未來自管理互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和機(jī)制

摘要:文章介紹了由歐盟第七框架(FP7)項(xiàng)目EFIPSANS提出的具有自治屬性的未來自管理互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和機(jī)制。該結(jié)構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)的功能分成決策、分發(fā)、發(fā)現(xiàn)及數(shù)據(jù)等4個(gè)平面。位于不同平面的決策單元和被管理實(shí)體及其他信息收集實(shí)體組成協(xié)議層、功能層、節(jié)點(diǎn)層及網(wǎng)絡(luò)層等4個(gè)層次的控制環(huán)。決策單元及其相關(guān)的控制環(huán)和被管理的實(shí)體實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)對(duì)自身的管理和維護(hù)，大大減少用戶和管理員對(duì)網(wǎng)絡(luò)的干預(yù)，從而降低網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營成本，提高終端用戶的體驗(yàn)。目前歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織(ETSI)成立了一個(gè)新的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)研究組，正在進(jìn)行自管理互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

關(guān)鍵字:未來互聯(lián)網(wǎng)；自管理網(wǎng)絡(luò)；自治網(wǎng)絡(luò)；通用的自治網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

英文摘要:This paper introduces the architecture and mechanism of future self-managing Internet. The architecture was proposed by the EU FP7 EFIPSANS project. It classifies network functions into four planes: decision, dissemination, discovery and data. Furthermore, four hierarchical controls are formed by the decision elements and managed entities in different functional planes. Decision elements and the corresponding control loops, as well as the managed entities, realize the function of self management and maintenance of the network. This decreases the need for intervention by end-users and network administrators, reduces the OPEX and improves the end-user experience. Currently, a newly founded ISG in ETSI AFI is devoting time to the development and standardization of the architecture.

英文關(guān)鍵字:future Internet; self-management network; autonomous network; GANA
 
    基金項(xiàng)目：歐盟第七框架項(xiàng)目EFIPSANS(INFSO-ICT-215549)；國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃 (“973”計(jì)劃) 課題(2009CB320504)；國家自然科學(xué)基金資助(60672086)課題、中瑞NGN戰(zhàn)略合作計(jì)劃(2008DFA12110)

目前在互聯(lián)網(wǎng)研究領(lǐng)域人們對(duì)未來互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)、體系結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)方法、功能特點(diǎn)等討論得很激烈，不同的專家學(xué)者及工程技術(shù)人員對(duì)未來互聯(lián)網(wǎng)都有著不同的觀點(diǎn)和看法[1-5]，其中歐盟第七框架(FP7)項(xiàng)目EFIPSANS的專家認(rèn)為自管理是未來互聯(lián)網(wǎng)的主要的特征之一，它在滿足未來用戶需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)對(duì)自身的管理和維護(hù)，從而大大減少用戶和管理人員對(duì)網(wǎng)絡(luò)的干預(yù)；另一方面，自管理網(wǎng)絡(luò)在服務(wù)的靈活性和網(wǎng)絡(luò)的可靠性及可用性方面也大有改進(jìn)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營成本能大幅度減少。

EFIPSANS的主要研究目標(biāo)是探討未來自管理互聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)、行為特征及實(shí)現(xiàn)方法。該項(xiàng)目的參加單位包括研究院所(如德國的Fraunhofer FOKUS、愛爾蘭的TSSG)、高等院校(如希臘的雅典國家技術(shù)大學(xué)、波蘭的華沙技術(shù)大學(xué)、盧森堡大學(xué)等)和歐洲著名的電信企業(yè)(如瑞典的Ericsson、法國的Alcatel-Lucent及西班牙的Telefonica等)。北京郵電大學(xué)是該項(xiàng)目的唯一非歐盟成員。

1 自治計(jì)算、自治通信及控制環(huán)

未來自管理互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)基礎(chǔ)是自治通信技術(shù)，而自治通信所應(yīng)用的自治技術(shù)起源于控制論�？刂普摰闹饕�目的是在組件、設(shè)備等單元運(yùn)行過程中動(dòng)態(tài)地對(duì)它們進(jìn)行管理和優(yōu)化。控制論能夠較好地描述結(jié)構(gòu)清晰的閉合系統(tǒng)，但是對(duì)具有離散、時(shí)變或具有不確定信息特點(diǎn)的開放系統(tǒng)的描述卻比較困難。當(dāng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不確定，或是在不斷地變化、被修改時(shí)，使用控制論會(huì)遇到很大的問題。

