基于多代理的虚拟网资源管理模型研究

吕翔

摘要：网络资源管理和调度是虚拟网构建的关键，提出一种分域、分层和多代理的资源管理模型，通过构建较小的资源管理域，采用多代理机制能够针对业务需求自主地感知资源状态信息，多个代理之间相互协作完成资源的查询、调度。

关键词：虚拟网;多代理;分层管理

中图分类号：TP393   文献标识码：A    文章编号：1007-9416（2018）10-0000-00

1 引言

在网络虚拟化环境下，面对数量规模庞大的资源且资源状态不断变化，对资源进行有效的管理是一个需要解决的问题。通过高效的管理和调度模式为虚拟网构建时提供满足构建需求的资源，实现资源的有效利用，是虚拟网网络资源管理和调度研究的关键。提出一种分域、分层和多代理的资源管理模型，通过构建较小的资源管理域，分层管理能有效的控制由于网络规模扩大带来的资源管理复杂度和相应的开销的增加。代理（Agent）源于分布式人工智能领域，随后引申到通信、计算机等研究领域[1]，是指在一定环境下自主运行，包括信念、承诺、义务、意图等精神状态的智能实体或者是软件实体，代理可以与其他代理合作承担各个代理无法完成的任务。采用多代理机制能够针对业务需求自主地感知资源状态信息，多个代理之间相互协作完成资源的查询、调度等。

2 分层多代理资源管理模型

2.1 分层的资源管理模型

事实上，网络中节点分布极其广泛，把分布在各个节点的资源进行有效的管理和利用非常关键，采用分域和域内分层管理原则，我们把网络在逻辑上分三层：域层，虚拟组织管理层，节点资源层。如图1所示。

域层：域层主要由多个域服务器节点组成，作为主节点管理其下层中所构建划分资源信息;同时，域节点具有选择和查询转发功能。

虚拟节点管理层：由底层物理节点中能力较强的节点虚拟产生，该节点负责将其管理的底层物理节点资源属性进行汇总，此外虚拟节点还需要对底层还上层分别提供统一访问接口，对同级的相邻节点之间也可以相互之间交换资源属性信息。

底层物理节点资源层：这一层作为最底层是存储粒度最小的网络服务资源，是虚拟网构建时虚拟网映射的物理节点资源和链路资源层。

2.2 单个节点结构

图2描述了单个节点结构。采用多代理的机制，分为语义代理[2]，查询代理、资源代理。

节点的组成：

（1）语义代理：由两部分组成语义匹配和语义分析。当用户提出业务请求，节点中的语义代理会根据业务特征获取用户请求所需的资源信息。其中语义匹配会基于语义信息匹配查询，获得类似的服务，以满足客户的业务需求。由于采用的分域机制，首先在本域内查询是否有满足请求的资源，若本域内不能满足则通过语义代理还需将请求传递给查询代理

（2）查询代理：由查询调度、查询解析、已查询资源管理三部分构成。由于语义代理能够生成统一的查询接口，则查询代理会根据语义代理提供的信息，对资源进行搜索，解析用户需要的资源。其中查询调度是接收来自语义代理的传递消息，对传递过来的信息做进一步的处理。查询解析将查询调度的分配的查询任务做具体分类，根据不同的任务属性，划分不同的请求列表。已查询资源管理主要任务是维护一个已分配资源的信息表，和已分配资源池。

（3）资源代理：资源分配和节点资源列表两部分组成。资源分配在接到查询代理传递的任务请求后根据查询解析的任务，查找用户请求的资源。节点资源列表对节点上的所有资源进行管理，建立一个全部资源列表并且负责维护这个资源列表（如资源的多少以及是否可用等）。

2.3 节点资源描述

在网络中都是用自然语言来表达信息，计算机并不理解其含义，如果希望程序能够理解唯一的办法就是把网上的资源变成“语义”知识[3，4]。目前常用的网络管理模型有CIM（Common information model）[5]、SID（Shared information model）[6]、SMI（Structure of management information）[7]等。这些管理模型都是通过对所管理域内的对象进行抽象表示，采用的描述方法也比较单一，因此机器的可读性较差。近年来一些研究机构对语义网研究的开展，提出了基于本体论的信息管理模型[8，9]。

