AHEAD-INMS网络管理系统的设计与实现1

1、AHEAD-INMS智能网络管理系统的设计与实现庄力可，杜军平，张长水 清华大学信息科学技术学院 北京100084摘 要：本文基于大规模信息网络智能管理研究方法和移动智体技术,研制了AHEAD型智能网络管理系统AHEAD-INMS,实现了对网络的自动监测和维护,并成功地在国家火炬计划的AHEAD-IMS产品中得到具体应用。关键词：移动智体、网络管理、SNMP、监测、维护Design and Implementation of the AHEAD-INMS Intelligent Network Management SystemZhuang like ，Du junping，Zhang cha

2、ngshuiSchool of Information Science and Technology Tsinghua University, Beijing 100084Abstact：Based on the intelligent management methods of Large-scale information network and technologies of mobile agent, we developed AHEAD Intelligent Network Management System(AHEAD-INMS) and appled it successful

3、ly in the State Key Torch Plan (AHEAD-IMS ) and achieved the auto-monitoring and maintenance of the network .Keywords: mobile agent, network management, SNMP, monitor, maintenance 1 引言AHEAD-IMS-是针对交通收费开发的网络监控集成控制系统，它涉及计算机、通讯、电子监控等多个领域，其应用的主要对象是各省市的收费业主，目前已经覆盖了全国11个省，近120个使用单位。AHEAD-IMS-是一个涵盖对数据、图像、音

4、频三种形式信息处理的大规模信息网络，该系统由计算机网络系统、通讯系统、视频监控系统3个子系统构成的复杂信息系统，该系统管理上采用集中式分层管理体系，其系统组成图1所示。图1 AHEAD-IMS-总体结构 AHEAD-IMS-作为多技术的集成控制系统在使用过程中，已取得多项技术创新，并产生了重大的经济效益，但AHEAD-IMS-的网络管理模式在结构上采用了分层集中式体系，对节点设备的监控仅在终端采用简单的命令完成，轮询机制使得该网络在管理网络上效率低、缺乏主动性，网络资源浪费大。为此，本文在基金项目研究基础上12，将大规模信息网络的研究方法和移动智体技术应用到AHEAD-IMS-，设计并实现了网

5、络管理的自主性和自治性。2 AHEAD-INMS的设计过程2.1 AHEAD-INMS需求分析AHEAD-INMS的体系结构在物理层是由AHEAD-IMS-确定的，AHEAD-IMS-属于信息网络管理中SNMP管理域中管理对象，要实现其分布管理，采用基于移动智体的管理方法，在原有的系统中增加一个网络管理平台SMANMP，这样既可以保持原有系统中SNMP管理体系的完整性，又使移动智体技术与原有的基于SNMP的管理模式可以融合在一起。AHEAD-INMS主要满足如下业务需求：（1） 网络故障管理：本地、远程网络故障诊断，高效定位网络故障（2） 网络性能监测：本地、远程的节点设备性能监测（3） 网络

6、配制管理：本地、远程节点设备的配制，软件远程升级2.2 AHEAD-INMS开发的技术路线在开发过程中要实现基于移动智体与SNMP的融合，首先要解决两种模式之间的互操作性问题。本项目开发的技术路线是：将基于移动智体SMANMP作为AHEAD-INMS的开发平台，在该平台采用JAVA设计面向具体业务管理智体，并去调用SNMP协议中MIB库，实现对传统SNMP的网络管理。在AHEAD-IMS-中，各节点设备之间的网络管理采用SNMP协议，基于这种协议的网络管理应用实际都是基于静态的客户/服务器方式的集中模式的解决方案。网络管理中心平台（NMS）提供与所有管理节点设备的接口，并将所有的在节点设备上运

