網(wǎng)絡(luò)擁塞控制的ｍｕｔｉ－Ａｇｅｎｔ模型研究

李海艦

摘要：隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大、應(yīng)用性的增加，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞可能性增大。為解決Web服務(wù)器前可能存在的擁塞，本文提出了一種基于多Agent的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制模型。研究了擁塞控制方法，并對隊列管理、調(diào)度策略等關(guān)鍵技術(shù)進行了討論，給出了相關(guān)的算法。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)擁塞；muti-Agent；Qos

1引言

隨著Web應(yīng)用和HTTP請求的爆炸性增長，ISP服務(wù)提供商所提供的服務(wù)的多樣化，多媒體應(yīng)用的急劇發(fā)展，使得目前許多熱門的Web服務(wù)器都經(jīng)常面臨嚴峻考驗，嚴重情況下，服務(wù)器可能出現(xiàn)延遲服務(wù)或者由超載引起癱瘓的問題，如何在服務(wù)器端處理好網(wǎng)絡(luò)請求量過大，數(shù)據(jù)傳輸過多等造成的ISP源端網(wǎng)絡(luò)擁塞，如何控制擁塞，滿足網(wǎng)絡(luò)Qos和為用戶提供優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是現(xiàn)在迫切需要解決的一個問題。 為了解決這些問題，本文提出了基于多Agent的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法。該方法充分利用Agent的社會性、自主性和智能性，通過各個Agent的功能實現(xiàn)，相互協(xié)調(diào)來解決Web服務(wù)器端出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)擁塞，保證服務(wù)質(zhì)量。

2基于多Agent的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制模型

Agent具有自主性、交互性、主動性和反應(yīng)性等，它不僅能作用于自身，而且可以施動作于環(huán)境，并能接收環(huán)境的反饋信息，重新評估自己的行為；同時，它能與其他Agent協(xié)同工作。

2.1 基本模型

當網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的請求過多或服務(wù)器過載時，多Agent系統(tǒng)對所引發(fā)的擁塞狀態(tài)進行監(jiān)測，并通過擁塞控制策略，管理請求隊列，合理分配帶寬，提高服務(wù)器性能，滿足Qos需求。

該多代理系統(tǒng)，主要有以下幾個部分組成：

（1）功能代理：完成特定功能的代理，在此系統(tǒng)中，主要分為三類代理—監(jiān)測代理、控制代理和執(zhí)行代理。這些功能代理負責對整個網(wǎng)絡(luò)進行監(jiān)測，獲取系統(tǒng)相關(guān)信息，然后交由控制代理來進行處理，通過執(zhí)行代理來執(zhí)行請求服務(wù)。

（2）代理通信語言：代理通信語言（ACL）是代理之間進行知識共享和知識交換的協(xié)議性語言。通常使用的代理通信語言包括兩種：知識查詢與操作語言（KQML）和FIPA ACL。

（3）知識庫：包括規(guī)則庫和事例庫。規(guī)則庫存放代理執(zhí)行時必須執(zhí)行的規(guī)則，事例庫存放存在的事例，供代理學(xué)習。知識庫的更新及維護主要通過網(wǎng)絡(luò)管理員管理和代理通過事例和事件學(xué)習累積。

2.2 Agent功能

監(jiān)測代理主要負責監(jiān)聽信道和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，完成對服務(wù)器請求數(shù)據(jù)包的統(tǒng)計和相關(guān)數(shù)據(jù)的收集。主要職責包括TCP連接信息，解析數(shù)據(jù)包，分析并記錄服務(wù)請求類型，數(shù)量以及可能需要的帶寬，并提交給控制代理。

控制代理：分析由檢測模塊上傳的服務(wù)請求數(shù)據(jù)，判別鏈路擁塞情況，在盡量滿足用戶需求的情況下，由擁塞的程度，服務(wù)請求的優(yōu)先級以及請求數(shù)據(jù)的大小，分配合適的帶寬，建立請求隊列。

