Nghiên cứu giải pháp phần cứng tiết kiệm năng lượng cho các trung tâm dữ liệu

128 1.7K 6
Nghiên cứu giải pháp phần cứng tiết kiệm năng lượng cho các trung tâm dữ liệu

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Nghiên cứu giải pháp phần cứng tiết kiệm năng lượng cho các trung tâm dữ liệu “Nghiên cứu giải pháp phần cứng tiết kiệm năng lượng cho các trung tâm dữ liệu” Trung tâm dữ liệu đóng một vai trò quan trọng trong các hoạt động thường ngày của mọi người. Sự mở rộng không ngừng cả về phạm vi và quy mô của các trung tâm dữ liệu dẫn đến thực trạng mức tiêu thụ năng lượng quá lớn. Các ảnh hưởng của điều này không chỉ về giá cả mà còn về môi trường khi lượng khí độc hại thải ra từ các trung tâm dữ liệu là một vấn đề rất đáng quan tâm. Một trong những giải pháp được đưa ra đó là điều khiển một cách thông minh việc tiêu thụ năng lượng của các bộ chuyển mạch được sử dụng trong các trung tâm dữ liệu. Nhóm tác giả thực hiện đồ án đã đưa ra các cải tiến cho các bộ chuyển mạch OpenFlow nhằm mục đích hỗ trợ các chế độ tiết kiệm năng lượng khác nhau. Sự cải tiến này bao gồm định nghĩa các bản tin mới theo chuẩn giao thức OpenFlow, thiết kế bộ điều khiển các chuyển mạch OpenFlow (OSC) có khả năng bật tắt các bộ chuyển mạch và các port. Hơn nữa, nhóm tác giả đã tích hợp các cải tiến này lên chính các bộ chuyển mạch OpenFlow trên nền tảng phần cứng khả trình NetFPGA trong khuôn khổ dự án ECODANE1. Các kết quả được trình bày trong đồ án này có thể được sử dụng bởi các nhà sản xuất chuyển mạch OpenFlow hoặc những nhà nghiên cứu về năng lượng tiêu thụ của các thiết bị mạng.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  ====o0o====      !"#$#% &'  TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Sinh viên thực hiện : LÊ THÁI HƯNG NGUYỄN DUY LINH LÊ ANH VĂN Lớp KSTN- ĐTVT- K52 Giảng viên hướng dẫn : TS TRẦN NGỌC LAN TS. TRẦN MINH TRUNG TS. NGUYỄN XUÂN DŨNG ()*+, /,0/  ====o0o====      !"#$#% &'  BỘ GI ÁO DỤ C VÀ ĐÀ CỘ NG HÒ A XÃ HÔI CH Sinh viên thực hiện : LÊ THÁI HƯNG NGUYỄN DUY LINH LÊ ANH VĂN Lớp KSTN- ĐTVT- K52 Giảng viên hướng dẫn : TS TRẦN NGỌC LAN TS. TRẦN MINH TRUNG TS. NGUYỄN XUÂN DŨNG C<n b> phản biện : ()*+, /,0/ O TẠO Ủ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc 1 Họ và tên sinh viên: 234*567 Số hiệu sinh viên: /,,8/9:0 7;<=6&;< *63 Số hiệu sinh viên: /,,808/0 2>63?6 Số hiệu sinh viên: /,,8@9/: Kho<: :/ Viện: *A6BC.*=6B3D67 Ngành: *A6BC.*=6B3D67 1 Đầu đề đồ án: ……………………………………………… ……………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… ……… 2 Các số liệu và dữ liệu ban đầu: …………………………………… …………………………………………… …… …………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………. … ……………………… ……………………………………………………………………………………. 3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: ……………………………………………………………………………………………………………… …. ……………………………………………………………………………………………………………………………… …… …. ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……… ….…………………………………………………………………………………………… 4 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): ……………………………………………………………………………………………………………………… …. ………………………………………………………………………………………………………………………… ……….…………………………………………………………………………………………………………. 5 Họ tên giảng viên hướng dẫn: EFGH67IJ K6 EFGH6*63G;67 EF7;<=6L;M6&N67 6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ………………………………………………….