（计算机科学与技术专业论文）综合网管系统中多agent模型与结构的研究和实现.pdf

摘要 网络的日益普及大大改善了人们的生活，但是也给网络管理带了了新的课题， 网络管理的自动化、智能化、高效率是网络安全、稳定、高效运行的保证。智能 a g e n t 、多a g e n t 、移动a g e n t 技术以其智能性、自治性、社会性，移动性，很好 的满足了网络管理的自动化、智能化、高效化的需要，成为了构建新型网络管理 软件的重要选择。 本文首先介绍了a g e n t 技术的概念、属性、定义等相关理论知识以及网络管 理的相关特点，探讨了网络管理的新的发展方向。 其次，简要分析了移动a g e n t 和多a g e n t 应用于网络管理系统的优缺点，在 综合网管系统的研究和开发中对现有的基于多a g e n t 的网络管理的理论结构d a n m a 结构进行了扩展并介绍了d a n m a 扩展结构的相关特点，重点分析了d a n m a 扩展结 构应用于综合网管软件的开发中两个主要方面：面向对象和功能建模、计算结构。 在面向对象的基础上来扩充面向功能的特点，面向对象和功能建立系统模型，设 计了建模的原则，分析了建模的过程，给出了参考模型，使系统具有很好的可重 用性和灵活性等；对多a g e n t 系统进行数学抽象，把a g e n t 之间的关系抽象为数 学运算并详细分析了a g e n t 之间数学运算的性质，提出了计算因子和计算结构的 概念，在a g e n t 之间的数学运算的基础上把a g e n t 之问的复杂关系定义了计算因 子之间的计算结构关系，并给出了计算结构的设计原则和实现过程。 最后，在综合网管系统的开发过程中，首先介绍了综合网管的功能结构、软 件结构、多a g e n t 结构，然后以性能管理为例，详细讨论了以d a n m a 扩展结构为 基础，利用面向对象和功能建模、计算结构来构建基于多a g e n t 的综合网络管理 软件。 关键词：网络管理；多a g e n t ；d a n m a ；扩展结构；建模；计算结构 分类号： a b s t r a c t p e o p l e sl i f eh a sg r e a t l yi m p r o v e db yt h ei n t e r n e ti n c r e a s i n g l yw i d e s p r e a dw h i c h b r o u g h to u tn e ws u b j e c tt ot h en e t w o r km a n a g e m e n t 。t h ea u t o m a t i o n ，i n t e l l i g e n c e ， e f f i c i e n c yo fn e t w o r km a n a g e m e n ta r et h eg u a r a n t e eo fn e t w o r k ss e c u r i t y , s t a b i l i t y , e f f i c i e n c yo p e r a t i o n 。i n t e l l i g e n ta g e n t ，m u l t i a g e n t ，m o b i l ea g e n tt e c h n o l o g yc a n c o m p l a c e n ta b o u t t h e r e q u i r e m e n to fn e t w o r km a n a g e m e n t ，s u c h a sa u t o m a t i o n ， i n t e l l i g e n t ，e f f i c i e n c yb yi t si n t e l l i g e n ta g e n t ，m u l t i a g e n t ，m o b i l ea g e n tt e c h n o l o g y w h i c hm a k ei tai m p o r t a n tc h o s eo fn e t w o r km a n a g e m e n ts o f t w a r e 。 f i r s t l y , t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e dt h ec o n c e p to fa g e n tt e c h n o l o g i e s ，a t t r i b u t e ， d e f i n i t i o n sa n dr e l e v a n tt h e o r y , a sw e l la st h er e l e v a n tf e a t u r e so fn e t w o r km a n a g e m e n t a n dan e wd i r e c t i o no fd e v e l o p m e n to fn e t w o r km a n a g e m e n tt h a th a sb e e ng i v e n ? s e c o n d