基于多Agent的校園網(wǎng)絡(luò )管理系統

1 引 言

　　隨著(zhù)高校教育事業(yè)的不斷發(fā)展，學(xué)生人數和學(xué)校規模都不斷增加，校園網(wǎng)的規模也在逐漸的擴大，在校園網(wǎng)中，通常是多種網(wǎng)絡(luò )系統平臺共存，包括不同廠(chǎng)家，公司的網(wǎng)絡(luò )設備、計算機設備、通信設備等。從而使網(wǎng)絡(luò )的管理和維護日益困難。為了管理這種規模和多樣性不斷增長(cháng)的系統和網(wǎng)絡(luò )，需要有一套自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò )管理工具和程序。而一個(gè)完善的網(wǎng)絡(luò )管理系統可以保證計算機網(wǎng)絡(luò )能夠可靠、穩定地運行，使網(wǎng)絡(luò )資源得到最大的利用，使網(wǎng)絡(luò )的性能和服務(wù)質(zhì)量得到改善。傳統的兩級分布式網(wǎng)絡(luò )管理模式，在一定程度上解決了集中管理模式中存在的瓶頸和可擴縮性問(wèn)題，同時(shí)也帶來(lái)了管理者之間任務(wù)的分配、通信和協(xié)作等問(wèn)題。而且，傳統網(wǎng)絡(luò )管理中的管理者只能完成一些預定的工作，不具備自主處理事情的能力，對網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)的改變不能很好的實(shí)時(shí)響應。另外，管理者之間也不能很好地協(xié)同工作以處理復雜的網(wǎng)絡(luò )管理事務(wù)。Agent具有實(shí)時(shí)性高、可擴充性好、自治能力強等特點(diǎn)，各個(gè)代理都參與管理工作、決策、協(xié)作完成管理任務(wù)、減少管理者的干預、減輕了上層管理者的負擔。將多Agent系統應用于高 校網(wǎng)絡(luò )管理系統是高校網(wǎng)絡(luò )管理的一條全新的思路。

2 校園網(wǎng)絡(luò )管理模型的體系結構

　　本文提出的網(wǎng)絡(luò )管理系統結構，是在原有的分層管理結構中增加了一層有多個(gè)Agent組成的區域管理層。使網(wǎng)絡(luò )管理系統，既具有管理的分布性和智能性，還降低了系統實(shí)現的復雜性。這里把網(wǎng)絡(luò )按照地理區域劃分成多個(gè)管理域，每個(gè)管理域是一個(gè)被管對象的集合。

　　在進(jìn)行多Agent研究時(shí)，首先要先確定其結構?；诙郃gent的校園網(wǎng)絡(luò )管理系統可分為3層：中心管理層、區域管理層、設備管理層。對于這種網(wǎng)絡(luò )管理系統主要由3類(lèi)智能體組成：中心管理層Agent、區域管理層Agent和設備管理層Agent。其中中心管理層Agent只有一個(gè)，其他2種Agent都有多個(gè)。他們分別管理不同層次的網(wǎng)絡(luò )設備，這3種Agent，相互協(xié)作共同完成整個(gè)系統的任務(wù)，如圖1所示。

　　中心管理層Agent負責整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的管理，能夠完成網(wǎng)絡(luò )管理的各項功能，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò )系統的核心，是網(wǎng)絡(luò )管理員與網(wǎng)絡(luò )管理系統的接口，一般位于網(wǎng)絡(luò )中的一個(gè)主機節點(diǎn)上。區域管理Agent主要對所轄區域的設備進(jìn)行管理，主要包括多對網(wǎng)絡(luò )負載的規劃、地址分配及路由路徑，隔離和控制各接入用戶(hù)接入速率、方式進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)控制、限制非法侵入、保證網(wǎng)絡(luò )接入用戶(hù)獲得穩定、可靠、合法的網(wǎng)絡(luò )資源，一般駐留在被管對象中，如主機、網(wǎng)橋、路由器及集線(xiàn)器等設備上。設備層Agent管理用戶(hù)接入的方式，承擔局部網(wǎng)絡(luò )的流量控制、擁塞控制、連接端口匹配、網(wǎng)絡(luò )速率的爭用、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )效率等功能。在這種結構中，中心管理Agent對區域管理Agent有控制權，但各區域管理Agent之間的地位是平等的，這是一種分層式管理結構。

2.1 中心管理層

　　中心管理層實(shí)現全局性的網(wǎng)絡(luò )管理，是整個(gè)系統與用戶(hù)直接進(jìn)行交互的部分，為管理員用戶(hù)提供與系統相交互的接口，管理員通過(guò)這些接口發(fā)出管理命令實(shí)現對網(wǎng)絡(luò )的管理。主要用來(lái)實(shí)現整個(gè)校園網(wǎng)的管理工作，區域管理層需要在一定時(shí)間間隔內向中央管理層發(fā)送自身的一些信息，以及所具有的知識，協(xié)調各個(gè)區域管理Agent，共同完成用戶(hù)所提交的任務(wù)。中心管理層Agent的結構如圖2所示。

