WO2011003375A1 - Verfahren zum kontrollieren eines betriebs eines rechennetzwerks - Google Patents

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WO2011003375A1
WO2011003375A1 PCT/DE2010/000462 DE2010000462W WO2011003375A1 WO 2011003375 A1 WO2011003375 A1 WO 2011003375A1 DE 2010000462 W DE2010000462 W DE 2010000462W WO 2011003375 A1 WO2011003375 A1 WO 2011003375A1
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energy
network
computing
regionally
data centers
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PCT/DE2010/000462
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English (en)
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Inventor
Matthias RÖBKE
Helmut Krack-Haller
Original Assignee
Deutsche Telekom Ag
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/32—Means for saving power
    • G06F1/3203—Power management, i.e. event-based initiation of a power-saving mode
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F9/00—Arrangements for program control, e.g. control units
    • G06F9/06—Arrangements for program control, e.g. control units using stored programs, i.e. using an internal store of processing equipment to receive or retain programs
    • G06F9/46—Multiprogramming arrangements
    • G06F9/50—Allocation of resources, e.g. of the central processing unit [CPU]
    • G06F9/5094—Allocation of resources, e.g. of the central processing unit [CPU] where the allocation takes into account power or heat criteria
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D10/00—Energy efficient computing, e.g. low power processors, power management or thermal management

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement and a method for controlling an operation of a
  • the present invention relates to an arrangement for controlling an operation of a computer network, a computer program product and a corresponding computer program.
  • renewable energies such as wind power, solar energy, hydropower, etc.
  • Computing network varies depending on the degree of utilization of the data center and is usually different in time as well as regional.
  • a user who accesses the computing capacity of the described computer networks usually has no knowledge of the topology of the actual computer network. Thus, it is not clear to the user whether the computing power of a data center in the region A or a
  • Data Center in Region B is provided. Under this aspect is an architecture of the computer network
  • the invention relates to an arrangement for controlling an operation of a computing network comprising a number of regionally distributed data centers. It is
  • the arrangement has at least one energy control entity or unit.
  • the at least one energy control entity is to
  • the at least one energy control entity is designed to provide a computing power to be provided by the computing network in accordance with the regional energy supply or a regional energy supply
  • a distribution of the computing power or computing capacity is u. a. to carry out by carrying out the
  • Computing applications are executed by this at least one data center.
  • the at least one data center located in a region draws its energy
  • the envisaged energy control entity can be arranged centrally.
  • the at least one energy control entity is designed, depending on the regional ⁇ nergie make between the
  • the energy control entity can be designed to determine an actual energy requirement of the respective data centers at predeterminable time intervals, and, if necessary, in coordination with the regionally available energy supply, a corresponding temporal and regional, uninterrupted transfer of the energy
  • the arrangement may have at least one control entity for the computing network connected or cooperating with the at least one energy control entity, which is designed to store data or data
  • Control instance which may be implemented as part of a management system, may be of the at least one
  • the arrangement can at least one with the
  • the data or information may also include parameters relating to an energy price and / or energy sources used.
  • the data provided in this way are provided by the
  • Energy control instance used in a distribution of the computing power, taking into account the energy. It is also conceivable that the energy control body to plan the distribution of computing power directly with the energy suppliers and the data centers under
  • the arrangement can have at least one energy control instance assigned to the computing network and / or at least one energy control entity assigned to the energy network.
  • the invention further relates to a method for
  • Energy supplier of an energy network To carry out the method is a
  • energy suppliers or energy suppliers are selected as needed, with energy suppliers typically being able to be preferred which supply the energy cheaply and / or conventionally
  • the respective computing capacities or computer services of the computer centers are adapted to the particular regional energy supply, which can be dependent on an energy requirement and / or consumption.
  • Computing services in accordance with a respective regional energy supply a temporal availability of energy and / or depending on an energy price between the data centers are distributed in a timely manner. Besides, it is possible the computing power depending on which energy sources the energy is provided from.
  • the data centers are usually linked together within the computer network. The same can also be provided for the energy suppliers or their power plants within the energy network.
  • the data centers and energy suppliers are distributed regionally or geographically within an area that may include at least one country and / or at least part of a country. Within a region can
  • a data center receives its required electrical energy from an energy supplier from its environment, typically an energy supplier, to the data center
  • the arrangement described is designed to carry out all the steps of the presented method. In doing so, individual steps of this method can also be carried out by individual components of the arrangement, usually the at least one energy control entity, are performed. Furthermore, functions of the arrangement or functions of individual components of the arrangement can be implemented as steps of the method. In addition, it is possible that steps of the method as functions of individual components of the device or the whole
  • the invention also relates to a computer program with
  • Program code means by means of which all steps of a presented method can be carried out when the computer program is run on a computer or a computer
  • a computer program product has a computer-readable medium and a computer program stored on the computer-readable medium
  • Program code means adapted to carry out all steps of a described method when the computer program is executed on a computer or a corresponding arithmetic unit, in particular using a proposed arrangement.
  • the invention includes, in an embodiment, a method and an arrangement or instance for controlling the energy balance and shifting computer power of a number of first data centers into a number of second, others
  • the customer can adapt himself to regional and temporal differences in energy supply, for example with regard to electricity tariffs, by regional distribution of the computing power.
