（计算机应用技术专业论文）基于移动agent的网络故障管理系统的研究与实现.pdf

基于移动a g e n t 的网络故障管理系统的研究与实现 摘要 当今，信息网络特别是计算机网络的高速发展给人们带来了极大的方便， 但与此同时，发展中的网络也向人们提出了挑战，表现在网络规模不断扩大， 网络结构日渐复杂，网络复杂性日益提高。因此，原有的网络故障管理系统由 于功能单一、操作复杂、效率低下，己不能满足发展的需要，如何保证网络快 速、安全、稳定地运行已成为人们关注的焦点。本文将移动a g e m 技术引入到 故障管理领域，通过开展关键技术的研究，使高效、实时、准确地检测和诊断 网络故障成为可能。 本文的主要研究工作和取得的成果如下： ( 1 ) 设计出一个基于移动a g e m 的网络故障管理系统模型，详细描述了 系统模型中各组成部分的作用和各个模块的工作原理。 ( 2 ) 提出基于支持向量机( s v m ) 技术的网络故障诊断方法，并将s v m 嵌 入到移动a g e m 的诊断模块之中，利用s v m 的分析决策能力，使其能够在进 行分布式故障检测的同时实现分布式故障诊断，进一步增强管理的灵活性和智 能性。 ( 3 ) 实现基于移动a g e n t 的网络故障管理系统，并从理论分析和实验测 试两个角度对基于s n m p 和基于移动a g e n t 的网络故障管理系统进行了详细的 对比研究。结果表明，与前者相比，由于移动a g e n t 具有移动性、智能性和灵 活性，基于移动a g e n t 的网络故障管理系统能够对网络实施更加高效、实时和 准确的管理，在复杂网络的管理方面优势尤其明显。 关键字：移动a g e m ；网络故障管理；简单网络管理协议( s n m p ) ；管理信息 库( m i b ) ；支持向量机( s v m ) r e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no ft h en e t w o r kf a u l t m a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do nm o b i l ea g e n t a b s t r a c t n o w a d a y s ，t h eh i g hd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nn e t w o r k ，e s p e c i a l l yt h e c o m p u t e rn e t w o r k ，t a k e sg r e a tc o n v e n i e n c et o p e o p l eo ft h ew o r l d a tt h es a m et i m e ， t h ed e v e l o p i n gn e t w o r ka l s o p u tf o r w a r dal o t o fc h a l l e n g e ，e x h i b i t i n gt h e e x p a n d i n go ft h en e t w o r ks i z ea n dt h ec o m p l e x i t yo ft h en e t w o r ks t r u c t u r e t h e r e f o r e ，t h et r a d i t i o n a ln e t w o r kf a u l tm a n a g e m e n ts y s t e mi s n o t s a t i s f y i n g r e q u i r e m e n to fd e v e l o p m e n ts i n c et h es i n g l ef u n c t i o n ，c o m p l e xo p e r a t i o na n d l o w l e v e le f f i c i e n c y i tb e c o m e st h ef o c u so ft h er e s e a r c h e r s a t t e n t i o nt h a th o wt o a s s u r et h en e t w o r kt ow o r kf l e e t l y , s a f e l ya n ds t a b l y i nt h i st h e s i s ，t h em o b i l ea g e n t t e c h n o l o g yi si n t r o d u c e di n t ot h ef a u l tm a n a g e m e n tf i e l d t h r o u g ht h er e s e a r c h e s o nt h ek e yt e c h n o l o g y , i ti sp o s s i b l ef o rt h en e t w o r kf a u l td e t e c t i o na n dd i a g n o