CN105429766A - 一种云计算数据中心能耗优化方法 - Google Patents

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邓玉成
李洁
葛莉莉
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Shanghai Science And Technology Network Communication Co Ltd
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/02—Details
    • H04L12/12—Arrangements for remote connection or disconnection of substations or of equipment thereof

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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Abstract

本发明公开一种云计算数据中心能耗优化方法，在云计算数据中心的各个节点收集流量信息；计算出各网络节点的流量矩阵；然后依照网络流的信息，以及云计算数据中心网络的拓扑特点，从网络中选出满足网络工作负载需求的网络子集，进行路由设计；根据网络子集信息，进行Load-Balanced交换机能耗优化。本发明可以充分利用路由信息，实现关闭交换机来降低能耗，本发明可以和现有基于关闭服务器节点的节能方案结合使用。

Description

一种云计算数据中心能耗优化方法
技术领域
本发明属于云计算数据中心网络领域，具体涉及一种云计算数据中心能耗的优化方法。
背景技术
由大规模的服务器互联构建的云计算数据中心，可以提供可靠并且可扩展的基础服务。云计算数据中心中部署的应用，具有高容错率，并且可以实现高吞吐量的应用数据访问。
但是，云计算数据中心运行需要消耗大量的能量。高能耗已经成为大型云计算数据中心面临的问题之一。减少云计算数据中心的能耗，可以节约云计算数据中心的运营成本。
能量的消耗可以大致分为两个部分：工作能耗和冷却能耗。这两种能耗都受到工作负载的影响。因此，为了降低云计算数据中心的能耗，可以从云计算数据中心负载优化入手。现有的技术主要包括根据负载，关闭空闲的服务器节点、以及关闭空闲的交换机节点等。
云计算数据中心大部分时间处于工作负载远低于峰值的状态。网络中的流量每时每刻都在变化。但是在大部分的时间里，网络的流量需求可以被网络中的链路和交换机的一个子集所满足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是设计一种云平台中的行为检测系统，基本思路是将整个云平台的防御由多个种类不同的行为检测系统来负责，并统一进行管理调配，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种云计算数据中心能耗优化方法，（1）在云计算数据中心的各个节点收集流量信息；计算出各网络节点的流量矩阵；（2）然后依照网络流的信息，以及云计算数据中心网络的拓扑特点，从网络中选出满足网络工作负载需求的网络子集，进行路由设计；（3）根据网络子集信息，进行Load-Balanced交换机能耗优化。
作为本发明的优选方案：（1）定义交换机端口和缓冲区的三种状态：关闭，活动，睡眠；（2）当该交换机端口没有工作负载时，可以将其切换到睡眠状态；当该端口有数据包要传输或者将有数据包要传输，以及该端口有数据包到达或者将有数据包到达时，该端口处于活动状态；（3）交换机中处于活动状态的缓冲区的个数为：max，可以将剩余的未用到的缓冲区切换到睡眠状态。
作为本发明的优选方案：所述max为活动输入端口和活动输出端口。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可以充分利用路由信息，实现关闭交换机来降低能耗，本发明可以和现有基于关闭服务器节点的节能方案结合使用。
附图说明
图1为云计算数据中心能耗优化方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种云计算数据中心能耗优化方法，在云计算数据中心的各个节点收集流量信息；计算出各网络节点的流量矩阵；然后依照网络流的信息，以及云计算数据中心网络的拓扑特点，从网络中选出满足网络工作负载需求的网络子集，进行路由设计；根据网络子集信息，进行Load-Balanced交换机能耗优化。