l y , t h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h em o b i l ea g e n ta n dm u l t i a g e n ta p p l i c a t i o no f t h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so nn e t w o r km a n a g e m e n t ，ip u tf o r w a r de x p a n s i o no f t h es t r u c t u r eo fd a n m ai nt h ed e v e l o p m e n ta n dr e s e a r c ho fi n t e g r a t e dn e t w o r k m a n a g e m e n ta n dg i v e nt h er e l e v a n tf e a t u r e so ft h ee x p a n s i o no ft h es t r u c t u r e ，im a d e t w oa t t e m p t so ns o f t w a r eo fn e t w o r km a n a g e m e n tb a s e do nt h ee x p a n s i o no ft h e s t r u c t u r eo fd a n m a - o b j e c t o r i e n t e da n df u n c t i o n e dm o d e l i n g ，c a l c u l a t i o ns t r u c t u r e 。 t h r o u g h t h ei n t r o d u c t i o ni ns o m en e ww a y s ，m ya i mi st o i m p r o v es o f t w a r e d e v e l o p m e n te f f i c i e n c ya n dr e d u c et h ed i f f i c u l t yo fs o f t w a r ed e v e l o p m e n t 。 l a s t l y , ab r i e fi n t r o d u c t i o no ft h ei n t e g r a t e dn e t w o r km a n a g e m e n to ft h ea g e n t s t r u c t u r e ，a n dt a k ep e r f o r m a n c em a n a g e m e n ta sa ne x a m p l e ，id i s c u s st h eb u i l d i n g n e t w o r km a n a g e m e n ts o f t w a r ew h i c hb a s e do no b j e c t - o r i e n t e da n df u n c t i o n e dm o d e l i n g ， c a l c u l a t i o ns t r u c t u r ei nd e t a i l 。 k e y w o r d s ：n e t w o r km a n a g e m e n t ；m u l t i a g e n t ；d a n m a ：e x p a n s i o no ft h e s t r u c t u r e ；m o d e l i n g ；c a l c u l a t i o ns t r u c t u r e c i 。a s s n o ： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：跨鳓 签字日期：2 矽7 年歹月，夕同 新签名：徽l 赳 签字同期：卅年石刖1 r 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：刚他字同期：2 。口7 年月夕日 6 1 致谢 本论文的工作是在我的导师徐保民教授的悉心指导下完成的，徐保民教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来 徐保民教授对我的关心和指导。 徐保民教授悉心指导我完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予 了我很大的关心和帮助，在此向徐保民教授表示衷心的谢意。 徐保民教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷 心的感谢。 其次，感谢湖南电信对我求学的支持。没有公司的理解和支持，我想我是没 有机会获得深造的机会，今后唯有倍加勤奋的工作来回报公司的培养。感谓 湖南 电信网络中心，让我参与了湖南电信综合网管的建设项目，为我论文的写作提供 了实践基础。 