基于多代理的虛擬網資源管理模型研究

呂翔

摘要：網絡資源管理和調度是虛擬網構建的關鍵，提出一種分域、分層和多代理的資源管理模型，通過構建較小的資源管理域，采用多代理機制能夠針對業務需求自主地感知資源狀態信息，多個代理之間相互協作完成資源的查詢、調度。

關鍵詞：虛擬網;多代理;分層管理

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

1 引言

在網絡虛擬化環境下，面對數量規模龐大的資源且資源狀態不斷變化，對資源進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度模式為虛擬網構建時提供滿足構建需求的資源，實現資源的有效利用，是虛擬網網絡資源管理和調度研究的關鍵。提出一種分域、分層和多代理的資源管理模型，通過構建較小的資源管理域，分層管理能有效的控制由于網絡規模擴大帶來的資源管理復雜度和相應的開銷的增加。代理（Agent）源于分布式人工智能領域，隨后引申到通信、計算機等研究領域[1]，是指在一定環境下自主運行，包括信念、承諾、義務、意圖等精神狀態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各個代理無法完成的任務。采用多代理機制能夠針對業務需求自主地感知資源狀態信息，多個代理之間相互協作完成資源的查詢、調度等。

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，網絡中節點分布極其廣泛，把分布在各個節點的資源進行有效的管理和利用非常關鍵，采用分域和域內分層管理原則，我們把網絡在邏輯上分三層：域層，虛擬組織管理層，節點資源層。如圖1所示。

域層：域層主要由多個域服務器節點組成，作為主節點管理其下層中所構建劃分資源信息;同時，域節點具有選擇和查詢轉發功能。

虛擬節點管理層：由底層物理節點中能力較強的節點虛擬產生，該節點負責將其管理的底層物理節點資源屬性進行匯總，此外虛擬節點還需要對底層還上層分別提供統一訪問接口，對同級的相鄰節點之間也可以相互之間交換資源屬性信息。

底層物理節點資源層：這一層作為最底層是存儲粒度最小的網絡服務資源，是虛擬網構建時虛擬網映射的物理節點資源和鏈路資源層。

2.2 單個節點結構

圖2描述了單個節點結構。采用多代理的機制，分為語義代理[2]，查詢代理、資源代理。

節點的組成：

（1）語義代理：由兩部分組成語義匹配和語義分析。當用戶提出業務請求，節點中的語義代理會根據業務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，以滿足客戶的業務需求。由于采用的分域機制，首先在本域內查詢是否有滿足請求的資源，若本域內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：由查詢調度、查詢解析、已查詢資源管理三部分構成。由于語義代理能夠生成統一的查詢接口，則查詢代理會根據語義代理提供的信息，對資源進行搜索，解析用戶需要的資源。其中查詢調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一步的處理。查詢解析將查詢調度的分配的查詢任務做具體分類，根據不同的任務屬性，劃分不同的請求列表。已查詢資源管理主要任務是維護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請求后根據查詢解析的任務，查找用戶請求的資源。節點資源列表對節點上的所有資源進行管理，建立一個全部資源列表并且負責維護這個資源列表（如資源的多少以及是否可用等）。

2.3 節點資源描述

在網絡中都是用自然語言來表達信息，計算機并不理解其含義，如果希望程序能夠理解唯一的辦法就是把網上的資源變成“語義”知識[3，4]。目前常用的網絡管理模型有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的對象進行抽象表示，采用的描述方法也比較單一，因此機器的可讀性較差。近年來一些研究機構對語義網研究的開展，提出了基于本體論的信息管理模型[8，9]。

語義網中對于資源的描述及其管理很值得借鑒，在構建面向可重構網絡的信息管理模型時，針對服務和資源的檢索需求，構建可重構網絡管理本體庫，同時設計資源管理的檢索策略。目前已經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[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一的描述語言進行表達。當底層物理節點資源注冊到虛擬管理組織層，虛擬管理組織層注冊到域層時都采用統一的資源描述（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，網絡中的節點、鏈路、接口和路徑等構成資源描述的基本組件，每一個網絡元素可以定義成一個標識符和可用的參數及功能性或非功能性等屬性。

3 資源感知策略

在虛擬網的構建時，無論采用哪種機制，都需要對底層節點資源有一個明確清晰的感知，這樣才能進行最優的規劃。由于我們是采用分域的所以還必須分為：域內資源管理和域間資源管理。

采用分域的機制，本域內都有一個域節點，主要負責域內節點以及域內的虛擬管理組織（如每次域內加入節點時都會在與服務器注冊）。每次資源發現時都會根據用戶需求，智能的查找注冊在服務器上的服務資源，并且給用戶返回所需資源。具體的策略如下：

（1）業務請求首先發送給語義代理，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（借助知識庫和規則庫中描述的規則）。

（2）語義匹配則在語義解析的基礎上做進一步的處理通過算法得到資源信息匹配度，分析用戶業務需求的資源，并向語義分析發送請求。

（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，進行分析，看能否在本域內得到解決。若可以，則將請求發給查詢代理，執行（4）。否則，將請求轉發到相鄰的域，轉到（2）執行。

（4）查詢代理接收到語義代理的處理信息后，根據語義代理的處理結果，分析查詢請求能否在本虛擬管理組織內得到解決，如果可以，執行（5），否則，將請求轉發到相應的虛擬管理組織節點，轉到（3）執行。

（5）資源代理對接收到的查詢代理解析后的請求進行處理，在本地節點或者本虛擬管理組織內查找所需要的資源，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時間做對比，兩種方案分別是：一是將全部資源進行集中式統一管理，一是將資源統一管理和局部分域和分層管理相結合。其中影響查詢響應時間的因素就是查詢請求的數量和資源的總量，如果查詢請求越多、服務總量越大，那么需要處理的時間就越長。設置集中管理和分層管理的服務總數都為100，查詢請求和資源數量為160，查詢時間對比如圖3所示，其中3條曲線分別表示：（1）集中式統一管理資源查詢響應時間;（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，事先已經將服務資源分成若干域和虛擬管理組織，在進行資源查詢的過程中縮小了查詢范圍。并且當需要跨域查找時，由于存在查詢代理對已查詢資源建立一個列表，所以可以看出當查詢次數增加時，本文的策略查詢速度明顯加快，優勢則更加明顯。

5 結語

本文針對虛擬網中資源管理首先提出一種分層的資源管理機制，并詳細對各層做了描述。提出了一種多代理節點結構，并對各個代理的作用加以說明。其次，分析當前存在的一些網絡資源管理模型的資源的描述機制，提出采用XML對資源進行統一描述。最后結合提出的分域和域內分層的機制以及多代理原理給出了一種節點資源發現策略，并對其性能進行了分析和測試，并取得了預期效果。

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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.