定义交换机端口和缓冲区的三种状态：关闭，活动，睡眠；当该交换机端口没有工作负载时，可以将其切换到睡眠状态；当该端口有数据包要传输或者将有数据包要传输，以及该端口有数据包到达或者将有数据包到达时，该端口处于活动状态；交换机中处于活动状态的缓冲区的个数为：max，可以将剩余的未用到的缓冲区切换到睡眠状态。max为活动输入端口和活动输出端口。
定义交换机端口和缓冲区的三种状态：关闭（off），活动（active），睡眠（sleep）。
1、在云计算数据中心的各个节点收集流量信息；计算出各网络节点的流量矩阵；
2、然后依照网络流的信息，以及云计算数据中心网络的拓扑特点，从网络中选出满足网络工作负载需求的网络子集，进行路由设计；
3、根据网络子集信息，进行交换机能耗优化，优化的策略如下。
交换机休眠交换机端口的状态与该端口的工作负载有关，当该端口没有工作负载时，可以将其切换到睡眠状态（sleep）；当该端口有数据包要传输或者将有数据包要传输，以及该端口有数据包到达或者将有数据包到达时，该端口处于活动状态。交换机缓冲区的状态与交换机端口的状态有关，为了满足必要的工作负载需求，交换机中处于活动状态的缓冲区的个数为：max{活动输入端口,活动输出端口}，可以将剩余的未用到的缓冲区切换到睡眠状态。为了能够使交换机能够从关闭状态被唤醒，能耗优化算法会负责切换交换机和链路的状态，对能耗进行有效控制。当网络流量发生变化时，能耗优化算法会不断重新计算可以为云计算数据中心应用服务的网络子集。随着流量的增加，会有更多的容量增加进来，直至达到网络容量的上限。随着流量的减少，有的交换机和链路会被关闭，而有的交换机会因为工作负载很低，虽然不会被关闭，但是会关闭其部分端口和缓冲区以节约能耗。
1、在云计算平台的骨干网络、关键节点、主机间网络等需要进行行为检测的地方，添加检测模块，检测模块与整体管理模块相连，检测模块定时和整体管理模块进行握手交互。
2、各个检测模块部署不同的检测方法，并进入正常工作状态，开始定期收集该处指定的数据包，根据测试标准，对数据包的特征进行分析。如果某个检测模块的判定出存在异常行为，则告警。
3、各个检测模块定期将获取的特征数据，通过网络传输协议，发送给整体管理模块；
4、整体管理模块，根据接收到的各个其他模块的数据，汇总判定是否存在异常特征规律，如存在，则告警。
本发明的工作原理是：本发明所采用的技术方案是采用Load-balanced交换机架构以替代原来的交换机架构。Load-balanced交换机架构是一种特殊的交换机架构，这种架构能够保证100%的吞吐量。
Load-balanced交换机架构有2N个输入（同时也是输出）端口，每个端口的速率为R，每个连接输入（或者输出）端口和缓冲区的链路的传输速率为R/N。每个输入端口可以将其收到的数据包分发到交换机中的N个缓冲区中，每个缓冲区写入这些数据包，并会将这些数据包转发到相应的输出端口，最终这些数据包将通过输出端口离开交换机。缓冲区在接收数据包的同时，会将位于虚拟输出队列头部的数据包发送到相应的输出端口上，其传输速率为R/N。基于Load-balanced交换机架构的以上特点，当交换机处于低工作负载的情况时，不仅可以关闭交换机的部分端口，还可以考虑关闭交换机的部分缓冲区，以达到分布式文件系统节约能耗的目的。
通过监控云计算数据中心中的实时网络工作负载，采取适当的节能措施。能耗优化方案会选择云计算数据中心网络中的一个子集，并且这个网络子集必须可以满足现有应用性能和故障容错的要求，在此前提下，能耗优化方案会尽可能地关闭那些不需要的链路和交换机。
依据云计算数据中心网络中的流量信息，依据给定的路由算法，计算出各网络流的路由。然后依照网络流的信息，从云计算数据中心网络中选出满足网络工作负载需求的网络。最后通过对交换机能耗控制，实现整个云计算数据中心的能耗优化。

Claims (3)

1.一种云计算数据中心能耗优化方法，其特征在于，（1）在云计算数据中心的各个节点收集流量信息；计算出各网络节点的流量矩阵；（2）然后依照网络流的信息，以及云计算数据中心网络的拓扑特点，从网络中选出满足网络工作负载需求的网络子集，进行路由设计；（3）根据网络子集信息，进行Load-Balanced交换机能耗优化。
2.根据权利要求1所述的一种云计算数据中心能耗优化方法，其特征在于，（1）定义交换机端口和缓冲区的三种状态：关闭，活动，睡眠；（2）当该交换机端口没有工作负载时，可以将其切换到睡眠状态；当该端口有数据包要传输或者将有数据包要传输，以及该端口有数据包到达或者将有数据包到达时，该端口处于活动状态；（3）交换机中处于活动状态的缓冲区的个数为：max，可以将剩余的未用到的缓冲区切换到睡眠状态。
3.根据权利要求2所述的一种云计算数据中心能耗优化方法，其特征在于，所述max为活动输入端口和活动输出端口。
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