm liệu loại nhỏ Trung tâm liệu loại vừa Trung tâm liệu loại lớn Trung tâm liệu trường học Có Khơng Khơng Trung tâm liệu doanh nghiệp... tiêu thụ lượng thành phần trung tâm liệu [20] Hình 1.11 Các thành phần tiêu thụ lượng trung tâm liệu 1.3.2 Trung tâm liệu xanh Trung tâm Dữ liệu Xanh (Green Datacenter) Trung tâm Dữ liệu mà hệ... loại trung tâm liệu sau: • Trung tâm liệu trường đại học • Trung tâm liệu doanh nghiệp • Trung tâm liệu điện toán đám mây Bảng 1.2: Phân loại trung tâm liệu theo đối tượng Đặc điểm Trung tâm liệu