智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

蓋清海

摘要：網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)只有具有用于管理智能協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的接入網(wǎng)和核心網(wǎng)，才能有效地用于管理智能協(xié)作網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合多年工作，開發(fā)出一種接入網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，以幫助管理人員管理和控制整個網(wǎng)絡(luò)，并更好地管理和協(xié)調(diào)智能協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)，資源和組件。

關(guān)鍵詞：智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò);分域管理系統(tǒng);資源管理;映射管理

智能協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)必須實現(xiàn)集成的接入網(wǎng)和核心網(wǎng)管理，因此有必要將接入網(wǎng)管理系統(tǒng)（ANM）和核心網(wǎng)管理系統(tǒng)（CNM）分開。同時，為了直觀，方便地管理接入網(wǎng)和底層網(wǎng)絡(luò)，需要統(tǒng)一的管理系統(tǒng)平臺。通過此平臺，管理員可以根據(jù)需要選擇查看訪問網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)或基本網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。

網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)平臺具有兩個功能：一個是顯示管理系統(tǒng)中包含的所有子管理系統(tǒng)，管理員可以通過鏈接來為特定的子管理系統(tǒng)平臺付費，另一個是子管理系統(tǒng)配置功能。管理員可以根據(jù)需要更改子管理系統(tǒng)的訪問地址，或者將新的訪問網(wǎng)絡(luò)添加到管理系統(tǒng)平臺的主網(wǎng)絡(luò)，以及對網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)的新訪問。為了理解上述功能，需要網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)平臺維護所有子管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)表，包括子管理系統(tǒng)名稱，訪問地址，連接時間和修改時間。

一、接入網(wǎng)管理設(shè)計設(shè)計

（一）整體架構(gòu)

接入網(wǎng)管理系統(tǒng)基于OpenStack平臺的體系結(jié)構(gòu)及其物理資源。 整個系統(tǒng)分為五個層：數(shù)據(jù)訪問層，數(shù)據(jù)庫，RESTfuI API交互層，管理層和用戶訪問層。

接入網(wǎng)管理系統(tǒng)的五層結(jié)構(gòu)，虛擬資源層和物理資源層如下：

1、物理資源層由不同的物理資源組成，根據(jù)資源的類型可分為計算資源，存儲資源和網(wǎng)絡(luò)資源。特定的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括服務(wù)器，交換機，路由器等。物理資源層提供了虛擬化所需的各種資源，直到最高的虛擬資源層，它還是虛擬化技術(shù)和OpenStack平臺的基礎(chǔ)。

2、在虛擬資源層中，使用openstack平臺對關(guān)鍵物理資源進行虛擬化，相應(yīng)地管理計算機資源，存儲資源和網(wǎng)絡(luò)資源，以及管理頂層服務(wù)。

3、Restfui API交互層（稱為API交互層）為激光器提供管理系統(tǒng)服務(wù)。特定的服務(wù)API包括Nova API，中子API，Keystone API等。

4、數(shù)據(jù)訪問層主要為監(jiān)視性能提供監(jiān)視和報警功能，這是整個系統(tǒng)關(guān)注的重點。由于監(jiān)視數(shù)據(jù)源（包括虛擬和物理組件）以及監(jiān)視數(shù)據(jù)收集方法的復(fù)雜性，應(yīng)在數(shù)據(jù)訪問層中開發(fā)用于數(shù)據(jù)監(jiān)視數(shù)據(jù)的分類，收集和存儲的機制。借助Openstack公里項目，可以存儲和重建收集的組件數(shù)據(jù)，并選擇所需的數(shù)據(jù)來存儲分類，以避免完全定量的監(jiān)控項目。

5、數(shù)據(jù)庫部分主要存儲在數(shù)據(jù)訪問層中接收到的監(jiān)視數(shù)據(jù)，并提供數(shù)據(jù)管理和警報管理性能。數(shù)據(jù)庫分為兩個部分，物理組件和虛擬組件。它們存儲CPU，內(nèi)存，帶寬等。并使用時間序列數(shù)據(jù)庫來存儲性能監(jiān)視數(shù)據(jù)。

