摘? 要:?主要針對(duì)基于主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的面向業(yè)務(wù)網(wǎng)管系統(tǒng)的具體通信需要，分析了應(yīng)該具備的通信功能，設(shè)計(jì)了執(zhí)行環(huán)境，提出了一種分布式的主動(dòng)代碼存儲(chǔ)機(jī)制，構(gòu)建了業(yè)務(wù)層和網(wǎng)絡(luò)層的通信有限自動(dòng)機(jī)，提出了符合業(yè)務(wù)管理和主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)的通信模型。該通信模型在網(wǎng)管原型系統(tǒng)中得到了運(yùn)用，從運(yùn)用結(jié)果看它能夠較好地進(jìn)行主動(dòng)代碼的動(dòng)態(tài)加載，能夠提供基礎(chǔ)的通信服務(wù)。
關(guān)鍵詞: 通信模型; 主動(dòng)網(wǎng)絡(luò); 網(wǎng)絡(luò)管理; 面向業(yè)務(wù)
?
通信在網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中占據(jù)著重要的地位，是網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)必不可少的支撐功能之一。在網(wǎng)管系統(tǒng)中，管理中心需要下發(fā)各種管理命令，采集各種網(wǎng)管數(shù)據(jù)，這些都需要通過(guò)頻繁的通信來(lái)完成，而且通常需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量比較大，如果沒(méi)有有效的通信模型的支撐，可能會(huì)造成網(wǎng)管系統(tǒng)的通信瓶頸。因此，通信模型直接影響著網(wǎng)管系統(tǒng)的性能。
本項(xiàng)目組在多年從事網(wǎng)絡(luò)管理和主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[1,2]研究的基礎(chǔ)上，借鑒主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)管理的先進(jìn)思想，提出了一種基于主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的面向業(yè)務(wù)的管理模型，并實(shí)現(xiàn)了原型系統(tǒng)。在該原型系統(tǒng)中，根據(jù)面向業(yè)務(wù)網(wǎng)管系統(tǒng)的需要和主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點(diǎn)，創(chuàng)新性地提出了一種符合需求的通信模型。
在通信方面，面向業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)[3]與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)具有共同之處。例如，處于業(yè)務(wù)層的網(wǎng)管中心與網(wǎng)絡(luò)層的管理者之間需要通信以下達(dá)各種管理命令或者反饋管理數(shù)據(jù)，管理者mgr與下層的代理agent之間也需要通信以便采集各種管理數(shù)據(jù)。但是，在基于主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的面向業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中，由于業(yè)務(wù)管理的特殊性，需要利用主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采用主動(dòng)代碼實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)的管理。因此，在通信方面，與其他的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)又有不同之處，如由于采用了主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，就必須為主動(dòng)代碼的加載提供通信支持。為此，提出了一種滿足上述要求的通信模型。本文將介紹這種符合業(yè)務(wù)管理和主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)的通信模型，闡述主動(dòng)代碼的動(dòng)態(tài)加載機(jī)制以及基于有限自動(dòng)機(jī)的通信機(jī)制。
1 面向業(yè)務(wù)網(wǎng)管的通信模型
一般網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中的通信服務(wù)主要包含以下內(nèi)容[4]：網(wǎng)絡(luò)管理命令的傳送和接收、對(duì)管理命令的應(yīng)答、傳送各種通知或告警Trap信息。與傳統(tǒng)的面向設(shè)備網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)不同，面向業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)管理以網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)為被管對(duì)象，也就是說(shuō)在面向業(yè)務(wù)的網(wǎng)管系統(tǒng)中，通信的內(nèi)容不僅有傳統(tǒng)的設(shè)備對(duì)象數(shù)據(jù)，而且有業(yè)務(wù)管理層需要的業(yè)務(wù)對(duì)象數(shù)據(jù)。而在基于主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的面向業(yè)務(wù)網(wǎng)管系統(tǒng)中還應(yīng)包含支持主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面的通信內(nèi)容，如主動(dòng)代碼的加載與傳輸。因此，根據(jù)基于主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的網(wǎng)管系統(tǒng)的需要，通信模塊應(yīng)該提供以下幾種通信服務(wù)：(1)發(fā)送和接收主動(dòng)信包；(2)發(fā)送和接收應(yīng)答信包；(3)發(fā)送和接收通知或告警信包；(4)發(fā)起主動(dòng)代碼加載請(qǐng)求；(5)提供主動(dòng)代碼加載服務(wù)。為了滿足這些通信服務(wù)的需求，提出了一種基于主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的面向業(yè)務(wù)網(wǎng)管的通信模型，如圖1所示。
?
