基于多Agent的校園網(wǎng)絡管理系統(tǒng)

1 引 言

　　隨著高校教育事業(yè)的不斷發(fā)展，學生人數(shù)和學校規(guī)模都不斷增加，校園網(wǎng)的規(guī)模也在逐漸的擴大，在校園網(wǎng)中，通常是多種網(wǎng)絡系統(tǒng)平臺共存，包括不同廠家，公司的網(wǎng)絡設(shè)備、計算機設(shè)備、通信設(shè)備等。從而使網(wǎng)絡的管理和維護日益困難。為了管理這種規(guī)模和多樣性不斷增長的系統(tǒng)和網(wǎng)絡，需要有一套自動化的網(wǎng)絡管理工具和程序。而一個完善的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)可以保證計算機網(wǎng)絡能夠可靠、穩(wěn)定地運行，使網(wǎng)絡資源得到最大的利用，使網(wǎng)絡的性能和服務質(zhì)量得到改善。傳統(tǒng)的兩級分布式網(wǎng)絡管理模式，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題，同時也帶來了管理者之間任務的分配、通信和協(xié)作等問題。而且，傳統(tǒng)網(wǎng)絡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)絡狀態(tài)的改變不能很好的實時響應。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)絡管理事務。Agent具有實時性高、可擴充性好、自治能力強等特點，各個代理都參與管理工作、決策、協(xié)作完成管理任務、減少管理者的干預、減輕了上層管理者的負擔。將多Agent系統(tǒng)應用于高 校網(wǎng)絡管理系統(tǒng)是高校網(wǎng)絡管理的一條全新的思路。

2 校園網(wǎng)絡管理模型的體系結(jié)構(gòu)

　　本文提出的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，是在原有的分層管理結(jié)構(gòu)中增加了一層有多個Agent組成的區(qū)域管理層。使網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，既具有管理的分布性和智能性，還降低了系統(tǒng)實現(xiàn)的復雜性。這里把網(wǎng)絡按照地理區(qū)域劃分成多個管理域，每個管理域是一個被管對象的集合。

　　在進行多Agent研究時，首先要先確定其結(jié)構(gòu)。基于多Agent的校園網(wǎng)絡管理系統(tǒng)可分為3層：中心管理層、區(qū)域管理層、設(shè)備管理層。對于這種網(wǎng)絡管理系統(tǒng)主要由3類智能體組成：中心管理層Agent、區(qū)域管理層Agent和設(shè)備管理層Agent。其中中心管理層Agent只有一個，其他2種Agent都有多個。他們分別管理不同層次的網(wǎng)絡設(shè)備，這3種Agent，相互協(xié)作共同完成整個系統(tǒng)的任務，如圖1所示。

　　中心管理層Agent負責整個網(wǎng)絡的管理，能夠完成網(wǎng)絡管理的各項功能，是整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的核心，是網(wǎng)絡管理員與網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的接口，一般位于網(wǎng)絡中的一個主機節(jié)點上。區(qū)域管理Agent主要對所轄區(qū)域的設(shè)備進行管理，主要包括多對網(wǎng)絡負載的規(guī)劃、地址分配及路由路徑，隔離和控制各接入用戶接入速率、方式進行訪問控制、限制非法侵入、保證網(wǎng)絡接入用戶獲得穩(wěn)定、可靠、合法的網(wǎng)絡資源，一般駐留在被管對象中，如主機、網(wǎng)橋、路由器及集線器等設(shè)備上。設(shè)備層Agent管理用戶接入的方式，承擔局部網(wǎng)絡的流量控制、擁塞控制、連接端口匹配、網(wǎng)絡速率的爭用、優(yōu)化網(wǎng)絡效率等功能。在這種結(jié)構(gòu)中，中心管理Agent對區(qū)域管理Agent有控制權(quán)，但各區(qū)域管理Agent之間的地位是平等的，這是一種分層式管理結(jié)構(gòu)。

2.1 中心管理層

　　中心管理層實現(xiàn)全局性的網(wǎng)絡管理，是整個系統(tǒng)與用戶直接進行交互的部分，為管理員用戶提供與系統(tǒng)相交互的接口，管理員通過這些接口發(fā)出管理命令實現(xiàn)對網(wǎng)絡的管理。主要用來實現(xiàn)整個校園網(wǎng)的管理工作，區(qū)域管理層需要在一定時間間隔內(nèi)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(diào)各個區(qū)域管理Agent，共同完成用戶所提交的任務。中心管理層Agent的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2 區(qū)域管理層

