基于多代理的虛擬網(wǎng)資源管理模型研究

呂翔

摘要：網(wǎng)絡(luò)資源管理和調(diào)度是虛擬網(wǎng)構(gòu)建的關(guān)鍵，提出一種分域、分層和多代理的資源管理模型，通過構(gòu)建較小的資源管理域，采用多代理機(jī)制能夠針對業(yè)務(wù)需求自主地感知資源狀態(tài)信息，多個代理之間相互協(xié)作完成資源的查詢、調(diào)度。

關(guān)鍵詞：虛擬網(wǎng);多代理;分層管理

中圖分類號：TP393? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1007-9416（2018）10-0000-00

1 引言

在網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境下，面對數(shù)量規(guī)模龐大的資源且資源狀態(tài)不斷變化，對資源進(jìn)行有效的管理是一個需要解決的問題。通過高效的管理和調(diào)度模式為虛擬網(wǎng)構(gòu)建時提供滿足構(gòu)建需求的資源，實現(xiàn)資源的有效利用，是虛擬網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)資源管理和調(diào)度研究的關(guān)鍵。提出一種分域、分層和多代理的資源管理模型，通過構(gòu)建較小的資源管理域，分層管理能有效的控制由于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大帶來的資源管理復(fù)雜度和相應(yīng)的開銷的增加。代理（Agent）源于分布式人工智能領(lǐng)域，隨后引申到通信、計算機(jī)等研究領(lǐng)域[1]，是指在一定環(huán)境下自主運行，包括信念、承諾、義務(wù)、意圖等精神狀態(tài)的智能實體或者是軟件實體，代理可以與其他代理合作承擔(dān)各個代理無法完成的任務(wù)。采用多代理機(jī)制能夠針對業(yè)務(wù)需求自主地感知資源狀態(tài)信息，多個代理之間相互協(xié)作完成資源的查詢、調(diào)度等。

2 分層多代理資源管理模型

2.1 分層的資源管理模型

事實上，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點分布極其廣泛，把分布在各個節(jié)點的資源進(jìn)行有效的管理和利用非常關(guān)鍵，采用分域和域內(nèi)分層管理原則，我們把網(wǎng)絡(luò)在邏輯上分三層：域?qū)樱摂M組織管理層，節(jié)點資源層。如圖1所示。

域?qū)樱河驅(qū)又饕啥鄠€域服務(wù)器節(jié)點組成，作為主節(jié)點管理其下層中所構(gòu)建劃分資源信息;同時，域節(jié)點具有選擇和查詢轉(zhuǎn)發(fā)功能。

虛擬節(jié)點管理層：由底層物理節(jié)點中能力較強(qiáng)的節(jié)點虛擬產(chǎn)生，該節(jié)點負(fù)責(zé)將其管理的底層物理節(jié)點資源屬性進(jìn)行匯總，此外虛擬節(jié)點還需要對底層還上層分別提供統(tǒng)一訪問接口，對同級的相鄰節(jié)點之間也可以相互之間交換資源屬性信息。

底層物理節(jié)點資源層：這一層作為最底層是存儲粒度最小的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)資源，是虛擬網(wǎng)構(gòu)建時虛擬網(wǎng)映射的物理節(jié)點資源和鏈路資源層。

2.2 單個節(jié)點結(jié)構(gòu)

圖2描述了單個節(jié)點結(jié)構(gòu)。采用多代理的機(jī)制，分為語義代理[2]，查詢代理、資源代理。

節(jié)點的組成：

（1）語義代理：由兩部分組成語義匹配和語義分析。當(dāng)用戶提出業(yè)務(wù)請求，節(jié)點中的語義代理會根據(jù)業(yè)務(wù)特征獲取用戶請求所需的資源信息。其中語義匹配會基于語義信息匹配查詢，獲得類似的服務(wù)，以滿足客戶的業(yè)務(wù)需求。由于采用的分域機(jī)制，首先在本域內(nèi)查詢是否有滿足請求的資源，若本域內(nèi)不能滿足則通過語義代理還需將請求傳遞給查詢代理

（2）查詢代理：由查詢調(diào)度、查詢解析、已查詢資源管理三部分構(gòu)成。由于語義代理能夠生成統(tǒng)一的查詢接口，則查詢代理會根據(jù)語義代理提供的信息，對資源進(jìn)行搜索，解析用戶需要的資源。其中查詢調(diào)度是接收來自語義代理的傳遞消息，對傳遞過來的信息做進(jìn)一步的處理。查詢解析將查詢調(diào)度的分配的查詢?nèi)蝿?wù)做具體分類，根據(jù)不同的任務(wù)屬性，劃分不同的請求列表。已查詢資源管理主要任務(wù)是維護(hù)一個已分配資源的信息表，和已分配資源池。

