网络虚拟化技术作为解决当前Internet日益僵化问题的一种新兴技术手段，近年来得到了国内外未来网络技术研究领域的广泛关注。网络虚拟化技术是指通过虚拟化技术将物理网络抽象为逻辑基础网络，脱离物理设备的束缚。然后通过逻辑切分和隔离，允许多种异质的虚拟网络结构共存于同一物理基础设备。各个虚拟网络可以使用相互独立的网络协议，并能根据用户需求对网络状态和形态进行调整，从而能够达到对资源灵活分配与调度，提高基础网络资源利用率、提高服务质量、降低网络运营和维护成本。网络虚拟化技术在带来上述灵活性的同时，也为网络资源有效管理提出了巨大挑战。
目前在网络虚拟化资源管理的研究中，首要的问题和研究目标依然是如何提高网络资源的利用率。当前的大多数研究都着眼于虚拟网络请求到达时的资源分配算法，而忽视了虚拟网络生命周期结束后对其释放资源的再利用。目前的关于虚拟网络资源管理的研究依然以集中式管理为主，这种管理方式在面对高度复杂的虚拟网络环境往往力不从心。在这种情况下，引入自主管理机制可以有效的应对虚拟网络环境的复杂状况，提升网络的管理能力。
本文通过将分布式自主管理引入网络虚拟化环境下的网络资源管理中，提出具备高度管理能力的自主资源调度优化管理框架，达到提升网络资源利用率的目的。
1 分布式自动虚拟网络环境资源管理框架
研究例证明，借助多代理系统方法可以建立出高度有效的模块化和自动化系统，用以操作和管理一个动态和分布式环境。
因此，本文设计了一个基于智能自组织代理的分布式自动虚拟网络环境资源管理框架。在每个基础网络节点上都运行有一个智能代理。每个智能代理都具有完整的知识库，算法规则库和执行引擎模块。智能代理各自独立运行，协同工作。而在网络中有一个中央控制节点，这个节点在逻辑上与每个基础网络节点相连。中央控制节点控制协调各个智能代理，保证其工作同步。此外，中央控制节点还向智能代理提供公共信息的查询和维护工作。
比起传统的单一集中式管理结构，这样网络体系结构具有很多优点。通过对智能节点的研究，使得每个基础网络节点可以实现信息自配置，流程自发起，故障自愈，安全自保护，环境自感知等功能。这为系统带来了高度的动态和自动特性。进一步的为系统带来了强大的可管理性和灵活性。同时在网络中引入中央控制节点后，使结构中的网络管理开销被控制在一个较小的范围内。
1．1基础网络节点结构
在分布式自动虚拟网络环境资源管理框架中，每个基础网络节点上有且仅有一个智能代理运行。每个智能代理可以他代理进行消息交互，获取其他节点信息，并依据这些信息分布式协作决策，共同管理基础网络资源。一个基础网络节点上运行的智能代理由三个主要模块组成：知识库、算法规则库和执行引擎。
1)知识库。在智能代理中，知识库主要是记录本地和周围环境的信息(例如当前基础网络节点上的CPU资源状态、当前基础网络节点与其邻居节戋之间基础网络链路的带宽资源状态等)，以供算法和引擎决策使用。
本地资源信息：本地资源信息主要是智能代理所在的基础网络节点的资源分布状况。在本文中，算法和引擎决策所需的本地资源信息主要包括：智能代理所在的基础网络节点CPU负载能力总值，当前CPU负载能力已分配总值，当前CPU负载能力已分配总值、此节点所承载的虚拟网络节点及各自CPU负载分配值。
环境资源信息：环境资源信息主要是智能代理所在的基础网络节点之外的资源分布状况。在本文中，算法和引擎决策所需的环境资源信息主要包括：智能代理所在的基础网络节点与其邻居节点之间各条基础网络链路的带宽资源能力总值，当前带宽负载能力已分配总值。此节点所承载的虚拟网络节点各自邻接链路得到的带宽分配，所在的基础网络路径以及邻接节点所在的基础网络节点。
其他信息：包括其邻接基础网络节点访问名、中央控制节点访问名等。
2)算法规则库。在智能代理中，算法规则库存储了制定决策的具体规则和算法，本文中算法规则库主要包括以下内容。
资源动态优化流程：规定了资源动态管理的规则，资源动态优化机制的触发条件，资源动态优化机制的具体执行步骤。详细内容可以参照下文。
虚拟链路动态资源迁移算法：在资源动态管理过程中，制定虚拟链路动态资源迁移方案所采用的算法。
虚拟节点动态资源迁移算法：在资源动态管理过程中，制定虚拟节电动态资源迁移方案所采用的算法。
3)执行引擎。在智能代理中，执行引擎是一个实时运行的模块，负责智能代理的一切行为操作。执行引擎的职能主要包括以下内容。
信息感知：执行引擎通过对节点的实时监测以及和其他节点的消息交互，持续进行知识库的实时更新。
决策制定：在资源动态管理过程中，执行引擎通过执行资源动态优化流程和资源迁移算法，制定资源迁移方案。资源管理行动：包括根据资源迁移方案进行资源迁移决策执行等行为。
知识库、算法规则库和执行引擎这三个模块共同组成了分布式自动虚拟网络环境资源管理框架中的智能代理。每个智能代理通过此三个模块执行自己的职能，相互协作，共同担当起了虚拟网络环境资源管理的工作。
