专利名称：分布式动态自组织网络的管理结构的制作方法
技术领域：
本发明针对自组织网络无控制中心、完全分散式体系结构、动态的网络拓扑结构等特点， 尤其是拓扑经常发生变化、带宽很窄、能源和内存非常受限的移动自组织网络。
背景技术：
自组织网络系统内没有中央控制实体，节点之间可以直接共享资源和服务，具有完全的 自主性和平等的地位，使得自组织网络具有灵活、无中心、自组织、可扩展性强、负载平衡 和很好的抗毁性等特点，在文件共享、内容分发、协同计算和即时通信等方面以及军事、传 感器网络、紧急场合、动态临时场合和商业上都有广泛的应用。自组织网络将会是目前和未 来网络的主要形式，起着重要的作用。但随着自组织网络的不断发展和成功应用，人们提出了更高的服务要求，如从纯数据传 输、纯语音传输以及有某种限制的视频传输，到语音、数据、图像的综合传输，这就要求网 络具有一定的QoS (Quality of Service,服务质量)保证能力。对于无控制中心、完全分 散式体系结构、动态的网络拓扑结构的自组织网络，尤其是拓扑经常发生变化，带宽很窄， 能源和内存非常受限的移动自组织网络而言,；网络管理、QoS保障、安全以及实时应用等方 面的难度较大。传统的集中式网络管理因单点失效、可扩展性差等缺点不能胜任复杂动态网 络的管理要求，而目前的分布式网络管理模型，如直接数据连接和DC0M (distributed component object model,分布式组件对象模式)方式，数据和应用程序分布在多个节点， 网络被分割成多个管理域，因此与网络管理相关的数据的确定、采集以及报告变得相当困难。 本专利提出了新型的适用于动态自组织网络的管理体系的通信机制，可解决直接数据连接和 DCOM方式所不能很好解决的分布式网络管理系统中的分布式数据共享问题。发明内容技术问题本发明的目的是提出分布式动态自组织网络的管理方法，维护由DNA(分布式 网管代理)组成的对等管理网络，实现各管理节点之间的有效管理信息交互和共享。技术方案传统的适合静态网络的网络管理体系结构因其可扩展性、灵活性、可维护性 和可靠性等性能差而存在很多局限性，本发明提出新型的适用于动态自组织网络的管理体系， 主要是该分布式管理体系的通信模块的设计，以实现有效的自组织网络管理。分布式动态自组织网络的管理结构由网络管理服务器、分布式网络代理-DNA和被管设备 组成，构建基于点对点的DNA管理网络维护和通信机制；DNA是基于自组织的网络监测、管 理和控制系统的基本单元，负责在其管理群内管理、监测和收集被管设备与自身节点的管理 信息；同时，DNA之间以对等方式建立基于点对点的DNA管理网络，基于分布式哈希表进行 査询与通信，在数据库级别上共享网络管理信息，信息传输采用通用的可扩展标记语言格式; DNA定时向网管服务器发送所需的网络管理信息，或者当网管服务器向DNA发送请求时，该 DNA传递相关的管理信息库的统计信息到网管服务器。构建基于点对点的DNA管理网络维护和通信机制如下 DNA的选取与更替1) 根据统一的效用函数值选择DNA，效用函数由影响因素CPU利用率、可获带宽、可用内 存、磁盘空间大小、当前进程数和在线时长组成；2) 根据DM处理能力、査询总时延、DM管理功能的计算复杂度以及资源耗费情况，确定每 个DNA所能处理的被管节点数和在线DNA的数量；3) 采用备用DNA机制，备用DNA的选择标准与DNA同，备用DNA数量由网络动态确定，选为 备用DNA的节点复制备份当前DNA管理信息，在DNA下线或失效时，升级为DNA,实现平滑 切换；4) DNA的更替节点登录时根据本身的性能确定网络中的角色，性能较好的节点作为DNA身 份加入网络，当现存DNA失效时，若在线DNA数与规定DNA数之差小于某个阀值，备用DNA 就升级为DNA;若在线DNA数与规定DNA数之差大于某个阀值且本群的节点数小于所要求的 最小节点数阀值，则把该群的节点迁移到其他群；节点注册、登录、加入、退出与维护1) 节点包括一般节点Peer和DNA，初始时都以普通节点的身份向服务器注册，服务器分发 网管代理软件，以及加入管理网络的协议和软件，2) 节点登录时，网管服务器根据获得的各节点的性能参数以及历史在线时长，计算并更新效 用函数值，并根据其效用值和在线的DNA数量确定节点的身份，3) —般节点选择地理位置近的DNA加入，DNA节点加入对等管理网络，并开启管理功能，行 使DNA的职责，4) 一般节点退出只更新存储在其DNA节点中的节点和资源信息，DNA的退出则需执行备用DNA 的切换或者属下一般节点向其它DNA迁移，异常失效由定期探测感知，5) 采用结构化的分布式哈希表维护网络的稳定性与一致性。 