s e d t ob ee f f i c i e n t r e a l t i m ea n da c c u r a t e t h ep r i m a r yr e s e a r c h e sa n dt h ea c h i e v e m e n t so ft h i st h e s i si n c l u d e ： ( 1 )an e t w o r kf a u l tm a n a g e m e n ts y s t e mm o d e lb a s e do nm o b i l ea g e n th a s b e e nd e s i g n e d t h ef u n c t i o no ft h ec o m p o n e n ta n dt h ew o r k i n gp r i n c i p l eo ft h e m o d u l ea r em i n u t e l yi l l u m i n a t e d ( 2 ) t h en e t w o r kf a u l td i a g n o s i sm e t h o db a s e do ns u p p o r tv e c t o rm a c h i n e ( s v m ) i sp r o p o s e d t h es v m i se m b e d e di n t ot h ed i a g n o s em o d u l eo ft h em o b i l e a g e n t w i t ht h es t r o n ga n a l y s i sa n dd e c i s i o na b i l i t yo ft h es v m ，t h ed i a g n o s i s m o d u l ec a nr e a l i z et h ed i s t r i b u t i n gf a u l td e t e c t i o na n dd i s t r i b u t i n gf a u l td i a g n o s i s s i m u l t a n e o u s l y t h ef l e x i b i l i t ya n di n t e l l i g e n c eo ft h em a n a g e m e n ts y s t e m i s i m p r o v e df u r t h e r ( 3 ) t h en e t w o r kf a u l tm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do nm o b i l ea g e n ti s i m p l e m e n t e d t h ec o n t r a s tb e t w e e nt h en e t w o r kf a u l tm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do n s n m pa n dm o b i l ea g e n ti s s p e c i f i c a l l yr e s e a r c h e di n t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n d e x p e r i m e n t a lt e s t c o m p a r e dt ot h es n m pm o d e l ，t h en e t w o r kf a u l tm a n a g e m e n t s y s t e mb a s e do nm o b i l ea g e n t c a nm a n a g et h en e t w o r km o r ee f f i c i e n t ，r e a l - t i m ea n d e x a c t l y , e s p e c i a l l y i nt h ec o m p l e xn e t w o r ks i n c et h ea c t i v i t y , i n t e l l i g e n c ea n d f l e x i b i l i t yo fm o b i l ea g e n t k e y w o r d s ：m o b i l ea g e n t ；n e t w o r k f a u l t m a n a g e m e n t ；s i m p l e n e t w o r k m a n a g e m e n tp r o t o c o l ( s n m p ) ；m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e ( m i b ) ；s u p p o r t v e c t o rm a c h i n e ( s v m ) i i 图表清单 图1 1 基于s n m p 的网络故障管理系统结构图5 