1．2中央控制节点
分布式智能代理能够通过代理之间的消息交互实现完全的协同工作。但是，由于协同工作需要大量的消息交互，这给系统资源带来了额外的管理开销。在分布式多代理系统中，由于各个智能代理具有信息独立性，如果完全依赖各个代理的相互独立交换信息则会大幅提高交互消息的数量级，带来大量的管理开销和资源浪费。因此，本文在分布式自动虚拟网络环境资源管理框架中加入了一个中央控制节点，用以协调各个节点的工作以及维护公共信息，以此减少了大量的智能代理管理通信开销。
分布式自动虚拟网络环境资源管理框架中的中央控制节点主要负责如下两方面的职能：
1)公共信息维护，在网络资源动态管理过程中，有一部分数据具有更新频繁、而且被多个智能代理需求或者被多个智能代理更改的特点。将这些信息保存在中央控制节点后，在管理过程中智能代理就不需要通过轮询或广播的方式来获取和更新这些信息，而只需和中央控制节点交互，这样大幅减少了管理消息数量。
2)智能代理同步协调控制，在网络资源动态管理过程中，由于各个基础节点上的智能代理具有自发管理和独立管理的特性，同时两个智能代理的管理区域有可能有交集。为了避免多个智能代理的优化流程冲突，维护网络数据的一致性，需要保证在任意时刻，网络中只有一个智能代理发起的资源动态优化流程在进行。如果另外一个节点也要发起资源动态优化流程，只能等待当前节点的管理流程结束。在没有中央控制节点的环境下，这种唯一性只能由发起资源动态优化流程的节点在优化流程开始和结束的阶段向全部智能代理广播来实现。而本文采用的方案是：中央控制节点同时也是一个授权服务器，当智能代理需要发起资源动态优化流程时，首先要向中央控制节点发起申请，而中央控制节点会将其加入申请队列，并在适当的时刻对其授权。之后得到授权的智能代理节点才能继续资源动态优化流程。这样不但能够有效的避免冲突，同时也只需要很少的管理开销。
2 资源动态优化流程
在资源动态自主管理机制中，资源动态优化流程是资源管理的主要职能过程。资源动态优化流程是由一个运行在基础网络节点上的智能代理发起，通过一系列智能代理之间的协同工作，最后实现自网络资源的重分配，使得当前基础网络资源再次达到一个优化状态为止。典型的资源动态优化流程由以下步骤组成。
1)触发和授权，资源动态优化流程是由一个运行在基础网络节点上的智能代理发起。当智能代理监测到本地基础网络节点的CPU负载资源能力增加且超过了阈值T时，就会尝试发起一次资源动态优化流程。我们把尝试发起当前资源动态优化流程的基础网络节点称为迁移接受备选节点，因为它有可能通过接受其他虚拟网络节点和链路的迁移来提升整个基础网络的资源利用率。在资源动态优化流程的一开始，迁移接受备选节点上的智能代理首先向中央控制节点发送一个流程开始请求，然后进入许可等待。当其接收到中央控制节点发送的资源动态优化流程开始许可时，再进入流程下一步。
本地虚拟链路资源重分配：由于虚拟网络的网状结构特性，所以当一个节点的资源发生改变时，这个节点邻接的链路资源状态通常也会改变。因此此时尝试对其周围的链路资源重分配很有可能会获得基础网络资源利用率的提升。同时，由于虚拟节点迁移的基础网络资源利用收益提升本质上也是虚拟节点迁移引发的链路迁移带来的基础网络资源利用收益提升。如果在做节点迁移之前，不能保证当前基础网络链路资源是最优状态，那就无法保证节点迁移算法能够得到使基础网络资源利用收益最大的方案。因此在迁移接受备选节点得到资源动态优化流程开始许可之后首先执行本地虚拟链路资源重分配不但可行，而且是很有必要的。在本地虚拟链路资源重分配过程中，迁移接受备选节点首先会向中央控制节点请求当前基础网络的拓扑和资源状态信息，然后通过虚拟链路动态资源迁移算法制订链路资源优化方案。如果链路资源优化方案中有虚拟链路需要迁移，那么执行相关的迁移，同时要求相关信息的存储部分更新相关信息。
3)虚拟节点资源重分配：虚拟节点动态迁移算法的目标是找到当前状态网络状态下基础网络中承载的虚拟网络节点的一系列迁移方案，以及这些节点的邻接链路的迁移方案，使得基础网络的相对资源收益最大化。
3 结束语
网络虚拟化技术被视作一种作为未来网络研究的先驱和重要组成的实验技术。本文选择网络虚拟化技术中的资源动态优化作为研究切入点，基于分布式多代理系统，提出了结合智能代理节点和中央控制节点的分布式自动虚拟网络环境资源管理框架。此框架具有分布式多代理系统动态、自举和自主管理的特性，其高度灵活性为资源管理目标和资源管理方法提供了良好的支持；同时中央控制节点的设计又让管理开销得到控制，使得其系统效率不亚于集中式系统设计。在此基础上构造设计了资源动态优化流程，和现有的研究相比此流程的优化能力更强，提升空间更大。
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