Bilgi işlem merkezlerinin enerji talebinin modellenmesi ve simülasyonu için bir yazılım aracı geliştirilmesi
Development of a software tool for modeling and simulating the energy demand of data centers
Yazar: FURKAN GÖKÇÜL
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜL NİHAL GÜĞÜL
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Enerji = Energy ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bilgi işlem merkezlerinde veri saklama alanı ve sunucu performansı gereksinimindeki hızlı artış, enerji tüketiminde de önemli bir artışa neden olmaktadır. 2030 yılına gelindiğinde dünyada tüketilen toplam enerjinin %13'ünün bilgi işlem merkezlerinden kaynaklanacağı tahmin edilmektedir. Bu sebeple bilgi işlem merkezlerinin enerji verimli olarak tasarlanması ve inşa edilmesi büyük önem arz etmektedir. Literatürde bilgi işlem merkezlerinde enerji tasarrufu elde edebilmek amacı ile kapasite yönetim yazılımları ve ağ yazılımları geliştirilmiştir. Fakat bilgi işlem merkezinin enerji tasarruf potansiyelini belirlemek amacı ile binalarının fiziksel özellikleri ve konumunu dikkate alan akademik amaçlı bir yazılım geliştirilmemiştir. 
Bu tez çalışmasında bir bilgi işlem merkezinin elektrik tüketimini tahmin eden, ölçüm verileri ile doğrulanmış bir yazılım geliştirilmiştir. Geliştirilen yazılım bilgi işlem merkezlerinde elektrik tasarruf potansiyelinin hesaplanmasında kullanılabilecek önemli bir araçtır. Geliştirilen yazılım ile var olan bir bilgi işlem merkezinin sahip olduğu veya tasarlanan bir merkezin sahip olacağı elektrikli cihazlar, bina özellikleri ve konumun iklim verisini dikkate alınarak merkezin elektrik tüketimi tahmin edilebilmektedir. Geliştirilen yazılım web tabanlı bir uygulamadır. Yazılım Sunum Katmanı, İş Katmanı ve Veri Katmanında oluşmaktadır. Sunum katmanı içerisinde kullanıcı ara yüzleri bulunmaktadır. Kullanıcı ara yüzü için React JS kullanılmıştır. İş katmanı içerisinde yazılım için .NET Core ile hazırlanan Uygulama Programlama Arayüzü (API) bulunmaktadır. Bu API kullanıcı ara yüzündeki ekranların üzerindeki işlemlerin gerçekleştirilmesini sağlamaktadır. Veri katmanı içerisinde Entity Framework Core ve veri tabanı yer almaktadır. Ekranların üzerindeki işlemler hazırlanan rest API ile etkileşim kurmaktadır. Veri tabanı işlemleri için MS SQL Server konumlandırılmıştır. ORM olarak Entity Framework Core konumlandırılmıştır. MS SQL ile etkileşim TCP/IP üzerinden iletişim kurmaktadır. 
Bilgi işlem merkezlerinin elektrik tüketimini tahmin etmek amacı ile geliştirilen yazılımın doğrulanması amacı ile bir bilgi işlem merkezinde saatlik elektrik tüketimi ölçülmüştür. Ölçülen veri ile tahmin edilen veri regresyon analizine tabi tutulmuştur. Tahmin edilen ve ölçülen soğutma amaçlı elektrik tüketimi verisi için R2 değeri 0,987, tahmin edilen ve ölçülen toplam tüketimi verisi için R2 değeri 0,99 olarak hesaplanmıştır. Bu değerin hedeflenen 0,97 değerinin üstünde olması sebebi ile istenilen hedefe ulaşılmıştır.

Abstract:
The rapid increase in data storage space and server performance requirements in data centers also causes a significant increase in energy consumption. By 2030, 13%of the worldwide energy consumption is estimated to originate from data centers. For this reason, it is of great importance to design and build data centers in an energy efficient manner. In the literature, capacity management and network software have been developed in order to achieve energy savings in data centers. However, a software with academic purposes has not been developed in order to determine the energy saving potential of the data centers that takes into account the physical characteristics and location of the buildings.
In this thesis, a software that estimates the electricity consumption of a data center has been developed and validated with measurement data. The developed software is a significant tool that will be used to calculate the electricity saving potential of data centers. With the developed software, the electricity consumption of the center can be estimated by taking into account the electrical devices that an existing data center owns or a designed center will have, the building characteristics and the climate data of the location. The developed software is a web-based application. The software consists of Presentation Layer, Business Layer and Data Layer. There are user interfaces in the presentation layer. React JS is used for the user interface. In the business layer, there is an Application Programming Interface (API) prepared with .NET Core. This API enables operations on the screens in the user interface to be performed. The data layer includes Entity Framework Core and database. The processes on the screens interact with the rest API that has been prepared. MS SQL Server is positioned for database operations. Entity Framework Core is positioned as ORM. Interaction with MS SQL communicates through TCP/IP.
In order to verify the software which has been developed to estimate the electricity consumption of data centers, electricity consumption of a data center was measured hourly. The estimated data were subjected to regression analysis with the measured data. The R2 value is calculated as 0,987 for the estimated and measured cooling electricity consumption data, and 0,99 for the estimated and measured total consumption data. Since this value is above the targeted value of 0,97, the desired target has been achieved.