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Grange, Léo. Datacenter management for on-site intermittent and uncertain renewable energy sources

Grange, Léo (2019). Datacenter management for on-site intermittent and uncertain renewable energy sources.

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Résumé en francais

Les technologies de l'information et de la communication sont devenues, au cours des dernières années, un pôle majeur de consommation énergétique avec les conséquences environnementales associées. Dans le même temps, l'émergence du Cloud computing et des grandes plateformes en ligne a causé une augmentation en taille et en nombre des centres de données. Pour réduire leur impact écologique, alimenter ces centres avec des sources d'énergies renouvelables (EnR) apparaît comme une piste de solution. Cependant, certaines EnR telles que les énergies solaires et éoliennes sont liées aux conditions météorologiques, et sont par conséquent intermittentes et incertaines. L'utilisation de batteries ou d'autres dispositifs de stockage est souvent envisagée pour compenser ces variabilités de production. De par leur coût important, économique comme écologique, ainsi que les pertes énergétiques engendrées, l'utilisation de ces dispositifs sans intégration supplémentaire est insuffisante. La consommation électrique d'un centre de données dépend principalement de l'utilisation des ressources de calcul et de communication, qui est déterminée par la charge de travail et les algorithmes d'ordonnancement utilisés. Pour utiliser les EnR efficacement tout en préservant la qualité de service du centre, une gestion coordonnée des ressources informatiques, des sources électriques et du stockage est nécessaire. Il existe une grande diversité de centres de données, ayant différents types de matériel, de charge de travail et d'utilisation. De la même manière, suivant les EnR, les technologies de stockage et les objectifs en termes économiques ou environnementaux, chaque infrastructure électrique est modélisée et gérée différemment des autres. Des travaux existants proposent des méthodes de gestion d'EnR pour des couples bien spécifiques de modèles électriques et informatiques. Cependant, les multiples combinaisons de ces deux parties rendent difficile l'extrapolation de ces approches et de leurs résultats à des infrastructures différentes. Cette thèse explore de nouvelles méthodes pour résoudre ce problème de coordination. Une première contribution reprend un problème d'ordonnancement de tâches en introduisant une abstraction des sources électriques. Un algorithme d'ordonnancement est proposé, prenant les préférences des sources en compte, tout en étant conçu pour être indépendant de leur nature et des objectifs de l'infrastructure électrique. Une seconde contribution étudie le problème de planification de l'énergie d'une manière totalement agnostique des infrastructures considérées. Les ressources informatiques et la gestion de la charge de travail sont encapsulées dans une boîte noire implémentant un ordonnancement sous contrainte de puissance. La même chose s'applique pour le système de gestion des EnR et du stockage, qui agit comme un algorithme d'optimisation d'engagement de sources pour répondre à une demande. Une optimisation coopérative et multiobjectif, basée sur un algorithme évolutionnaire, utilise ces deux boîtes noires afin de trouver les meilleurs compromis entre les objectifs électriques et informatiques. Enfin, une troisième contribution vise les incertitudes de production des EnR pour une infrastructure plus spécifique. En utilisant une formulation en processus de décision markovien (MDP), la structure du problème de décision sous-jacent est étudiée. Pour plusieurs variantes du problème, des méthodes sont proposées afin de trouver les politiques optimales ou des approximations de celles-ci avec une complexité raisonnable.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Stolf, Patricia
Da Costa, Georges
Ecole doctorale:Mathématiques, informatique, télécommunications de Toulouse (MITT)
laboratoire/Unité de recherche :Institut de Recherche en Informatique de Toulouse (IRIT), UMR 5505
Mots-clés libres :Centre de données - Ordonnancement - Energie renouvelable - Optimisation multiobjectif - Incertitude
Sujets :Informatique
Déposé le :20 Feb 2020 16:35