另外也感谢我的家人和朋友，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我 的学业。 序 基于多a g e n t 的综合网管系统的研究和实现的实践基础来源于湖南电信2 0 0 8 年 开始的i t 综合网管的建设项目，此项目之所以选择多a g e n t 技术，目的是要利用 多a g e n t 技术的智能型、自治性、社会性、分布性来实现网络管理的自动化、智 能化、高效化。 目自l ，关于多a g e n t 系统的研究多停留在抽象的数学模型和演算上的层次上， 而很少把多a g e n t 系统作为一种新的软件模式所带来的软件工程问题来进行实践 应用研究，在项目的开发中我们也遇到了没有成熟的多a g e n t 系统应用模型可以 借鉴，多a g e n t 系统在软件开发过程中如何解决异构性和通用性和如何有效的降 低多a g e n t 系统在综合网管的复杂度等问题，围绕这些问题，在项目建设过程中 对现有的d a n m a 结构进行扩展，利用d a n m a 扩展结构指导软件的开发，并在应用 d a n m a 扩展结构中提出了两种新的方法：面向对象和功能建模、计算结构，它们较 好的解决了在项目建设过程中所遇到的难题，这也为今后多a g e n t 系统的实践应 用积累了一些经验。 如何得到一个多a g e n t 系统完整的开发模式，为大规模的应用a g e n t 技术于生 产实践做准备，还有很多研究工作要做，这也激励着我在今后的工作中投入更大 的精力。 1 引言 1 1 研究背景 二十世纪九十年代以来，随着信息产业的飞速发展，网络设施日益提升，各 种应用服务层出不穷，网络给人们的生产生活带来了深远的影响。网络已经成为 了人们生产生活的一个必不可少的工具。 计算机网络的飞速发展，特别是i n t e r n e t 的出现和普及，除了同益方便人们 的生产生活外，也带来了另外一个问题网络管理。面对日益复杂的网络结构 和网络设施，层出不穷的网络应用服务，如何建设一个既能很好的满足人们对网 络的需求又是可管理可控制的优质的网络环境摆在了人们的面前，成为了网络建 设者和运营者急需解决的问题。 管理是服务的基础，一个好的网络管理系统是提供优质网络服务的保证。网 络管理的自动化、智能化、高效率是网络安全、稳定、高效运行的保证，也是我 们建设网络管理系统的目标。 1 2研究意义 近几年来，网络管理的目标已经从单纯的保证系统正常运行向为系统提供支 撑服务、自动合理调配系统资源、保证系统高效的运行转变，而这种转变是建立 在新的技术和方法注入了网络管理的研究和开发中来的基础上，a g e n t 就是新的技 术和方法中的佼佼者。 智能a g e n t 、多a g e n t 、移动a g e n t 技术以其智能性、自治性、社会性很好的 满足了网络管理的自动化、智能化、高效化的需要，成为了构建自动化和智能化 的新型网络管理软件的重要选择。 1 3研究内容 基于多a g e n t 的分布式网络管理模型是建设大型综合网管的一个理论模型， 它较好的解决了大型综合网络管理系统的分布式、通用性、异构性等问题，有效 的降低了开发的难度，成为了建设电信级综合网管的首选。 目前，多a g e n t 系统的研究过多停留在抽象的数学模型和演算上，而很少把 多a g e n t 系统作为一种新的软件模式所带来的软件工程问题来进行实践应用研究， 这导致了现在还没有成熟的多a g e n t 系统模型来指导软件开发。制约多a g e n t 技 术应用于实践的难点主要集中在两个方面：模型和结构，如何设计面向软件开发 的多a g e n t 的模型和结构是降低软件开发难度，提高软件开发效率的主要因素。 在基于多a g e n t 技术的综合网管软件的开发中对d a n m a 结构进行扩展，面向 应用来设计适合软件开发的模型和结构，是基于多a g e n t 技术应用研究的重点。 面向对象和功能建模，一方面有利于将现有的软件工程的成果，例如，面向 对象的理论和方法应用于多a g e n t 系统这种新的软件模式中；另一方面也考虑了 软件开发过程中重用性和灵活性等特点，基于功能建模，从而大大的降低了软件 开发的难度，提高了软件开发的效率。 多a g e n t 的计算结构，主要是从数学的角度来抽象a g e n t 之间的关系，并研 究这些关系的相关特点和性质，然后基于这些抽象关系来构建多a g e n t 系统，这 就是多a g e n t 系统的计算结构所关注的主要问题。计算结构的实现可以大大简化 多a g e n t 系统的复杂度，从而降低软件开发的难度，提高软件开发的效率。 1 4论文的组织结构 本文主要是从智能a g e n t 、多a g e n t 技术的原理和a g e n t 技术在网络管理方面 的应用入手，在详细分析基于多a g e n t 技术的分布式网络管理的d a n m a 体系结构 的基础上，在软件开发过程中对d a n m a 结构的进行扩展，并给出了扩展结构的特 点和结构，重点讨论扩展结构应用于综合网管软件开发的两个主要方面：面向对 象和功能建模问题与计算结构问题，最后在软件开发的实践中，利用多a g e n t 面 向对象和功能建模、a g e n t 的计算结构设计来指导基于多a g e n t 综合网管的开发。 