執(zhí)行代理：負責建立調(diào)度策略庫，針對各種網(wǎng)絡(luò)擁塞情況以及隊列，給出合適的調(diào)度，以響應(yīng)Http請求。

2.3 Agent之間的協(xié)調(diào)

Agent之間通過代理通信語言，將各自無法完成的任務(wù)或者是需要發(fā)送的信息，進行協(xié)調(diào)。在該系統(tǒng)中，監(jiān)測代理將監(jiān)聽到的數(shù)據(jù)發(fā)送給控制代理，控制代理根據(jù)策略庫進行排隊、分配帶寬，并將這些策略發(fā)送給執(zhí)行代理，由執(zhí)行代理完成調(diào)度工作，響應(yīng)Http的請求。

在擁塞控制過程中，如果處于某種特殊情況時，各Agent可以再次協(xié)商，重新排隊，分配帶寬以及合理調(diào)度。

2.4知識庫的建立

在知識庫的建立是通過Agent的學(xué)習過程，在各Agent中都有相應(yīng)事件的策略，當某類事件的發(fā)生在所列策略庫以外，則其自動建立新的策略，并協(xié)商其他Agent建立各自的策略。

3擁塞控制

當網(wǎng)絡(luò)中存在過多的報文時,網(wǎng)絡(luò)的性能會下降,網(wǎng)絡(luò)擁塞時，發(fā)送端吞吐量下降，分組的時延增加，在路由器中分組的丟棄概率增大等等。

擁塞產(chǎn)生的根本原因在于用戶提供給網(wǎng)絡(luò)的負載大于網(wǎng)絡(luò)資源容量和處理能力。也就是說，網(wǎng)絡(luò)的資源與網(wǎng)絡(luò)的流量不均衡，用戶對網(wǎng)絡(luò)的需求和網(wǎng)絡(luò)的供給不匹配，將會產(chǎn)生擁塞。

3.1 基于多Agent的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制策略

ISP為用戶提供服務(wù)，用戶總希望在最短的時間里得到更好更快的服務(wù)，但是現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)瓶頸無法滿足用戶的全部需求，所以只能盡量滿足，目前所使用的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法都是基于TCP/IP來做的。

本模型將擁塞控制系統(tǒng)建立在服務(wù)器端，通過多Agent協(xié)作，來處理服務(wù)請求，使帶寬最大程度的使用。

3.2 擁塞判別算法

通常ISP能提供的主干帶寬是一定的。我們將擁塞狀態(tài)劃分為四種：無擁塞、輕度擁塞、中度擁塞、嚴重擁塞。

依據(jù)Red算法的核心思想，選取ISP出口輸出隊列長度為判別依據(jù)，通過SNMP輪詢ISP至廣域網(wǎng)端口MIB庫中的對象ifOutQlen來取得L值.令L表示出口輸出隊列當前長度，L1，L2 和 L3分別表示相應(yīng)的擁塞判別閾值，擁塞狀態(tài)判別規(guī)則為：

3.2.1無擁塞，0≤L

3.2.2輕度擁塞，L1≤L

3.2.3中度擁塞，L2≤L

3.2.4嚴重擁塞，L3≤L；此時吞吐率急劇下降，必須采用丟包等較強控制手段來保證網(wǎng)絡(luò)的正常運行。令L 為ISP出口輸出隊列允許的最大長度，L1，L2和L3的求取規(guī)則為：L1=L×40％；L2=L×60％；L3=L×95％。