1 分布式网络管理通信模型基于自组织的分布式网络管理通信模型主要由三部分组成网管服务器、分布式网络代理(DNA)和被管设备。DNA是基于自组织的网络监测、管理和控制系统的基本单元，负责在 其管理群内管理、监测和收集有关节点的管理信息，实现分布式网络管理。DNA之间以对等 方式形成点对点管理网络进行通信，在数据库级别上共享网管信息，信息传输采用通用的可 扩展标记语言格式。DNA可定时向网管服务器发送所需的网络管理信息，或者当网管服务器 向DNA发送请求时，该DNA传递相关的MIB (Management Information Base管理信息库)的 统计信息到网管服务器。这样可减轻网管服务器的处理负荷，也减少了管理信息通信量，此 外，即使网管服务器临时失效，也不影响DM的管理，只是延缓了相互之间的通信。用户还 可通过图形化用户接口进行配置管理功能模块，提高用户可感知的服务质量。 1.1网管服务器功能网管服务器主要执行如下功能 节点登录服务当节点登录时，网管服务器获取各节点性能参数，计算反映节点性能 的效用函数值。
DNA管理制定DNA选择策略，确定DNA所占比例，即DNA节点数与所有节点数之比， 维护当前在线的DNA列表。
通告管理:维护网管代理软件和管理通信模块的版本更新，并负责分发网管代理软件。
管理信息处理定期接收或通过请求获取DNA过滤的相关管理信息，维护管理信息数 据库，提供整体管理的依据。
通信功能实现消息解析及生成，即制定各消息标识位识别、处理和封包的协议。 1.2分布式网络代理(DNA)的选取与更替DNA构成的对等管理网络应能根据网络规模确定需投放的DNA数量以及每个DNA所管理 的节点数，以获得最优的査询性能以及实现网络的可靠性与可恢复性。确定DNA节点选择的主要影响因素，如CPU利用率、可获带宽、可用内存和在线时长等， 制定统一标准，选择性能稳定、处理能力强的节点作为DNA，并且制定DNA的更替方案。为 防止网络的动态变化所造成的影响，采用备用DNA的机制，并确定备用DNA的数量以实现当 前DNA失效时的平滑切换，保障网络的稳定。 1.3节点注册、加入与退出各被管节点(包括一般节点Peer和DNA)初始时都以普通节点的身份向服务器注册， 服务器分发网管代理软件，以及相应的节点加入管理网络的协议和软件。服务器记录IP地址、 用户名和密码，维护一张节点信息表。节点登陆时联系服务器所在地址，若不成功，则联系 前次成功登陆时保存的DNA列表，若能登陆到其中一个DNA,则由该DNA转发相关包代为登 录到服务器。节点登录后，更新最新版本，确定节点角色(DNA或 一般节点peer )，开启 相应的功能。一般节点退出时更新资源信息，DNA退出与更替时将启动备用DNA,并告知服务 器、群内节点以及DNA管理网络。有益效果:基于DHT的分布式DNA管理网络通信模型实现了以地理位置感知的节点的登录、 加入管理网络、退出，DNA的选择、备用和更替，以及网络管理服务功能的设计。其中DNA负 责在其管理群内管理、监测和收集有关节点的管理信息，实现各管理群DNA之间的通信、索引 和转发，维护一个本地的数据库，供DNA间共享管理信息，并与网管服务器交互。分布在网络 中的DNA组成一个自组织网络，通过设计和制定相应的通信协议，实现DNA之间的有效通信， 而MIB数据的共享类似于文件的共享，可以很好地发挥自组织网络和相关协议的技术优势进行 数据共享。
图1是基于DHT的DNA网络管理通信模型。图2是节点登录过程图。图3是节点加入管理网络过程图。图4是DNA节点退出与更新过程图。
具体实施方式