  • Computing network which itself determine the decrease of the electrical energy by the energy suppliers by concentrating the computing capacities on at least one data center, which is supplied within a region by its preferred energy supplier with electrical energy. This is done u. a. in that by the computing applications to be executed by the
  • Computing network are at least one
  • Computing applications to at least one data center Computing applications to at least one data center.
  • the energy control entity determines this permanently or in predeterminable
  • Computing network is.
  • the energy control body is trained to compare this energy demand with the locally available local energy supply.
  • the energy control entity checks which second data center B located in another region can take up additional computing power and shifts the operation of the regionally comprehensive and uninterrupted power supply
  • Capacity-appropriate in the determined data center B is carried out by a regional overarching control authority for the computing and / or energy network, of the
  • Management system for computing networks is, for example, in the
  • Embodiment of the invention If such an oversupply of energy exists, then with the help of the energy control authority, computing services can be regionally provided by selected execution of computing applications from other regions
  • the energy control body usually has knowledge about the energy balance of a regionally distributed computer network as well as the actual available energy in a certain region. To get data about the available energy and the required computing capacity or performance is the
  • Computing services may be provided, a suitable interruption-free shift of the computing power. Triggering factors for such a shift of
  • Computing power can be provided in addition to the regional quantitative oversupply of energy, unbalanced power and / or computing networks; different energy tariffs in different regions and so on.
  • the distributed data center operator can, for reasons of network security,
  • Figure 1 shows a schematic representation of an area with a first embodiment of an inventive
  • Figure 2 shows a schematic representation of the presented in Figure 1 area with a second embodiment of an inventive arrangement.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an example of a region 2 which comprises a first geographical region 4, a second geographical region 6, a third geographic region 8 and a fourth geographic region 10
  • the first region 4 is assigned a first data center 12 and a first energy supplier 14.
  • the second region 6 is a second one
  • Data center 16 and a second energy supplier 18 assigned. Accordingly, the third region 8, a third data center 20 and a third energy supplier 22 and the fourth region 10, a fourth data center 24 and a fourth energy supplier 26 are assigned.
  • Computing network 28 are joined together.
  • Energy suppliers 14, 18, 22, 26 are combined to form a common energy network 30.
  • the data centers 12, 16, 20, 24 are formed within the computing network 28 'for performing computing applications. In this case, computing applications and thus computing power depending on the load within the
  • Embodiment of an inventive arrangement 32 comprises a first embodiment of a central
  • Energy control entity 34 This energy control entity 34 is designed to be controlled by a control entity 36 of the
  • the energy control entity 34 is configured to communicate with the
  • Energy Network 30 here information about an electric offered by the respective energy suppliers
  • the energy control entity 34 is formed as a link between the energy network 30 of the energy suppliers 14, 18, 22, 26 and the operators of the data centers 12, 16, 20, 24 of the computing network 28.
  • Energy Control Instance 34 is here in relation to the Energy network 30 and the computing network 28 is a central unit.
  • Figure 2 shows a schematic representation of a second
  • Embodiment of an inventive arrangement 38 which differs from the arrangement 32 shown in FIG.
  • Arrangement 38 comprises a first
  • Power control instance 40 which is associated with the computing network 28, and a second energy control entity 42, which is associated with the energy network 30.
  • two separate, distributed energy control entities 40, 42 may also be provided.
  • Computing network 28 evaluates the request and initiates the requested switchover or signals the
  • Power grid or energy network 30 can then possibly the
  • the described functions of the two energy control units 40, 42 can also typically only one
  • the at least one energy control entity 34, 40, 42 can be described in FIGS. 1 and 2
  • Embodiments use further data for the decision of switching or relocation. So can
  • Embodiments a selection of at least one energy supplier 14, 18, 22, 26 and thus the energy provided by him by selecting at least one data center 12, 16, 20, 24, the regional of at least one energy supplier 14, 18, 22, 26 with energy
  • the at least one selected data center 12, 16, 20, 24 obtains its required

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (32) zum Kontrollieren eines Betriebs eines Rechennetzwerks (28), das eine Anzahl regional verteilter Rechenzentren (12, 16, 20, 24) umfasst, wobei vorgesehen ist, dass elektrische Energie zum Betreiben der Rechenzentren (12, 16, 20, 24) von jeweiligen regional verteilten Energielieferanten (14, 18, 22, 26) eines Energienetzwerks (30) bereitgestellt wird, wobei die Anordnung (32, 38) mindestens eine Energiekontrollinstanz (34, 40, 42) aufweist, die dazu ausgebildet ist, einen potentiellen und/oder aktuellen Energiebedarf wenigstens eines Rechenzentrums (12, 16, 20, 24) zu ermitteln, mit einem entsprechend regional vorhandenen Energieangebot zu vergleichen und eine von dem Rechennetzwerk (28) zu erbringende Rechenleistung entsprechend dem regionalen Energieangebot auf das mindestens eine Rechenzentrum (12, 16, 20, 24) zu verteilen.