本文分为六章，其组织结构如下： 第一章是引言，主要介绍了论文的研究背景，研究意义，研究内容。指出了 网络管理的必要性和网络管理的新的发展方向，介绍了多a g e n t 技术应用于网管 管理的不足，在综合网管的开发中提出了d a n m a 扩展结构，并简要介绍了扩展结 构的两个主要方面：面向对象和功能建模、计算结构。 第二章是a g e n t 技术，主要介绍了a g e n t 的相关概念、性质、属性等和多a g e n t 的协商、协作和通信等和论文相关的理论知识。 第三章是网络管理技术分析，主要介绍了网络管理的功能、模型、结构等相 关概念，分析了集中式网络管理和分布式网络管理的区别，最后简单介绍了的网 络管理协议。 第四章是综合网管系统中多a g e n t 的模型和结构研究，首先简单分析了基于 2 移动a g e n t 和多a g e n t 技术的网络管理的优点和不足，在综合网管的开发中提出 了d a n m a 扩展结构，并给出了扩展结构的相关特点。重点分析了d a n m a 扩展结构 应用于综合网管开发的两个主要方面：面向对象和功能建模、计算结构。在面向 对象和功能建模部分，首先分析了模型的相关特点，给出了面向功能建模的原则， 详细描述了建模的过程和具体的模型设计。在a g e n t 的计算结构部分，首先对多 a g e n t 系统进行数学抽象，把a g e n t 之间的关系抽象为数学运算并详细分析了 a g e n t 之间数学运算的性质，提出了计算因子和计算结构的概念，在a g e n t 之间的 数学运算的基础上把a g e n t 之间的复杂关系定义了计算因子之间的计算结构关系， 并给出了计算结构的设计原则和实现过程。 第五章是基于多a g e n t 的综合网管的设计和实现，首先介绍了综合网管的功 能结构、软件结构、多a g e n t 结构，然后以性能管理为例，详细讨论了以d a n m a 扩展结构为基础，利用面向对象和功能建模、计算结构来构建基于多a g e n t 的综 合网络管理软件。 第六章是总结和展望，对本文所做的工作做了一个总结和指出进一步的工作。 2a g e n t 技术 本章将从a g e n t 的定义和属性入手，介绍a g e n t 和多a g e n t 的相关理论知识。 2 1 a g e n t 的定义 m i n s k y 在思维的社会中最早提到了a g e n t ，他认为社会中的某些个体经 过协商后可以得到问题的解，这些个体就是a g e n t ，a g e n t 应该具有社会交互性和 智能性。 广义上来说，a g e n t 就是代表了一切具有智能的实体的一个抽象名词，它通过 自身的感应部件感应环境的变化，并通过自身的效应部件把自身对环境变化的反 应作用于环境。 具体来说，a g e n t 就是一个功能实体，它可以是一个硬件系统，可以是一段程 序，它能够感应外界的变化，并对外界的变化实施相应的反应。 智能a g e n t 形式化表示如 图2 - 1 所示，对外，a g e n t 有能 感应外部变化的感应器，有能对 外部变化产生相应动作的反应 器：在a g e n t 内部，有其实现其 功能的内部处理逻辑。 2 2a g e n t 的属性 图2 - 1 智能a g e n t 形式化表示 a g e n t 的属性主要包括自治性、社会性，主动性，智能性。 ( i ) 自治性。它能感知自身所处环境的变化，并对变化做出反应。自治性反 映了a g e n t 对自身所处环境的一种控制能力。 ( 2 ) 社会性。a g e n t 可以与其它的a g e n t 进行交互，对共同感兴趣的问题进行 交流。 ( 3 ) 主动性。a g e n t 自己控制自己的行为，即a g e n t 是主动的，而不是外在干 预的情况下的行为能力。 ( 4 ) 智能性。表现为a g e n t 有一定的学习能力，先前的经验能够为后续的行 为所利用。 4 2 3 a g e n t 的分类及结构 根据a g e n t 的内部的处理逻辑的不同，将a g e n t 分为三种：反应式a g e n t 、目 标驱动式a g e n t 、效能驱动式a g e n t 心1 。 2 3 1 反应式a g e n t 反应式a g e n t 的形式化表 示如图2 - 2 所示，它类似于专家 系统，往往是为某个领域或者某 个应用专门设计，它的内部处理 逻辑是依据事先定义好的条件 行为规则，即满足什么条件就采 取什么动作，它的优点和缺点都 比较明显。图2 - 2 反应式a g e n t 优点：结构简单，易于实现。 缺点：必须拥有整个外部世界的视图，必须定义完整的条件行为规则，没有 学习能力，应用面狭窄，扩展性也比较差。 2 3 2 目标驱动式a g e n t 目标驱动式a g e n t 如图2 3 所示，它来源于对反应式a g e n t 的改进，它的内部处理逻辑基于 规划和目标的统一，规划是满足 条件的所以动作序列，而目标是 既定的要达到的目的。 目标驱动式a g e n t 的优点 和缺点也很明显。图2 - 3 目标驱动式a g e n t 优点：具备了一定的智能型，以目标来驱动，具备了很好的学习性。 