2.2 區域管理層

　　區域管理層中的Agent具有2種角色，不僅要與下層的網(wǎng)絡(luò )管理代理通信，查詢(xún)網(wǎng)絡(luò )設備、鏈路狀態(tài)等數據信息，并對這些信息加以處理，完成系統指定的一些初級的網(wǎng)絡(luò )管理功能。同時(shí)域管理代理還要根據要求，將經(jīng)過(guò)處理的數據傳遞給上層管理系統，或根據上層管理者的要求，實(shí)現對網(wǎng)絡(luò )設備的管理操作。他具有高度的自治能力，能夠根據中心管理層的要求完成相應的管理功能，并將處理的結果發(fā)送給中心管理層，不僅降低了中心管理層的負載，同時(shí)減少了網(wǎng)絡(luò )上的數據流量。區域管理層Agent的結構如圖3所示。

2.3 設備管理層

　　設備管理層由多個(gè)設備Agent組成，位于網(wǎng)絡(luò )管理的最底層，用來(lái)對網(wǎng)絡(luò )物理設備進(jìn)行管理。設備層的Agent應該具有反應性，能夠感知網(wǎng)絡(luò )變化，并做出相應的反應。設備管理層Agent的結構如圖4所示。

3 基于多Agent的網(wǎng)絡(luò )管理系統的工作方式

　　設備管理層由多個(gè)設備Agent組成的，用來(lái)對網(wǎng)絡(luò )物理設備進(jìn)行管理。設備層的Agent承擔局部網(wǎng)絡(luò )的流量控制、擁塞控制、連接端口匹配、網(wǎng)絡(luò )速率的爭用、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )效率等功能。各Agent具有較強的反應性和自主性，當Ageht自身不能完成他應承擔的任務(wù)時(shí)，他就要與其他的設備Agent進(jìn)行協(xié)調，到協(xié)調不能達到一致時(shí)，區域管理Agent可通過(guò)控制模塊給出管理命令。設備管理Agent需將自身的有關(guān)信息通過(guò)感知器反饋給區域層Agent，以更新區域層Agent的知識庫和加強學(xué)習器的學(xué)習，幫助區域層Agent做出正確的決策。智能區域層Agent有很高的自治性，有時(shí)為了緩解自身的網(wǎng)絡(luò )負荷或網(wǎng)絡(luò )沖突，可以通過(guò)協(xié)調模塊與其他區域Agent進(jìn)行協(xié)調，達成一致意見(jiàn)，并不需要中心管理層發(fā)送管理指令，中心管理層Agent可以通過(guò)通信模塊發(fā)送管理命令給區域層Agent，區域層Agent除了執行中心管理層Agent的管理方案之外，還需將管理的效果和相關(guān)信息反饋給中心管理層Agent，以便中心管理層Agent對知識庫中的知識進(jìn)行更新。中心管理層Agent根據其所具有的經(jīng)驗知識及接收到的所有區域Agent傳送的信息，從全局的角度出發(fā)，對區域Agent的管理策略進(jìn)行衡量，必要時(shí)向某些區域Agent發(fā)送管理指令；接收指令的區域Agent無(wú)條件執行指令，并將執行后的控制效果反饋給中心管理Agent。如圖5所示。

4 Agent間的通信與協(xié)調

　　網(wǎng)絡(luò )管理系統是由一系列分布的功能實(shí)體組成，包括各種Agent以及網(wǎng)絡(luò )設備。為了完成管理任務(wù)，這些功能實(shí)體之間必須進(jìn)行協(xié)調，而通信是協(xié)調的基礎。系統中涉及到兩種通信問(wèn)題：多個(gè)Agent之間的通信和設備Agent與網(wǎng)絡(luò )設備的通信。許多網(wǎng)絡(luò )故障與多個(gè)網(wǎng)絡(luò )設備的運行相關(guān)，當網(wǎng)絡(luò )管理Agent發(fā)現自己不能單獨處理網(wǎng)絡(luò )故障時(shí)，需要主動(dòng)和其他網(wǎng)絡(luò )Agent進(jìn)行信息交互，以獲得網(wǎng)絡(luò )的整體性能、故障原因等信息；另外當網(wǎng)絡(luò )管理Agent調整可能牽涉到其他智能體的配置改變時(shí)，由于需要遵循全局網(wǎng)絡(luò )特性的限制，該Agent在執行相應的操作之前，必須先將本地智能體的行為通知給所有相關(guān)的Agent，與其他Agent進(jìn)行協(xié)調。在設計多Agent的協(xié)調方法時(shí)，針對不同的問(wèn)題必須采取不同的協(xié)調策略，常用的網(wǎng)絡(luò )管理協(xié)調策略有約束退讓、全局指標最優(yōu)協(xié)調、服務(wù)優(yōu)先級協(xié)調、循環(huán)使用協(xié)調等多種協(xié)調策略。系統中管理Agent根據具體的需要選擇不同的協(xié)調方法，一個(gè)Agent也可以使用多種協(xié)調方法。在這個(gè)系統中管理者和被管代理之間是通過(guò)SNMP協(xié)議進(jìn)行連接的，SNMP描述管理者與被管理者之間的通信機制，通信機制通過(guò)定義2個(gè)接口：get，getnext，set等實(shí)現SNMP協(xié)議轉換的接口；管理代理與SNMP代理通信接口。

　　其具體可用如下代碼實(shí)現：

5 結 語(yǔ)

　　本文在對校園網(wǎng)絡(luò )管理系統結構分析的基礎上，提出一種基于多Agent技術(shù)的三級Agent校園網(wǎng)絡(luò )管理系統結構，給出單個(gè)Agent的結構圖和各Agent的工作方式，為建設校園網(wǎng)絡(luò )管理系統提供了新的思維模式。