Description

Verfahren zum Kontrollieren eines Betriebs eines
Rechennetzwerks
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Kontrollieren eines Betriebs eines
Rechennetzwerks. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Anordnung zum Kontrollieren eines Betriebs eines Rechennetzwerks, ein Computerprogrammprodukt und ein entsprechendes Computerprogramm.
Hintergrund der Erfindung
Bei der Nutzung regenerativer Energien wie Windkraft, Solarenergie, Wasserkraft usw., deren Verfügbarkeit von der Jahres- und/oder Tageszeit sowie der Witterung abhängen kann, kann es bei der Energieerzeugung regional und
zeitlich zu Diskrepanzen zwischen verfügbarer und
benötigter Energie kommen. So ist eine Situation denkbar, wonach z. B. in einer Region A aufgrund ggf. zeitlich begrenzter erhöhter Sonneneinstrahlung oder starkem Wind ein Überangebot an Energie besteht, wobei diese Energie jedoch nicht in der Nähe der genannten Region A benötigt wird oder verbraucht werden kann.
Durch die Telekommunikations- und IT-Industrie wurden in den letzten Jahren große Rechennetzwerke bzw. Rechnernetze aufgebaut, die in der Regel regional verteilt sind. Der Energiebedarf einzelner Rechenzentren innerhalb des
Rechennetzes variiert je nach Auslastungsgrad des jeweiligen Rechenzentrums und ist üblicherweise sowohl zeitlich als auch regional unterschiedlich.
Em Anwender, der auf die Rechenkapazität der beschriebenen Rechnernetze zugreift, hat üblicherweise von der Topologie des eigentlichen Rechennetzes keine Kenntnis. Demnach ist für den Anwender nicht ersichtlich, ob die Rechenleistung von einem Rechenzentrum in der Region A oder einem
Rechenzentrum in der Region B erbracht wird. Unter diesem Aspekt ist eine Architektur des Rechnernetzes
virtualisiert .
Kraftwerke von Ξnergielieferanten, die in unterschiedlichen Regionen verteilt sind, und u. a. regenerative Energien unter Nutzung verschiedener neuer Technologien
bereitstellen, produzieren die Energie ggf. regional und zeitlich unterschiedlich verteilt, so dass regional ein Über- bzw. ein Unterangebot an Energie im Vergleich zur tatsächlich benötigen Energie zum jeweiligen Zeitpunkt entstehen kann.
Eine Steuerung der Lastverteilung der innerhalb des
Rechnernetzes miteinander verbundenen Rechenzentren erfolgt bislang nur im Fehlerfall unter Ausnutzung vorhandener Redundanzmechanismen. Dies kann bedeuten, dass bei einem teilweisen oder kompletten Ausfall eines Rechenzentrums wenigstens ein zweites Rechenzentrum die Aufgaben des ersten Rechenzentrums übernimmt. Zusammenfassung der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Kontrollieren eines Betriebs eines Rechennetzwerks, das eine Anzahl regional verteilter Rechenzentren umfasst. Es ist
vorgesehen, dass elektrische Energie zum Betreiben der Rechenzentren von jeweiligen regional verteilten
Energielieferanten bzw. Energieerzeugern eines
Energienetzwerks bereitgestellt wird. Die Anordnung weist mindestens eine Energiekontrollinstanz bzw. -einheit auf. Die mindestens eine Energiekontrollinstanz ist dazu
ausgebildet, einen potentiellen und/oder aktuellen
Energiebedarf wenigstens eines Rechenzentrums zu ermitteln und mit einem entsprechend regional vorhandenen
Energieangebot zu vergleichen. Außerdem ist die mindestens eine Energiekontrollinstanz dazu ausgebildet, eine von dem Rechennetzwerk zu erbringende Rechenleistung entsprechend dem regionalen Energieangebot bzw. einer regionalen
Verfügbarkeit der typischerweise elektrische Energie auf das mindestens eine Rechenzentrum zu verteilen. Eine Verteilung der Rechenleistung bzw. Rechenkapazität ist u. a. dadurch vorzunehmen, indem zur Durchführung von
Rechenanwendungen bzw. Rechenapplikationen und somit von Aufgaben des Rechennetzes mindestens ein bestimmtes
Rechenzentrum gezielt ausgewählt wird und die
Rechenanwendungen von diesem mindestens einen Rechenzentrum ausgeführt werden. Das mindestens eine in einer Region angeordnete Rechenzentrum bezieht seine Energie
typischerweise von mindestens einem Energielieferanten aus derselben Region. Demnach erfolgt eine regionenabhängige Auswahl des mindestens einen Energielieferanten und der von diesem bereitgestellten Energie durch die Auswahl des mindestens einen Rechenzentrums, das dem mindestens einen Energielieferanten regional zugeordnet ist.
Die vorgesehene Energiekontrollinstanz, kann zentral angeordnet sein. In Ausgestaltung ist die mindestens eine Energiekontrollinstanz dazu ausgebildet, je nach jeweils regional vorhandenem Ξnergieangebot zwischen den
Rechenzentren eine entsprechende Verteilung der
Rechenleistung vorzunehmen, d. h. zu initiieren und zu kontrollieren.