图2 1 移动a g e n t 运行环境示意图1 4 图2 2 移动a g e n t 的结构模型1 5 图3 1 基于移动a g e n t 的网络故障管理系统结构图2 4 图3 2m i b 2 中的组及部分对象2 6 图3 3 常用于故障诊断的神经网络模型2 9 图3 4 最优超平面示意图3 0 图3 5d a g s v m 拓扑结构图3 3 图4 1 基于a g l e t 的网络故障管理系统结构图3 4 图4 2a g l e t 的系统框架图3 5 图4 3a g l e t 结构图3 6 图4 4a g l e t 行为模型3 6 图4 5a g l e ta p i 3 7 图4 6a d v e n t n e ts n m p a p i 体系结构图4 0 表3 1 采集的m i b 变量2 7 表3 2 网络性能指标2 7 表3 3i f a d m i n s t a t u s 对象和i f o p e r s t a t u s 对象组合含义2 7 表4 1 相应时间对比( 单位；m s ) 4 7 表4 2 数据流量对比( 单位：b y t e ) 4 7 v i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得佥目b 王些盍堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签字：带奄 签字醐：叼引胁目 ， 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金g ! 兰丝叁堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金目王些焘 堂一可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名： 签字日期：扫0 7 年6 月2 | 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 签字日期：口厍月幻日 e 电话： 邮编： 致谢 首先，我要衷心地感谢我的导师王浩教授。在近三年的研究生学习阶段中， 王老师在学习上给予了我耐心的指导，在生活上给予了我悉心的关怀。他严谨、 踏实的治学态度，渊博的学识以及亲切和蔼的待人态度都令我受益匪浅。我所 取得的每一点成绩和进步都是与王老师的言传身教密不可分的。在今后的学习 和生活中，他也为我树立了学习的榜样。 在本论文的开展及完成写作中，王老师自始至终给予我悉心指导与具体帮 助。不仅在学术上给予了严谨、科学细致的指导和热情的鼓励，而且帮助提出 了论文修改的建议和许多宝贵的意见，在此表示衷心的感谢! 感谢计算机学院的胡学钢老师、曹航老师、徐静老师等，正是他们在这三 年的时间里对我的谆谆教诲和无私帮助，才使我得以顺利完成学业! 感谢人工智能与数据挖掘实验室的所有老师们在学术上的指点和对我的学 习的帮助! 感谢方芳、甘杨兰、刘扬、陈栋梁、俞奎、王峰同学，在一个集体里共同 奋斗，相互学习是一件十分快乐的事情。与他们的交流使我解决了学习和生活 中的诸多困难，和他们在一起的三年令我今生难忘。再次感谢他们给予我的帮 助以及带给我的快乐! 最后，由衷的感谢我的父亲、母亲和男朋友，他们在学习、生活中对我的 坚持不懈的鼓励和无微不至的关怀，让我有了莫大的动力，使我能够鼓足勇气 充满信心，在学习的道路上越走越长。感谢他们一直以来给予的最无私的爱! l 程涛 2 0 0 7 年5 月2 0 日 第一章绪论 网络故障管理是网络管理的重要组成部分，传统的集中式网络故障管理由 于其在可扩展性、可靠性、有效性和灵活性等方面的局限，已经不能适应现代 网络发展的要求，因此必须探求一种更先进、更有效的网络故障管理模式。近 年来，随着人工智能领域a g e n t 技术研究的日益成熟，移动a g e n t 以其高效、 灵活、可扩展等特性为网络故障管理提供了一种分布式管理策略，为现代网络 故障管理的发展提供了新的思路，应用移动a g e n t 也成为了网络故障管理发展 的必然趋势。虽然目前移动a g e n t 在安全机制、适用性方面还需要做大量的工 作，但在网络故障管理的主动性、灵活性和智能性等方面，移动a g e n t 无疑已 经体现出较好的优势和前景。 i 1 论文研究背景 随着i n t e r n e t 的迅速发展，计算机网络已经渗透到社会生活的各个领域， 人们对网络的依赖程度也越来越高。然而，随着网络规模的迅速扩大和网络环 境的日益复杂，逐渐出现了一个矛盾：一方面，网络以及相关的资源和基于网 络的应用程序对于当今的社会经济发展已经是不可缺少的；另一方面，网络规 模的扩大导致其发生故障的可能性也随之增大，甚至可能造成网络或部分网络 的瘫痪，或者网络性能降低到使用者不可接受的程度。因此，如何有效地对网 络进行监控，发现网络中存在的故障和不安全因素并及时排除，保证其正常、 安全地运行，尽可能的提高网络设备的利用率和运行效率，已成为广大网络管 理者所共同面临的问题。 网络故障管理，作为网络管理五大基本功能之一，在网络管理中占有核心 的地位。它主要包括故障检测、故障诊断和故障排除三个方面。