7、行的数据都发回给NMS。这种模式缺乏灵活性，在网络节点数据增大时会产生网络堵塞，采用分散控制机制是解决该弊端的有效方法，可有效地减少网络流量，并可按客户要求升级或进行个性化的设计。在该系统中的设计中包括：代码移植的有效性、容错性、鲁棒性、互操作性、派送机制、远程升级机制、资源控制机制。本文着重介绍开发过程中:互操作性、远程升级和容错性三个方面的内容，并按照应用系统的开发原则，采用面向业务的策略，分别将容错性、远程软件升级、设备监控定义成不同的业务服务。2.3 AHEAD-INMS的总体结构设计AHEAD-INMS其总体结构设计如图2所示。在AHEAD-INMS这个总体结构图中，每一个节点设备驻

8、留并运行一个JAVA 虚拟机，这些JAVA虚拟机可以接收由AHEAD 平台派出的智体，并在虚拟机上执行AHEAD代理进程。智体通过虚拟机在网络节点间移动，而虚拟机之间的通信是通过报文方式完成。智体在移动的过程中收集数据，执行完成各种任务，并将执行任务后产生的结果送回到AHEAD的管理者。本项目采用JAVA编写一系列的移动智体来完成预先设定的网络管理服务，并通过API接口来控制智体的移动，同时为了保证移动智体的可维护性，需设置一个智体代码服务器，每次用JAVA设计一个智体管理进程，系统会自动产生一个JAVA文档，并将文档存放到AHEAD 代码服务器中。在代码服务器上可以维护所有生成的JAVA文档

9、，并使之有效地对应于各自的移动智体。在这个总体结构中运行AHEAD管理者的主机负责整个移动智体系统的管理。它提供了端到端的接口，包括远程控制和监视的智体接口。这些接口包括所有的智体和智体代理进程，同时它对JAVA 的RMI和CORBA两种不同方式的通信协议都有效。2.4 AHEAD-INMS 关键技术设计2.4.1 AHEAD-INMS智体容错特性设计AHEAD-IMS-在使用中，尽管已采用了冗余备份系统，但AHEAD-IMS-的终端设备所处的工作环境中存在多种突发事件，如人为破坏、汽车冲撞等其它意外事故，都会造成AHEAD-INMS主机或节点设备重新起动、通信线路故障等情况的发生, AHEA

10、D-IMS-业务管理软件上已采用容错设计，因此AHEAD-INMS中智体要考虑容错特性。移动智体本身在执行移动的过程中，如果由于通信或节点设备本身的故障影响智体的执行，智体通过校验智体的特性来保证向下网络一个节点移动。移动智体上完成一项特定的任务时，它的内部状态在向下一个节点传送之前已经保存在本地机的内存中，直到它成功地启动下一个智体的代理进程为止。本文将采用大型数据库中两次提交机制运用到智体的容错设计过程中，即在智体移动的过程中采用两次提交协议来达到智体移植的绝对精确性。这种策略就能保证不论是智体完成移植向下一个节点的过程中，还是在其它任何情况下造成的失败，智体都不会丢失，而且系统可以在前一

11、个代理上恢复智体。因此，当智体迁移失败或其中的一个代理的路由策略无效时，智体能执行下面三种方案中的一种：（1） 返回：返回AHEAD-INMS管理平台（2） 跳转：按照路由策略跳到下一个有效代理上（3） 等待：等待直到目标代理重新启动恢复正常为止2.4.2 AHEAD-INMS的远程软件升级的设计AHEAD-INMS的远程软件升级移动智体的进程由两部分组成：端口监控进程DAEMON和智体。端口监控进程DEAMON 是一个静态程序代码，安装后不需要经常修改，而智体是一个动态程序模块，它可以按要求随时修改。智体的端口监控进程是用JAVA的类加载器来实现，它可以接收网络命令来安装或控制代理进程。当主

