CN112396285B - 一种分布式数据中心算力和能源流的协同调度系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式数据中心算力与能源流的协同调度系统及方法。该系统包括数据处理模块、余热供热模块和动态控制模块。数据处理模块包括机柜、高性能处理器，数据处理模块部署到人员聚集地，为客户提供HPC云服务；余热供热模块回收数据处理模块的废热并将其作为热源来提供供热或供生活热水服务；动态控制模块通过区块链技术将分布式数据中心联系在一起，形成一个虚拟交易区块链平台，该平台采集用户计算和用能需求，对数据中心计算资源做统一调度。该系统不仅能减少土地资源的占用，利用处理器余热来提供暖气或生活热水服务，既节能环保又能保障计算机的稳定运行；同时可对资源进行统一调度，增加系统运行的安全性、及时性、灵活性和可行性。

Description

一种分布式数据中心算力和能源流的协同调度系统与方法

技术领域

本发明属于分布式能源及信息网络交叉领域，具体涉及一种分布式数据中心算力和能源流的协同调度系统与方法。

背景技术

数据中心的快速增加面临着三个巨大的问题：冷却、运维、绿色能源。现如今，数据中心消耗了世界2％的电力，其中更是高达50％用于处理器的冷却，而且数据中心的用电量每五年翻两倍。目前，针对集中式数据中心散热慢、耗电量大的问题，一般采用改善换热方式的方法，但是这些方法都存在投资成本大、改善效果不明显的缺点。此外，有些人提出了将集中式数据中心改成分布式数据中心的概念，并对分布式数据中心散发的余热进行利用来进行供热，但是现有系统都是只从算力的角度进行调度，缺乏协同规划调度的概念。

发明内容

为解决集中布置数据中心占地资源多、冷却困难及余热资源浪费严重等问题，本发明的目的是提供一种分布式数据中心算力和能源流的协同调度系统与方法，在解决这些问题的同时，通过对算力和能源流进行协同调度，增加了分布式数据中心架构的可行性和可靠性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种分布式数据中心算力和能源流的协同调度系统，包括数据处理模块、余热供热模块和动态控制模块；

数据处理模块包括机柜、高性能处理器(加热功率500W以上，倍频3.6GHz及以上且支持超线程技术的处理器)，部署到小区、学校、研究机构等人员聚集地，为客户提供HPC云服务；

余热供热模块回收数据处理模块的废热作为热源来提供供暖气或生活热水服务；

动态控制模块通过区块链技术将分布式数据中心联系在一起，形成一个虚拟交易区块链平台，虚拟交易区块链平台采集用户的计算需求和用能需求，对分布式数据中心的计算资源做统一调度，并保证信息传递的安全性和及时性。

上述技术方案中，进一步地，所述高性能处理器装在机柜中，并都经过供暖式改装，高性能处理器主板上连有散热设备，可实现芯片的快速散热。

进一步地，所述余热供热模块包括换热系统和供热系统；换热系统包括余热回收器和板式换热器组成，余热回收器用于回收热量，板式换热器用于将回收的热量传递到供热系统中；供热系统包括蓄热装置、电加热装置、供暖管道和供热水管道，蓄热装置用于在热量过多时储存多余的热量，在热量不够时释放热量，电加热装置用于在回收的热量不够且蓄热装置储存的热量也不够时用于提高水温。

进一步地，所述供暖管道和供热水管道上分别设有电动阀门1、电动阀门2，通过控制电动阀门1和电动阀门2的开度来满足用户供暖和供热水需求的不同比例。

所述虚拟交易区块链平台中每个分布式数据中心都是一个区块链节点，用于提供计算服务和用能服务。

所述动态控制模块中的虚拟交易区块链还包括用户需求接受系统、用户需求数据预处理系统和协同优化调度系统，另外还设有输送管道控制系统、蓄热装置控制系统和电加热装置控制系统；

用户需求接受系统用于接受不同用户发来的用能需求和计算需求；用户需求数据预处理系统用于对接受的数据进行预处理，按每个分布式数据中心负责的范围对发来需求数据的用户进行分类；协同优化调度系统按照供需平衡的原则，对每个分布式数据中心的算力进行分配；输送管道控制系统用于控制电动阀门1和电动阀门2的开度，从而满足用户供暖和供热水需求的不同比例；蓄热装置控制系统用于控制蓄热装置的运行功率；电加热装置控制系统用于控制电加热装置的运行功率。

进一步地，所述高性能处理器上的散热设备内部冷却介质是导热油。

进一步地，所述板式换热器和蓄热装置之间设有温度检测点A，用于测量现有供水温度。

又一方面，本发明还提供一种分布式数据中心算力和能源流的协同调度方法，该方法基于上述系统实现，包括以下步骤：

用户需求接受系统接受不同用户发来的用能需求和计算需求；

用户需求数据预处理系统对接受的数据做预处理，按每个分布式数据中心负责的范围对发来需求数据的用户进行分类；

虚拟交易区块链平台通过每个区块链节点获取每个数据中心处的供热水量及价格、供热量及价格、需电量及价格、算力需求量及价格，并从用户需求数据预处理系统获取每个分布式数据中心负责范围的用户需求数据，经过分析处理后，规定每个节点热价格及热水价格价、算力价格；