3.3 擁塞控制相關(guān)流量統(tǒng)計

通過解析捕獲的IP數(shù)據(jù)包，可以獲得Web服務(wù)器的所有TCP連接請求及帶寬需求信息，形成TCP連接統(tǒng)計表．該表包括源IP，目的IP，源端口，目的端口，應(yīng)用類型，數(shù)據(jù)量以及Contral Flag。該表記錄了TCP連接及這些連接在SNMP輪詢間隔內(nèi)的流量統(tǒng)計信息。數(shù)據(jù)量字段給出了在給定統(tǒng)計時間內(nèi)，當前TCP連接的會話數(shù)據(jù)量總和；應(yīng)用類型字段給出了由目的端口中的熟知端口所代表的公共應(yīng)用服務(wù)；Contral Flag 控制標記中的Urgent data ，如果URG為1，表示這是一個攜有緊急資料的封包。

3.4 隊列管理

隊列管理是通過選擇何時丟棄何種業(yè)務(wù)流分組來控制隊列長度。

分類機制分為兩大類：

3.4.1基于客戶的分類

基于客戶的分類是根據(jù)客戶某些特有的屬性和特征來進行分類，具體包括：

基于客戶端IP地址的分類

基于HTTP cookie分類

基于Web瀏覽器即Plug-ins插件的分類

3.4.2基于目標的分類

基于請求目標的分類是根據(jù)請求的目標所特有的一些屬性和特征來進行分類，具體包括

基于請求URL的分類

基于目標IP地址或端口號

采用優(yōu)先級隊列的形式，解決網(wǎng)絡(luò)擁塞。由D-Agent檢測信道的閑與忙，當信道閑時，ISP以最快的速度滿足用戶請求；信道忙時，擬采取優(yōu)先級隊列的方法，重新排列隊列，分配帶寬；根據(jù)ISP提供的各種服務(wù)，分配原始帶寬和優(yōu)先級；通過對TCP連接信息統(tǒng)計表，按IP段分類并計算這N個IP段各自實際占用帶寬比例。然后，計算各IP段超過預(yù)定義帶寬的百分比，值越越大，說明IP段超出預(yù)分配流量越大，相應(yīng)IP地址所建立的TCP連接優(yōu)先級越低，進入較低優(yōu)先級隊列；反之進入較高優(yōu)先級隊列．如此就可以形成優(yōu)先級隊列．另外如果在TCP連接統(tǒng)計表中某IP請求Contral Flag值為1時，將其優(yōu)先級設(shè)為最高，其它類推。

3.5 調(diào)度策略

執(zhí)行代理使用請求調(diào)度策略從中選擇請求進行服務(wù)，為每類服務(wù)提供不同的服務(wù)級別。常用的調(diào)度策略有：

3.5.1絕對優(yōu)先級：總是調(diào)度優(yōu)先級最高的請求，然后再處理低優(yōu)先級請求。

3.5.2加權(quán)優(yōu)先級：根據(jù)客戶請求的加權(quán)重要程度進行選擇服務(wù)。

3.5.3共享容量：根據(jù)某一事先設(shè)定好的系統(tǒng)資源容量對每類請求進行調(diào)度，任何未使用的系統(tǒng)資源可以分給其它類請求。

3.6 控制策略

3.6.1無擁塞或輕度擁塞 不啟動網(wǎng)絡(luò)擁塞控制，保證通信效率

3.6.2中度擁塞需要實施流量控制來緩解擁塞．根據(jù)TCP流量統(tǒng)計表形成優(yōu)先級隊列，向優(yōu)先級隊列中記錄的TCP連接發(fā)送ICMP源站抑制報文，減小TCP連接發(fā)送窗口大小，以達到流量控制的目的

3.6.3嚴重擁塞在嚴重擁塞狀況下，對各個隊列內(nèi)TCP連接發(fā)送ICMP源站抑制報文的同時，還要通過發(fā)送TCPRST來斷開各個隊列相應(yīng)分類對象新的連接請求以達到擁塞控制的目的．

4小結(jié)

本文運用多Agent的方法對擁塞進行控制是可行的，Agent具有自主性、交互性、主動性和反應(yīng)性等，都符合網(wǎng)絡(luò)智能化的需求，如果在策略庫上增加更加豐富的學(xué)習庫，可增加擁塞控制的靈活性，但是可能會影響通信效率。

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