Die Energiekontrollinstanz kann zudem dazu ausgebildet sein, in vorgebaren Zeitabständen je einen tatsächlichen Energiebedarf der jeweiligen Rechenzentren zu ermitteln, und in Abstimmung mit dem jeweils regional vorhandenen Energieangebot ggf. eine entsprechende zeitliche und regionale, unterbrechungsfreie Verlagerung der
Rechenleistung zwischen den Rechenzentren zu regeln. Die Anordnung kann in einer Variante wenigstens eine mit der mindestens einen Energiekontrollinstanz verbundene bzw zusammenwirkende Steuerinstanz für das Rechennetzwerk aufweisen, die dazu ausgebildet ist, Daten oder
Informationen über den Energiebedarf und/oder die jeweils benötigte Rechenleistung bzw. Rechenkapazität der
Rechenzentren bereitzustellen und Rechenleistungen auf die Rechenzentren zu verteilen. Diese wenigstens eine
Steuerinstanz, die als Teil eines Managementsystems ausgeführt sein kann, kann von der mindestens einen
Energiekontrollinstanz initialisiert werden. Außerdem kann die Anordnung wenigstens ein mit der
mindestens einen Energiekontrollinstanz verbundenes bzw. zusammenwirkendes Managementsystem für das Energienetzwerk aufweisen, das dazu ausgebildet ist, Daten oder
Informationen mit Parametern über die regionale und/oder zeitliche Verfügbarkeit der Energie bzw. über die
jeweiligen Energieangebote bereitzustellen. Die Daten oder Informationen können auch Parameter über einen Energiepreis und/oder genutzte Energiequellen umfassen. Die derart bereitgestellten Daten werden von der
Energiekontrollinstanz bei einer vorzunehmenden Verteilung der Rechenleistung unter Berücksichtigung der Energie genutzt . Es ist auch denkbar, dass die Energiekontrollinstanz zur Planung der Verteilung der Rechenleistung direkt mit den Energielieferanten und den Rechenzentren unter
typischerweise gegenseitigem Austausch von Daten
zusammenwirkt, so dass ein Einsatz von Steuerinstanzen und/oder Managementsystemen nicht unbedingt erforderlich ist .
Es können auch mehrere dezentrale Energiekontrollinstanzen vorgesehen sein. Folglich kann die Anordnung mindestens eine dem Rechennetzwerk zugeordnete Energiekontrollinstanz und/oder mindestens eine dem Energienetzwerk zugeordnete Energiekontrollinstanz aufweisen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum
Kontrollieren eines Betriebs eines Rechennetzwerks, das eine Anzahl regional verteilter Rechenzentren umfasst. Es ist vorgesehen, dass elektrische Energie zum Betreiben der Rechenzentren von jeweiligen regional verteilten
Ξnergielieferanten eines Energienetzwerks bereitgestellt wird. Zur Durchführung des Verfahrens wird ein
Energiebedarf mindestens eines Rechenzentrums ermittelt und mit einem regional vorhandenen Energieangebot von
mindestens einem Energielieferanten verglichen. Weiterhin wird eine von dem Rechennetzwerk zu erbringende
Rechenleistung entsprechend der regionalen angebotenen Menge an Energie bzw. dem regionalen verfügbaren
Energieangebot auf das mindestens eine Rechenzentrum regional verteilt.
Bei einer Ausführung des Verfahrens werden bedarfsabhängig Energielieferanten bzw. Energieversorger ausgewählt, wobei typischerweise Energielieferanten bevorzugt werden können, die die Energie günstig und/oder aus üblicherweise
regenerativen Energiequellen anbieten. Im Rahmen des Verfahrens kann eine Verteilung der
jeweiligen Rechenkapazitäten bzw. Rechnerleistungen der Rechenzentren an das jeweils regionale Energieangebot angepasst werden, was abhängig von einem Energiebedarf und/oder -verbrauch erfolgen kann.
Alternativ oder ergänzend kann eine Verteilung der
Rechenleistungen entsprechend einem jeweils regional vorhandenen Energieangebot, einer zeitlichen Verfügbarkeit der Energie und/oder in Abhängigkeit eines Energiepreises zwischen den Rechenzentren zeitlich kontrolliert verteilt werden. Außerdem ist es möglich, die Rechenleistung abhängig davon zu verteilen, aus welchen Energiequellen die Energie bereitgestellt wird.
Die Rechenzentren sind innerhalb des Rechennetzwerks üblicherweise untereinander verknüpft. Dasselbe kann auch für die Energielieferanten bzw. deren Kraftwerke innerhalb des Energienetzwerks vorgesehen sein.
Die Rechenzentren und die Energielieferanten sind innerhalb eines Gebiets, das mindestens ein Land und/oder mindestens einen Teil eines Landes umfassen kann, regional bzw. geographisch verteilt. Innerhalb einer Region können
mindestens ein Rechenzentrum sowie mindestens ein
Energielieferant angeordnet sein. Üblicherweise erhält ein Rechenzentrum seine benötigte elektrische Energie von einem Energielieferanten aus seiner Umgebung, in der Regel einem Energielieferanten, der zu dem Rechenzentrum einen
geringsten Abstand aufweist. Mit der Erfindung werden u. a. Mechanismen bereitgestellt, die es ermöglichen den Energieverbrauch von
Rechennetzwerken mit ihren geographisch verteilten
Rechenzentren intelligent und damit regional übergreifend und effizient zu steuern. In Ausgestaltung erfolgt eine Verschiebung der benötigten Rechnerkapazität zur
effizienten Nutzung des lokal bereitgestellten
Energieangebots .