缺点：单纯的满足条件的所有动作序列会产生大量的搜索空间，从而造成系 统资源的大量浪费。 2 3 3 效能驱动式a g e n t 效能驱动式a g e n t 来源于对目标驱动式的改进，它的内部处理逻辑基于规划 和效用的统一，即通过效用机制来度量规划，选择最高效用比的规划作为最终的 选择动作。 效能驱动式a g e n t 的内部逻 辑如图2 4 所示，它的优缺点如 下。 优点：缩小了搜索空间，提 高了系统处理效率，同时所选择 的动作也是最优的。 缺点：复杂系统的效用度量 函数的设计可能是一个很难实现的问题。图2 - 4 效能驱动式a g e n t 2 4 多a g e n t 2 4 1 多a g e n t 的基本性质 多a g e n t 定义 多a g e n t 指的是多个智能a g e n t 组成的集合口1 ，它们之间能够相互通信交互， 彼此协调工作，共同完成任务。 多a g e n t 的产生原因直接来源于解决具有分布性特点的问题，多个a g e n t 有 效的配合能够有效的解决这类问题，提高系统的整体效率。 多a g e n t 的特点 ( 1 ) 功能控制范围，单个a g e n t 的功能控制范围可能是全局或者是局部的。 ( 2 ) 集成了系统的操作手段，系统可以通过多种手段访问单个a g e n t 。 ( 3 ) 系统控制位置，包括中心或者分布的。 ( 4 ) 系统集成方法，包括功能，语言，表示方法，应用或者问题。 ( 5 ) a g e n t 的组成，包括同构的，异构的。 ( 6 ) 系统a g e n t 类型，包括人，机器，人和机器的混合。 多a g e n t 的分类 ( 1 ) 面向任务的领域 在面向任务的系统中，a g e n t 具有一组要完成的任务，它们相互交换一些完成 任务的功能以便让对方获益，不考虑行动给对方带来的影响。a g e n t 是任务的一部 6 分，而任务的划分是基于系统咏整体性。 ( 2 ) 面向价值的领域 在面向价值的系统中，每一个目标都有其相应的价值，具有最高价值的最终 状态是完整实现的目标，具有较低价值的其它状态是部分实现的目标。a g e n t 是价 值域中的一个环节，而价值的划分是基于系统的整体功能性。 2 4 2 多a g e n t 之间的协商和协作 a g e n t 之间的协商和协作是多a g e n t 系统研究的核心问题之一，因为以自主的 a g e n t 为中心，使多a g e n t 的知识、愿图、意图、规划、行动协商，以致达到协作， 是多a g e n t 系统的主要目标。 a g e n t 之间的协商 协商是达成一致的基础，是相互之间进行协作的基础，一般来说协商包括四 部分： ( 1 ) 一个协商集合，表示a g e n t 可能提出的建议空间。 ( 2 ) 一个协议，定义a g e n t 提出的合法的建议。 ( 3 ) 一组策略，决定了a g e n t 将会提出什么建议。 ( 4 ) 一条规则，决定什么时候达成一致以及这个一致是什么。 a g e n t 之间的协作 a g e n t 之间的协作是非对抗a g e n t 之间的协调，在多a g e n t 系统中，a g e n t 之 间的协作不仅能够提高系统的整体性能，增强系统解决实际问题的能力，还使系 统具备了更好的灵活性h 1 。 协作的两种形式： ( 1 ) 任务共享 任务共享的原理如图 2 - 5 所示，它是基于任务分 解的原理，将一个大的任务 通过一定得原则分解成许多 的小任务，然后把这些小任 务分给不同的a g e n t 来完 成。 7 图2 - 5a g e n t 之间的任务共享 ( 2 ) 结果共享 a g e n t 之间的结果共享如图2 - 6 所 示，所谓的结果共享是多a g e n t 通过交 换信息来协助其它a g e n t 来完成系统 所赋予的任务，各a g e n t 任务的相继完 成从而使整个问题求解过程向前推进。 2 4 3 多a g e n t 之间的通信 图2 - 6a g e n t 之间的结果共享 a g e n t 之间的通信定义 通信是指通信双方信息的传递，a g e n t 之间的通信指的是a g e n t 之间为了各自 或者共同的目标的信息传递，它是a g e n t 之间协作的基础晦1 。 广义上来说，通信包括协议和通信介质两部分，这里讨论a g e n t 之间的通信 协议。 a g e n t 之间的通信模型如图2 - 7 所示，该参考模型由三部分构成： m t s ，m t p ，通信语言。 ( 1 ) m t s ( 消息传输服务) ：作为 a g e n t 平台的一部分，负责a g e n t 之 间的通信。从通信的过程上来说，它 接受a g e n t 的通信请求，负责通信双 方的协商，通信信道的建立，消息的 封装和解析等。 ( 2 ) m t p ( 消息传输协议) ：负责通 信双方的消息的物理传输。 ( 3 ) a g e n t 的通信语言：通信双方 为了完成通信所必须遵循的规则，它 包括消息包的内容和包头控制消息。 现在比较通用的a g e n t 的通信语言有 三种：k i f ( 知识交换格式) ，k q m l ( 知 识查询与操作语言) ，a c l 。 