6、管理層涵蓋了所有系統(tǒng)管理功能，包括組件管理，網(wǎng)絡(luò)管理和性能管理。 Restfui API通過調(diào)用交互層并包括openstack平臺上的項目（包括nova，中子，keystone等）來提供有關(guān)關(guān)鍵虛擬組件和關(guān)鍵虛擬資源的關(guān)鍵管理的基本信息。重點是通過數(shù)據(jù)訪問層進行數(shù)據(jù)收集，以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)收集和資源歷史周期的監(jiān)視。通過將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)與設(shè)置的閾值進行比較，可以確定警報操作的判斷。警報操作是向管理員發(fā)送警報電子郵件。

7）用戶訪問層為用戶提供對管理系統(tǒng)的訪問權(quán)，包括用于顯示管理系統(tǒng)界面并響應(yīng)用戶操作的Web可視化模塊。

（2）統(tǒng)一資源管理機制

網(wǎng)絡(luò)上不同資源管理系統(tǒng)的操作基于openstack平臺，而在開放調(diào)用平臺上，通過API的其余部分執(zhí)行對各種服務(wù)的調(diào)用。管理系統(tǒng)提供了一個界面，該界面捕獲用戶請求和頁面數(shù)據(jù)，將它們轉(zhuǎn)換并調(diào)用相應(yīng)的API成為開放的運算符以完成相關(guān)操作。為了提高管理系統(tǒng)資源管理的效率和系統(tǒng)開發(fā)效率，應(yīng)建立與OpenStack平臺資源交互的統(tǒng)一機制，包括請求方法，參數(shù)信息和數(shù)據(jù)傳輸格式。 ，并定制開發(fā)了統(tǒng)一的資源運作流程。管理系統(tǒng)與openstack平臺之間的交互過程如圖3-3所示。

良好的交互模式可以在系統(tǒng)的開發(fā)和運行中發(fā)揮更有效的作用。許多現(xiàn)有的核心Web體系結(jié)構(gòu)都是以REST形式開發(fā)的。其余的內(nèi)容由Roy Thomas Welling在其博士論文中首次介紹給我們，這是一種新型的Internet應(yīng)用程序，它融合了規(guī)范的電影建筑風(fēng)格。與XML-RPC和soap相比，其余的更為簡單和輕便。

其余的基于資源并在HTTP協(xié)議上運行。 REST充分利用了HTTP的現(xiàn)有功能，例如HTTP動詞，HTTP標頭和HTTP狀態(tài)代碼。它標識四種類型的資源操作，并調(diào)用適當?shù)腍TTP請求方法以完成資源操作，即，接收（接收一個或多個特定資源），郵件（創(chuàng)建資源），部署（升級特定資源）和刪除特定資源）。

選擇數(shù)據(jù)傳輸格式時，JSON是當今最重要的體系結(jié)構(gòu)。與XML之類的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)格式相比，其格式更簡潔，更易于讀取，寫入和使用。 Openstack平臺上的所有服務(wù)都稱為Conscious Style，因此訪問網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)使用Conscious Style和JSON數(shù)據(jù)格式與關(guān)鍵資源進行交互。

對于相對較小的請求，您可以直接從相關(guān)的API進行調(diào)用。對于具有更多操作的請求，需要組合多個API調(diào)用。該API需要Compute API（用于管理虛擬機和密鑰對），Network API（用于管理網(wǎng)絡(luò)資源，例如路由器，變電站等）和Block Storage API（用于管理虛擬機存儲）。與OpenStack平臺進行交互之前，需要管理用戶請求，以便可以將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為特定的API要求，可以編寫特殊的JSON數(shù)據(jù)來請求某些服務(wù)以進行請求處理。

二、組網(wǎng)方案設(shè)計

在智能協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中，組件身份分為訪問標識符（AID）和路由標識符（RID）。使用這兩個地圖，可以解析用戶身份和位置。在接入網(wǎng)絡(luò)中，訪問標識符AID用于反映網(wǎng)絡(luò)組件的身份，而在核心網(wǎng)絡(luò)中，路由標識符RID用于獲取組件位置信息。本文將智能協(xié)同網(wǎng)絡(luò)和用于網(wǎng)絡(luò)分發(fā)的OpenFlow網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新機制集成在一起。路由器僅負責運輸和映射，而控制器負責控制數(shù)據(jù)傳輸策略和映射管理服務(wù)器。 。