自治技術(shù)以控制論為基礎(chǔ)，并對(duì)它進(jìn)行了擴(kuò)展。自治技術(shù)能夠在一個(gè)開放的環(huán)境中，快速、動(dòng)態(tài)地集成、使用和優(yōu)化由各種異構(gòu)系統(tǒng)在沒有集中控制、沒有統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施的情況下聯(lián)合起來的各種資源。自治系統(tǒng)一般由一個(gè)或多個(gè)自治單元組成，每個(gè)自治單元能完成一定的功能，并且能夠與其他單元在動(dòng)態(tài)環(huán)境中進(jìn)行交互。自治單元由一個(gè)自治的管理實(shí)體和一個(gè)或多個(gè)被管理實(shí)體組成，管理實(shí)體負(fù)責(zé)控制被管理實(shí)體的配置，輸入和輸出，被管理實(shí)體則用來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。

自治系統(tǒng)能夠形成一個(gè)反饋控制環(huán)[6]，如圖1所示。系統(tǒng)能夠通過不同的渠道收集各種信息，如傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境感知數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)產(chǎn)生的各種事件報(bào)告、高層的業(yè)務(wù)應(yīng)用，甚至用戶的需求等。收集到的信息可以采用不確定推理、博弈論或經(jīng)濟(jì)模型等方法進(jìn)行分析、推理和決策，這些決策最后由被管理實(shí)體加以實(shí)施。

通過對(duì)通信、網(wǎng)絡(luò)及分布式系統(tǒng)所面臨的日益增加的復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性的深入反思，自治通信研究的目標(biāo)是使網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)的設(shè)備、業(yè)務(wù)可以工作在完全沒有人力監(jiān)管的狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)自配置、自檢測(cè)、自調(diào)節(jié)、自愈等自屬性。通過采用自治通信技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)每個(gè)用戶的需求及其變化來動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的行為，從而提高網(wǎng)絡(luò)的性能和資源利用率，并大大減少網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)運(yùn)營費(fèi)用。

目前國際上已開展了一些自治通信領(lǐng)域的研究工作，如FOCALE[7-8]、ANA、CONMan[9]等，但這些工作都沒有給出通用的自治網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。EFIPSANS項(xiàng)目正是以自治通信理論為基礎(chǔ)，借鑒了該領(lǐng)域已有的研究成果，提出了新的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)機(jī)制。

2 自管理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和機(jī)制

EFIPSANS項(xiàng)目對(duì)未來自管理網(wǎng)絡(luò)的解釋是[10]：網(wǎng)絡(luò)管理的基本功能[11]，如配置管理、性能管理、故障管理、安全管理和計(jì)費(fèi)管理等，和基本的網(wǎng)絡(luò)功能，如路由、轉(zhuǎn)發(fā)、監(jiān)測(cè)、監(jiān)管等，都能自動(dòng)地交互信息而參與到控制環(huán)中，這樣無需外界的干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)就能夠自己運(yùn)行和維護(hù)，形成自管理的網(wǎng)絡(luò)。

該定義的提出是基于這樣的兩種假設(shè)[12]：

一些網(wǎng)絡(luò)的功能平面需要重新構(gòu)造甚至融合。

在不同層次的節(jié)點(diǎn)/設(shè)備上以及在網(wǎng)絡(luò)的功能描述方面，自管理網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)需要新的概念、新的功能實(shí)體以及相應(yīng)的框架性設(shè)計(jì)原則。

2.1 通用的自治網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

GANA結(jié)構(gòu)如圖2所示，總的來說，GANA是由不同的功能平面組成，每個(gè)平面包含不同層次的功能實(shí)體組成的一個(gè)立體的結(jié)構(gòu)。從功能上來看，GANA借用了4D[13]結(jié)構(gòu)中4個(gè)功能平面的概念，將網(wǎng)絡(luò)劃分為4個(gè)平面，即決策平面、分發(fā)平面、發(fā)現(xiàn)平面和數(shù)據(jù)平面。但GANA根據(jù)自治網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和需求對(duì)每個(gè)平面的功能、結(jié)構(gòu)及它們之間的相互關(guān)系進(jìn)行了具體的定義和描述。