12、机重起时，这些端口监控进程会自动初始化一次，另外这些端口进程可以接收智体及其对应的代理进程JAVA文档，并且在本地节点上执行安装程序。在完成这步后，AHEAD管理者能给智体的端口进程发送以下命令:（1） 本地内存刷新（2） 结束本地代理进程（3） 安装新的代理进程（4） 原有的代理进程升级这些远程命令，提供了一种十分灵活的远程软件升级方法，既可以增加新的管理进程，又可以对原有的管理进程升级或删除，这对大规模网络管理是一种高效的管理方式，在实际应用中，该移动智体的这种特性得到了较好地应用。3 AHEAD-INMS系统的实现 3.1 AHEAD-INMS中移动智体分类按前文研究的内容和图3所示业务

13、需求,移动智体分三大类：监控智体、信息交换智体、业务管理智体。本应用系统采用面向管理业务的策略，其中：监控智体共分为2个子类。（1）对端口硬件的监控monitor agent1：对车道主机监控monitor agent2：自动档车器监控monitor agent3：自动显示牌监控monitor agent4：前置感应线圈监控monitor agent5：后置感应线圈监控monitor agent6：摄像云台监控monitor agent7：自动报价器监控monitor agent8：车型识别器监控（2）对模块软件的监控：共分为4个子类，分别对收费主机的软件模块版本进行校验verify agen

14、t1：派班模块版本校验verify agent2：收费模块版本校验verify agent4：统计模块版本校验verify agent6：维护模块版本校验管理智体分为三类：manage agent1：配制管理manage agent2：软件升级manage agent3：维护管理 图3 移动智体功能分类图3.2 AHEAD-INMS实现的主要功能AHEAD-INMS针对开放式公路收费网络监控系统的业务需求完成6个模块的开发，即节点拓朴图生成、节点设备监控、节点设备维护、节点配制管理、节点流量分析、用户管理。3.3 节点设备监控模块图5 AHEAD-INMS节点设备自动监测模块图5显示了AHEA

15、D-INMS系统通过监控智体实现的对AHEAD-IMS-系统车道设备自动监控过程.3.4 节点设备维护模块图6显示了AHEAD-INMS系统通过移动智体实现的对AHEAD-IMS-系统中车道设备状态维护过程.3.5 软件管理模块 图7显示了AHEAD-INMS系统通过监控智体实现的对AHEAD-IMS-系统中收费主机软件模块的监控的过程。在AHEAD-INMS系统中，这三个模块实现AHEAD-IMS-中网络节点状态的自动监测和维护，并且可以在任意节点对移动智体进行维护。由于AHEAD-IMS-的主机属于24小时不停机工作，因此AHEAD-INMS中端口监控智体与校验智体可共同完成对软件模块的在

16、线升级，这对AHEAD-IMS-系统进一步在全国推广具有重要的意义。4 结束语本文针对开放式公路收费网络监控管理系统,采用面向业务的策略在SMANMP网络管理平台的设计三类智体, 设计并实现了一个AHEAD-INMS网络管理系统，并在保留原有应用系统的前提下投入运行，并取得较好的效果。该系统解决了移动智体在传统CLIENT/SERVER模式的应用问题，验证了基于移动智体的主动网络管理方法在SNMP的网络管理模式是可行的。参考文献1 庄力可、杜军平、涂序彦，赵敏哲，大规模信息网络智能管理方法和技术的研究，计算机科学，2001，92 庄力可，杜军平,涂序彦，赵敏哲,基于Mobile Agent技术

17、的主动性网络管理策略，计算机应用研究，2001.4。3 M. Wooldridge and N. R. Jennings, Intelligent agents: Theory and practice,'' Knowledge Engineering Review, vol. 10, no. 2, pp. 115-152, 1995. 4 Cheikhrouhou, BDI-oriented agents for network management,'' in Proceedings of Globecom'99, (Rio de Janeiro,

18、Brazil), IEEE, December 1999. 5 Muralidharan B. Multiprotocol management agents: a Look at an implmentation and the issues to consider. IEEE Journal on selected areas in communications.1993,11:133613456 hite J E. Telescript technology: mobile agents. In: Bradshaw J ed. Software Agents. Boston: AAAI Press/MIT Press, 19967 M.Breugst,T.Magedanz. Mobile Agents-enabling technology for active intelli