a g e n t a g e n 评台 ? 7 l ； m t s ( 消息传输服务) m t p ( 消息传输协议) ， 一 m t s ( 消息传输服务) l a g e n t g o l l r 广口 图2 - 7a g e n t 通信参考模型 k q m l ( 知识查询与操作语言) 这里介绍一下k q m l 语言。k q m l 协议的消息格式如图2 8 所示，它定义了a g e n t 之间传递信息的标准语法以及表述行为的表达式。它可以分为三个层次：通信层、 消息层、内容层。通信层描述了与通信双方有关的一组属性参数，如双方的身份 等；消息层的基本功能是确认消息本身所使用的协议以及其它和传送消息所使用 的一些控制信息；内容层是消息所包含的真正内容。 k q m l 消息的基本格式是基于平衡的括号表。 ：s e n d e r ：c o n t e n t ：r e c e e r ：r e p l y - w i t h ：l a n g u a g e ：o n t o i o g y 2 4 4 多a g e n t 的结构 图2 - 8k q m l 消息结构 多a g e n t 结构指系统中a g e n t 之间的信息关系和控制关系以及问题求解能力 的分布模式，它定义了整个系统内的各a g e n t 的相互关系和功能分配，确定了系 统和各a g e n t 之间的信息流通关系及其逻辑上的拓扑关系，决定了多a g e n t 的任 务分解、分配、规划、决策及执行等过程的运行机制及各a g e n t 所担当的角色， 提供了a g e n t 的活动和交互的框架。 多a g e n t 的组织结构可分为集中式控制方式、分布式控制方式以及集中与分 布式控制方式相结合的混合控制方式三类。 集中式结构比较适合紧密协调工作方式，集中式方式中的a g e n t 可分为两种 类型：主a g e n t 和从a g e n t 。主a g e n t 负责任务的动态分配和调度，协调各a g e n t 之间的竞争与合作，对从a g e n t 的行为具有完全的控制权。集中控制式多a g e n t 可以降低系统的复杂性，减少a g e n t 之间直接协商的通讯开销，但要求管理a g e n t 具有强的规划处理能力。 分布式结构比较合适松散协调工作方式，系统主要由各分布a g e n t 组成，各 9 个a g e n t 的地位平等，没有逻辑上的隶属关系，彼此行为的协调是通过a g e n t 之 间的相互交互完成的，每个a g e n t 本身有能力解决所面临的问题，它们协作完成 整体的共同目标，具有较高的智能和自治力。 混合式结构克服分布式结构中自我为中心所造成的性能低下和集中式结构缺 乏灵活性等问题。在多a g e n t 中加入一定程度的中心协调有助于提高整体性能和 效率，可避免各独立a g e n t 的“自我中心”的倾向，领导控制机制的存在可以避 免这种现象的发生，促进资源的利用率。 本章小结 本章通过对a g e n t 和多a g e n t 的相关理论分析，主要是解决a g e n t 和多a g e n t 是什么，a g e n t 和多a g e n t 属性，a g e n t 和多a g e n t 的结构，a g e n t 和多a g e n t 的 应用等一系列基本问题。 1 0 3 网络管理技术分析 本章将从网络管理的相关概念入手，讨论网络管理的结构、功能、类型、协 议等。 3 1 网络管理的相关概念 网络管理定义 网络管理就是一个应用系统，其目的就是管理网络中的各种资源，保证网络 高效、可靠、安全的运行。网络管理的对象包括网络设施和各种应用服务设施。 网络设施包括网络节点设备和网络线路，网络节点设备包括路由器、交换机、各 种终端设备等；网络线路包括以太网、光纤等；应用服务设施包括f t p 、e - m a i l 、 d n s 等系统服务和应用服务哺1 。 网络管理的目标 网络管理的目标就是保证网络j 下常高效的运行，及时发现处理故障，有效的 调度网络资源满足网络用户的需求。具体而言，网络管理的目标包括故障管理、 配置管理、性能管理、计费管理、安全管理五大方面。 网络管理所面临的问题 首先，网络结构越来越复杂，网络设备越来越多，网络应用层出不穷，对网 络管理的要求也越来越高。计算机网络的发展不仅使得网络规模不断扩大、网络 的复杂性和异构性越来越高，而且网络中可供使用的网络资源也空前丰富，各种 应用服务更是举不胜举。网络规模的同益扩大和网络应用水平的不断提高，使得 网络的维护成为网络管理的重要问题之一，例如，排除网络故障更加困难，维护 成本上升等。 其次，网络性能的提升也开始向网络管理方面倾斜。网络发展中前期，网络 性能的提升往往通过网络建设来满足，但是这种过程有一定的极限，而且受技术 上的限制比较多，当网络发展到一定阶段，网络性能的提升就必须依靠网络管理， 通过管理来提升服务的质量。所以如何提高网络性能，也成为网络管理必须面对 的问题，网络动态性能的提高主要通过网络管理系统加以实现。 3 2 网络管理的结构 网络管理的模型结构如图3 - 1 所示，它在结构上包括网络管理的组成和模式。 