当网络中某个 系统或部件不能达到规定的工作性能指标时，网络管理者必须迅速查找到故障 并及时排除。 自从2 0 世纪8 0 年代末期，简单网络管理协议( s n m p ) 。j 面世以来，网络 故障管理技术在短短的二十几年里得到了突飞猛进的发展。目前，国内外有许 多网络管理系统的产品，例如h p 的o p e nv i e w n n m ，c o m p a q 的t e m i p ，i b m 的t i v o l in e t v i e w ，s u n 的s u n n e tm a n a g e r ，青鸟网软的n e t s u r e x p e r t 等等，这 些产品的侧重点各不相同，在各自的领域内获得了一定的成功。但是，它们采 用的都是高度集中的网管模式，即基于单一主机的m a n a g e r a g e n t 模式，因此 在综合性、分布性等方面有待完善。以a d v e n t n e t 的网管软件o p m a n a g e r 的设 计为例，o p m a n a g e r 4 可管理端到端网络设备，包括网络连接、服务器、主机、 大型网络应用系统等，o p m a n a g e r 4 使用s n m p 、i c m p 、t c p 和t e l n e t 自动发 现网络设备、系统和各种网络服务，主动监测各类i t 资源，发现故障生成告警， 周期性地收集设备性能数据，以报告和图表形式提供有用的信息。但是，它也 有比较明显的缺点，比如故障信息源单一，对问题反应不够灵敏，管理规模上 受限，而且没有灵活的策略发布机制等。 相应于计算机技术的飞速发展，网络和通信技术的日趋成熟，对网络故障 管理系统也提出了新的需求。在现今的网络环境中，故障管理系统必须及时发 现网络运行时所出现的故障，并要有较强的智能性。它能够报告故障事件，主 动地进行事件分析、故障诊断、故障定位、故障报告、故障排除等一系列操作， 并形成日志，为以后的维护工作提供支持。同时，我们还需要在详细分析故障 原因的基础上及时对网络改造升级，为网络的管理增加前瞻性等。所有这些问 题的解决都必须依靠一套有效的网络故障管理系统。因而一些新的分布式技术 正逐步被应用于网络故障管理之中，如c o r b a 、主动网络、w e b 技术、移动 a g e n t 技术等。其中，移动a g e n t 技术因其具有良好的自主性、灵活性、协作 性、易扩展性和智能性等特点，成为网络故障管理研究领域的热点之一。 移动a g e n t 在网络管理中的应用思想最早可以溯源到1 9 9 1 年由c o l u m b i a 大学y e m i n i 等提出的委托管( m b d ：m a n a g e m e n tb yd e l e g a t i o n ) 的概念。其方 法是管理者将基于管理脚本语言的m b d 委派到管理代理上执行管理任务。在 此之后，陆续出现很多移动a g e n t 在网络故障管理中的相关研究成果，但这些 成果大多是将移动a g e n t 的应用放在收集和监控大量网管数据上，侧重于移动 a g e n t 在网络监控方面的描述，网络故障的分析和诊断还是由单一的网管工作 站来完成。 网络故障诊断是人工智能方法最早被应用于网络管理的领域之一，其间也 产生了很多种方法，如基于事例的推理【4 1 、专家系统【5 1 、神经网络 6 1 等等，但这 些方法都要求系统有较高的知识获取能力。例如，基于事例的推理要求获取完 备的事例基础，专家系统要求获取完整正确的专家知识，神经网络要求获取先 验知识构建合适的网络结构，而这些对于复杂多变的网络系统通常是难以做到 的。 1 2 网络故障管理 作为网络管理中最基本的功能之一，故障管理的地位己显得越来越重要。 因为故障在庞大而又复杂的现代网络中是不可避免的，而迅速地检测和识别出 故障则能显著提高网络性能。 1 2 1 网络管理 网络管理是伴随着计算机网络的产生而产生的。随着网络应用的不断深入， 网络的规模日益扩大，网络中的信息资源也越来越丰富。因此，有效地进行网 络管理就显得愈发重要。网络管理的内容十分丰富。在一些情况下，它意味着 一个单独的网络管理员动态地监管网络，而在另一些情况下，它又意味着分配 数据库，主动轮询网络设备，生成实时网络状态变化和信息流的图形报告。总 而言之，网络管理就是利用多种工具、应用程序和设备，来调度、协调和控制 网络系统的活动及资源，以便在任何时候都能通过计划、管理、分析、评估、 设计和扩充网络等工作，以合理的成本和最佳的能力满足用户的需求，提高整 个网络系统的工作效率、管理水平和维护水平，保障网络可靠、安全、高效地 运行【7 1 。 i s o ( i n t e r n e t o r g a n i z a t i o nf o rs t a n d a r d i z a t i o n ) 网络管理标准中定义了网络 管理的5 大功能，即配置管理( c o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t ) 、性能管理 ( p e r f o r m a n c e m a n a g e m e n t ) 、故障管理( f a u l t m a n a g e m e n t ) 、安全管理( s e c u r i t y m a n a g e m e n t ) 和计费管理( a c c o u n t i n gm a n a g e m e n t ) ，这种功能划分已被标准 和非标准的网络管理系统所广泛接受。 