协同优化调度系统按照供需平衡的原则，对每个分布式数据中心的算力进行分配；

输送管道控制系统通过控制电动阀门1和电动阀门2的开度，来满足用户供暖和供热水需求的不同比例；

蓄热装置控制系统和电加热装置控制系统通过接受协同优化调度系统发来的数据和温度检测点A温度，分别控制蓄热装置和电加热装置的运行功率(蓄热装置负责在水温过高时存储多余热量，水温过低时释放热量；电加热装置负责水温过低且蓄热装置储蓄热量较少时提高水温)。

本发明的发明原理为：

本发明系统将数据中心分散地部署到小区、学校、研究机构等人员聚集地，在为广大客户提供HPC云服务的同时，将数据中心产生的大量余热用于供暖、供热水服务，既解决了集中式算力架构带来的超负荷集中电力能源供应问题，又解决了大密度算力设备散热困难的问题，同时采用余热进行供热可以增加绿色供暖的比例，解决能源浪费的问题。

本发明的有益效果是：

本发明将原来需要集中布置的数据中心布置到用户家中，减少了土地资源的占用；利用处理器余热来提供供暖气或生活热水服务，一电多用，既节能环保又能保障计算机的稳定运行；同时通过建立虚拟交易区块链平台对其资源进行统一调度，增加了系统运行的安全性、灵活性、及时性和可行性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1是本发明协调调度系统示意图；

图2是本发明控制系统示意图；

图3是区块链技术在算力和能源流计量、交易中的应用示意图；

图4是区块链技术在协同调度方面的示意图；

图5是本发明单个分布式数据中心运行结构图；

图6是本发明方法的主要步骤。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示一种分布式数据中心算力和能源流的协同调度系统，其特征在于：包括数据处理模块、余热供热模块和动态控制模块。

结合所有附图来看：

数据处理模块：数据处理模块包括机柜、高性能处理器，部署到小区、学校、研究机构等人员聚集地(如图2)，为客户提供HPC云服务。所述高性能处理器装在机柜中，并都经过供暖式改装，处理器主板上连有散热设备，可实现芯片的快速散热。同时所述供暖式高性能处理器上的散热设备内部冷却介质是高性能导热油。

余热供热模块：如图5所示，余热供热模块的原理是回收计算机废热作为热源来提供供暖气或生活热水服务。余热供热模块中设有换热系统和供热系统；换热系统主要由余热回收器和板式换热器组成；供热系统包括蓄热装置、电加热装置、供暖管道和供热水管道。所述供暖管道和供热水管道上分别设有电动阀门1、电动阀门2。

动态控制模块通过区块链技术将分布式数据中心联系在一起，形成一个虚拟交易区块链平台，虚拟交易区块链平台采集用户计算需求和用能需求，对数据中心计算资源做统一调度，并保证信息传递的安全性和及时性。

如图3所示，所述虚拟交易区块链平台中分别布置在不同地点的每个分布式数据中心(如学校、研究所、公寓等)都是一个区块链节点，可以提供计算服务和用能服务。

如图4所示，虚拟交易区块链平台通过每个区块链节点获取每个数据中心处的供热水量及价格、供热量及价格、需电量及价格、算力需求量及价格，经过分析处理后，规定每个节点热(水)价、算力价格；协同优化调度系统按照供需平衡的原则，对每个分布式数据中心的算力进行分配。

如图5和图6所示，一种分布式数据中心算力和能源流的协同调度方法，其具体实施步骤为：

步骤S1用户需求接受系统接受不同用户发来的用能需求和计算需求；

步骤S2用户需求数据预处理系统对接受的数据做预处理，按每个分布式数据中心负责的范围对发来需求数据的用户进行分类；

步骤S3虚拟交易区块链平台通过每个区块链节点获取每个数据中心处的供热水量及价格、供热量及价格、需电量及价格、算力需求量及价格，并从用户需求数据预处理系统获取每个分布式数据中心负责范围的用户需求数据，经过分析处理后，规定每个节点热价格及热水价格、算力价格。

步骤S4协同优化调度系统按照供需平衡的原则，对每个分布式数据中心的算力进行分配；输送管道控制系统通过控制电动阀门1和电动阀门2的开度，来满足用户供暖和供热水需求的不同比例；蓄热装置控制系统和电加热装置控制系统通过接受协同优化调度系统发来的数据和温度检测点A温度，分别控制蓄热装置和电加热装置的运行功率，从而控制蓄热装置在水温过高时存储多余热量，水温过低时释放热量，电加热装置在水温过低且蓄热装置储蓄热量较少时提高水温。