Die beschriebene Anordnung ist dazu ausgebildet, sämtliche Schritte des vorgestellten Verfahrens durchzuführen. Dabei können einzelne Schritte dieses Verfahrens auch von einzelnen Komponenten der Anordnung, üblicherweise der mindestens einen Energiekontrollinstanz, durchgeführt werden. Weiterhin können Funktionen der Anordnung oder Funktionen von einzelnen Komponenten der Anordnung als Schritte des Verfahrens umgesetzt werden. Außerdem ist es möglich, dass Schritte des Verfahrens als Funktionen einzelner Komponenten der Anordnung oder der gesamten
Anordnung realisiert werden. Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm mit
Programmcodemitteln, mit deren Hilfe alle Schritte eines vorgestellten Verfahrens durchgeführt werden können, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer
entsprechenden Recheneinheit, insbesondere unter Verwendung einer beschriebenen Anordnung, ausgeführt wird.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt weist ein computerlesbares Medium und ein auf dem computerlesbaren Medium gespeichertes Computerprogramm mit
Programmcodemitteln auf, die dazu geeignet sind, dass alle Schritte eines beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden können, wenn das- Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere unter Verwendung einer vorgestellten Anordnung, ausgeführt wird.
Die Erfindung umfasst in Ausgestaltung ein Verfahren und eine Anordnung bzw. Instanz zur Kontrolle der Energiebilanz und Verlagerung von Rechnerleistung einer Anzahl erster Rechenzentren in eine Anzahl zweiter, anderer
Rechenzentren. Somit ist es möglich, eine energetische
Auslastung effizienter zu verlagern und somit zu gestalten. Abhängig von der angebotenen Energie werden
Rechenanwendungen bzw. Rechenapplikationen, die
üblicherweise durch Rechenoperationen durchgeführt werden, zwischen den Rechenzentren verschoben, so dass es möglich ist, die Rechenleistung durch Verteilung der Anwendungen zu verteilen bzw. anzupassen.
Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass eine regionale Lastverteilung der elektrischen Energie nicht auf
Anforderung mindestens eines Betreibers des
Energienetzwerks und somit Energielieferanten, sondern aufgrund von Vorgaben des Abnehmers erfolgt. Der Abnehmer kann sich durch regionale Verteilung der Rechenleistung an regional und zeitlich unterschiedliche Energieangebote, bspw. im Hinblick auf Stromtarife, anpassen.
Demnach kann der Abnehmer, d. h. ein Betreiber des
Rechennetzwerks , die Abnahme der elektrischen Energie von den Energielieferanten dadurch selbst bestimmen, indem er die Rechenkapazitäten auf mindestens ein Rechenzentrum konzentriert, das innerhalb einer Region durch einen von ihm bevorzugten Energielieferanten mit elektrischer Energie beliefert wird. Dies erfolgt u. a. dadurch, indem die auszuführenden Rechenanwendungen, die von dem
Rechennetzwerk auszuführen sind, zu mindestens einem
Rechenzentrum, das von dem Energielieferanten bedient wird, verlagert werden. Eine Auswahl eines Energielieferanten erfolgt demnach nicht extern sondern intern, innerhalb des Rechennetzwerks durch geeignete Zuordnung der
Rechenanwendungen zu mindestens einem Rechenzentrum. Eine regional übergreifende Komponente der Anordnung oder Instanz zur Kontrolle der Energiebilanz in
Rechennetzwerken, die typischerweise als
Energiekontrollinstanz bezeichnet wird, ist dazu
ausgebildet die zeitlich und regionale Verteilung der benötigten Rechenleistung in Abstimmung mit der jeweils vor Ort verfügbaren Energie zu kontrollieren und somit zu steuern und/oder zu regeln. Die Energiekontrollinstanz ermittelt hierzu permanent bzw. in vorgebbaren
Zeitabständen den tatsächlichen Energiebedarf mindestens eines Rechenzentrums, das Teil des verteilten
Rechennetzwerks ist. Die Energiekontrollinstanz ist dazu ausgebildet, diesen Energiebedarf mit dem jeweils vor Ort regional vorhandenen Energieangebot zu vergleichen.
