基于多Agent的校园网络管理系统

1 引 言

　　随着高校教育事业的不断发展，学生人数和学校规模都不断增加，校园网的规模也在逐渐的扩大，在校园网中，通常是多种网络系统平台共存，包括不同厂家，公司的网络设备、计算机设备、通信设备等。从而使网络的管理和维护日益困难。为了管理这种规模和多样性不断增长的系统和网络，需要有一套自动化的网络管理工具和程序。而一个完善的网络管理系统可以保证计算机网络能够可靠、稳定地运行，使网络资源得到最大的利用，使网络的性能和服务质量得到改善。传统的两级分布式网络管理模式，在一定程度上解决了集中管理模式中存在的瓶颈和可扩缩性问题，同时也带来了管理者之间任务的分配、通信和协作等问题。而且，传统网络管理中的管理者只能完成一些预定的工作，不具备自主处理事情的能力，对网络状态的改变不能很好的实时响应。另外，管理者之间也不能很好地协同工作以处理复杂的网络管理事务。Agent具有实时性高、可扩充性好、自治能力强等特点，各个代理都参与管理工作、决策、协作完成管理任务、减少管理者的干预、减轻了上层管理者的负担。将多Agent系统应用于高 校网络管理系统是高校网络管理的一条全新的思路。

2 校园网络管理模型的体系结构

　　本文提出的网络管理系统结构，是在原有的分层管理结构中增加了一层有多个Agent组成的区域管理层。使网络管理系统，既具有管理的分布性和智能性，还降低了系统实现的复杂性。这里把网络按照地理区域划分成多个管理域，每个管理域是一个被管对象的集合。

　　在进行多Agent研究时，首先要先确定其结构。基于多Agent的校园网络管理系统可分为3层：中心管理层、区域管理层、设备管理层。对于这种网络管理系统主要由3类智能体组成：中心管理层Agent、区域管理层Agent和设备管理层Agent。其中中心管理层Agent只有一个，其他2种Agent都有多个。他们分别管理不同层次的网络设备，这3种Agent，相互协作共同完成整个系统的任务，如图1所示。

　　中心管理层Agent负责整个网络的管理，能够完成网络管理的各项功能，是整个网络系统的核心，是网络管理员与网络管理系统的接口，一般位于网络中的一个主机节点上。区域管理Agent主要对所辖区域的设备进行管理，主要包括多对网络负载的规划、地址分配及路由路径，隔离和控制各接入用户接入速率、方式进行访问控制、限制非法侵入、保证网络接入用户获得稳定、可靠、合法的网络资源，一般驻留在被管对象中，如主机、网桥、路由器及集线器等设备上。设备层Agent管理用户接入的方式，承担局部网络的流量控制、拥塞控制、连接端口匹配、网络速率的争用、优化网络效率等功能。在这种结构中，中心管理Agent对区域管理Agent有控制权，但各区域管理Agent之间的地位是平等的，这是一种分层式管理结构。

2.1 中心管理层

　　中心管理层实现全局性的网络管理，是整个系统与用户直接进行交互的部分，为管理员用户提供与系统相交互的接口，管理员通过这些接口发出管理命令实现对网络的管理。主要用来实现整个校园网的管理工作，区域管理层需要在一定时间间隔内向中央管理层发送自身的一些信息，以及所具有的知识，协调各个区域管理Agent，共同完成用户所提交的任务。中心管理层Agent的结构如图2所示。

2.2 区域管理层

　　区域管理层中的Agent具有2种角色，不仅要与下层的网络管理代理通信，查询网络设备、链路状态等数据信息，并对这些信息加以处理，完成系统指定的一些初级的网络管理功能。同时域管理代理还要根据要求，将经过处理的数据传递给上层管理系统，或根据上层管理者的要求，实现对网络设备的管理操作。他具有高度的自治能力，能够根据中心管理层的要求完成相应的管理功能，并将处理的结果发送给中心管理层，不仅降低了中心管理层的负载，同时减少了网络上的数据流量。区域管理层Agent的结构如图3所示。

2.3 设备管理层

　　设备管理层由多个设备Agent组成，位于网络管理的最底层，用来对网络物理设备进行管理。设备层的Agent应该具有反应性，能够感知网络变化，并做出相应的反应。设备管理层Agent的结构如图4所示。

3 基于多Agent的网络管理系统的工作方式

　　设备管理层由多个设备Agent组成的，用来对网络物理设备进行管理。设备层的Agent承担局部网络的流量控制、拥塞控制、连接端口匹配、网络速率的争用、优化网络效率等功能。各Agent具有较强的反应性和自主性，当Ageht自身不能完成他应承担的任务时，他就要与其他的设备Agent进行协调，到协调不能达到一致时，区域管理Agent可通过控制模块给出管理命令。设备管理Agent需将自身的有关信息通过感知器反馈给区域层Agent，以更新区域层Agent的知识库和加强学习器的学习，帮助区域层Agent做出正确的决策。智能区域层Agent有很高的自治性，有时为了缓解自身的网络负荷或网络冲突，可以通过协调模块与其他区域Agent进行协调，达成一致意见，并不需要中心管理层发送管理指令，中心管理层Agent可以通过通信模块发送管理命令给区域层Agent，区域层Agent除了执行中心管理层Agent的管理方案之外，还需将管理的效果和相关信息反馈给中心管理层Agent，以便中心管理层Agent对知识库中的知识进行更新。中心管理层Agent根据其所具有的经验知识及接收到的所有区域Agent传送的信息，从全局的角度出发，对区域Agent的管理策略进行衡量，必要时向某些区域Agent发送管理指令；接收指令的区域Agent无条件执行指令，并将执行后的控制效果反馈给中心管理Agent。如图5所示。

4 Agent间的通信与协调

　　网络管理系统是由一系列分布的功能实体组成，包括各种Agent以及网络设备。为了完成管理任务，这些功能实体之间必须进行协调，而通信是协调的基础。系统中涉及到两种通信问题：多个Agent之间的通信和设备Agent与网络设备的通信。许多网络故障与多个网络设备的运行相关，当网络管理Agent发现自己不能单独处理网络故障时，需要主动和其他网络Agent进行信息交互，以获得网络的整体性能、故障原因等信息；另外当网络管理Agent调整可能牵涉到其他智能体的配置改变时，由于需要遵循全局网络特性的限制，该Agent在执行相应的操作之前，必须先将本地智能体的行为通知给所有相关的Agent，与其他Agent进行协调。在设计多Agent的协调方法时，针对不同的问题必须采取不同的协调策略，常用的网络管理协调策略有约束退让、全局指标最优协调、服务优先级协调、循环使用协调等多种协调策略。系统中管理Agent根据具体的需要选择不同的协调方法，一个Agent也可以使用多种协调方法。在这个系统中管理者和被管代理之间是通过SNMP协议进行连接的，SNMP描述管理者与被管理者之间的通信机制，通信机制通过定义2个接口：get，getnext，set等实现SNMP协议转换的接口；管理代理与SNMP代理通信接口。

　　其具体可用如下代码实现：

5 结 语

　　本文在对校园网络管理系统结构分析的基础上，提出一种基于多Agent技术的三级Agent校园网络管理系统结构，给出单个Agent的结构图和各Agent的工作方式，为建设校园网络管理系统提供了新的思维模式。