智慧协同网络管理系统设计与实现

盖清海

摘要：网络管理系统只有具有用于管理智能协作网络的接入网和核心网，才能有效地用于管理智能协作网络。结合多年工作，开发出一种接入网络和核心网络管理系统，以帮助管理人员管理和控制整个网络，并更好地管理和协调智能协作网络中的服务，资源和组件。

关键词：智慧协同网络;分域管理系统;资源管理;映射管理

智能协调网络管理系统必须实现集成的接入网和核心网管理，因此有必要将接入网管理系统（ANM）和核心网管理系统（CNM）分开。同时，为了直观，方便地管理接入网和底层网络，需要统一的管理系统平台。通过此平台，管理员可以根据需要选择查看访问网络管理系统或基本网络管理系统。

网络管理系统平台具有两个功能：一个是显示管理系统中包含的所有子管理系统，管理员可以通过链接来为特定的子管理系统平台付费，另一个是子管理系统配置功能。管理员可以根据需要更改子管理系统的访问地址，或者将新的访问网络添加到管理系统平台的主网络，以及对网络管理子系统的新访问。为了理解上述功能，需要网络管理系统平台维护所有子管理系统数据表，包括子管理系统名称，访问地址，连接时间和修改时间。

一、接入网管理设计设计

（一）整体架构

接入网管理系统基于OpenStack平台的体系结构及其物理资源。 整个系统分为五个层：数据访问层，数据库，RESTfuI API交互层，管理层和用户访问层。

接入网管理系统的五层结构，虚拟资源层和物理资源层如下：

1、物理资源层由不同的物理资源组成，根据资源的类型可分为计算资源，存储资源和网络资源。特定的基础结构包括服务器，交换机，路由器等。物理资源层提供了虚拟化所需的各种资源，直到最高的虚拟资源层，它还是虚拟化技术和OpenStack平台的基础。

2、在虚拟资源层中，使用openstack平台对关键物理资源进行虚拟化，相应地管理计算机资源，存储资源和网络资源，以及管理顶层服务。

3、Restfui API交互层（称为API交互层）为激光器提供管理系统服务。特定的服务API包括Nova API，中子API，Keystone API等。

4、数据访问层主要为监视性能提供监视和报警功能，这是整个系统关注的重点。由于监视数据源（包括虚拟和物理组件）以及监视数据收集方法的复杂性，应在数据访问层中开发用于数据监视数据的分类，收集和存储的机制。借助Openstack公里项目，可以存储和重建收集的组件数据，并选择所需的数据来存储分类，以避免完全定量的监控项目。

5、数据库部分主要存储在数据访问层中接收到的监视数据，并提供数据管理和警报管理性能。数据库分为两个部分，物理组件和虚拟组件。它们存储CPU，内存，带宽等。并使用时间序列数据库来存储性能监视数据。

6、管理层涵盖了所有系统管理功能，包括组件管理，网络管理和性能管理。 Restfui API通过调用交互层并包括openstack平台上的项目（包括nova，中子，keystone等）来提供有关关键虚拟组件和关键虚拟资源的关键管理的基本信息。重点是通过数据访问层进行数据收集，以实现实时数据收集和资源历史周期的监视。通过将数据库中的数据与设置的阈值进行比较，可以确定警报操作的判断。警报操作是向管理员发送警报电子邮件。

7）用户访问层为用户提供对管理系统的访问权，包括用于显示管理系统界面并响应用户操作的Web可视化模块。

（2）统一资源管理机制

网络上不同资源管理系统的操作基于openstack平台，而在开放调用平台上，通过API的其余部分执行对各种服务的调用。管理系统提供了一个界面，该界面捕获用户请求和页面数据，将它们转换并调用相应的API成为开放的运算符以完成相关操作。为了提高管理系统资源管理的效率和系统开发效率，应建立与OpenStack平台资源交互的统一机制，包括请求方法，参数信息和数据传输格式。 ，并定制开发了统一的资源运作流程。管理系统与openstack平台之间的交互过程如图3-3所示。