目前的网络管理的发展在很大程度上滞后于网络规模的发展，国内外也有 许多商业化的管理平台。但是，它们采用的都是高度集中的网管模式，即基于 单一主机的m a n a g e r - a g e n t 模式，在综合性和分布性等方面有待完善。而且， 在故障管理方面存在种种不足，不能满足网络管理员的需求，更不能适应网络 异构化发展的需要。 1 2 2 网络故障 网络故障就是一种网络的反常现象，任何在被管理网络及其部件中出现的 使之不能提供正常服务的紊乱都可以被视为网络故障。网络故障具有一定的传 播性。它不仅会使本身系统失败，而且它产生的错误会传播给其它部件并使其 它系统的性能降低。因此，在单个部件中的故障可能对整个网络都存在影响。 根据故障原因的不同，网络故障可以分为硬件故障和软件故障。硬件故障 一般是因为不正确或不完全的逻辑设计，不正确的结构，元件超出生命期，以 及外来力的破坏，一般可通过更换硬件元器件或调试相关软件以及重新初始化 加以解决，硬件故障诊断称为再有效( r e a c t i v e ) 诊断。软件错误则通常是由 不正确或不完全的设计和不正确的代码所引起的，一般是指网络拥塞、软件失 常、资源耗尽、交换效率下降等问题，软件故障诊断也称为前有效( p r o a c t i v e ) 诊断，通过这种前有效诊断可以预测并防止灾难性故障的发生，由此可提高网 络的生存能力和有效性。 根据故障持续时间的不同，网络故障可以分为永久性故障、间断性故障以 及瞬时性故障【8 】。永久性故障将一直存在于网络之中，除非对其采取了恢复措 施，它会大大降低系统性能。该类故障必须发出一个事件报告对网络配置做出 修改；间断性故障以一种非连续的、周期性的方式发生，它会使当前的处理失 败，而且，由于其频繁发作，在短时间内可能会显著的降低网络服务的性能。 若间断性故障过度出现，它将转变为永久性故障；瞬时性故障只在瞬间产生， 它会引起网络服务性能的暂时性、轻微的下降。通常由网络协议的错误恢复过 程所屏蔽，因而用户可能觉察不到。 1 2 3 网络故障管理的定义 网络故障管理主要包括故障监测、故障诊断和故障排除三个方面。其主要 任务就是当网络中某个系统或软件不能达到规定的工作性能指标时，网络管理 工作站能够及时监测和发现到故障并及时加以排除，以保证网络能够提供连续、 可靠、优质的服务。 网络故障管理的流程通常包括：收集网络中各设备及系统的工作参数和运 行状态信息，发现网络故障，分析所收集的数据，诊断故障原因，提供快速有 效的解决方案，尽可能地自动排除故障，或者给管理者提供排除故障的帮助。 根据网络运行需要以及网络系统数据分析结果对网络参数进行修正，保证网络 高效、稳定、安全运行。 1 2 4 传统的网络故障管理模型 传统的网络故障管理系统都是采用高度集中的网管模式。集中式管理主要 是通过利用相应的协议，周期性地访问驻留在网络设备里静态的软件模块 ( a g e n t ) 来收集数据。目前主要遵循的协议有两种；一种是公共管理信息协议 c m i p ( c o m m o nm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o np r o t o c 0 1 ) ，它是基于国际标准化组织 i s o 的o s i 七层开放互连模型的协议，主要用于o s i 网络体系结构。但是由于 其复杂性高和实现难度大，因此，除电讯网管等领域外并没有得到广泛应用。 另一种是i e t f 的简单网络管理协议s n m p ( s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n t p r o t o c 0 1 ) ，它是基于t c p i p 参考模型的网管协议，由早期的简单网关监控协议 s g m p 发展而来，因其简单、易实现、管理开销低，得到了广泛应用，成为目 前网络管理实施上的标准。 基于s n m p 的网络故障管理系统的结构如图1 1 所示，其基本组件如下： 网管工作站n m s ( n e t w o r km a n a g e m e n ts t a t i o n ) 被管网元n e ( n e t w o r ke l e m e n t ) 管理代理s n m p - a g e n t 管理信息库m i b ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e ) 网络管理协议s n m p 网管工作站n m s 通常是网络上的一台运行网络管理应用软件的主机，负 责发出管理操作的指令，并接受来自s n m p a g e n t 的信息，是网络管理的核心。 作为网络管理员与被管n e 的接口，n m s 定期查询s n m p - a g e n t 收集到的有关 4 被管n e 的运行状态、配置及性能数据等信息，这些信息将被用来确定网络中 是否存在故障。 