從圖1可以看到，主動(dòng)節(jié)點(diǎn)ANN（Active Network Node）位于業(yè)務(wù)層和網(wǎng)絡(luò)層，業(yè)務(wù)層的管理進(jìn)程和網(wǎng)絡(luò)層的主動(dòng)管理者mgr均運(yùn)行在主動(dòng)節(jié)點(diǎn)上。管理進(jìn)程根據(jù)管理功能的需要，通過(guò)發(fā)送主動(dòng)信包AP（Active Packets）的形式發(fā)送管理命令（主動(dòng)信包中包含有管理功能命令和相應(yīng)的完成管理命令的主動(dòng)代碼的指針以及相關(guān)的參數(shù)），主動(dòng)管理者收到主動(dòng)信包后，解析主動(dòng)信包AP，利用主動(dòng)代碼動(dòng)態(tài)加載機(jī)制（詳見(jiàn)第2節(jié)）動(dòng)態(tài)加載主動(dòng)代碼AC（Active Code），并執(zhí)行主動(dòng)代碼，采集相關(guān)的業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)。由于與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)相同，主動(dòng)管理者mgr與代理agent之間的通信仍然通過(guò)傳統(tǒng)的網(wǎng)管協(xié)議（如SNMP或CMIP等）完成。因此，mgr與agent之間的通信在本文中不再贅述。
2 主動(dòng)代碼分發(fā)機(jī)制
業(yè)務(wù)管理功能通過(guò)主動(dòng)代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，如何將主動(dòng)代碼有效、準(zhǔn)確地分發(fā)到相關(guān)的主動(dòng)節(jié)點(diǎn)上以完成需求的管理功能是首先需要解決的問(wèn)題。同時(shí)，根據(jù)主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，主動(dòng)信包的解析和主動(dòng)代碼的執(zhí)行是在執(zhí)行環(huán)境EE（Execution Environment）部件中完成的，因此要解決主動(dòng)代碼的分發(fā)和執(zhí)行，需要研究和設(shè)計(jì)EE。
2.1 執(zhí)行環(huán)境EE的設(shè)計(jì)
執(zhí)行環(huán)境EE在主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)核心的地位，為主動(dòng)信包的解析和主動(dòng)代碼的執(zhí)行提供必要的服務(wù)。在目前的主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)技術(shù)中，通常采用Java虛擬機(jī)JVM（Java Virtual Machine）機(jī)制[5]。這是由于采用JVM作為執(zhí)行環(huán)境的核心部件，主動(dòng)代碼就可以采用Java語(yǔ)言編寫(xiě)，便于管理功能的實(shí)現(xiàn)以及主動(dòng)代碼的加載。但是僅有JVM是不夠的，EE必須能夠管理本機(jī)的各種資源、收發(fā)和識(shí)別主動(dòng)信包、管理本地存儲(chǔ)的主動(dòng)代碼、加載和啟動(dòng)主動(dòng)代碼。這些都是一個(gè)完備的EE所必須的功能。為了完成上述功能，在每個(gè)主動(dòng)節(jié)點(diǎn)上安裝JVM，并使用Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了執(zhí)行環(huán)境的各個(gè)部件。EE的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
?