…………… 7 Ngày hoàn thành đồ án: ……………………………………………………………………… ……… Ngày tháng năm Chủ nhiệm B> môn Giảng viên hướng dẫn Sinh viên đã hoàn thành và n>p đồ <n tốt nghiệp ngày th<ng năm 46O)P3Q6O*A6 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI RSLT Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên: Ngành: Kho<: Giảng viên hướng dẫn: C<n b> phản biện: 1. )*U;67B3*VBWVBXB673*AP 2. 3Y6Z[BJ\KJ46O)P3Q6O*A6 Ngày th<ng năm 46O)P3Q6O*A6 ( Ký, ghi rõ họ và tên ) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ]^ Ngày nay, c<c trung tâm dữ liệu đóng vai trò quan trọng trong c<c hoạt đ>ng thường ngày của c<c tổ chức như trường học, doanh nghiệp, viện nghiên cứu. Những trung tâm dữ liệu này cùng với sự ph<t triển không ngừng của xã h>i đang tăng lên nhanh chóng về cả quy mô và số lượng. Số lượng m<y chủ trong mỗi trung tâm dữ liệu đang tăng lên rất nhanh chóng để đ<p ứng nhu cầu trao đổi thông tin mọi người trong xã h>i. Do đó m>t điều tất yếu là số lượng c<c thiết bị chuyển mạch để kết nối c<c m<y chủ lại với nhau cũng phải tăng lên. Điều này làm cho nhu cầu về điện năng tiêu thụ bởi c<c trung tâm dữ liệu ngày càng tăng lên tỉ lệ với kích thước của c<c trung tâm này. Và bài to<n được đặt ra cho c<c nhà nghiên cứu và c<c nhà ph<t triển là làm sao có thể giảm tối đa lượng điện năng tiêu thụ của c<c trung tâm dữ liệu này mà khả năng xử lý thông tin vẫn được đảm bảo. Từ yêu cầu thực tế trên, nhóm t<c giả đã nghiên cứu và chế tạo thành công thiết bị điểu khiển giúp tiết kiệm năng lượng cho c<c b> chuyển mạch trong trung tâm dữ liệu và cũng đã chế tạo thành công c<c b> chuyển mạch có khả năng tự tiết kiệm năng lượng. Những kết quả đạt được đã và đang mở ra m>t hướng đi mới rất khả thi cho việc ph<t triển, sản xuất đại trà c<c thiết bị mạng tiết kiệm năng lượng cũng như giúp c<c nhà quản lý trung tâm dữ liệu theo dõi công suất tiêu thụ của toàn trung tâm dữ liệu, mức tiết kiệm năng lượng. Sau m>t thời gian lao đ>ng miệt mài, nhóm t<c giả đã hoàn thành đồ <n với đề tài:“73*26J_;7*Q*P34PP3H6J_67B*VBW*A`6?67a5b67J3cJ4JBG;67 BM`Uda*A;” Nhờ những cố gắng không ngừng, t<c giả đã gặt h<i được m>t số kết quả nhất định. Mặc dù vậy, do thời gian có hạn nên m>t số ý tưởng vẫn chưa được thực hiện và kết quả nghiên cứu không tr<nh khỏi m>t vài sai sót nhỏ. Vì vậy, t<c giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp của c<c thầy cô gi<o và bạn bè. T<c giả xin được gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc tới:  Cô gi<o TS. Trần Ngọc Lan  Thầy gi<o TS. Trần Minh Trung  Thầy gi<o TS. Nguyễn Xuân Dũng NETFPGA GROUP-KSTN-ĐTVT-K52 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Thầy gi<o TS. Phạm Ngọc Nam  Thầy gi<o PGS.TS. Nguyễn Hữu Thanh  Cô gi<o TS. Trương Thu Hương  C<c bạn K51, K52, K53 trong nhóm OpenFlow  Tập thể lớp KSTN-ĐTVT-K52  Viện Điện Tử - Viễn Thông, trường ĐH B<ch Khoa Hà N>i  Cùng toàn thể gia đình và bạn bè đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho t<c giả trong qu< trình nghiên cứu. e46f5bJB3gJ3*A6BGc67W3;D6W3hJ\KUg46i*Q`f*A66?67B*2; B3jJ\K`k67JlmnUda*A;UgKBG26WoB3;YBa5;a5b67pECODANEqiUc EFEF7;<=6d;3K63J3\BGrF Sinh viên thực hiện: ! s&s  > NETFPGA GROUP-KSTN-ĐTVT-K52 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ^t “73*26J_;7*Q*P34PP3H6J_67B*VBW*A`6?67a5b67J3cJ4JBG;67BM`Ud a*A;” Trung tâm dữ liệu đóng m>t vai trò quan trọng trong c<c hoạt đ>ng thường ngày của mọi người. Sự mở r>ng không ngừng cả về phạm vi và quy mô của c<c trung tâm dữ liệu dẫn đến thực trạng mức tiêu thụ năng lượng qu< lớn. C<c ảnh hưởng của điều này không chỉ về gi< cả mà còn về môi trường khi lượng khí đ>c hại thải ra từ c<c