i 网络管理协议 i ( s n m p )。 哦 图1 i 基于s n m p 的网络故障管理系统结构图 被管网元n e 指的是被管网络设施，它不仅包含网络设备，如p c 机、网桥、 路由器、网络打印机等，而且还包含一些无形的东西，如网络连接、网络服务、 路由端口状态等。 管理代理s n m p a g e n t 运行于被管n e 之上，负责收集、加工、处理被管 n e 的信息，同时负责与n m s 进行通信，完成n m s 对被管n e 的各种管理请 求。这些代理本身不是被管n e ，但是代表了被管n e ，每一个代理都有体现相 应n e 的有关信息。某些被管n e 内不能运行相应的管理代理，这时可以在另 外的计算机上运行代理软件，这种代理软件称为代理的代理( p r o x ya g e n t ) ， 代理的代理往往通过非标准的方式实现与相应网元的信息交换。 管理信息库m i b 是一个信息存储库，是对于通过网络管理协议可以访问信 息的精确定义，所有相关的被管对象的网络信息都放在m i b 上。m i b 库的描述 采用了结构化的管理信息定义，称为管理信息结构( s t r u c t u r eo fm a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n ，s m i ) ，它规定了如何识别管理对象以及如何组织管理对象的信息 结构。m i b 库中的对象按层次进行分类和命名，整体表示为一种树形结构，所 有被管对象都位于树的叶子节点，中间节点为该节点下的对象的组合。 网络管理协议s n m p 是连接n m s 和s n m p a g e n t 之间的协议，用于两者 之间传递消息，并完成信息交换安全控制。它主要通过g e t 、s e t 、t r a p 等 一些操作对s n m p a g e n t 进行管理。n m s 通过s n m p 从s n m p a g e n t 那里获取 管理信息或向s n m p a g e n t 发送命令；s n m p a g e n t 也可以通过s n m p 主动报 告紧急信息。 这种传统的高度集中的管理模式类似于c s 模式，通过管理进程与一个远 程系统相互作用实现对远程资源的控制。n m s 将管理要求通过管理操作指令传 送给位于被管n e 中的s n m p a g e n t ，对网络内的各种设备、设施和资源实施 监视和控制，s n m p a g e n t 则按照n m s 的管理指令，从各个设备上收集状态变 量值，并以一定时间间隔向n m s 集中上传。最终由n m s 对各节点上传的状态 变量值等数据进行运算、分析和管理决策。 1 2 5 传统网络故障管理的缺陷 由于s n m p 具有简单、应用广泛等优势，因而它的开发实现非常容易， s n m p 仍将是目前直至不远的将来i p 网络中所使用的最主要的管理协议，大量 的网络节点都已经或将会装配上s n m p 代理【9 】。但随着计算机网络的迅猛发展， 网络异构性越来越强，传统的基于s n m p 的集中式网络故障管理的缺陷也随之 显现出来，主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 不可靠性 基于s n m p 协议的网络管理属于典型的集中式控制系统，按照大系统控制 论，系统控制集中程度越高，规模越大，可靠性就越差。n m s 一旦出现故障， 将造成整个网络的管理失控。若连接两部分的中间某一设备出现问题，则后面 的网络也就失去了管理功能。 ( 2 ) 不可扩展性 集中式管理的服务器功能模块都是在建立时装入的，若要修改或增加新的 功能，则必须重新编译、安装、服务器进程初始化，即服务器功能是静态的、 预装入的固定管理能力，不易于修改。 ( 3 ) 时效性差 网络规模越大，设备越多，n m s 所需轮询的节点就越多。轮询密度增大导 致网络开销扩张，极易造成网络堵塞和管理指令延时，从而降低故障管理的时 效性，而且还增加了管理站的负担。 ( 4 ) 缺乏主动性 驻留在被管n e 上的s n m p a g e n t 不能对节点数据进行分析处理，只能接收 n m s 轮询，并按其指令被动上传故障信息数据，不具备主动计算和管理能力。 ( 5 ) 互操作性不足 由于s n m p 的网络管理操作简单、实现方便，使各种网络设备厂家都容易 采用和支持s n m p 协议，但众多的厂家在操作系统选用m i b 定义和网管程序 界面上不容易达到一致，在大规模异构网络中就难于具备互操作性。 1 3 论文研究的主要内容和组织结构 构建网络故障管理系统存在着很大的复杂性，需要完成对网络故障的多方 面的内容和要求进行综合。本文从网络故障管理系统的功能需求出发，针对故 障管理中的具体问题，展开研究，在已有的移动a g e n t 的理论和技术基础上， 提出了利用移动a g e n t 来完成网络设备的故障检测、诊断、排除等管理工作， 以此来提高网络性能、减少网络流量。最终建立出一个具有灵活性、可靠性、 可伸缩性、智能性的高性能的网络故障管理系统。 