图3 1 网络管理结构 ( 1 ) 网络管理的组成包括：管理者、管理对象、管理代理。 管理者：管理者是运行于管理工作站中的应用程序。管理者通过管理协议将 网络管理操作命令发送给管理代理，并接收来自管理代理的信息，对管理代理构 成控制关系。 管理代理：管理代理是运行于网络设备中的进程，它负责接收来自管理者的 管理命令，并执行相应的网络管理操作。 管理对象：被管对象是对网络设备或网络资源的简化和抽象表示，它代表了 资源的可管理属性。 ( 2 ) 网络管理模式 网络管理的模式分为两种：集中式网络管理系统、分布式网络管理系统h 1 。 集中式网络管理系统：集中式网络管理系统的显著特征是所有的管理应用功 能集中在单一的管理者中，大量管理信息的处理和管理策略的形成都是集中在管 理者处完成的，而管理代理则是简单的数据收集器。管理代理一般有多个，分别 位于不同的网络设备上，如r o u t e r ，h u b 等，管理代理监测所在网络部件的工作 状况。管理者定期轮询各管理代理以获取网络信息，然后进行分析并采取相应的 管理措施。集中式网络管理的优点是结构简单，缺点是管理者作为网络管理系统 的中心，易成为系统的瓶颈，一方面若管理者发生故障而失效，则极易导致管理 系统的全面崩溃，另一方面即使管理者运行正常，也很可能因发生网络故障而将 管理者与部分被管网络分隔开来，从而使得管理者失去对这部分网络的管理能力。 1 2 = e 塞变通盔堂亟堂僮途塞圆终笪堡技苤坌蚯 分布式网络管理系统：为了解决单个管理者对网管系统的功能制约，引入了 “多个管理者”，管理能力不再集中于单一的管理者，而是分布于多个管理者中， 这种管理方式被称为“分布管理方式 。分布式网络管理有两种方式，层次式和协 作式。层次网络管理方式使用了两个概念，层管理者和域管理者。域管理者负责 对自己的管理域进行管理，而层管理者处于较高的层次，与其它管理者( 包括域管 理者) 交换管理信息并进行管理。各域管理者之间一般没有直接的通信。层次管理 方式中，层管理者也可以执行管理任务，使得整个管理系统管理能力更强；管理 中的功能可以动态配置，从而使得整个管理系统具有动态升级的能力。在协作分 布网络管理方式中，每个管理者负责一个管理域，这些管理者之间以对等方式相 互通信和交换信息。当某管理者需要其它管理域的信息时，可以同该管理域对应 的管理者通信。与层次方式相似，这种网络管理方式也实现了管理任务的分布化。 不同之处在于，从组织结构的角度( 而不是功能的角度) 来看，这些管理实体不再 依照层次方式来组织，管理实体之间是对等的、协作的关系。多个管理实体都承 担管理者的角色，而且能够协作以实现特定的管理目标。 3 3 网络管理的功能 网络管理的功能分为五大类：故障管理、配置管理、性能管理、计费管理、 安全管理哺1 。 ( 1 ) 配置管理 配置管理指的是对开放系统实施控制，从中收取配置数据，并向其它开放系 统提供配置数据，它主要用于配置网络、优化网络。 配置管理提供的功能：初始化或删除管理客体，为控制例行的操作设置适当 的参数，收集关于状态的信息等。如设置有关路由操作的参数、初始化或关闭被 管对象、收集系统当前状态的有关信息、更改系统的配置等。 ( 2 ) 故障管理 故障管理的指的是管理和监督非正常的操作，提供的功能有维护差错日志、 响应差错通知，当网络发生故障时，网络管理系统应能及时的指出故障的原因、 发生故障的位置、排除故障。在网络结构复杂的情况下，能够定位和隔离故障、 进行诊断测试以确定故障类型并最终排除故障等。 ( 3 ) 性能管理 性能管理指的是对系统运行及通信效率等系统性能进行评价，其能力包括监 视和分析被管网络及其所提供服务的性能机制，其分析的结果可能会触发某个诊 断测试过程或重新配置网络以维持网络的性能。 性能管理提供的功能：收集和发布统计数据，维护系统性能的历史记录，模 拟各种操作的系统模型等。 ( 4 ) 计费管理 计费管理指的是指定资源的使用核算成本和收取费用，目的是控制和监测网 络操作的费用和代价。 计费管理提供的功能：通知用户使用费用或使用的资源、设置计费的闭值点， 当使用了多种资源时将有关的费用综合在一起等。 ( 5 ) 安全管理 安全管理指的是对开放系统的访问要实施的各种保护措施，包括：网络数据的 私有性( 保护网络数据不被侵入者非法获取) 、授权( 防止侵入者在网络上发送非法 信息) 和访问控制( 控制对网络资源的访问) 等。 安全管理提供的功能：支持安全服务、维护安全同志、向其它丌放系统发布 有关安全方面的信息等。 网络管理除了上述的五个主要功能外，还包含许多其它的功能，如资源管理 等。 3 4 网络管理协议 现在最流行的网络管理协议有两种：i s o ( 国际标准化组织) 的c m i p ( 公共管理 信息协议) 和i e t f ( i n t e r n e t 工程任务组) 的s n m p ( 简单网络管理协议) 1 ( 1 ) i s o 的c m i p 公共管理信息协议( c m i p ) 是i s o 提供的网络管理协议，c m i p 定义了每个网络 组成部分提供的网络管理服务，这些服务在本质上是很普通的。 