三、總體模塊設(shè)計

核心網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的總體模塊設(shè)計如圖4所示，重點是管理服務(wù)器設(shè)計。

管理服務(wù)器是整個網(wǎng)絡(luò)控制的核心。它在控制級別工作。它連接開放流協(xié)議并與之交互，并通過收集整個網(wǎng)絡(luò)拓撲和資源來創(chuàng)建全局網(wǎng)絡(luò)控制功能。管理服務(wù)器包括可視化模塊，分離圖模塊，狀態(tài)感知模塊，狀態(tài)測量模塊，動態(tài)路由模塊，數(shù)據(jù)包分析模塊和轉(zhuǎn)發(fā)分發(fā)模塊。包括分離圖模塊，狀態(tài)測量模塊，動態(tài)路由模塊和策略分發(fā)模塊是基于網(wǎng)絡(luò)功能和映射功能的新核心模塊。其他模塊由openflow控制器實現(xiàn)。

可視化模塊：調(diào)用每個程序提供的其余接口，并顯示節(jié)點信息，拓撲，地圖信息和策略選項以路由到Web界面。

獨立的映射模塊：負責注冊，查詢和維護映射記錄，以及分發(fā)分發(fā)功能。提供一個新創(chuàng)建的終端救濟映射關(guān)系服務(wù)，存儲并維護一個關(guān)系映射，當交換機發(fā)送映射關(guān)系請求時，它將到達映射輸入表，并將映射關(guān)系發(fā)送到交換機的南部接口。同時，北部API接口還提供了映射元素的接口顯示。

狀態(tài)感知模塊：負責網(wǎng)絡(luò)資源的實時感知，包括拓撲信息發(fā)現(xiàn)模塊和感知修改模塊。拓撲發(fā)現(xiàn)模塊負責收集網(wǎng)絡(luò)拓撲信息，生成實時拓撲結(jié)構(gòu)，并為管理服務(wù)器提供全局視圖;集中器感知模塊負責檢測連接到網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器的所有交換機，同時通過特定協(xié)議提供正常的連接。該模塊是OpenFlow的本機實現(xiàn)，向其他模塊提供AP1調(diào)用以修改基本拓撲和信息。

狀態(tài)測量模塊：基于狀態(tài)感知來檢測網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，包括實時流量監(jiān)控，鏈路使用率計算和鏈路延遲計算。該模塊獲得的數(shù)據(jù)可以用作動態(tài)路由模塊參數(shù)，以方便路由策略的計算。

動態(tài)路由模塊：實施動態(tài)路由算法，制定數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)策略，狀態(tài)感知模塊根據(jù)狀態(tài)數(shù)據(jù)收集的鏈接以及用戶數(shù)據(jù)包傳輸請求。

路由策略分配模塊：分析動態(tài)路由模塊生成的轉(zhuǎn)發(fā)策略，并根據(jù)整個路徑的雙流分配策略，通過南部接口將轉(zhuǎn)發(fā)策略分配為交換表。

軟件包分析模塊：分析通過交換機發(fā)送的數(shù)據(jù)包，以為系統(tǒng)中的其他模塊提供基本信息。

參考文獻：

[1]Pan J， Paul S， Jain R. A survey of the research on future Internetarchitectures[J]. CommunicationsMagazine IEEE， 2017， 49（7）：26-36.

[2]張宏科，羅洪斌.智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)體系基礎(chǔ)研究[J].電子學(xué)報，2016， 41（7）：1249-1254.

[3]張宏科，賈濡.未來互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用一一智慧標識網(wǎng)絡(luò)[J].科研信息化技術(shù)與應(yīng)用，2014， 5（1）：35-40.

[4]Ping Y， Fei Z. Characterizing the GENI Networks[C]// 2014 Third GENI Research andEducational Experiment Workshop， Atlanta， GA， 2014， pp. 53-56.

[5]Goma E， Canini M， Toledo A L， et al. Insomnia in the access： or how to curb access networkrelated energy consumption[J]. Acm ?Sigcomm Computer Communication Review， 2017，41（4）：338-349.