6 本文首先详细介绍了移动a g e n t 的概念、结构模型、设计思想，然后系统 介绍了网络故障管理的概念、体系结构和功能模型，并讨论了传统网络故障管 理模式及其优缺点。提出了利用移动a g e n t 思想来构造网络故障管理模型，给 出了基于移动a g e n t 的网络故障管理总的设想和框架，该结构框架可以充分发 挥移动a g e n t 的优势来解决传统网络故障管理所存在的弊端。同时，为了提高 提高移动a g e n t 的智能性，减少对网管工作站的过分依赖，充分利用了移动 a g e n t 的可扩展性，把s v m 技术嵌入到移动a g e n t 之中，对其智能性进行扩充， 使网络故障管理具有智能性和动态协作的能力，使之能够适应复杂网络情况下 的故障的诊断。最后，通过对移动a g e n t 技术及其平台的研究，对网络故障管 理给出了基于移动a g e n t 的实现模块，并给出了作者的解决方案，实现一个基 于智能移动a g e n t 的网络故障管理系统。 各章内容安排如下： 第一章绪论：阐述论文的研究背景和主要内容，介绍网络故障的基本概念、 网络故障管理的定义和功能。详细叙述了当前网络故障管理的基本技术，系统 介绍了传统的基于s n m p 协议的网络故障管理体系结构、功能模型及其存在的 问题。最后介绍了整个论文内容的安排。 第二章移动a g e n t 技术：全面的介绍移动a g e n t 的定义、特点、功能和应 用，移动a g e n t 系统的结构和实现。并与其它移动计算方法进行对比，分析了 移动a g e n t 的技术优势、研究现状和发展前景。 第三章基于移动a g e n t 的网络故障管理：在指出基于s n m p 的传统集中网 管系统不足的基础上，提出了基于移动a g e n t 的网络故障管理系统，并分析了 系统原型的各个组成部分及其功能。而且将支持向量机的方法运用到故障诊断 之中，以进一步提高移动a g e n t 的智能性。 第四章原型系统的设计与实现：在a g l e t 开发环境下，给出了原型实现， 主要是智能移动a g e n t 的实现，并进行了实验和性能分析。将测试数据与传统 的网络故障管理数据进行了对比分析，对移动a g e n t 中的故障诊断模块进行验 证，证明了基于移动a g e n t 的网络故障管理比传统的网络故障管理具有更高的 效率、可靠性、智能性以及更大的灵活性。 第五章结束语：对基于移动a g e n t 的网络故障管理系统的研究进行了总结 和展望，指出需要进一步研究的问题及方向。 7 第二章移动a g e n t 技术 a g e m 技术起源于2 0 世纪7 0 年代1 1 0 j ，属于人工智能领域中分布式人工智 能( d a i ) 的研究内容，是面向对象技术向软件智能化发展的产物。它是指模 拟人类行为和关系，具有一定智能并能够自主运行和提供相应服务的程序i l 。 与现在流行的软件实体( 如对象、构件) 相比，a g e n t 的粒度更大，智能化程 度更高。它的出现将计算机软件设计提高到一个更高的抽象层次。后来，a g e n t 的概念被扩展到分布式系统等领域，并得到了广泛的应用，更被赋予了不同的 涵义。 2 1 移动a g e n t 概述 将分布式移动计算的思想引入a g e n t 技术之中，便产生一个新的研究领域 移动a g e n t 。移动a g e n t 技术的出现，使得分布式系统的设计、实现和维 护更为方便有效。它不仅很好地解决了i n t e m e t 环境中异构、低带宽和不稳定 连接等问题，而且提高了信息的服务与获取能力，有助于构造更加健壮和容错 能力更强的分布式系统。 2 1 1 移动a g e n t 的定义和特性 移动a g e n t ( m o b i l e a g e n t ) ，顾名思义，就是具有移动能力的a g e n t 。它是 具有跨地址空间持续运行机制的一种软件实体【1 2 】。它能够从网络的一台主机上 自主地迁移到另一台主机上，并且在转移过程中保持自身的状态，从而在新的 主机上继续运行，必要时还可以进行自我复制以及生成子移动a g e m 。每个节 点上的移动a g e n t 都可以直接与本地资源进行交互，利用本地的计算资源，进 行相关的计算，在完成特定的任务之后，向用户返回最终的计算结果。 移动a g e n t 使a g e n t 进一步具有动态执行、异步计算、并行求解、智能化 路由、转接和控制机制等特点，扩展了a g e n t 的处理能力。移动a g e n t 主要特 性如下： 自主性( a m o n o m y ) ：每个移动a g e m 都是一个独立自主的计算实体， 它可以自主独立的运行，并能控制自己的行为和内部状态，而无需用户的过多 干预； 反应性( r e a c t i v i t y ) ：移动a g e n t 能感知所处的外部环境的变化，并对 这些变化做出适当的反应； 交互性( i n t e r a c t i o n ) ：移动a g e m 可以与所有a g e n t 的用户、资源以及 其它a g e n t 进行通信交流； 目标驱动性( g o a l d r i v e n ) ：移动a g e n t 有一个目标，所有的行动都应 符合这个目标； 移动性( m o b i l i t y ) ：为了完成指定的任务，移动a g e n t 可以从一台主 机移动到另一个主机上执行； 转移后执行的持续性( c o n t i n u i t y ) ：移动a g e n t 在转移过程中，除程序 外，还携带其当前运行状态信息和相应的数据。