（3）資源代理：資源分配和節(jié)點資源列表兩部分組成。資源分配在接到查詢代理傳遞的任務(wù)請求后根據(jù)查詢解析的任務(wù)，查找用戶請求的資源。節(jié)點資源列表對節(jié)點上的所有資源進(jìn)行管理，建立一個全部資源列表并且負(fù)責(zé)維護(hù)這個資源列表（如資源的多少以及是否可用等）。

2.3 節(jié)點資源描述

在網(wǎng)絡(luò)中都是用自然語言來表達(dá)信息，計算機(jī)并不理解其含義，如果希望程序能夠理解唯一的辦法就是把網(wǎng)上的資源變成“語義”知識[3，4]。目前常用的網(wǎng)絡(luò)管理模型有CIM（Common information model）[5]、SID（Shared information model）[6]、SMI（Structure of management information）[7]等。這些管理模型都是通過對所管理域內(nèi)的對象進(jìn)行抽象表示，采用的描述方法也比較單一，因此機(jī)器的可讀性較差。近年來一些研究機(jī)構(gòu)對語義網(wǎng)研究的開展，提出了基于本體論的信息管理模型[8，9]。

語義網(wǎng)中對于資源的描述及其管理很值得借鑒，在構(gòu)建面向可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的信息管理模型時，針對服務(wù)和資源的檢索需求，構(gòu)建可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)管理本體庫，同時設(shè)計資源管理的檢索策略。目前已經(jīng)有人提出這種基于本體的語義代理信息管理模型框架，如文獻(xiàn)[10]中提到的NMO（network management object）。

本文對資源的描述主要對感知的資源以統(tǒng)一的描述語言進(jìn)行表達(dá)。當(dāng)?shù)讓游锢砉?jié)點資源注冊到虛擬管理組織層，虛擬管理組織層注冊到域?qū)訒r都采用統(tǒng)一的資源描述（XML），通過XML腳本編程的途徑，使得通過XML管理資源更加靈活。資源描述時，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點、鏈路、接口和路徑等構(gòu)成資源描述的基本組件，每一個網(wǎng)絡(luò)元素可以定義成一個標(biāo)識符和可用的參數(shù)及功能性或非功能性等屬性。

3 資源感知策略

在虛擬網(wǎng)的構(gòu)建時，無論采用哪種機(jī)制，都需要對底層節(jié)點資源有一個明確清晰的感知，這樣才能進(jìn)行最優(yōu)的規(guī)劃。由于我們是采用分域的所以還必須分為：域內(nèi)資源管理和域間資源管理。

采用分域的機(jī)制，本域內(nèi)都有一個域節(jié)點，主要負(fù)責(zé)域內(nèi)節(jié)點以及域內(nèi)的虛擬管理組織（如每次域內(nèi)加入節(jié)點時都會在與服務(wù)器注冊）。每次資源發(fā)現(xiàn)時都會根據(jù)用戶需求，智能的查找注冊在服務(wù)器上的服務(wù)資源，并且給用戶返回所需資源。具體的策略如下：

（1）業(yè)務(wù)請求首先發(fā)送給語義代理，語義代理處理查詢請求，也即是對查詢請求的有效的理解，形成語義信息（借助知識庫和規(guī)則庫中描述的規(guī)則）。

（2）語義匹配則在語義解析的基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的處理通過算法得到資源信息匹配度，分析用戶業(yè)務(wù)需求的資源，并向語義分析發(fā)送請求。

（3）語義分析接收到語義匹配得到的最高匹配度的資源請求后，進(jìn)行分析，看能否在本域內(nèi)得到解決。若可以，則將請求發(fā)給查詢代理，執(zhí)行（4）。否則，將請求轉(zhuǎn)發(fā)到相鄰的域，轉(zhuǎn)到（2）執(zhí)行。

（4）查詢代理接收到語義代理的處理信息后，根據(jù)語義代理的處理結(jié)果，分析查詢請求能否在本虛擬管理組織內(nèi)得到解決，如果可以，執(zhí)行（5），否則，將請求轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的虛擬管理組織節(jié)點，轉(zhuǎn)到（3）執(zhí)行。