i s o 网络协议旨在为所有设备在o s i 参考模型的每一层提供一个公共网络结 构，而c m i p 正是这样一个用于所有网络设备的完整网络管理协议。出于通用性的 考虑，c m i p 的功能与结构跟s n m p 很不相同，s n m p 是按照简单和易于实现的原则 设计的，而c m i p 则能够提供支持一个完整网络管理方案所需的功能。 c m i p 的整体结构是建立在使用o s i 网络参考模型的基础上的，网络管理应用 进程使用o s i 参考模型中的应用层。也在这层上，公共管理信息服务单元( c m i s e ) 提供了应用程序使用c m i p 协议的接口。同时该层还包括了两个o s i 应用协议：联 系控制服务元素( a c s e ) 和远程操作服务元素( r o s e ) ，其中a c s e 在应用程序之间 建立和关闭联系，而r o s e 则处理应用之间的请求响应交互。另外，值得注意的 是o s i 没有在应用层之下特别为网络管理定义协议。 1 4 ( 2 ) i e t f 的s n m p i n t e r n e t 体系结构委员会i a b 领导的i e i f 在1 9 8 6 年开始研究管理i n t e r n e t 的框架结构并制定了简单管理协议( s n m p ) 。s n m p 是t c p i p 协议套件的一部分，其 最吸引人们的特点是简单性、易实现和成本低。和t c p i p 本身一样，s n m p 也存在 严重的安全问题。与c m i p ( 公共管理信息协议) 不同，s n m p ( 简单网络管理协议) 采 用轮询技术进行网络设备信息的收集，采用这种信息采集技术意味着网络上的设 备不需要智能地报告出现的故障，但在拥有许多设备和资源的大型网络中，会由 于大大增加了网络业务量，而降低了网络通信的速度。近年来，s n m p 发展很快， 已经超越传统的t c p i p 环境受到更为广泛的支持，成为网络管理方面事实上的标 准。支持s n m p 的产品中最流行的是i b m 公司的n e t v i e w 和h p 公司的o p e n v i e w 。 除此以外，许多其它生产网络通信设备的厂家，如c i s e o 等也都提供基于s n m p 的 实现方法。相对于i s o 标准s n m p 简单而实用。 本章小结 本章通过对网络管理的相关理论和实践应用的分析，给出了现有的网络管理 的不足和缺陷，为基于a g e n t 的网络管理给出了实践基础。 4 综合网管系统中多a g e n t 的模型和结构研究 本章将从分析基于移动a g e n t 的网络管理系统和基于多a g e n t 的网络管理系 统入手，分析二者的优点和不足，提出了适合综合网管软件开发的体系结构 d a n 姒扩展体系结构，并介绍了扩展结构的特点，重点分析了扩展结构应用于网络 管理软件丌发的两个主要方面：面向对象和功能建模、计算结构。 4 1基于a g e n t 的网络管理 a g e n t 技术和网络管理的结合看来是珠联璧合，利用a g e n t 的智能性、自治性、 社会性、移动性来提高网络的可用性、可靠性、高效性和安全性。基于a g e n t 技 术的网络管理已经成为了a g e n t 技术应用的一个热点，目前这方面的研究和应用 主要集中在两个方面：一是将移动a g e n t 引入网络管理系统中，利用移动a g e n t 的移动性、平台无关性来实现网络管理的自动升级、自我修复、系统扩展；二是 将多a g e n t 技术引入网络管理系统，它较全面地利用了a g e n t 的自治性、反应性、 协同性等多种特性，较好解决了系统的扩展性、集成性、可靠性、自适应等问题。 4 。1 1 基于移动a g e n t 的网络管理分析 基于移动a g e n t 技术的网络管理模型如图4 - i 所示，它在结构上包括管理站 和被管理节点两部分，在操作上包括a g e n t 的生成、a g e n t 的派遣、a g e n t 的迁移、 a g e n t 的返回等呻1 。 被管理节点 被管理节点 图4 - i 基于移动a g e n t 的网络管理模型 基于移动a g e n t 技术的网络管理是目前将a g e n t 技术引入网络管理应用的最 1 6 t 塞窒适太堂亟堂焦诠塞绽金圆筻丕统虫墨垒g 曼旦! 的搓型塑结尥监究 多的一种模式。在该模式中，网管中心派出不同功能的m a 到网络中的各个部分， 执行相应的功能，m a 也能在被管理节点之间进行迁移，迁移到目的节点后重新装 载激活。 基于移动a g e n t 技术的网络管理的优点 ( 1 ) 平台无关性。由于一般移动a g e n t 是用解释性语言( 如j a v a ) 编写的，其 基本的执行环境为该语言的解释器，这就屏蔽了网络设备之间的平台差异，从而 使管理异构网络变得更加容易。 ( 2 ) 较少占用网络资源。移动a g e n t 人为的或者自主的迁移到被管理设备的地 点运行，降低了网络通信量，从而避免了占用过多的网络带宽。 ( 3 ) 灵活性和扩展性好。由于a g e n t 是动态生成的，并且具有一定的生存周期， 因此在原有的管理系统上对其功能进行修改和扩展都非常简便。 ( 4 ) 网络管理的自适应性。移动a g