Сулин А.А.

Донецкий национальный технический университет, Украина

Пути определения технического оснащения центра обработки данных

В рамках проекта по модернизации существующей телекоммуникационной мультисервисной сети стадиона «Донбасс-Арена» был проведен анализ её текущего состояния и сделаны следующие выводы.

Сеть построена согласно современным методикам проектирования и применением современного высокопроизводительного оборудования с учетом возможного роста нагрузки на сеть и дальнейшего развития технологий. Модернизация такой сети в ближайшие 3-5 лет при сохранении текущей нагрузки не представляется необходимой. При проектировании были заложены высокопроизводительное оборудование и скоростные линии связи, использованы современные решения в области безопасности передачи данных, аутентификации и авторизации пользователей, использованы решения от ведущих мировых поставщиков телекоммуникационного оборудования. Однако анализ нагрузки показал, что постоянная нагрузка транспортной сети не превышает 5% её доступных ресурсов. Поэтому предложено организовать коммерческий центр обработки данных (ЦОД) для загрузки транспортной сети и повышения её экономической эффективности

Предлагаемая модернизация сети требует значительных капиталовло-жений. Поэтому нужно заранее оценить ее экономическую эффективность.

Для этого воспользуемся оценкой абсолютной экономической эффективности технического решения. Этот методический подход опирается на сопоставление экономических выгод и затрат по конкретному проекту. В качестве критерия эффективности можно использовать метод чистой приведенной стоимости проекта.

Рынок телекоммуникационного оборудования и вычислительной техники для ЦОД предлагает множество самых разнообразных вариантов выбора техники. Так как проект основывается на базе существующей сети, то будем использовать телекоммуникационное оборудование аналогичное тому, которое установлено в основной сети. Это коммутаторы и маршрутизаторы произ-водства фирмы Cisco. Это надежное высокопроизводительное оборудование, к тому же персонал уже обучен работе с ним, что снижает издержки на внедрение. Выбор вычислительной техники не так однозначен.

В машинном зале необходимо укомплектовать 19 шкафов-стоек. Современный рынок требует от ЦОД различных услуг существенно различающихся по цене. Поэтому укомплектовать весь ЦОД оборудованием одного типа будет неэффективно с точки зрения эффективности его использования.

Поэтому предлагается выбрать из предложенного поставщиками списка оборудования наиболее эффективный комплект. В качестве критерию эффективности будем использовать чистую приведенную стоимость проекта за три года эксплуатации.

ЦОД получает доход от предоставления следующих услуг: 1) аренда юнитов в стойках; 2) аренда виртуальных серверов; 3) аренда выделенных серверов; 4) аренда дискового пространства для хранения данных; 5) покупка времени работы вычислительного кластера.

Для создания и поддержания работы дата-центра необходимы следующие затраты. Капитальные вложения на первоначальном этапе состоят из: 1) подго-товка помещений для размещения оборудования и вспомогательных служб; 2) приобретение, установка и пуско-наладка вспомогательного оборудования дата-центра (системы охлаждения, бесперебойного электропитания, видеонаблюдения, контроля и учета доступа в помещения); 3) приобретение оборудования и монтаж телекоммуникационной сети дата-центра и основного оборудования.

Переменные затраты для поддержания работы дата-центра будут состоять из: 1) затраты на электроэнергию; 2) затраты на технический и нетехнический персонал и другие.

Для максимизации прибыли необходимо определить комбинацию предоставляемых услуг, а равно и оборудования, которое необходимо для них. Спрос на услуги дата-центра может изменяться, соответственно, необходимо определить возможные пути переориентирования использования оборудования под другие виды услуг.

Основное ограничение на развитие ЦОД – ограниченное пространство машинного зала. Для установки вычислительной техники доступны 19 стоек по 42 юнита. Дополнительным ограничением на рост может стать использование сети стадиона в качестве транспортной. Сеть должна обеспечить нормальное функционирование, в-первую очередь, стадиона в условиях крайне резкого роста нагрузок во время проведения мероприятий и в то же время, поддерживать транспорт траффика дата-центра.

Для выбора комплекта оборудования необходимо решить задачу о выборе наиболее эффективного комплекта оборудования для получения максимальной прибыли при минимальных начальных затратах и при ограниченных потоках данных в транспортной сети и ограниченном месте в стойках.

Данная задача относится к задачам комбинаторной оптимизации (задача о ранце). Для получения точного решения можно использовать либо метод полного перебора всех вариантов, либо метод ветвей и границ. Набор параметров весьма не маленький, поэтому перебор всех вариантов и построение дерева решений требуют значительных вычислительных ресурсов.

Использование приближенных методов решения типа "жадного алгоритма", как правило, дает результат, отличающийся от оптимального. Поэтому предлагается использовать для поиска оптимального решения метод генетических алгоритмов. В отличии от метода прямого полного перебора он имеет гораздо более быструю сходимость и позволит отыскать как точное решение задачи, так и оценить снижение эффективности при изменении параметров.

Для решения поставленной задачи воспользуемся пакетом Optimization Toolbox для системы MATLAB 2011b. Он имеет готовую реализацию задачи поиска минимума фитнесс-функции методом генетических алгоритмов.

Так как перед нами стоит задача поиска максимума прибыли за период окупаемости, а реализация позволяет найти минимум функции, то определим значение фитнесс-функции следующим образом:

.

При отрицательном дисконтированном доходе(убытках) фитнесс-функция принимает огромное значение. При положительном(прибыли) – значение фитнесс-функции равно обратной величине дохода: чем больше доход, тем меньше фитнесс-функция.

Для улучшения качества поиска при такой постановке необходимо изменить в вкладке условий остановки поиска «Stopping criteria» минимальный шаг изменения фитнесс-функции «Function tolerance» со стандартного значения 10^-6 на меньшее – установим 10^-9. Это позволит оперировать с итоговым дисконтированным доходом до 1 млрд.грн, что значительно превышает начальные инвестиции.

Поиск решения дал несколько возможных результатов, причем некоторые из них весьма тривиальны и представляют собой максимальное количество оборудования одного типа при минимуме другого. Выбор такой комбинации выглядит весьма рискованно с точки зрения рыночного спроса. Наиболее оптимальным выглядит вариант, в котором представлены все виды оборудования, что позволит предложить клиентам максимальное разнообразие услуг.

Литература:

1. Лэммл Т. «CCNA: Cisco Certified Network Associate. Учебное руководство. Экзамен 640-507», Вильямс -2010, 1548 c.

2. Вито Амато «Основы организации сетей Cisco», том 1-512 с., том 2-464 с.

3. Скобцов Ю.А. Основы эволюционных вычислений. Донецк: ДонНТУ, 2008. – 326 с.