從圖2可以看出，執(zhí)行環(huán)境由三部分組成：Java虛擬機(jī)、通信模塊和類編譯加載器。
Java虛擬機(jī)：所有的部件（包括通信模塊、類編譯加載器以及主動(dòng)代碼）都是由Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的，所以它們的運(yùn)行都離不開(kāi)JVM提供的接口和服務(wù)。
通信模塊：通信模塊不僅僅提供通信的接口和服務(wù)，還負(fù)責(zé)進(jìn)行管理命令的偵聽(tīng)?？梢哉f(shuō)，位于通信模塊中的命令偵聽(tīng)服務(wù)是整個(gè)管理應(yīng)用運(yùn)行的起點(diǎn)。
類編譯加載器：負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對(duì)類加載，有需要時(shí)也可以對(duì)沒(méi)有編譯過(guò)的Java文件進(jìn)行處理，編譯成類文件，以便在JVM上加載和執(zhí)行。
2.2 分布式主動(dòng)代碼存儲(chǔ)機(jī)制
在目前的研究中，主動(dòng)代碼的分發(fā)主要有兩種方式：封裝和可編程交換[6]。基于封裝的傳輸方式是：將代碼和數(shù)據(jù)封裝在一起，形成主動(dòng)信包進(jìn)行傳輸；而基于可編程交換的傳輸方式是：將代碼和數(shù)據(jù)分離，用戶預(yù)先將主動(dòng)代碼傳送到目的主動(dòng)節(jié)點(diǎn)并存儲(chǔ)，在主動(dòng)信包中只需包含相應(yīng)主動(dòng)代碼的指針及必要的參數(shù)。這兩種方法完全對(duì)立，各有優(yōu)缺點(diǎn)。封裝給分組交換網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了全新的方案，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。因?yàn)?，主?dòng)節(jié)點(diǎn)ANN計(jì)算處理每個(gè)流經(jīng)它的信包，并能夠根據(jù)計(jì)算結(jié)果決定對(duì)信包的下一步處理工作，這對(duì)于網(wǎng)絡(luò)診斷、主動(dòng)可靠多播等應(yīng)用十分有利。但是，一方面，由于對(duì)主動(dòng)信包的解釋目前都是采用虛擬機(jī)機(jī)制,為了保證安全，虛擬機(jī)機(jī)制必須限制封裝主動(dòng)代碼AC的訪問(wèn)地址空間，即主動(dòng)信包中代碼的長(zhǎng)度受到一定的限制，如Smart Packets[7]中代碼的長(zhǎng)度不能超過(guò)1KB，從而也限制了封裝中AC的功能。另一方面，由于AC封裝在主動(dòng)信包中，使用相同AC的主動(dòng)信包也就包含了相同的AC，即相同的AC在網(wǎng)絡(luò)中重復(fù)傳遞，從而增加了網(wǎng)絡(luò)上的信息流量。而可編程交換不存在這些缺點(diǎn)，由于代碼與數(shù)據(jù)相分離，代碼的長(zhǎng)度不受信包長(zhǎng)度的限制；使用相同AC的主動(dòng)信包只需要包含相同的指針即可；代碼的安全性可通過(guò)安全責(zé)任者（發(fā)送AC的管理者）的身份加以保證。但可編程交換也存在一些缺點(diǎn)，例如，由于主動(dòng)信包的可流動(dòng)和可再生特性，使得有的目的ANN預(yù)先無(wú)法確定；信包在中間節(jié)點(diǎn)只能被動(dòng)地轉(zhuǎn)發(fā)，靈活性不如封裝。
為了提高主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行性能，將可編程交換和封裝兩種技術(shù)相結(jié)合，研究了一種分布式的主動(dòng)代碼存儲(chǔ)（DCCAN：Distributed Code Caching for Active Network）機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)代碼AC的分發(fā)。DCCAN的基本思想是：網(wǎng)絡(luò)上傳遞的主動(dòng)信包AP中不再包含完整的主動(dòng)代碼AC，而只需包含相應(yīng)主動(dòng)代碼的指針及狀態(tài)參數(shù)、數(shù)據(jù)等信息。將各種主動(dòng)代碼分布式地存放在專門(mén)的主動(dòng)代碼服務(wù)器ACS（Active Code Server）或駐留在主動(dòng)節(jié)點(diǎn)ANN中，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。
?
?