trung tâm dữ liệu là m>t vấn đề rất đ<ng quan tâm. M>t trong những giải ph<p được đưa ra đó là điều khiển m>t c<ch thông minh việc tiêu thụ năng lượng của c<c b> chuyển mạch được sử dụng trong c<c trung tâm dữ liệu. Nhóm t<c giả thực hiện đồ <n đã đưa ra c<c cải tiến cho c<c b> chuyển mạch OpenFlow nhằm mục đích hỗ trợ c<c chế đ> tiết kiệm năng lượng kh<c nhau. Sự cải tiến này bao gồm định nghĩa c<c bản tin mới theo chuẩn giao thức OpenFlow, thiết kế b> điều khiển c<c chuyển mạch OpenFlow (OSC) có khả năng bật tắt c<c b> chuyển mạch và c<c port. Hơn nữa, nhóm t<c giả đã tích hợp c<c cải tiến này lên chính c<c b> chuyển mạch OpenFlow trên nền tảng phần cứng khả trình NetFPGA trong khuôn khổ dự <n ECODANE[1]. C<c kết quả được trình bày trong đồ <n này có thể được sử dụng bởi c<c nhà sản xuất chuyển mạch OpenFlow hoặc những nhà nghiên cứu về năng lượng tiêu thụ của c<c thiết bị mạng. NETFPGA GROUP-KSTN-ĐTVT-K52 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP >RE#> “#umuKJ3*673KGUvKGumca;B*c6wcGu6uG7<mKx*67*6&KBKJu6BuGm” Data centers play an important role in our daily activities. The increasing demand for data centers in both scale and size has led to huge energy consumption. The cost and environmental impact of data centers increases due to large amounts of carbon emissions. One solution to this problem is to intelligently control the power consumption of switches used in data centers. This thesis proposes an extension to OpenFlow switches to support different power saving modes. The extension includes defining new messages in OpenFlow standard and designing an OpenFlow Switch Controller (OSC) that is able to turn on/off switches and disable/enable ports. Furthermore, the extension is integrated into the NetFPGA based OpenFlow switches in the ECODANE[1] framework. That brings an opportunity of producing self-power aware OpenFlow switches. The results presented in this thesis can aslo be used by the OpenFlow compliant switches manufacturer or by power aware research community. NETFPGA GROUP-KSTN-ĐTVT-K52 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1 1 NETFPGA GROUP-KSTN-ĐTVT-K52 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP &>1yz NETFPGA GROUP-KSTN-ĐTVT-K52 10 [...]... trong tương lai 1.1 Vấn đề tiết kiệm năng lượng cho trung tâm dữ liệu Có thể nói rằng hiện nay các trung tâm dữ liệu đang tiêu tốn một năng lượng khổng lồ để duy trì hoạt động của nó.Theo một nghiên cứu cho thấy rằng chi phí năng lượng chiếm tới 44% chi phí hoạt động của trung tâm dữ liệu Năng lượng tiêu thụ ở đây bao gồm có năng lượng cho các server, các thiệt bị mạng, cho hệ thống làm lạnh, line-cards,... tìm hiểu về năng lượng trong mạng trung tâm dưới đây được tham khảo trong bài báo “Energy Aware Network Operations” [2], chỉ đề cập đến mô hình năng lượng tiêu thụ của switch và một chủ đề đang được nhiều nhà phát triển quan tâm đó là các giải pháp tiết kiệm năng lượng tiêu thụ trong mạng trung tâm dữ liệu Các switch và router hiện tại không cho ta biết đầy đủ các thông số năng lượng tiêu thụ... Nếu ta không tắt switch khi không có lưu lượng đi qua, switch sẽ luôn tiêu thụ một lượng công suất nền rất lớn: 146W Dựa vào đặc tính tiêu thụ năng lượng của các switch, phần tiếp theo sẽ trình bày một số kỹ thuật được dùng trong tiết kiệm năng lượng tiêu thụ của các thiết bị mạng trong trung tâm dữ liệu 1.2 Giải pháp sử dụng mạng OpenFlow 1.2.1 Sự cần thiết cho một kiến trúc mạng mới Sự bùng nổ... OpenFlow