1 分布式网络管理通信模型的建立基于自组织的分布式网络管理通信模型主要由三部分组成网管服务器、分布式网络代 理(DNA)和被管设备。DNA是基于自组织的网络监测、管理和控制系统的基本单元，负责在 其管理群内管理、监测和收集有关节点的管理信息，实现分布式网络管理。DNA之间以P2P (peer-to-peer对等)方式形成管理网络(见图1 ),按研究制定的通信机制进行通信，在5管信息。为了实现信息的共享，规定了信息传输的格式，即XML (Extensive Makeup Language)文件格式。另外DNA可定时向网管服务器发送所需的网络管 理信息，或者当网管服务器向DNA发送请求时，该DNA传递相关的MIB (Management Information Base管理信息库)的统计信息到网管服务器。 2基于点对点(P2P)的DNA管理网络维护和通信机制P2P网络一般分为平坦的完全分布式网络结构和分级的混合网络结构，后者是把网络按 某种规则分成群，通常选举群里处理能力强的节点为超级节点.形成两级的体系结构。基于 DHT的分布式管理网络中的DNA即为P2P混合结构中的超级节点，相对于平坦的全分布式P2P 网络，有利于网络的扩展，并能减少各DNA之间的査找定位跳数和通信过程中发送的査询消 息数量以及DNA网络维护的通信量。本系统的DNA网络通信机制如下 2.1网管服务器功能网管服务器主要执行如下功能- 节点登录服务当节点登录时，网管服务器获取各节点性能参数，计算出反映节点性能的效用函数值U。根据U值排名和网络中的DNA数量确定该节点以DNA或一般节点 (Peer)身份加入网络，并且提供在线DNA列表。另外，节点登录模块需维护节点效用 函数表，统计节点数以及当前DNA数。
DNA管理制定DNA选择策略，确定DNA所占比例，即DNA节点数与所有节点数之比， 维护当IIT在线的DM列表(由于DNA与服务器间有管理信息的往来,可捎带更新信息， 无需另外发送探测信息)。
通告管理维护网管代理软件和管理通信模块的版本更新，并在节点(包括一般节点 Peer和DNA)向网管服务器注册时，负责分发网管代理软件。' 管理信息处理定期接收或通过请求获取DNA过滤的相关管理信息，维护管理信息数 据库，这些信息可由用户图形界面输出，提供整体管理的依据。
通信功能实现消息解析及生成，即制定各消息标识位识别、处理和封包的协议。节 点登录与DNA管理采用触发与更新机制，而管理信息的获得采用定期轮询、请求触发 等方式。网管服务器与DNA之间是C/S (客户机/服务器)模式。2.2 DNA的选取与更替(1) DNA选择的效用函数DNA节点必须拥有公网地址,选择的影响因素主要有,这些影响因素形成一个效用函数" 其中/为各影响因素，《为各影响因素的权重，各影响因素可由系统测试得到，而 各影'响因素的权重可按实际情况调节，形成适用的效用函数。(2) DNA数量的确定根据登录和退出的响应，服务器可获得整个网络的节点数，由既定的比例(根据DNA处 理能力、DNA管理功能的计算复杂度以及资源耗费情况，确定每个DNA所能处理的被管节点 数)和所需管理的总节点数可获得大概要投放的DNA数，或者根据査询时间和査询流量来确 定DNA占总节点数的比例。(3) DNA的备用每个节点登录时获得的"值将携带到所加入的群中，并插入到该群的DNA的效用函数值 "排序表中，每个管理群可根据t/值，确定2 3个备用DNA管理节点(简称备用DNA)，并把相关的DNA信息复制到备用DNA中。DNA与节点(包括备用DNA)之间定期发送探测信息， 以确定节点是否在线。当备用DNA在一定时长内，没有收到DNA任何探测信息，则发送探测 信号加以确认，若DNA无回应，则确认其已下线，自行升级为DNA,同时通知服务器和下属 被管节点。若DNA正常离开，则会通知其中性能较好的备用DNA升级为DNA，代替DNA的职责。(4) DNA的更替 节点登录时，网管服务器根据获得的各节点的性能参数以及历史在线时长，计算并更 新效用函数值tt并插入到它所维护的效用函数值表中。若在线DNA数小于规定的DM 数M并且该节点"值排在效用函数值表中前yH立，则该节点被选为DM节点，下载 DNA功能模块，并加入DNA管理网络。否则，根据网管服务器返回的DNA列表探测DNA, 若连接多个DNA失败或者RTT超过门限值，则该节点自选为DNA，形成新的管理群。 若在RTT门限值之内，有DNA响应探测，则该节点以普通节点身份加入到其中RTT 最小的DNA。