Im Falle eines möglichen mengenmäßigen Unterangebots an benötigter Energie für ein erstes, lokales Rechenzentrum A prüft die Energiekontrollinstanz, welches zweite, in einer anderen Region angesiedelte Rechenzentrum B zusätzliche Rechenleistung aufnehmen kann und verschiebt regional übergreifend und unterbrechungsfrei den Betrieb der
jeweiligen Applikationen aus dem Rechenzentrum A
kapazitätsgerecht in das ermittelte Rechenzentrum B. Diese Verschiebung in das ermittelte Rechenzentrum B erfolgt durch eine regional übergreifende Steuerinstanz für das Rechen- und/oder Energienetzwerk, das von der
Energiekontrollinstanz initialisiert wird. Ein
Managementsystem für Rechennetzwerke wird bspw. im
Fehlerfall zur Umsetzung von Redundanzmechanismen zwischen den regional verteilten Rechenzentren genutzt. Gleiches gilt im Fall eines mengenmäßigen Überangebots an Energie in der Region eines bestimmten Rechenzentrums in einer
Ausführung der Erfindung. Besteht ein solches Überangebot an Energie, so können mit Hilfe der Energiekontrollinstanz Rechenleistungen regional durch ausgewählte Durchführung von Rechenanwendungen aus anderen Regionen zu diesem
Rechenzentrum verlagert werden, um das mengenmäßige
Überangebot an Energie zu kompensieren. Die Energiekontrollinstanz hat in der Regel sowohl über die Energiebilanz eines regional verteilten Rechnernetzes als auch über die tatsächlich verfügbare Energie in einer bestimmten Region Kenntnis. Um Daten über die verfügbare Energie und die benötigte Rechenkapazität bzw. -leistung zu erhalten, ist die
Energiekontrollinstanz sowohl mit dem wenigsten einen
Managementsystem mindestens eines Energieversorgers bzw. - lieferanten als auch mit der wenigstens einen Steuerinstanz des Rechennetzwerks verbunden. Wird von der
Energiekontrollinstanz ein Ungleichgewicht zwischen
tatsächlich benötigter und regional verfügbarer Energie oder eine sonstige Diskrepanz hinsichtlich tatsächlich benötigter Energie und einem regional vorhandenem
Energieangebot, bspw. hinsichtlich eines geltenden
Energietarifs, festgestellt, so veranlasst die
Energiekontrollinstanz gemäß einer Vorgehensweise, wie sie bei Redundanzmechanismen zur Verteilung von
Rechenleistungen vorgesehen sein können, eine geeignete unter-brechungsfreie Verlagerung der Rechenleistung. Auslösende Faktoren für eine solche Verlagerung der
Rechenleistung können neben dem regionalen mengenmäßigen Überangebot an Energie, unsymmetrisch ausgelastete Energie- und/oder Rechennetzwerke; unterschiedliche Energietarife in verschiedenen Regionen usw. sein.
Durch den Einsatz der geographisch übergreifenden
Energiekontrollinstanz , kann der Betreiber der verteilten Rechenzentren aus Gründen der Netzsicherheit einen
eventuellen Schwenk von Rechenzentrum A zu Rechenzentrum B ggf. auch manuell beeinflussen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der
Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich
beschrieben .
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Gebiet mit einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Anordnung zur Umsetzung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens für ein verteiltes
Rechennetzwerk.
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung das in Figur 1 vorgestellte Gebiet mit einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend
beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche
Komponenten .
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für ein Gebiet 2, das eine erste geographische Region 4, eine zweite geographische Region 6, eine dritte geographische Region 8 sowie eine vierte geographische Region 10
aufweist. Innerhalb des Gebiets 2 sind der ersten Region 4 ein erstes Rechenzentrum 12 und ein erster Energielieferant 14 zugeordnet. Der zweiten Region 6 sind ein zweites
Rechenzentrum 16 und ein zweiter Energielieferant 18 zugeordnet. Entsprechend sind der dritten Region 8 ein drittes Rechenzentrum 20 sowie ein dritter Energielieferant 22 und der vierten Region 10 ein viertes Rechenzentrum 24 sowie ein vierter Energielieferant 26 zugeordnet.
Es ist vorgesehen, dass alle genannten Rechenzentren 12, 16, 20, 24 regionenübergreifend zu einem gemeinsamen
Rechennetzwerk 28 zusammengeschlossen sind. Die
Energielieferanten 14, 18, 22, 26 sind zu einem gemeinsamen Energienetzwerk 30 zusammengeschlossen. Die Rechenzentren 12, 16, 20, 24 sind innerhalb des Rechennetzwerks 28' zur Ausführung von Rechen- bzw. Datenverarbeitungsanwendungen ausgebildet. Dabei können Rechenanwendungen und somit Rechenleistungen je nach Belastung innerhalb des
Rechennetzwerks 28 zwischen den Rechenzentren 12, 16, 20, 24 verteilt werden. Innerhalb des Energienetzwerks 30 wird von den Ξnergielieferanten 14, 18, 22, 26 Energie
produziert, die dem Netzwerk 28 zum Betrieb der
Rechenzentren 12, 16, 20, 24 bereitgestellt wird.
Eine in der Figur 1 schematisch dargestellte erste
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung 32 umfasst eine erste Ausführungsform einer zentralen
Energiekontrollinstanz 34. Diese Energiekontrollinstanz 34 ist dazu ausgebildet, über eine Steuerinstanz 36 des
Rechennetzwerks 28 mit dem Rechennetzwerk 28
zusammenzuwirken. Zwischen der Energiekontrollinstanz 34 und der Steuerinstanz 36 des Rechennetzwerks 28 werden Informationen über eine regionale Auslastung der
Rechenzentren 12, 16, 20, 24 ausgetauscht. Weiterhin ist Energiekontrollinstanz 34 dazu ausgebildet, mit dem
Energienetzwerk 30 zusammenzuwirken und von dem
Energienetzwerk 30 hierbei Informationen über eine von den jeweiligen Energielieferanten angebotene elektrische
Energie zu erhalten.