上述调度方法可以拆分为单个分布式数据中心控制过程，如图5所示，其具体控制过程为：分布式数据中心接受来自动态控制模块(虚拟交易区块链平台)发来的指令，数据中心所属多个高性能服务器开始工作，为用户提供HPC云服务；服务器上的散热设备开始吸收余热，以高性能导热油为载体通过板式换热器将热量传递到二次网供水中去；二次网供水出口设有温度检测点A，如果温度检测点A检测到现有供水温度不符合要求，则蓄热装置控制系统和电加热装置控制系统通过接受协同优化调度系统发来的数据和温度检测点A温度，分别控制蓄热装置和电加热装置的运行功率(蓄热装置负责在水温过高时存储多余热量，水温过低时释放热量；电加热装置负责水温过低且蓄热装置储蓄热量较少时提高水温)；同时输送管道控制系统通过控制电动阀门1和电动阀门2的开度，来满足用户供暖和供热水需求的不同比例。

Claims (4)

1.一种分布式数据中心算力和能源流的协同调度系统，其特征在于，包括：数据处理模块、余热供热模块和动态控制模块；

数据处理模块包括机柜、高性能处理器，数据处理模块部署到人员聚集地，为客户提供HPC云服务；

余热供热模块回收数据处理模块的废热并将其作为热源来提供供热或供生活热水服务；

动态控制模块通过区块链技术将分布式数据中心联系在一起，形成一个虚拟交易区块链平台，虚拟交易区块链平台采集用户的计算需求和用能需求，对分布式数据中心的计算资源做统一调度；

所述余热供热模块包括换热系统和供热系统；换热系统包括余热回收器和板式换热器，余热回收器用于回收热量，板式换热器用于将回收的热量传递到供热系统中；供热系统包括蓄热装置、电加热装置、供暖管道和供热水管道，蓄热装置用于在热量过多时储存多余的热量，在热量不够时释放热量，电加热装置用于在回收的热量不够且蓄热装置储存的热量也不够时用于提高水温；

所述供暖管道和供热水管道上分别设有电动阀门1、电动阀门2；所述板式换热器和蓄热装置之间设有温度检测点A，用于测量现有供水温度；

所述虚拟交易区块链平台中每个分布式数据中心都是一个区块链节点，用于提供计算服务和用能服务；

所述动态控制模块中的虚拟交易区块链平台还包括用户需求接受系统、用户需求数据预处理系统和协同优化调度系统，另外还设有输送管道控制系统、蓄热装置控制系统和电加热装置控制系统；

用户需求接受系统接受不同用户发来的用能需求和计算需求；

用户需求数据预处理系统对接受的数据做预处理，按每个分布式数据中心负责的范围对发来需求数据的用户进行分类；

虚拟交易区块链平台通过每个区块链节点获取每个分布式数据中心处的供热水量及价格、供热量及价格、需电量及价格、算力需求量及价格，并从用户需求数据预处理系统获取每个分布式数据中心负责范围的用户需求数据，经过分析处理后，规定每个节点热价格及热水价格、算力价格；

协同优化调度系统按照供需平衡的原则，对每个分布式数据中心的算力进行分配；

输送管道控制系统通过控制电动阀门1和电动阀门2的开度，来满足用户供暖和供热水需求的不同比例；

蓄热装置控制系统和电加热装置控制系统通过接受协同优化调度系统发来的数据和温度检测点A温度，分别控制蓄热装置和电加热装置的运行功率，从而控制蓄热装置在水温过高时存储多余热量，水温过低时释放热量，电加热装置在水温过低且蓄热装置储蓄热量较少时提高水温。

2.根据权利要求1所述的一种分布式数据中心算力和能源流的协同调度系统，其特征在于，所述高性能处理器装在机柜中，并经过供暖式改装，高性能处理器主板上连有散热设备，可实现芯片的快速散热。

3.根据权利要求1所述的一种分布式数据中心算力和能源流的协同调度系统，其特征在于，所述高性能处理器上的散热设备内部的冷却介质是导热油。

4.一种分布式数据中心算力和能源流的协同调度方法，其特征在于，该方法基于权利要求1所述的系统实现，包括如下步骤：

用户需求接受系统接受不同用户发来的用能需求和计算需求；

用户需求数据预处理系统对接受的数据做预处理，按每个分布式数据中心负责的范围对发来需求数据的用户进行分类；

虚拟交易区块链平台通过每个区块链节点获取每个分布式数据中心处的供热水量及价格、供热量及价格、需电量及价格、算力需求量及价格，并从用户需求数据预处理系统获取每个分布式数据中心负责范围的用户需求数据，经过分析处理后，规定每个节点热价格及热水价格、算力价格；

协同优化调度系统按照供需平衡的原则，对每个分布式数据中心的算力进行分配；

输送管道控制系统通过控制电动阀门1和电动阀门2的开度，来满足用户供暖和供热水需求的不同比例；

蓄热装置控制系统和电加热装置控制系统通过接受协同优化调度系统发来的数据和温度检测点A温度，分别控制蓄热装置和电加热装置的运行功率，从而控制蓄热装置在水温过高时存储多余热量，水温过低时释放热量，电加热装置在水温过低且蓄热装置储蓄热量较少时提高水温。