到达目的主机后，从转移的下 一条指令继续执行。 除了具有一般a g e n t 的特性之外，移动性是移动a g e n t 很重要的一个特性。 2 1 2 移动a g e n t 的优点 不同于远程执行，移动a g e n t 能够不断地从一台网络主机移动到另一台主 机，并且能够根据自已的选择进行移动；也不同于进程迁移，一般来说，讲程 迁移系统不允许进程选择迁移时间和迁移地点，而移动a g e n t 带有状态，所以 可根据应用的需要在任意时刻迁移到任何它想去的地方；更也不同于a p p l e t ， a p p l e t 只能从服务器向客户单方向移动，而移动a g e n t 可以在客户和服务器之 间双向移动。因此，和传统的分布计算模型相比，移动a g e n t 是具有很高应用 价值的移动计算技术之一，其技术优势如下【l 列： 节省网络带宽 分布式系统通常依赖于通信协议，这些协议在完成给定任务的过程中涉及 多次交互行为，这将导致网络交通拥挤。而移动a g e n t 则摆脱了传统的 c l i e n t s e r v e r 框架，将计算实体移动到数据端，直接在数据端进行本地处理， 没有中间数据结果的传递，只返回最后的结果。因此，在要处理的数据量大、 通信两端交互频繁、网络带宽不足的情况下，移动a g e n t 可以有效减少网络中 原始数据的流量，显著降低系统对网络带宽要求，大大减轻网络负担。 异步自主运行 通常，移动设备上的计算皆依赖于低速、不可靠且高延迟的网络连接，但 从经济和技术的角度来讲，要求移动设备和固定网络之间始终保持持续的连接 是不可行的。但是，利用移动a g e n t 技术则可以较好地解决这个问题。将任务 嵌入到移动a g e n t 中，然后通过网络将其派遣出去。此时，移动设备即可断开 网络连接，做其它的事。移动a g e n t 独立于生成它的进程，异步自主地运行。 移动设备则可在稍后的时间里再恢复网络连接，将完成任务的移动a g e n t 收回。 实现负载平衡 移动a g e n t 能感知其运行环境和负载的变化，进行动态的迁移，把资源集 中的工作引导到相对负担较轻的分布式主机中，适当地分配给它的任务。而且， 在网络临时峰值负载时间，移动a g e n t 能够延迟自身任务的处理或仅处理网络 负载较小的工作，因此，使得传统的c l i e n t s e r v e r 计算模式下的计算任务更动 态均匀的分布。 9 管理灵活个性化 用户可以根据服务器端提供的底层操作函数，编写满足自己特定需要的移 动a g e n t ，在需要的时候将它直接发送至目的主机，在本地完成任务，具有自 主管理、主动交换信息、按需移动等特性。因此，管理的灵活性大大提高，操 作更具个性化，同时也消除了传统代理间通信时可能存在的对复杂通信协议的 依赖性。 支持并行协作 多a g e n t 协作是移动a g e n t 的重要特性之一。移动a g e n t 可以派生出许多 子a g e n t 共同完成某一特定任务。多个子a g e n t 之间通过虚拟机系统的通信机 制，进行通信和协作，并最终由父a g e n t 将结果整理好返回给用户。 提供平台无关 移动a g e n t 是需要跨平台运行的，它的应用编程不可以存在程序的移植问 题，所以，绝大多数移动a g e n t 都是采用平台无关的语言开发的。目前主流的 平台无关语言( 如j a v a ) 在各种操作系统上都有其相应的实现，因此，基于这 些语言开发的移动a g e n t 可以比较容易地完成跨平台的迁移。 虽然移动a g e n t 的这些优点中的每一个用其它技术都可以实现，也许实现 起来比移动a g e n t 效果更好，譬如，c l i e n t s e r v e r 模型中负载不平衡的问题， 可以用三层或多层模型来解决。但移动a g e n t 集合了所有的这些优点，形成了 一个单一的、通用的、方便的框架，除了移动a g e n t ，没有一种方法能实现所 有的这些优点。 2 1 3 移动a g e n t 的应用 近年来，计算机网络发展迅猛，如何合理高效地组织和利用好网络上极为 丰富的资源成为了计算机研究领域所关注的重要问题。一些传统的方式，例如， 通过r p c 或消息传递( m e s s a g ep a s s i n g ) 实现远程通信，已经远远不能满足当 今快速多变的网络应用发展的要求。 与此同时，移动a g e n t 理论伴随着i n t e r n e t 成长和发展起来，并得到了广 泛的关注与研究【1 4 】。它提供了新的分布式系统解决方案和强大、统一、开放的 计算模式，更适合于提供复杂服务。因此，利用移动a g e n t 技术可以很好地解