语义网中对于资源的描述及其管理很值得借鉴，在构建面向可重构网络的信息管理模型时，针对服务和资源的检索需求，构建可重构网络管理本体库，同时设计资源管理的检索策略。目前已经有人提出这种基于本体的语义代理信息管理模型框架，如文獻[10]中提到的NMO（network management object）。

本文对资源的描述主要对感知的资源以统一的描述语言进行表达。当底层物理节点资源注册到虚拟管理组织层，虚拟管理组织层注册到域层时都采用统一的资源描述（XML），通过XML脚本编程的途径，使得通过XML管理资源更加灵活。资源描述时，网络中的节点、链路、接口和路径等构成资源描述的基本组件，每一个网络元素可以定义成一个标识符和可用的参数及功能性或非功能性等属性。

3 资源感知策略

在虚拟网的构建时，无论采用哪种机制，都需要对底层节点资源有一个明确清晰的感知，这样才能进行最优的规划。由于我们是采用分域的所以还必须分为：域内资源管理和域间资源管理。

采用分域的机制，本域内都有一个域节点，主要负责域内节点以及域内的虚拟管理组织（如每次域内加入节点时都会在与服务器注册）。每次资源发现时都会根据用户需求，智能的查找注册在服务器上的服务资源，并且给用户返回所需资源。具体的策略如下：

（1）业务请求首先发送给语义代理，语义代理处理查询请求，也即是对查询请求的有效的理解，形成语义信息（借助知识库和规则库中描述的规则）。

（2）语义匹配则在语义解析的基础上做进一步的处理通过算法得到资源信息匹配度，分析用户业务需求的资源，并向语义分析发送请求。

（3）语义分析接收到语义匹配得到的最高匹配度的资源请求后，进行分析，看能否在本域内得到解决。若可以，则将请求发给查询代理，执行（4）。否则，将请求转发到相邻的域，转到（2）执行。

（4）查询代理接收到语义代理的处理信息后，根据语义代理的处理结果，分析查询请求能否在本虚拟管理组织内得到解决，如果可以，执行（5），否则，将请求转发到相应的虚拟管理组织节点，转到（3）执行。

（5）资源代理对接收到的查询代理解析后的请求进行处理，在本地节点或者本虚拟管理组织内查找所需要的资源，将检索到的资源返回给用户。

4 性能测试

通过对两种方案的查询响应时间做对比，两种方案分别是：一是将全部资源进行集中式统一管理，一是将资源统一管理和局部分域和分层管理相结合。其中影响查询响应时间的因素就是查询请求的数量和资源的总量，如果查询请求越多、服务总量越大，那么需要處理的时间就越长。设置集中管理和分层管理的服务总数都为100，查询请求和资源数量为160，查询时间对比如图3所示，其中3条曲线分别表示：（1）集中式统一管理资源查询响应时间;（2）局部分层的资源管理方式查询时间;（3）本文的分层多代理资源查询响应时间。

由于本文的资源管理方式采用了分域和分层管理的策略，事先已经将服务资源分成若干域和虚拟管理组织，在进行资源查询的过程中缩小了查询范围。并且当需要跨域查找时，由于存在查询代理对已查询资源建立一个列表，所以可以看出当查询次数增加时，本文的策略查询速度明显加快，优势则更加明显。

5 结语

本文针对虚拟网中资源管理首先提出一种分层的资源管理机制，并详细对各层做了描述。提出了一种多代理节点结构，并对各个代理的作用加以说明。其次，分析当前存在的一些网络资源管理模型的资源的描述机制，提出采用XML对资源进行统一描述。最后结合提出的分域和域内分层的机制以及多代理原理给出了一种节点资源发现策略，并对其性能进行了分析和测试，并取得了预期效果。

参考文献

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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.