基于多Agent的校園網絡管理系統

1 引 言

　　隨著高校教育事業的不斷發展，學生人數和學校規模都不斷增加，校園網的規模也在逐漸的擴大，在校園網中，通常是多種網絡系統平臺共存，包括不同廠家，公司的網絡設備、計算機設備、通信設備等。從而使網絡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的系統和網絡，需要有一套自動化的網絡管理工具和程序。而一個完善的網絡管理系統可以保證計算機網絡能夠可靠、穩定地運行，使網絡資源得到最大的利用，使網絡的性能和服務質量得到改善。傳統的兩級分布式網絡管理模式，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、通信和協作等問題。而且，傳統網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，對網絡狀態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同工作以處理復雜的網絡管理事務。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系統應用于高 校網絡管理系統是高校網絡管理的一條全新的思路。

2 校園網絡管理模型的體系結構

　　本文提出的網絡管理系統結構，是在原有的分層管理結構中增加了一層有多個Agent組成的區域管理層。使網絡管理系統，既具有管理的分布性和智能性，還降低了系統實現的復雜性。這里把網絡按照地理區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，首先要先確定其結構。基于多Agent的校園網絡管理系統可分為3層：中心管理層、區域管理層、設備管理層。對于這種網絡管理系統主要由3類智能體組成：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，其他2種Agent都有多個。他們分別管理不同層次的網絡設備，這3種Agent，相互協作共同完成整個系統的任務，如圖1所示。

　　中心管理層Agent負責整個網絡的管理，能夠完成網絡管理的各項功能，是整個網絡系統的核心，是網絡管理員與網絡管理系統的接口，一般位于網絡中的一個主機節點上。區域管理Agent主要對所轄區域的設備進行管理，主要包括多對網絡負載的規劃、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、保證網絡接入用戶獲得穩定、可靠、合法的網絡資源，一般駐留在被管對象中，如主機、網橋、路由器及集線器等設備上。設備層Agent管理用戶接入的方式，承擔局部網絡的流量控制、擁塞控制、連接端口匹配、網絡速率的爭用、優化網絡效率等功能。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

　　中心管理層實現全局性的網絡管理，是整個系統與用戶直接進行交互的部分，為管理員用戶提供與系統相交互的接口，管理員通過這些接口發出管理命令實現對網絡的管理。主要用來實現整個校園網的管理工作，區域管理層需要在一定時間間隔內向中央管理層發送自身的一些信息，以及所具有的知識，協調各個區域管理Agent，共同完成用戶所提交的任務。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，不僅要與下層的網絡管理代理通信，查詢網絡設備、鏈路狀態等數據信息，并對這些信息加以處理，完成系統指定的一些初級的網絡管理功能。同時域管理代理還要根據要求，將經過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，實現對網絡設備的管理操作。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，同時減少了網絡上的數據流量。區域管理層Agent的結構如圖3所示。

2.3 設備管理層

　　設備管理層由多個設備Agent組成，位于網絡管理的最底層，用來對網絡物理設備進行管理。設備層的Agent應該具有反應性，能夠感知網絡變化，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的網絡管理系統的工作方式

　　設備管理層由多個設備Agent組成的，用來對網絡物理設備進行管理。設備層的Agent承擔局部網絡的流量控制、擁塞控制、連接端口匹配、網絡速率的爭用、優化網絡效率等功能。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，他就要與其他的設備Agent進行協調，到協調不能達到一致時，區域管理Agent可通過控制模塊給出管理命令。設備管理Agent需將自身的有關信息通過感知器反饋給區域層Agent，以更新區域層Agent的知識庫和加強學習器的學習，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，有時為了緩解自身的網絡負荷或網絡沖突，可以通過協調模塊與其他區域Agent進行協調，達成一致意見，并不需要中心管理層發送管理指令，中心管理層Agent可以通過通信模塊發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根據其所具有的經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，對區域Agent的管理策略進行衡量，必要時向某些區域Agent發送管理指令；接收指令的區域Agent無條件執行指令，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間的通信與協調

　　網絡管理系統是由一系列分布的功能實體組成，包括各種Agent以及網絡設備。為了完成管理任務，這些功能實體之間必須進行協調，而通信是協調的基礎。系統中涉及到兩種通信問題：多個Agent之間的通信和設備Agent與網絡設備的通信。許多網絡故障與多個網絡設備的運行相關，當網絡管理Agent發現自己不能單獨處理網絡故障時，需要主動和其他網絡Agent進行信息交互，以獲得網絡的整體性能、故障原因等信息；另外當網絡管理Agent調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絡特性的限制，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的Agent，與其他Agent進行協調。在設計多Agent的協調方法時，針對不同的問題必須采取不同的協調策略，常用的網絡管理協調策略有約束退讓、全局指標最優協調、服務優先級協調、循環使用協調等多種協調策略。系統中管理Agent根據具體的需要選擇不同的協調方法，一個Agent也可以使用多種協調方法。在這個系統中管理者和被管代理之間是通過SNMP協議進行連接的，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SNMP協議轉換的接口；管理代理與SNMP代理通信接口。

　　其具體可用如下代碼實現：

5 結 語

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