当一个现存DNA失效时，若在线DNA数与规定DNA数之差小于某个阀值，原本备用的 DNA就升级为DNA;若在线DNA数与规定DNA数之差大于某个阀值且本群的节点数小 于所要求的最小节点数阀值，则把该群的节点迁移到其他群。2.3节点注册节点(包括一般节点Peer和DNA)初始时都以普通节点的身份向服务器注册，服务器 分发网管代理软件，以及相应的节点加入管理网络的协议和软件。服务器记录IP地址、用户 名和密码，维护一张节点信息表Peer jnfo。(在以后的运行中，增加平均在线时长字段，由 登录次数和总在线时长确定) 2.4节点登陆(见图2)节点登陆时联系服务器所在地址，若三次登陆不成功，如网络拥塞，则联系上次成功登 陆时保存的RTT〈T1(T1为设定的门限值)返回的DNA列表，若能登陆到其中一个DNA，贝抽 该DNA转发相关包代为登录到服务器，并返回相应的通告和U效用函数。 2.5节点加入管理网络(见图3)节点登录后，节点会发送本机的性能参数与软件版本号到服务器，网管服务器会比较 节点的软件版本和服务器中维护的最新版本，若不一致则下载更新到节点。同时根据获得的 各节点的性能参数以及历史在线时长，计算并更新效用函数值"并插入到它所维护的效用 函数值表中。若在线DNA数小于规定的DNA数W即N。 <N,并且该节点"值排在效用函数值 表中前#位，说明管理网络中DNA节点数不足，而且该节点具备担任DNA的良好性能，所以 该节点被选为DNA节点，下载DNA功能模块，并加入DNA管理网络。否则，根据网管服务器返回的DNA列表批量探测DNA,若连接多个DNA失败或者RTT超 过门限值T1 (说明该节点与这些DNA之间距离较远)，则该节点自选为DNA，形成新的管理 群，并通告网管服务器。若在RTT门限值之内，有DNA响应探测并同意接收(根据设定的DNA 比例，可知每个DNA的处理的被管设备数，或由DNA的处理能力决定是否接收申请)，则该节 点以普通节点身份加入到其中RTT (round trip time,往返时延)最小的DNA。这里Tl的选 择是关键，Tl较小，节点由于找不到合适的群而创建新群，使群数量增加，这样当各DNA退 出时，由于DNA数过多而容易造成过多群的合并，带来很多维护工作量而T1选得过使得群内的各节点与DNA在地理位置上较远，不利于快速传递消息，节点脱离该群的信号覆 盖的可能性也较大。新加入群的Peer向DNA提供从服务器获得的U值，插入到DNA的各peer的U值排序 表中，用于物色合适的备用DNA节点。同时提交IP和资源列表信息。而DNA除了更新维护的 U表和资源索引表外，还要记录该节点的加入时间，以登记其在线时长。在DNA定期向服务 器发送管理信息时，也发送相关的peer在线时长，并告知server该peer (或一批peer)已 退出，从在线节点列表中删除，并更新该节点登录总时长。 2.6 DNA退出与更替(图4 )当DNA退出或被检测到异常失效时，若在线DNA数N。。与设定DNA数之差超出某个阀值 T mi ,并且群内peer数小于某个阀值，说明在线DNA数量过多，而本群成员又少，则遣散本 群，可由相近的一个或多个群接收，或各自重新探测DNA进行加入。同时更新服务器和DNA 网络中的相应表项。否则将启动备用DNA (由于DNA定期向备用DNA备份相关信息，可直接启用)，通知服 务器、群内节点，以及DNA管理网络，由基于DHT的P2P结构化网络维护机制进行管理网络 的维护。2. 7 —般节点Peer的退出由于DNA —直在定期发探测包到各peer,当DNA探测没有收到Peer的回应，(以k*RTT 内没回应为限)则认为该peer已退出，更改索引列表中的表项，更新群内节点数，并记录节 点该次的生命周期，同时更新备用DNA。