Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật viễn thông: Các phương pháp tiết kiệm năng lượng sử dụng công nghệ mạng điều khiển bằng phần mềm trong môi trường điện toán đám mây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI<br /> <br /> TRẦN MẠNH NAM<br /> <br /> CÁC PHƯƠNG PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG<br /> CÔNG NGHỆ MẠNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PHẦN MỀM<br /> TRONG MÔI TRƯỜNG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY<br /> <br /> Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông<br /> Mã số: 62520208<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG<br /> <br /> HÀ NỘI – 2018<br /> <br /> Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội<br /> <br /> Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Hữu Thanh<br /> <br /> Phản biện 1: ………………………………………………………<br /> Phản biện 2: ………………………………………………………<br /> Phản biện 3: ………………………………………………………<br /> <br /> Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường<br /> họp tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội<br /> Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………<br /> <br /> Có thể tìm hiểu luận án tại:<br /> 1. Thư viện Tạ Quang Bửu, Trường ĐHBK HN<br /> 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam<br /> ii<br /> <br /> GIỚI THIỆU<br /> 1. Tổng quan về tiết kiệm năng lượng mạng trong môi trường điện<br /> toán đám mây<br /> Trong những năm gần đây, công nghệ thông tin và truyền thông (ICT)<br /> đang phát triển mạnh mẽ và đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực<br /> như khoa học, y tế, giáo dục, giải trí, truyền thông. Cùng với đó, mạng<br /> Internet đang phát triển từng ngày và là một nền tảng kết nối quan trọng<br /> trong mọi lĩnh vực. Để đảm bảo đáp ứng các nhu cầu dịch vụ Internet, các<br /> nhà mạng, nhà cung cấp dịch vụ Internet đang liên tục củng cố, xây dựng<br /> các hệ thống trung tâp dữ liệu ngày một phức tạp và được mở rộng hơn. Hơn<br /> nữa, kích thước và năng lực xử lý của các trung tâm dữ liệu ngày một tăng<br /> nhanh sẽ dẫn đến việc cơ sở hạng tầng mạng và hệ thống liên tục được mở<br /> rộng để đáp ứng nhu cầu Internet, nhu cầu dịch vụ điện toán đám mây như<br /> Youtube, dropbox, mạng xã hội.<br /> Mặc dù quá trình xây dựng các hệ thống trung tâm dữ liệu phần nào đáp<br /> ứng tốt nhu cầu của người dùng và mang lại nhiều lợi ích, nhưng nó cũng<br /> đẫn đến mặt trái của sự tiêu thụ điện năng, và dẫn tới những vấn đề sau:<br /> -<br /> <br /> -<br /> <br /> Đối với vấn đề môi trường: một lượng lớn khí thải carbon đang được<br /> xả thải từ mảng công nghệ thông tin và truyền thông. Theo đánh giá<br /> của công ty Gartner, một công ty thứ ba có uy tín về việc so sánh<br /> đánh giá công nghệ, lượng khí thải từ các trung tâm dữ liệu ICT là<br /> rất lớn, chiếm khoảng 2% lượng khí thải CO2 toàn cầu.<br /> Đối với vấn đề kinh tế: một lượng lớn năng lượng được tiêu thụ từ<br /> các trung tâm dữ liệu dẫn tới giá thành của các sản phẩm, dịch vụ<br /> công nghệ thông tin và truyền thông tăng cao, điều này trực tiếp ảnh<br /> hưởng tới giá thành của người sử dụng.<br /> <br /> Những khó khăn chính của vấn đề tiết kiệm năng lượng mạng trong môi<br /> trường điện toán đám mây được trình bày sau đây:<br /> -<br /> <br /> 1<br /> <br /> Hệ thống mạng thiếu linh hoạt: trong môi trường mạng của các trung<br /> tâm dữ liệu, rất khó để có thể thay đổi cấu hình, chính sách hoạt<br /> động mạng. Vì thế quản trị viên và các nhà khoa học gặp rất nhiều<br /> <br /> -<br /> <br /> khó khăn trong việc tối ưu hóa, áp dụng phương pháp tối ưu hóa<br /> năng lượng trong hệ thống mạng. Bên cạnh đó, vẫn chưa có một hệ<br /> thống quản lý năng lượng tập trung cho hệ thống mạng để có thể<br /> quản lý tiêu thụ năng lượng mạng và điều khiển.