基于多Agent的校園網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)

1 引 言

　　隨著高校教育事業(yè)的不斷發(fā)展，學(xué)生人數(shù)和學(xué)校規(guī)模都不斷增加，校園網(wǎng)的規(guī)模也在逐漸的擴(kuò)大，在校園網(wǎng)中，通常是多種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺(tái)共存，包括不同廠家，公司的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備、通信設(shè)備等。從而使網(wǎng)絡(luò)的管理和維護(hù)日益困難。為了管理這種規(guī)模和多樣性不斷增長(zhǎng)的系統(tǒng)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(tǒng)可以保證計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能夠可靠、穩(wěn)定地運(yùn)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(tǒng)的兩級(jí)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(kuò)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(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理中的管理者只能完成一些預(yù)定的工作，不具備自主處理事情的能力，對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的改變不能很好的實(shí)時(shí)響應(yīng)。另外，管理者之間也不能很好地協(xié)同工作以處理復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)管理事務(wù)。Agent具有實(shí)時(shí)性高、可擴(kuò)充性好、自治能力強(qiáng)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(yù)、減輕了上層管理者的負(fù)擔(dān)。將多Agent系統(tǒng)應(yīng)用于高 校網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)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(jié)構(gòu)

　　本文提出的網(wǎng)絡(luò)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(gè)Agent組成的區(qū)域管理層。使網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性。這里把網(wǎng)絡(luò)按照地理區(qū)域劃分成多個(gè)管理域，每個(gè)管理域是一個(gè)被管對(duì)象的集合。

　　在進(jìn)行多Agent研究時(shí)，首先要先確定其結(jié)構(gòu)?；诙郃gent的校園網(wǎng)絡(luò)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(duì)于這種網(wǎng)絡(luò)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(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(shè)備，這3種Agent，相互協(xié)作共同完成整個(gè)系統(tǒng)的任務(wù)，如圖1所示。

　　中心管理層Agent負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理，能夠完成網(wǎng)絡(luò)管理的各項(xiàng)功能，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心，是網(wǎng)絡(luò)管理員與網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的接口，一般位于網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)主機(jī)節(jié)點(diǎn)上。區(qū)域管理Agent主要對(duì)所轄區(qū)域的設(shè)備進(jìn)行管理，主要包括多對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)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(jìn)行訪問(wèn)控制、限制非法侵入、保證網(wǎng)絡(luò)接入用戶獲得穩(wěn)定、可靠、合法的網(wǎng)絡(luò)資源，一般駐留在被管對(duì)象中，如主機(jī)、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(dān)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(zhēng)用、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)效率等功能。在這種結(jié)構(gòu)中，中心管理Agent對(duì)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(shí)現(xiàn)全局性的網(wǎng)絡(luò)管理，是整個(gè)系統(tǒng)與用戶直接進(jìn)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(guò)這些接口發(fā)出管理命令實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的管理。主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)校園網(wǎng)的管理工作，區(qū)域管理層需要在一定時(shí)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(shí)，協(xié)調(diào)各個(gè)區(qū)域管理Agent，共同完成用戶所提交的任務(wù)。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(luò)管理代理通信，查詢網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、鏈路狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息，并對(duì)這些信息加以處理，完成系統(tǒng)指定的一些初級(jí)的網(wǎng)絡(luò)管理功能。同時(shí)域管理代理還要根據(jù)要求，將經(jīng)過(guò)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(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(fù)載，同時(shí)減少了網(wǎng)絡(luò)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(gè)設(shè)備Agent組成，位于網(wǎng)絡(luò)管理的最底層，用來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)物理設(shè)備進(jìn)行管理。設(shè)備層的Agent應(yīng)該具有反應(yīng)性，能夠感知網(wǎng)絡(luò)變化，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。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(luò)管理系統(tǒng)的工作方式

　　設(shè)備管理層由多個(gè)設(shè)備Agent組成的，用來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)物理設(shè)備進(jìn)行管理。設(shè)備層的Agent承擔(dān)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(zhēng)用、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)效率等功能。各Agent具有較強(qiáng)的反應(yīng)性和自主性，當(dāng)Ageht自身不能完成他應(yīng)承擔(dān)的任務(wù)時(shí)，他就要與其他的設(shè)備Agent進(jìn)行協(xié)調(diào)，到協(xié)調(diào)不能達(dá)到一致時(shí)，區(qū)域管理Agent可通過(guò)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(guò)感知器反饋給區(qū)域?qū)覣gent，以更新區(qū)域?qū)覣gent的知識(shí)庫(kù)和加強(qiáng)學(xué)習(xí)器的學(xué)習(xí)，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(shí)為了緩解自身的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷或網(wǎng)絡(luò)沖突，可以通過(guò)協(xié)調(diào)模塊與其他區(qū)域Agent進(jìn)行協(xié)調(diào)，達(dá)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(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(duì)知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)進(jìn)行更新。中心管理層Agent根據(jù)其所具有的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)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(duì)區(qū)域Agent的管理策略進(jìn)行衡量，必要時(shí)向某些區(qū)域Agent發(fā)送管理指令；接收指令的區(qū)域Agent無(wú)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(luò)管理系統(tǒng)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(shè)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(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(wèn)題：多個(gè)Agent之間的通信和設(shè)備Agent與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的通信。許多網(wǎng)絡(luò)故障與多個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行相關(guān)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)管理Agent發(fā)現(xiàn)自己不能單獨(dú)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(dāng)網(wǎng)絡(luò)管理Agent調(diào)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(zhí)行相應(yīng)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(diào)。在設(shè)計(jì)多Agent的協(xié)調(diào)方法時(shí)，針對(duì)不同的問(wèn)題必須采取不同的協(xié)調(diào)策略，常用的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)調(diào)策略有約束退讓、全局指標(biāo)最優(yōu)協(xié)調(diào)、服務(wù)優(yōu)先級(jí)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(gè)Agent也可以使用多種協(xié)調(diào)方法。在這個(gè)系統(tǒng)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(jī)制，通信機(jī)制通過(guò)定義2個(gè)接口：get，getnext，set等實(shí)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(shí)現(xiàn)：

5 結(jié) 語(yǔ)

　　本文在對(duì)校園網(wǎng)絡(luò)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(jí)Agent校園網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，給出單個(gè)Agent的結(jié)構(gòu)圖和各Agent的工作方式，為建設(shè)校園網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)提供了新的思維模式。