（5）資源代理對接收到的查詢代理解析后的請求進(jìn)行處理，在本地節(jié)點或者本虛擬管理組織內(nèi)查找所需要的資源，將檢索到的資源返回給用戶。

4 性能測試

通過對兩種方案的查詢響應(yīng)時間做對比，兩種方案分別是：一是將全部資源進(jìn)行集中式統(tǒng)一管理，一是將資源統(tǒng)一管理和局部分域和分層管理相結(jié)合。其中影響查詢響應(yīng)時間的因素就是查詢請求的數(shù)量和資源的總量，如果查詢請求越多、服務(wù)總量越大，那么需要處理的時間就越長。設(shè)置集中管理和分層管理的服務(wù)總數(shù)都為100，查詢請求和資源數(shù)量為160，查詢時間對比如圖3所示，其中3條曲線分別表示：（1）集中式統(tǒng)一管理資源查詢響應(yīng)時間;（2）局部分層的資源管理方式查詢時間;（3）本文的分層多代理資源查詢響應(yīng)時間。

由于本文的資源管理方式采用了分域和分層管理的策略，事先已經(jīng)將服務(wù)資源分成若干域和虛擬管理組織，在進(jìn)行資源查詢的過程中縮小了查詢范圍。并且當(dāng)需要跨域查找時，由于存在查詢代理對已查詢資源建立一個列表，所以可以看出當(dāng)查詢次數(shù)增加時，本文的策略查詢速度明顯加快，優(yōu)勢則更加明顯。

5 結(jié)語

本文針對虛擬網(wǎng)中資源管理首先提出一種分層的資源管理機(jī)制，并詳細(xì)對各層做了描述。提出了一種多代理節(jié)點結(jié)構(gòu)，并對各個代理的作用加以說明。其次，分析當(dāng)前存在的一些網(wǎng)絡(luò)資源管理模型的資源的描述機(jī)制，提出采用XML對資源進(jìn)行統(tǒng)一描述。最后結(jié)合提出的分域和域內(nèi)分層的機(jī)制以及多代理原理給出了一種節(jié)點資源發(fā)現(xiàn)策略，并對其性能進(jìn)行了分析和測試，并取得了預(yù)期效果。

參考文獻(xiàn)

[1]Antonio Capone，Jocelyne Elias，F(xiàn)abio Martignon. Optimal Design Of Service overlay Networks[C] . In：Proceedings of the Fourth International Telecommunication Networking Workshop on QoS in Multiservice IP Networks，Venice，2008：46-52.

[2]Ying Hong Wang，Wen Nan Wang，chu Chi Huang.An intelligent semantic Agent for supervising chat rooms in EI-learning system[C].Columbus，Ohio，USA：Proceeding of the IEEE international Conference on Distributed Computing Systems Workshops （ICDCSW），2005：680-685.

[3]M. Boucadair，P.Lev15，D.Gri_n，N.Wang，M.Howarth，G.Pavlou， E.Mykoniati，? P.Georgatsos，B.Quoitin，J.R.Sanehez，and M.Garcia-osma，A framework for End-to-end service di_erentiation：Network planes and parallel Internets[J]，IEEE? Communications， September 2007，45（9）：134一143.

[4] 張杰偉.基于語義網(wǎng)與社會網(wǎng)絡(luò)分析的知識整合與推薦[D].復(fù)旦大學(xué)，2010.

[5] Uslar M， Specht M， Rohjans S. The Common Information Model CIM： IEC 61968/61970 and 62325 - A practical introduction to the CIM[M]. Springer Publishing Company， Incorporated，2012.

[6]VERGARA? J， VILLAGRA? V， ASENSIO? J， et al.Ontologies：Giving semantics to network management models[J]. IEEE Networks，2003，17（3）：15：21.

[7]VERGARA J， VILLAGRA V， BERROCAL J.Applying the Web ontology language to management information definitions[J].Communication Magazine， 2004，42（7）：68-74.

[8]WONG A， RAY P， PARAMESWARAN N，et al.Ontology mapping for the Inter operability problem in network management[J].IEEE Jouranl on Selected Areas in Communications.2005，（23）10：2058-2068.

[9]Yoshihito Takahashi，Tomomi Abiko，Eriko Negishi.An ontology-based E-learning system for network security[C].Washington，DC，USA：Proceedings of the 19th International Conference on Advanced Information Networking and Applications，2005：197-202.

[10]袁博，王斌強(qiáng)，等.可重構(gòu)柔性網(wǎng)絡(luò)管理信息模型的設(shè)計與實現(xiàn)[J].通信學(xué)報，2012，33（8）：214-222.

Research on Multi-agent Based Resource Management Model for Virtual Network

LV Xiang

（School of? Information Engineering，Xinyang Agriculture and Forestry University，XinYang 464000）

Abstract： Network resource management and scheduling is the key to the construction of virtual network. A resource management model based on domain， hierarchy and multi-agent is proposed in this paper. Enquiry and scheduling.

Key words： virtual network; multi-agent; hierarchical management.