在圖3中，ACS提供一個(gè)代碼數(shù)據(jù)庫(kù)，用于專門(mén)存放所有的AC，終端系統(tǒng)是指能夠產(chǎn)生和發(fā)送主動(dòng)信包的終端節(jié)點(diǎn)。當(dāng)ANN接收到某個(gè)主動(dòng)信包AP后，執(zhí)行環(huán)境EE將AP進(jìn)行解析，先檢測(cè)指針?biāo)甘镜腁C在本地代碼數(shù)據(jù)庫(kù)LCD（Local Code Database）中是否存在，若存在，就立即調(diào)用；否則請(qǐng)求從ACS中臨時(shí)動(dòng)態(tài)加載并執(zhí)行，同時(shí)將該AC存儲(chǔ)在LCD中，以便后來(lái)到達(dá)的相同信包可以直接啟動(dòng)使用?？梢?jiàn)，需要使用相同的AC不必再?gòu)腁CS加載而可以直接從LCD中調(diào)用，即相同的AC在網(wǎng)絡(luò)上只需傳輸一次，從而大大地降低了網(wǎng)絡(luò)傳輸量，提高了網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率。
3 業(yè)務(wù)層與網(wǎng)絡(luò)層間的通信機(jī)制
圖1中，主動(dòng)節(jié)點(diǎn)ANN1與ANN2之間基于UDP協(xié)議通信(為了信息傳輸?shù)目煽啃?增加了對(duì)信息接收的確認(rèn))，通過(guò)ANN1與ANN2之間的交互就能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)層與網(wǎng)元層的通信。首先，考慮當(dāng)AP流經(jīng)ANN時(shí)，由ANN1和ANN2對(duì)AP進(jìn)行解析、執(zhí)行，這樣ANN1和ANN2就會(huì)由于AP的輸入輸出而發(fā)生節(jié)點(diǎn)狀態(tài)改變；其次，如果把ANN1和ANN2分別看作Client和Server兩端的自動(dòng)機(jī)，則ANN1和ANN2這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的改變就體現(xiàn)出兩個(gè)自動(dòng)機(jī)之間的信息交互關(guān)系。因此，根據(jù)圖1，可以構(gòu)造ANN1與ANN2之間基于UDP協(xié)議的通信模型有限自動(dòng)機(jī)UDP_ M。
(1) 定義有限自動(dòng)機(jī)UDP_ M
定義：UDP_ M是一個(gè)七元組：UDP_M=(Q,∑i,∑o,δ,q0,F,C)，其中，
Q：通信狀態(tài)的非空有限集合。
∑i：有限的輸入字母表，Client_ANN1的輸入字母表是指從Client端下達(dá)的主動(dòng)代碼和Server端上傳的數(shù)據(jù)包；Server_ANN2的輸入字母表是指所接收的主動(dòng)代碼和網(wǎng)絡(luò)管理者M(jìn)gr.采集的網(wǎng)元數(shù)據(jù)。
∑o：有限的輸出字母表，Client_ANN1的輸出字母表是指給Client端上傳的數(shù)據(jù)包和給Server端下達(dá)的主動(dòng)代碼；Server_ANN2的輸出字母表是指給Client_ANN1上傳的數(shù)據(jù)包和給Client_ANN1下達(dá)指令代碼執(zhí)行的輸出。
δ：狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)，δ：Q×∑i×∑o→Q。
q0：UDP_ M的開(kāi)始狀態(tài)，且q0∈Q。
F：UDP_ M的終止?fàn)顟B(tài)集合，且F
Q。
C：限定條件集合。在ANN1和ANN2之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，應(yīng)當(dāng)設(shè)置關(guān)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶傩?，即Free（閑置時(shí)間）、TimeOut（超時(shí)）、TTL（生存周期）或Delay（延遲）等。
(2)構(gòu)造有限自動(dòng)機(jī)Server_ANN2_UDP_ M
定義：有限自動(dòng)機(jī)Server_ANN2_UDP_ M=(Q,∑i,∑o ,δ,q0,F,C)，其中，
Q={Free, Send, Get_Confirm, Confirm}。
∑i={Yes_Confirm,Server_Request,TimeOut,No_Confirm}。
∑o={ANN2_network element datagram,Confirm_To_Client}。
δ定義：若Server_ANN2處于閑置狀態(tài)，則準(zhǔn)備向Client_ANN1發(fā)送網(wǎng)元數(shù)據(jù)，描述為：
δ(Free, Server_Request,Φ)=Send
Server_ANN2向ANN1發(fā)送網(wǎng)元數(shù)據(jù)后，等待獲取確認(rèn)，
描述為：
δ(Send,Φ,ANN2_network element datagram)=Get_Confirm
當(dāng)通信網(wǎng)絡(luò)不可靠時(shí)，UDP數(shù)據(jù)報(bào)不能傳輸，通信自動(dòng)機(jī)根據(jù)重傳次數(shù)RF(Retransmission Frequency)的閾值，決定下一步的狀態(tài)轉(zhuǎn)移，描述為：
??????? ?If RF
Else
δ（Get_Confirm, TimeOut, Φ）= Free
End if