<br /> Mạng nhận thức năng lượng với các công nghệ trong môi trường<br /> điện toán đám mây: điện toán đám mây đang rất phát triển với rất<br /> nhiều mô hình mới như: Hạ tầng như là một dịch vụ (IaaS), Nền tảng<br /> như là một dịch vụ (PaaS), Mạng như là một dịch vụ (NaaS). Với<br /> các dịch vụ cloud như vậy, các công nghệ ảo hóa như ảo hóa mạng,<br /> ảo hóa trung tâm dữ liệu đóng vai trò quan trọng. Qua đó chỉ ra được<br /> công việc xây dựng hệ thống nhận thức năng lượng là điều cần thiết.<br /> <br /> 2. Đóng góp của luận án<br /> Hiện nay, công nghệ mạng điều khiển bằng phần mềm (SDN) [11] [12]<br /> [13] đang nổi lên như một cuộc cách mạng về công nghệ mạng. Công nghệ<br /> SDN cho phép xây dựng hệ thống mạng mềm dẻo hơn và có khả năng điều<br /> khiển linh hoạt bằng phần mềm. Công nghệ SDN rất phù hợp để xây dựng<br /> hệ thống mạng nhận thức năng lượng cùng với việc tích hợp với các công<br /> nghệ như ảo hóa mạng, ảo hóa trung tâm dữ liệu. Trong khuân khổ luận án<br /> này, NCS đề xuất các phương pháp tiết kiệm năng lượng mạng trong môi<br /> trường điện toán đám mây sử dụng công nghệ SDN. Các đóng góp cụ thể<br /> như sau:<br /> -<br /> <br /> -<br /> <br /> Xây dựng hệ thống điều khiển năng lượng mạng tập trung dựa trên<br /> nền tảng công nghệ SDN. Trên nền tảng hệ thống đó, NCS đề xuất<br /> hai giải thuật định tuyến nhận thức năng lượng và di trú máy chủ<br /> nhằm tiết kiệm năng lượng.<br /> Đề xuất xây dựng hệ thống ảo hóa mạng nhận thức năng lượng và<br /> ảo hóa trung tâm dữ liệu nhận thức năng lượng trong môi trường<br /> điện toán đám mây. Trên các hệ thống này, NCS đề xuất các phương<br /> pháp nhúng mạng ảo nhận thức năng lượng và nhúng trung tâm dữ<br /> liệu nhận thức năng lượng.<br /> <br /> Các kết quả, đóng góp của NCS được công bố tại hai tạp chí quốc tế, sáu<br /> kỷ yếu hội thảo quốc tế và một kỷ yếu hội thảo trong nước.<br /> 2<br /> <br /> CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TIẾT KIỆM<br /> NĂNG LƯỢNG TRONG MÔI TRƯỜNG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY<br /> Phân loại các phương pháp tiết kiệm năng lượng<br /> <br /> I.1<br /> <br /> Hiện nay nhiều cách thức phân loại các phương pháp tiết kiệm năng<br /> lượng mạng, nhưng tổng hợp và đúc kết lại sẽ được phân chia theo những<br /> loại sau: (1) re-engineering; (2) dynamic adaptation; và (3) sleeping/standby<br /> [4].<br /> Table I.1: Các phương pháp tiets kiệm năng lượng[4]<br /> <br /> I.1.1<br /> <br /> Re-Engineering<br /> <br /> Hướng re-engineering tập trung vào việc phát triển các công nghệ tiết<br /> kiệm năng lượng tập trung bên trong thiết bị mạng. Các thiết kế vi mạch<br /> mới, công nghệ silicon mới (như: Application Specific Integrated Circuits<br /> (ASICs) [1], Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) [2], v.v) và công<br /> nghệ bộ nhớ mới (như: Ternary Content-Addressable Memory (TCAM),<br /> v.v.).<br /> I.1.2<br /> <br /> Dynamic Adaptation – đáp ứng linh hoạt<br /> <br /> Phương pháp đáp ứng linh hoạt tập trung vào việc tối ưu các module bên<br /> trong thiết bị như tốc độ xử lý, khả năng tính toán để từ đó đưa ra các mức<br /> xử lý khác nhau phù hợp với yêu cầu dữ liệu. Có hai hướng nhỏ bên trong<br /> này là: power scaling và idle logic.<br /> I.1.3<br /> <br /> Sleeping/Standby<br /> <br /> Đây là ý tưởng của việc cho một phần hoặc nhiều phần của một hệ thống<br /> vào trạng thái “ngủ” hoặc tắt của thiết bị, nhằm tiết kiệm năng lượng toàn<br /> <br /> 3<br /> <br />