In Figur 1 ist die Energiekontrollinstanz 34 als Bindeglied zwischen dem Energienetzwerk 30 der Energielieferanten 14, 18, 22, 26 und den Betreibern der Rechenzentren 12, 16, 20, 24 des Rechennetzwerks 28 ausgebildet. Die
Energiekontrollinstanz 34 stellt hier in Bezug auf das Energienetzwerk 30 und das Rechennetzwerk 28 eine zentrale Einheit dar.
Die Anbindung der Energiekontrollinstanz 34 an ein
Steuerungssystem der Energielieferanten 14, 18, 22, 26 als auch an die des Betreibers der Rechenzentren 12, 16, 20, 24 innerhalb des Rechennetzwerks 28 erfolgt in der
vorliegenden Ausführungsform über bekannte,
industrieübliche Mechanismen und den damit einhergehenden Kommunikationsprotokollen.
In Figur 2 ist das bereits anhand von Figur 1 schematisch dargestellte Gebiet 2 erneut dargestellt. Außerdem zeigt Figur 2 in schematischer Darstellung eine zweite
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung 38, die sich von der in Figur 1 gezeigten Anordnung 32
unterscheidet. Die zweite Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Anordnung 38 umfasst eine erste
Energiekontrollinstanz 40, die dem Rechennetzwerk 28 zugeordnet ist, sowie eine zweite Energiekontrollinstanz 42, die dem Energienetzwerk 30 zugeordnet ist. Eine
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch gemeinsames Zusammenwirken der beiden
Energiekontrollinstanzen 40, 42 unter Austausch von
Informationen zwischen den beiden Energiekontrollinstanzen 40, 42 ausgeführt.
Alternativ zu einer zentralen Energiekontrollinstanz 34 können, wie Figur 2 zeigt, in einer weiteren Ausgestaltung auch zwei getrennte, verteilte Energiekontrollinstanzen 40, 42 vorgesehen sein. In diesem Fall überwacht eine erste Energiekontrollinstanz 42 die Energiebilanz im Energienetzwerk 30 und eine zweite, andere
Energiekontrollinstanz 40 die Ressourcenbilanz im
Rechennetzwerk 28.
Kommt es in dieser Ausgestaltung zu einem mengenmäßigen Überangebot oder Angebotsdefizit im Energienetzwerk 30 der Energielieferanten 14, 18, 22, 26 wird dieses Ereignis, zusammen mit einer Anfrage, zu welchen Rechenzentren 12, 16, 20, 24 in welcher Region 4, 6, 8, 10 die Rechenleistung umgeschaltet oder umgeleitet werden soll, an die
Energiekontrollinstanz 40 im Rechennetzwerk 28
signalisiert. Die Energiekontrollinstanz 40 im
Rechennetzwerk 28 wertet die Anfrage aus und veranlasst die angeforderte Umschaltung oder signalisiert der
Energiekontrollinstanz 42 im Energienetzwerk 30 der
Energielieferanten 14, 18, 22, 26, dass ein Umschalten mit den mitgelieferten Parametern zu einer ausgewählten Region 4, 6, 8, 10 nicht möglich ist. Die Kontrollinstanz im
Stromnetz bzw. Energienetzwerk 30 kann dann ggf. die
Anfrage mit einer geänderten Zielregion wiederholen. Die beschriebenen Funktionen der zwei Energiekontrollinstanzen 40, 42 können typischerweise auch von nur einer
Energiekontrollinstanz 34, wie sie in Figur 1 gezeigt ist, durchgeführt werden.
Die mindestens eine Energiekontrollinstanz 34, 40, 42 kann in den anhand der Figuren 1 und 2 beschriebenen
Ausgestaltungen weitere Daten für die Entscheidung der Umschaltung bzw. Verlagerung heranziehen. So können
statistische Werte, wie z. B. ein prognostizierter Stromverbrauch einer Region 4, 6, 8, 10 oder eine zu erwartende Rechenleistung eines Rechenzentrums 12, 16, 20, 24, herangezogen werden. Weiter ist es möglich, geeignete Schwellwerte für die Umschaltung zwischen Rechenzentren 12, 16, 20, 24 zu definieren, um bspw. sog. Hysterese-Effekte zu vermeiden .