tiết kiệm năng lượng và thực hiện trên các bộ chuyển mạch thực tế đã triển khai Phần “Đo đạc, kiểm thử và đánh giá kết quả đạt đươc” gồm một chương:  Chương 6: Triển khai hệ thống mới với các thiết bị đã được tạo ra, đo đạc và đánh giá các kết quả trên thực tế phòng thí nghiệm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 1 Chương 1 Vấn đề tiết kiệm năng lượng trong trung tâm dữ liệu và giải pháp sử dụng... và giải pháp sử dụng mạng OpenFlow Sinh viên: Lê Anh Văn Chương này sẽ giải thích nhu cầu tiết kiệm năng lượng cho các trung tâm dữ liệu Đồng thời, một giải pháp hoàn toàn mới cho khó khăn đó sẽ được đưa ra dựa vào công nghệ mạng mới đang được phát triển rất nhanh chóng trong thời gian gần đây: Đó là mạng điều khiển bằng phần mềm dựa trên giao thức OpenFlow Các khái niệm, định nghĩa và mô hình... được chia thành sáu chương, gồm ba phần chính: Phần “Tìm hiểu thực trạng và giải pháp mạng OpenFlow” gồm hai chương:  Chương 1: Nêu thực trạng về vấn đề năng lượng trong các trung tâm dữ liệu và giải pháp sử dụng mạng OpenFlow do Lê Anh Văn thực hiện  Chương 2: Tìm hiểu một cách tổng quát công nghệ mạch tổ hợp FPGA, về bộ chuyển mạch OpenFlow trên nền tảng phần cứng NetFPGA Chương này do Nguyễn... VCD Value Change Dump Phần mở rộng của file mô phỏng Random Component Access Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động Inter- Kết nối thành phần ngoại vi NETFPGA GROUP-KSTN-ĐTVT-K52 12 PHẦN MỞ ĐẦU Trong đồ án này, tác giả sẽ tập trung giải quyết các vấn đề chính sau: Mô tả cấu trúc của chuyển mạch OpenFlow; xây dựng mạng OpenFlow trên nền tảng NetFPGA; các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho các bộ chuyển... chức năng OpenFlow (OpenFlow enabled commercial Switch): loại này chính là một bộ chuyển mạch Ethernet thông thường nhưng được bổ xung thêm chức năng OpenFlow cho phép xử lý hai loại lưu lượng khác nhau: lưu lượng thí nghiệm (xử lý bởi flow-table) và lưu lượng thực tế(xử lý bởi các giao thức lớp 2 và 3) Do điều kiện nghiên cứu của tác giả là trong phòng thí nghiệm, nên tác giả chỉ tập trung nghiên. .. vậy không thích hợp với yêu cầu tính toán đa dạng, năng động và nhu cầu lưu trữ dữ liệu ngày nay tại các trung tâm dữ liệu của doanh nghiệp, trường học, và trong môi trường của các nhà cung cấp dịch vụ Một trong số những xu hướng tính toán quan trọng dẫn tới yêu cầu ngày càng tăng cho một mô hình mạng mới bao gồm: • • • • Sự thay đổi mô hình lưu lượng Hướng người dùng CNTT (Công nghệ thông tin)... khả năng phân bổ nguồn lực một cách năng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 1 động, trở nên linh hoạt hơn, đủ quy mô để hỗ trợ các trung tâm dữ liệu khổng lồ với sự ảo hóa cần thiết cho một môi trường điện toán đám mây tự động hóa cao, năng động, và an toàn Sở hữu nhiều lợi thế và tiềm năng công nghiệp hấp dẫn, mạng SDN đang trên đường để trở thành một chuẩn mực mới cho mạng trong tương lai ĐỒ ÁN TỐT . điểu khiển giúp tiết kiệm năng lượng cho c<c b> chuyển mạch trong trung tâm dữ liệu và cũng đã chế tạo thành công c<c b> chuyển mạch có khả năng tự tiết kiệm năng lượng. Những kết quả. thi cho việc ph<t triển, sản xuất đại trà c<c thiết bị mạng tiết kiệm năng lượng cũng như giúp c<c nhà quản lý trung tâm dữ liệu theo dõi công suất tiêu thụ của toàn trung tâm dữ liệu, . triển quan tâm đó là c<c giải ph<p tiết kiệm năng lượng tiêu thụ trong mạng trung tâm dữ liệu. C<c switch và router hiện tại không cho ta biết đầy đủ c<c thông số năng lượng tiêu