良好的交互模式可以在系统的开发和运行中发挥更有效的作用。许多现有的核心Web体系结构都是以REST形式开发的。其余的内容由Roy Thomas Welling在其博士论文中首次介绍给我们，这是一种新型的Internet应用程序，它融合了规范的电影建筑风格。与XML-RPC和soap相比，其余的更为简单和轻便。

其余的基于资源并在HTTP协议上运行。 REST充分利用了HTTP的现有功能，例如HTTP动词，HTTP标头和HTTP状态代码。它标识四种类型的资源操作，并调用适当的HTTP请求方法以完成资源操作，即，接收（接收一个或多个特定资源），邮件（创建资源），部署（升级特定资源）和删除特定资源）。

选择数据传输格式时，JSON是当今最重要的体系结构。与XML之类的传统数据格式相比，其格式更简洁，更易于读取，写入和使用。 Openstack平台上的所有服务都称为Conscious Style，因此访问网络管理系统使用Conscious Style和JSON数据格式与关键资源进行交互。

对于相对较小的请求，您可以直接从相关的API进行调用。对于具有更多操作的请求，需要组合多个API调用。该API需要Compute API（用于管理虚拟机和密钥对），Network API（用于管理网络资源，例如路由器，变电站等）和Block Storage API（用于管理虚拟机存储）。与OpenStack平台进行交互之前，需要管理用户请求，以便可以将数据格式转换为特定的API要求，可以编写特殊的JSON數据来请求某些服务以进行请求处理。

二、组网方案设计

在智能协作网络中，组件身份分为访问标识符（AID）和路由标识符（RID）。使用这两个地图，可以解析用户身份和位置。在接入网络中，访问标识符AID用于反映网络组件的身份，而在核心网络中，路由标识符RID用于获取组件位置信息。本文将智能协同网络和用于网络分发的OpenFlow网络创新机制集成在一起。路由器仅负责运输和映射，而控制器负责控制数据传输策略和映射管理服务器。 。

三、總体模块设计

核心网络管理系统的总体模块设计如图4所示，重点是管理服务器设计。

管理服务器是整个网络控制的核心。它在控制级别工作。它连接开放流协议并与之交互，并通过收集整个网络拓扑和资源来创建全局网络控制功能。管理服务器包括可视化模块，分离图模块，状态感知模块，状态测量模块，动态路由模块，数据包分析模块和转发分发模块。包括分离图模块，状态测量模块，动态路由模块和策略分发模块是基于网络功能和映射功能的新核心模块。其他模块由openflow控制器实现。

可视化模块：调用每个程序提供的其余接口，并显示节点信息，拓扑，地图信息和策略选项以路由到Web界面。

独立的映射模块：负责注册，查询和维护映射记录，以及分发分发功能。提供一个新创建的终端救济映射关系服务，存储并维护一个关系映射，当交换机发送映射关系请求时，它将到达映射输入表，并将映射关系发送到交换机的南部接口。同时，北部API接口还提供了映射元素的接口显示。

状态感知模块：负责网络资源的实时感知，包括拓扑信息发现模块和感知修改模块。拓扑发现模块负责收集网络拓扑信息，生成实时拓扑结构，并为管理服务器提供全局视图;集中器感知模块负责检测连接到网络管理服务器的所有交换机，同时通过特定协议提供正常的连接。该模块是OpenFlow的本机实现，向其他模块提供AP1调用以修改基本拓扑和信息。

状态测量模块：基于状态感知来检测网络的状态，包括实时流量监控，链路使用率计算和链路延迟计算。该模块获得的数据可以用作动态路由模块参数，以方便路由策略的计算。

动态路由模块：实施动态路由算法，制定数据包转发策略，状态感知模块根据状态数据收集的链接以及用户数据包传输请求。

路由策略分配模块：分析动态路由模块生成的转发策略，并根据整个路径的双流分配策略，通过南部接口将转发策略分配为交换表。

软件包分析模块：分析通过交换机发送的数据包，以为系统中的其他模块提供基本信息。

参考文献：

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

[2]张宏科，罗洪斌.智慧协同网络体系基础研究[J].电子学报，2016， 41（7）：1249-1254.

[3]张宏科，贾濡.未来互联网络及其应用一一智慧标识网络[J].科研信息化技术与应用，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.