In beiden anhand der Figuren 1 und 2 vorgestellten
Ausführungsformen erfolgt eine Auswahl mindestens eines Energielieferanten 14, 18, 22, 26 und somit der von ihm bereitgestellten Energie durch Auswählen mindestens eines Rechenzentrums 12, 16, 20, 24, das regional von mindestens einem Energielieferanten 14, 18, 22, 26 mit Energie
versorgt wird. Eine Auswahl des mindestens einen
Rechenzentrums 12, 16, 20, 24 wird durch Zuordnung von
Rechenanwendungen bzw. Rechenapplikationen und somit von Rechenleistung zu dem mindestens einen Rechenzentrum 12, 16, 20, 24 vorgenommen. Das mindestens eine ausgewählte Rechenzentrum 12, 16, 20, 24 bezieht seine benötigte
Energie regionenabhängig von mindestens einem
Energieiieferanten 14, 18, 22, 26, der typischerweise in derselben Region 4, 6, 8, 10 wie das mindestens eine
Rechenzentrum 12, 16, 20, 24 ansässig ist.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zum Kontrollieren eines Betriebs eines
Rechennetzwerks (28), das eine Anzahl regional
verteilter Rechenzentren (12, 16, 20, 24) umfasst, wobei vorgesehen ist, dass elektrische Energie zum Betreiben der Rechenzentren (12, 16, 20, 24) von jeweiligen regional verteilten Energielieferanten (14, 18, 22, 26) eines Energienetzwerks (30) bereitgestellt wird,
wobei die Anordnung (32, 38) mindestens eine
Energiekontrollinstanz (34, 40, 42) aufweist, die dazu ausgebildet ist, einen potentiellen und/oder aktuellen Energiebedarf wenigstens eines Rechenzentrums (12, 16, 20, 24) zu ermitteln, mit einem entsprechend regional vorhandenen Energieangebot zu vergleichen und eine von dem Rechennetzwerk (28) zu erbringende Rechenleistung entsprechend dem- regionalen Energieangebot auf das mindestens eine Rechenzentrum (12, 16, 20, 24) zu verteilen .
2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die mindestens eine Energiekontrollinstanz (34, 40, 42) dazu ausgebildet ist, je nach jeweils regional vorhandenem
Energieangebot eine entsprechende Verteilung der
Rechenleistung zwischen den Rechenzentren (12, 16, 20, 24) zu initiieren und zu kontrollieren.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die
mindestens eine Energiekontrollinstanz (34, 40, 42) dazu ausgebildet ist, in vorgebaren Zeitabständen je einen tatsächlichen Energiebedarf der jeweiligen
Rechenzentren (12, 16, 20, 24) zu ermitteln, und in Abstimmung mit dem jeweils regional vorhandenen
Energieangebot ggf. eine entsprechende zeitliche und regionale, unterbrechungsfreie Verlagerung der
Rechenleistung zwischen den Rechenzentren (12, 16, 20, 24) zu regeln.
4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, die wenigstens eine mit der mindestens einen Energiekontrollinstanz (34, 40, 42) zusammenwirkende Steuerinstanz (36) für das Rechennetzwerk (28) aufweist, die dazu ausgebildet ist, Daten über eine jeweils benötigte Rechenkapazität der Rechenzentren (12, 16, 20, 24) bereitzustellen.
5. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, die wenigstens ein mit der mindestens einen
Energiekontrollinstanz (34, 40, 42) zusammenwirkendes Managementsystem für das Energienetzwerk (30)
aufweist, das dazu ausgebildet ist, Daten über die jeweils regional vorhandenen Energieangebote
bereitzustellen.
6. Anordnung nach einem der voranstellenden Ansprüche, das mindestens eine dem Rechennetzwerk (28) zugeordnete Energiekontrollinstanz (34, 40, 42) und mindestens eine dem Energienetzwerk (30) zugeordnete
Energiekontrollinstanz (34, 40, 42) aufweist.
7. Verfahren zum Kontrollieren eines Betriebs eines
Rechennetzwerks (28), das eine Anzahl regional
verteilter Rechenzentren (12, 16, 20, 24) umfasst, wobei vorgesehen ist, dass elektrische Energie zum Betreiben der Rechenzentren (12, 16, 20, 24) von jeweiligen regional verteilten Ξnergieiieferanten (14, 18, 22, 26) eines Energienetzwerks (30) bereitgestellt wird,
wobei zur Durchführung des Verfahrens ein
Energiebedarf mindestens eines Rechenzentrums (12, 16, 20, 24) ermittelt und mit einem regional vorhandenen Energieangebot von mindestens einem Energielieferanten (14, 18, 22, 26) verglichen wird, und bei dem eine von dem Rechennetzwerk (28) zu erbringende Rechenleistung entsprechend dem regional vorhandenen Energieangebot auf das mindestens eine Rechenzentrum (12, 16, 20, 24) verteilt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem eine Verteilung der jeweiligen Rechenleistungen auf die Rechenzentren (12, 16, 20, 24) an das jeweils regionale Energieangebot angepasst wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, bei dem die jeweiligen Rechenleistungen entsprechend einem jeweilig regional vorhandenen Energieangebot zwischen den Rechenzentren (12, 16, 20, 24) zeitlich
kontrolliert verteilt bzw. verlagert werden.
10. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, mit deren Hilfe alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 9 durchgeführt werden können, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer
entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer Anordnung (32, 38) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ausgeführt wird.
11. Computerprogrammprodukt mit einem computerlesbaren
Medium und einem auf dem computerlesbaren Medium gespeicherten .Computerprogramm mit
Programmcodemitteln, die dazu geeignet sind, dass alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 9 durchgeführt werden können, wenn das
Computerprogramm auf einem Computer oder einer
entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer Anordnung (32, 38) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ausgeführt wird.
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