当然peer正常下线时，可发包通知DNA，以更新DNA, 并当DNA定期访问server时，更新peer在服务器中的相关记录。 2. 8 DNA网络的维护采用结构化的DHT模式，采用成熟的Chord或者Kad网络的维护方法，维护DHT网络 的稳定性与可靠性。DNA网络形成的初始阶段，由于各DNA的性能参差不齐，DHT网络比较动荡，但当网络 相对进入稳态时，由于选举出来的DNA具有相对较好的性能，所以DNA网络也比较稳定可靠。 替代的方法是采用哈希群ID而不是哈希DNA的IP地址，DNA节点数保持相对稳定时，网络 维护的工作量相对很小，因为只是DNA的替换，对于DHT网络来说没有更新。8
权利要求
1. 一种分布式动态自组织网络的管理结构，其特征在于该管理结构由网络管理服务器、分布式网络代理-DNA和被管设备组成，构建基于点对点的DNA管理网络维护和通信机制；DNA是基于自组织的网络监测、管理和控制系统的基本单元，负责在其管理群内管理、监测和收集被管设备与自身节点的管理信息；同时，DNA之间以对等方式建立基于点对点的DNA管理网络，通过基于点对点的DNA管理网络维护和通信机制实现网络管理信息的通信与共享，信息传输采用通用的可扩展标记语言格式；DNA定时向网管服务器发送所需的网络管理信息，或者当网管服务器向DNA发送请求时，该DNA传递相关的管理信息库的统计信息到网管服务器。
2. 根据权利要求1所述的分布式动态自组织网络的管理结构，其特征在于构建基于点对点的DNA管理网络维护和通信机制如下DNA的选取与更替1) 根据统一的效用函数值选择DNA,效用函数由影响因素CPU利用率、可获带宽、可用内存、磁盘空间大小、当前进程数和在线时长组成；2) 根据DNA处理能力、査询总时延、DNA管理功能的计算复杂度以及资源耗费情况，确定每个DNA所能处理的被管节点数和在线DNA的数量；3) 采用备用DNA机制，备用DNA的选择标准与DNA同，备用DNA数量由网络动态确定，选为备用DNA的节点复制备份当前DNA管理信息，在DNA下线或失效时，升级为DNA，实现平滑切换；4) DNA的更替节点登录时根据本身的性能确定网络中的角色，性能较好的节点作为DNA身份加入网络，当现存DNA失效时，若在线DNA数与规定DNA数之差小于某个阀值，备用DNA就升级为DNA;若在线DNA数与规定DNA数之差大于某个阀值且本群的节点数小于所要求的最小节点数阀值，则把该群的节点迁移到其他群；节点注册、登录、加入、退出与维护1) 节点包括一般节点Peer和DNA，初始时都以普通节点的身份向服务器注册，服务器分发网管代理软件，以及加入管理网络的协议和软件，2) 节点登录时，网管服务器根据获得的各节点的性能参数以及历史在线时长，计算并更新效用函数值，并根据其效用值和在线的DNA数量确定节点的身份，3) —般节点选择地理位置近的DNA加入，咖A节点加入对等管理网络，并开启管理功能，行使DNA的职责，4) 一般节点退出只更新存储在其DNA节点中的节点和资源信息，DNA的退出则需执行备用DNA的切换或者属下一般节点向其它DNA迁移，异常失效由定期探测感知，5) 采用结构化的分布式哈希表维护网络的稳定性与一致性。
全文摘要
分布式动态自组织网络的管理结构由网络管理服务器、分布式网络代理-DNA和被管设备组成，构建基于点对点的DNA管理网络维护和通信机制；DNA是基于自组织的网络监测、管理和控制系统的基本单元，负责在其管理群内管理、监测和收集被管设备与自身节点的管理信息；同时，DNA之间以对等方式建立基于点对点的DNA管理网络，基于分布式哈希表进行查询与通信，在数据库级别上共享网络管理信息，信息传输采用通用的可扩展标记语言格式；DNA定时向网管服务器发送所需的网络管理信息，或者当网管服务器向DNA发送请求时，该DNA传递相关的管理信息库的统计信息到网管服务器。
文档编号H04L29/08GK101521596SQ200910026200
公开日2009年9月2日 申请日期2009年4月3日 优先权日2009年4月3日
发明者严军荣, 冯慧斌, 孙雁飞, 张载龙, 张顺颐, 君 李 申请人:南京邮电大学