　　區(qū)域管理層中的Agent具有2種角色，不僅要與下層的網(wǎng)絡管理代理通信，查詢網(wǎng)絡設(shè)備、鏈路狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息，并對這些信息加以處理，完成系統(tǒng)指定的一些初級的網(wǎng)絡管理功能。同時域管理代理還要根據(jù)要求，將經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)傳遞給上層管理系統(tǒng)，或根據(jù)上層管理者的要求，實現(xiàn)對網(wǎng)絡設(shè)備的管理操作。他具有高度的自治能力，能夠根據(jù)中心管理層的要求完成相應的管理功能，并將處理的結(jié)果發(fā)送給中心管理層，不僅降低了中心管理層的負載，同時減少了網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)流量。區(qū)域管理層Agent的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.3 設(shè)備管理層

　　設(shè)備管理層由多個設(shè)備Agent組成，位于網(wǎng)絡管理的最底層，用來對網(wǎng)絡物理設(shè)備進行管理。設(shè)備層的Agent應該具有反應性，能夠感知網(wǎng)絡變化，并做出相應的反應。設(shè)備管理層Agent的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3 基于多Agent的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的工作方式

　　設(shè)備管理層由多個設(shè)備Agent組成的，用來對網(wǎng)絡物理設(shè)備進行管理。設(shè)備層的Agent承擔局部網(wǎng)絡的流量控制、擁塞控制、連接端口匹配、網(wǎng)絡速率的爭用、優(yōu)化網(wǎng)絡效率等功能。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時，他就要與其他的設(shè)備Agent進行協(xié)調(diào)，到協(xié)調(diào)不能達到一致時，區(qū)域管理Agent可通過控制模塊給出管理命令。設(shè)備管理Agent需將自身的有關(guān)信息通過感知器反饋給區(qū)域?qū)覣gent，以更新區(qū)域?qū)覣gent的知識庫和加強學習器的學習，幫助區(qū)域?qū)覣gent做出正確的決策。智能區(qū)域?qū)覣gent有很高的自治性，有時為了緩解自身的網(wǎng)絡負荷或網(wǎng)絡沖突，可以通過協(xié)調(diào)模塊與其他區(qū)域Agent進行協(xié)調(diào)，達成一致意見，并不需要中心管理層發(fā)送管理指令，中心管理層Agent可以通過通信模塊發(fā)送管理命令給區(qū)域?qū)覣gent，區(qū)域?qū)覣gent除了執(zhí)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行更新。中心管理層Agent根據(jù)其所具有的經(jīng)驗知識及接收到的所有區(qū)域Agent傳送的信息，從全局的角度出發(fā)，對區(qū)域Agent的管理策略進行衡量，必要時向某些區(qū)域Agent發(fā)送管理指令；接收指令的區(qū)域Agent無條件執(zhí)行指令，并將執(zhí)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(diào)

　　網(wǎng)絡管理系統(tǒng)是由一系列分布的功能實體組成，包括各種Agent以及網(wǎng)絡設(shè)備。為了完成管理任務，這些功能實體之間必須進行協(xié)調(diào)，而通信是協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)。系統(tǒng)中涉及到兩種通信問題：多個Agent之間的通信和設(shè)備Agent與網(wǎng)絡設(shè)備的通信。許多網(wǎng)絡故障與多個網(wǎng)絡設(shè)備的運行相關(guān)，當網(wǎng)絡管理Agent發(fā)現(xiàn)自己不能單獨處理網(wǎng)絡故障時，需要主動和其他網(wǎng)絡Agent進行信息交互，以獲得網(wǎng)絡的整體性能、故障原因等信息；另外當網(wǎng)絡管理Agent調(diào)整可能牽涉到其他智能體的配置改變時，由于需要遵循全局網(wǎng)絡特性的限制，該Agent在執(zhí)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進行協(xié)調(diào)。在設(shè)計多Agent的協(xié)調(diào)方法時，針對不同的問題必須采取不同的協(xié)調(diào)策略，常用的網(wǎng)絡管理協(xié)調(diào)策略有約束退讓、全局指標最優(yōu)協(xié)調(diào)、服務優(yōu)先級協(xié)調(diào)、循環(huán)使用協(xié)調(diào)等多種協(xié)調(diào)策略。系統(tǒng)中管理Agent根據(jù)具體的需要選擇不同的協(xié)調(diào)方法，一個Agent也可以使用多種協(xié)調(diào)方法。在這個系統(tǒng)中管理者和被管代理之間是通過SNMP協(xié)議進行連接的，SNMP描述管理者與被管理者之間的通信機制，通信機制通過定義2個接口：get，getnext，set等實現(xiàn)SNMP協(xié)議轉(zhuǎn)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現(xiàn)：

5 結(jié) 語

　　本文在對校園網(wǎng)絡管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，提出一種基于多Agent技術(shù)的三級Agent校園網(wǎng)絡管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，給出單個Agent的結(jié)構(gòu)圖和各Agent的工作方式，為建設(shè)校園網(wǎng)絡管理系統(tǒng)提供了新的思維模式。