Ngày đăng: 08/07/2014, 20:25

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • Chương 1. Vấn đề tiết kiệm năng lượng trong trung tâm dữ liệu và giải pháp sử dụng mạng OpenFlow

    • 1.1 Vấn đề tiết kiệm năng lượng cho trung tâm dữ liệu

    • 1.2 Giải pháp sử dụng mạng OpenFlow

      • 1.2.1 Sự cần thiết cho một kiến trúc mạng mới

      • 1.2.2 Mục tiêu của mạng OpenFlow

      • 1.2.3 Giao thức OpenFlow

      • 1.2.4 Lợi ích của mạng SDN dựa trên giao thức OpenFlow

      • 1.1 Kết luận chương

      • Chương 2. Ứng dụng mạng OpenFlow trong trung tâm dữ liệu trên nền tảng NetFPGA

        • 2.1 Giới thiệu công nghệ mạch tổ hợp FPGA

          • 1.1.1 Các công nghệ mạch tổ hợp

          • 1.1.2 Ứng dụng của FPGA

          • 1.1.3 Kiến trúc của FPGA

            • 2.1.1.1 Cấu tạo của CLB

            • 2.1.1.2 IOB

            • 2.1.1.3 Block RAM

            • 1.1.3.1 Khối quản lý đồng hồ DCM

            • 1.1.4 Các bước thiết kế với FPGA của Xilinx

            • 1.1.5 Phần mềm ISE

            • 2.2 Chuyển mạch OpenFlow trên nền tảng kit NetFPGA

              • 1.1.6 Kiến trúc bộ chuyển mạch OpenFlow

              • 1.1.7 Giới thiệu về NetFPGA

                • 2.2.1.1 Phần cứng

                • 2.2.1.2 Gateware

                • 2.2.1.3 Phần mềm

                • 1.1.8 Làm việc với một dự án NetFPGA

                  • 2.2.1.4 Cấu trúc thư mục của một dự án NetFPGA

                  • 2.2.1.5 Tạo một Project mới

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan