計算機網絡故障管理智能化探析

陸明祥

（蘇州工業職業技術學院，215104）

0 前言

網絡故障管理是為了使網絡能夠保持正常穩定的運行，在互聯網時代，一旦網絡出現問題就給人們的生活帶來很大不便,這就迫切需要我們采用合理的故障管理方法，及時發現故障并能夠快速解決。因此，研究如何通過網絡故障管理確保網絡正常運行，提高網絡的可靠性具有十分重要的現實和社會意義。

1 網絡故障管理智能化方法

隨著網絡規模的日益擴大和網絡復雜性的增強，傳統的網絡故障管理方法已難以適應大規模的網絡管理。人工智能專家系統、數據挖掘、遺傳算法、神經網絡和agent 技術逐漸被引入到網絡故障管理中[1-3]。在實際使用的故障管理智能化方法中，存在著一些不足之處，主要表現為：通用性差，移植性不強；動態數據利用不平衡；學習能力差。

人工免疫算法具備多樣性、學習能力強、自適應調整，Agent具備自主性、交互性、推理能力等特點，兩者結合恰好可以彌補上面的一些不足。同時，使用Agent 技術的能夠將復雜的網絡分解為幾個子網絡，提高網絡故障管理效率。

2 基于免疫 agent 的網絡故障管理

在前面介紹理論的基礎上，我們提出了一個基于免疫 agent的網絡故障管理模型。下面對這個模型進行詳細分析。

2.1 免疫 agent 故障管理模型

免疫 Agent 網絡模型的工作原理是，當網絡發生故障的時候，搜集故障信息，然后經過一定的處理后，以抗原的形式提交到本地 agent，本地 agent 首先在本地知識庫進行搜索，看是否存在與抗原相匹配的故障類型，如果存在，那么輸出故障信息，同時發送匹配成功的激勵信號；否則發送協助信號，請求其他agent協助解決，其他 agent 接收到幫助信號以后，到自己agent 中的知識庫就行搜索，看是否存在相匹配的信息，如果存在，則將匹配到的故障類型發送給本地 agent，否則將故障信息交由人工解決。免疫 agent 模型如圖3.1 所示。

模型的運行是不斷進行迭代的協同進化過程。每進行一次故障數據信息的診斷，模型就完成一次迭代過程。每一次迭代中，Agent 之間會進行信息的交互，在迭代過程中每一個agent 的知識庫（也就是抗體集）會不斷的進行更新，因而故障診斷能力會不斷的增強，整個過程是始終是處于動態變化。

2.2 Agent 各功能模塊介紹

移動agent 由六種不同功能的agent 組成。下面對每種agent 功能進行詳細介紹。

2.1.1.信息采集agent

信息采集是進行故障診斷的前提。信息采集agent 主要是對網絡主機及所屬子網絡上的原始數據進行收集，然后將收集到的原始數據保存，然后進行一些預處理 (如分析數據傳輸采用的協議、丟包率等)，為故障診斷準備好數據信息。

2.1.2 故障診斷 agent

故障診斷agent 是整個系統的核心。一個故障診斷 agent通常只包含相對有限、獨立的故障檢測方法，提供對某一具體類型的數據分析服務，因此它的檢測能力是非常有限的。故障診斷agent 根據本身的責任，它會主動發送請求給相關的信息采集agent，然后對返回的信息進行分析，得出診斷結論。如果存在無法識別的異常，故障診斷 agent會將數據源信息、實際診斷方法、故障參數等信息作為本地存儲，發送給決策 agent 做下一步處理。

2.1.3 通信 agent

所謂的通信 agent 就是負責網絡 agent 之間的相互通信。每個局域網都有一個通信 agent 而且是唯一，局域網內的agent 之間必須通過通信agent 才能進行交互，否則不能直接通信。通信agent 本身并不具備執行診斷任務的能力，是為其他agent 服務的。

2.1.4 決策 agent

系統在故障診斷過程中可能遇到各種問題，如數據采集不完整、領域知識不完備等，這些因素增加了檢測結果的不確定性。對于比較簡單的任務而言，決策 agent 也許不是必需的，但是如果任務比較復雜，根據單一故障特征并不能確定問題的所在，此時決策agent 就發揮作用了。如果無法得出明確的診斷結論，這個時候決策agent 會將診斷信息發送給系統管理agent，請求人工處理，處理完成后，將處理信息添加到知識庫中，以備將來使用，這也就是學習過程。

2.1.5 知識管理agent（知識庫）

知識管理agent 主要功能是存儲相關領域的基本原理、專家的經驗知識以及一些實際案例等，信息數據也是專家知識庫的重要部分。知識庫的內容為各種故障的診斷提供了必需的知識。知識管理agent 主要是維護、搜索、轉換知識庫中的知識，包括協調全局、本地知識庫的管理的同步和關聯，負責知識庫中知識的更新與學習。

2.1.6 系統管理agent

系統管理agent 是整個系統正常運行的保障，主要職責是負責 agent 的創建、掛起、注銷等，并為各個agent 提供信息搜索功能。系統管理agent 中還為診斷任務聯盟提供信息存儲功能。

2.1.7 故障診斷中抗體庫算法設計

在整個系統中，故障診斷是系統中的最重要部分，而故障診斷的核心是抗體庫。本文基于免疫原理的設計了一種高效的算法，具體描述如下。

(1)初始種群，根據待解決問題的具體要求，隨機產生數量為N 的個體。

(2)根據專家知識和經驗建立本地知識庫，本地知識庫包含的一系列的抗體集。

(3)本地知識庫接收其它Agent 的疫苗，然后進行知識庫的更新，形成新的抗體集。

(4)抗原傳感器采集一定范圍內的信息數據。

(5)如果判斷采集到的信息數據可能會存在異常，則發送協助解決信息給當前免疫Agent，處于等待狀態并保持免疫耐受，轉步驟(8)。

信息數據與本地知識庫抗體進行匹配，如果匹配成功，那么表明本地知識庫內有對應的解決方案(即存在抗體)，然后進行免疫應答。

(6)將此抗體模式作為疫苗，發送刺激信號給其它相關免疫Agent，然后可以作為經驗給其它免疫Agent 解決類似問題。

(7)進入下一階段，轉到步驟(3)。

(8)若免疫Agent 返回的信息是繼續等待，那么繼續保持免疫耐受，并轉到步驟(7)；若其它免疫Agent 返回經驗知識作為參考，那么轉到步驟(5),并且學習參考經驗知識并保存，然后對本地知識庫進行更新，提供給下次免疫答復。

實際的操作過程中，我們首先需要定義網絡狀態和實體，網絡故障具體表現在網絡實體的某些的屬性值的超出了允許的范圍，然后系統就可以獲取網絡運行時的信息，對這些信息進行預處理，將其轉換成具體問題的求解，最后將此問題求解方案通過一定的形式轉化成免疫算子，用于生成種群中的個體。

3 與傳統網絡故障管理的對比

傳統的網絡故障管理一般采用的是集中式的管理，但是隨著網絡規模的擴大，網絡變的越來越復雜，集中式管理的缺點也逐漸暴露。目前的集中式管理模式大多通過遠程代理進行網絡信息的檢測，這種模式必須由管理者發出消息，因此缺少自主性，而且容易造成網絡帶寬的閑置。

基于免疫Agent 的智能故障管理系統，能較好的地解決這些缺點，擺脫了依賴管理員和遠程代理進行檢測的被動方式。移動Agent 能實現對本地網絡的主動檢測。另外，網絡故障管理中引入移動Agent 增強了故障診斷能力，能對故障進行自動修復。若移動Agent 自身處理不了，立即將提取故障信息發送給系統管理agent，系統管理agent 會在最短的時間內給出故障診斷結果，然后發送給移動Agent，進行修復處理。

4 結論

本文提出的基于免疫agent 的網絡故障管理智能化系統，相對于傳統的網絡故障管理，具有更好的靈活性和主動性，具有更高的效率和決策能力。我們將免疫算法和Agent 結合運用到網絡故障管理中，可以對一些不完整的信息進行處理，提高了網絡管理智能化水平，特別適合于分布式的大型復雜網絡，能更好地、更快的發現解決了網絡中存在各種問題。

[1]王偉，蘆東昕，唐 英.基于專家系統的網絡故障管理系統的設計[J].計算機工程與設計，2005，26(11)：3031-3033.

[2]王洪元，史國棟等.數據挖掘技術在故障診斷中的應用[J].江蘇石油化工學院學報，2001，13(4)：42-44.

[3]戴忠健，蘇利敏.基于遺傳算法的網絡故障診斷專家系統的設計與實現[J].北京理工大學學報，2005，25(1)：38-40.

[4]劉韜,王耀才,王致杰.一種基于人工免疫系統的聚類算法[J].計算機工程與應用,2004(19):82～84.

[5]王汝傳，徐小龍，黃海平.智能 agent 及其在信息網絡中的應用[M].北京郵電大學出版社，2006.