未來自管理互聯(lián)網的結構和機制

摘要:文章介紹了由歐盟第七框架(FP7)項目EFIPSANS提出的具有自治屬性的未來自管理互聯(lián)網的結構和機制。該結構將網絡的功能分成決策、分發(fā)、發(fā)現(xiàn)及數(shù)據(jù)等4個平面。位于不同平面的決策單元和被管理實體及其他信息收集實體組成協(xié)議層、功能層、節(jié)點層及網絡層等4個層次的控制環(huán)。決策單元及其相關的控制環(huán)和被管理的實體實現(xiàn)了網絡對自身的管理和維護，大大減少用戶和管理員對網絡的干預，從而降低網絡的運營成本，提高終端用戶的體驗。目前歐洲電信標準組織(ETSI)成立了一個新的工業(yè)標準研究組，正在進行自管理互聯(lián)網相關的標準化工作。

關鍵字:未來互聯(lián)網；自管理網絡；自治網絡；通用的自治網絡體系結構

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.

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

目前在互聯(lián)網研究領域人們對未來互聯(lián)網的設計目標、體系結構、實現(xiàn)方法、功能特點等討論得很激烈，不同的專家學者及工程技術人員對未來互聯(lián)網都有著不同的觀點和看法[1-5]，其中歐盟第七框架(FP7)項目EFIPSANS的專家認為自管理是未來互聯(lián)網的主要的特征之一，它在滿足未來用戶需求的同時，實現(xiàn)網絡對自身的管理和維護，從而大大減少用戶和管理人員對網絡的干預；另一方面，自管理網絡在服務的靈活性和網絡的可靠性及可用性方面也大有改進，整個網絡的運營成本能大幅度減少。

EFIPSANS的主要研究目標是探討未來自管理互聯(lián)網的體系結構、行為特征及實現(xiàn)方法。該項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大學、波蘭的華沙技術大學、盧森堡大學等)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)。北京郵電大學是該項目的唯一非歐盟成員。

1 自治計算、自治通信及控制環(huán)

未來自管理互聯(lián)網的技術基礎是自治通信技術，而自治通信所應用的自治技術起源于控制論。控制論的主要目的是在組件、設備等單元運行過程中動態(tài)地對它們進行管理和優(yōu)化�？刂普撃軌蜉^好地描述結構清晰的閉合系統(tǒng)，但是對具有離散、時變或具有不確定信息特點的開放系統(tǒng)的描述卻比較困難。當系統(tǒng)的結構不確定，或是在不斷地變化、被修改時，使用控制論會遇到很大的問題。

自治技術以控制論為基礎，并對它進行了擴展。自治技術能夠在一個開放的環(huán)境中，快速、動態(tài)地集成、使用和優(yōu)化由各種異構系統(tǒng)在沒有集中控制、沒有統(tǒng)一的基礎設施的情況下聯(lián)合起來的各種資源。自治系統(tǒng)一般由一個或多個自治單元組成，每個自治單元能完成一定的功能，并且能夠與其他單元在動態(tài)環(huán)境中進行交互。自治單元由一個自治的管理實體和一個或多個被管理實體組成，管理實體負責控制被管理實體的配置，輸入和輸出，被管理實體則用來實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。

自治系統(tǒng)能夠形成一個反饋控制環(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)的網絡環(huán)境感知數(shù)據(jù)、動態(tài)產生的各種事件報告、高層的業(yè)務應用，甚至用戶的需求等。收集到的信息可以采用不確定推理、博弈論或經濟模型等方法進行分析、推理和決策，這些決策最后由被管理實體加以實施。

通過對通信、網絡及分布式系統(tǒng)所面臨的日益增加的復雜性和動態(tài)性的深入反思，自治通信研究的目標是使網絡及相關的設備、業(yè)務可以工作在完全沒有人力監(jiān)管的狀態(tài)下，實現(xiàn)自配置、自檢測、自調節(jié)、自愈等自屬性。通過采用自治通信技術，網絡可以根據(jù)每個用戶的需求及其變化來動態(tài)地調節(jié)網絡的行為，從而提高網絡的性能和資源利用率，并大大減少網絡的維護運營費用。

目前國際上已開展了一些自治通信領域的研究工作，如FOCALE[7-8]、ANA、CONMan[9]等，但這些工作都沒有給出通用的自治網絡體系結構。EFIPSANS項目正是以自治通信理論為基礎，借鑒了該領域已有的研究成果，提出了新的結構和實現(xiàn)機制。

2 自管理網絡結構和機制

EFIPSANS項目對未來自管理網絡的解釋是[10]：網絡管理的基本功能[11]，如配置管理、性能管理、故障管理、安全管理和計費管理等，和基本的網絡功能，如路由、轉發(fā)、監(jiān)測、監(jiān)管等，都能自動地交互信息而參與到控制環(huán)中，這樣無需外界的干預，網絡就能夠自己運行和維護，形成自管理的網絡。

該定義的提出是基于這樣的兩種假設[12]：

一些網絡的功能平面需要重新構造甚至融合。

在不同層次的節(jié)點/設備上以及在網絡的功能描述方面，自管理網絡的實現(xiàn)需要新的概念、新的功能實體以及相應的框架性設計原則。

2.1 通用的自治網絡體系結構

GANA結構如圖2所示，總的來說，GANA是由不同的功能平面組成，每個平面包含不同層次的功能實體組成的一個立體的結構。從功能上來看，GANA借用了4D[13]結構中4個功能平面的概念，將網絡劃分為4個平面，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)自治網絡的特點和需求對每個平面的功能、結構及它們之間的相互關系進行了具體的定義和描述。