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)可靠時(shí)，UDP數(shù)據(jù)報(bào)傳輸正常，自動(dòng)機(jī)進(jìn)行無(wú)條件狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在Confirm狀態(tài)下，通信自動(dòng)機(jī)發(fā)生有條件的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，描述為：
??δ（Get_Confirm, Φ, Φ）= Confirm
在超時(shí)條件下，通信自動(dòng)機(jī)則根據(jù)RF的閾值來(lái)發(fā)生兩種異常狀態(tài)轉(zhuǎn)換，描述為：
???? If C_UDP_TimeOut and RF>= C_UDP_RF Then
?? ?δ（Confirm, No_Confirm, Φ）= Free
?? Else if C_UDP_TimeOut and RF< C_UDP_RF Then
???????????? δ（Confirm, No_Confirm, Φ）= Confirm
??? End if
q0 = {Free}。
F = {Free}。
C = {RF
??? (3) 構(gòu)造有限自動(dòng)機(jī)Client_ANN1_UDP_M
??? 對(duì)于有限自動(dòng)機(jī)Client_ANN1_UDP_M=（Q,∑i,∑o,δ, q0,F,C），同理按照有限自動(dòng)機(jī)Server_ANN2_UDP_M可以進(jìn)行構(gòu)造。
??? 通信模型在網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中占據(jù)重要的地位，是網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)必不可少的支撐功能之一，通信模型直接影響著網(wǎng)管系統(tǒng)的性能。在基于主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的面向業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中，基于業(yè)務(wù)管理的特殊性，利用主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采用主動(dòng)代碼實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)的管理。因此，從通信角度看，一方面由于通信的內(nèi)容不僅包含了傳統(tǒng)的設(shè)備對(duì)象數(shù)據(jù)，同時(shí)也包含了業(yè)務(wù)對(duì)象數(shù)據(jù);另一方面，由于主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點(diǎn)，還需要充分考慮主動(dòng)代碼的通信。為此，本文提出了一種符合業(yè)務(wù)管理和主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)的通信模型。該模型在筆者開(kāi)發(fā)的原型系統(tǒng)中得到了運(yùn)用，從運(yùn)用結(jié)果看，該通信模型能夠較好地進(jìn)行主動(dòng)代碼的動(dòng)態(tài)加載，能夠提供給出的通信服務(wù)。同時(shí)由于該通信模型也有與網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)無(wú)關(guān)的主動(dòng)代碼加載以及主動(dòng)信包的傳輸功能，可以應(yīng)用于其他基于主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的通用通信設(shè)施，提供基礎(chǔ)的通信服務(wù)。
參考文獻(xiàn)
[1] ?CALVERT K L.Directions in active network[J].IEEE Comm.Mag.,1998,36(10)：72-78.
[2] ?DAVID L T,JONATHAN M S. A survey of active network?research[J]. IEEE Comm. Mag., 1997,35(1)：80-86.
[3] ?郭健，吳偉明，張愛(ài)霞. 面向業(yè)務(wù)的NGN綜合網(wǎng)管系統(tǒng)的研究[J].數(shù)據(jù)通信，2005(3):9-12.
[4] ?王立, 李增智, 閆焱,等. 業(yè)務(wù)管理網(wǎng)結(jié)構(gòu)和概念模型的研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 西安交通大學(xué)學(xué)報(bào), 2003,37(8):878-880.
[5] ?DATTATRI S. An architecture for management of active
?network[D]. A paper for Degree of Master, University of
?TEXAS at Arlington, 1998.
[6] ?何丹,謝立. 一種新型的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)——主動(dòng)網(wǎng)絡(luò).
?計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展, 1999,36(1):1-7.
[7] ?SCHWART B. Smart packets for active network. BBN
?Technologies draft, http://www.nettech.bbn.com/smtpkts/
?smart.ps.gz, 1998.