CN101567814B - 基于SNMP和随机Petri网的自动化网络管理方法 - Google Patents

Abstract

一种基于SNMP和随机Petri网的自动化网络管理方法，属于网络自动化管理技术领域，其特征包括：通过SNMP轮询自动发现被管网络的所有设备和连接关系，并存储拓扑信息到数据库；通过SNMP动态实时监控采集网络中设备和链路的信息，发现紧急状况时发送告警信息；前台系统将数据分析结果以图形化或报表方式呈现给网管人员；后台程序根据数据库中的信息，自动地生成网络的随机Petri网模型并设置输入参数；后台程序自动求解随机Petri网模型，并转换成网络性能指标，同时可以自动生成决策，或者辅助网管人员生成更为准确的决策。本发明自动发现并创建反映被管网络的拓扑，并进行实时监控和信息采集；实时自动建模分析；实时产生决策来调整设备配置提升整个被管网络的性能。

Description

基于SNMP和随机Petri网的自动化网络管理方法 

技术领域

本发明属于互联网中的网络管理和控制领域，具体涉及一种基于简单网络管理协议(SNMP)的网络采集监控，自动化分析和决策生成等自动化网络管理方法及系统。 

背景技术

计算机网络作为信息社会的基础设施已经渗透到了社会生产生活的方方面面，人们对于互联网的依赖程度也与日俱增。但是与此同时，网络规模的扩大、网络设备的种类增多以及各种网络应用的拓展使得网络管理的复杂度也越来越大。因此，如何对网络进行管理，尤其是对数据进行实时采集、分析处理，从而找出网络中某些潜在的问题并及时解决或者优化网络运行性能，是各种规模不同、配置各异的网络的管理者们面临的共同的问题。 

简单网络管理协议(SNMP)是一个管理者和代理之间通信的标准，提供了一种访问由任何厂商生产的任何网络设备，并获得一系列标准值的一致性方式。SNMP是由互联网工程任务组IETF开发的，是一系列网络管理规范的集合，包括协议本身、数据结构定义和相关概念。SNMP目前主要考虑的是TCP/IP协议集，采用管理进程/代理进程的模型，传输层基于UDP。由于SNMP具有简单、灵活、扩展性好、开销小、易于实现等优点，很快得以普及，并已成为事实上的工业标准。目前流行的绝大多数网络管理系统和平台都是基于SNMP的。 

现有的基于SNMP的网络管理系统一般是以SNMP作为管理站和被管理设备通信的手段完成对被管设备的信息的采集。数据采集的结果以图形或报表的 方式呈现给网管人员，而对网络性能故障等分析需要网管人员参与分析计算，或者人工做出判断，然后再由网管人员手工配置网络对网络做出调整。现有基于SNMP的网管系统的对网络的管理和控制需要网管人员的过多参与，自动化程度不足，而且网络管理的实时性和有效性同时也受到影响，因为网管人员根据采集的数据分析做出的决策后，网络状况可能与当时采集时刻的状况有很大不同。因此缺乏一种实时采集，自动化分析，实时生成决策的自动化的网络管理系统和方法。 

随机Petri网是对信息处理系统进行描述和建模的数学工具之一。随机Petri网的主要特性包括：并行性、不确定性、异步以及对分布式系统的描述能力和分析能力，是一种图形化的建模描述工具。随机Petri网具有很强的模型分析能力，可以应用到复杂系统如网络等的建模和评价当中。 

发明内容

本发明提出一种基于SNMP和随机Petri网的自动化的网络管理方法。可以自动发现并创建反映被管网络的拓扑，对网络设备的状态进行实时监控和信息采集；根据采集信息进行实时自动化的分析计算；实时产生决策来调整设备配置提升整个被管理网络的性能。 

基于SNMP和随机Petri网的自动化网络管理方法，其特征在于，所述方法依次含有以下步骤： 

步骤(1)，构建一个基于SNMP和随机Petri网的自动化网络管理系统，包括：分布式信息采集机C1，C2，…，Cn，n为信息采集机的数量；数据库服务器DB；Web服务器WS和浏览器BS；以及处理分析服务器PS，其中： 

分布式信息采集机C1，C2，…，Cn通过SNMP协议采集被管理网络中的设备和链路信息，其中包括：设备的状态信息、链路的动态连接信息以及被管网络中设备的动态连接关系； 

数据库DB用于存储数据，同时也是组成基于SNMP和Petri网的自动化管理中各构件之间的接口； 

处理分析服务器PS，负责数据分析和所建的随机Petri网的模型的建立和分析，与数据库DB互连； 

Web服务器WS和浏览器BS分别与数据库DB和用户交互，向作为网络管理人员的用户提供入机交互界面； 

步骤(2)，按以下步骤进行基于SNMP和随机Petri网的自动化网络管理： 

步骤(2.1)，所述分布式信息采集机按以下步骤通过SNMP采集所有被管理网络设备的信息： 

步骤(2.1.1)，根据预设的被管理网络的IP地址采集被管理设备的通用信息，其中包括：设备类型、平台信息和接口信息； 

步骤(2.1.2)，根据(2.1.1)得到的设备类型采集每类设备的特有信息，其中至少包括：路由类设备的路由表信息，服务器类设备的访问日志信息，以及终端主机类设备的信息；并通过轮询所有设备获取路由连接信息，并存入数据库DB中； 

步骤(2.1.3)，判断各类设备是否有紧急情况发生，其中至少包括设备故障、链路故障以及大量丢包故障，若有紧急情况发生则产生告警信息；告警信息传递给Web服务器WS，经处理后通过浏览器BS呈现给网管人员处理，若无紧急情况发生，则把采集到的数据信息经格式转换后存储到数据库DB的相应数 据表中； 

步骤(2.2)，所述处理分析服务器PS按以下步骤基于随机Petri网模型进行数据分析处理： 

步骤(2.2.1)，从所述数据库DB读取之前获得的网络拓扑连接关系建立网络的Petri网模型； 

步骤(2.2.2)，从所述数据库DB中读取之前采集的设备信息，转换成相应输入参数填入步骤(2.2.1)中所述的Petri网的模型中，其中至少包括变迁实施速率(在随机Petri网中，所谓变迁实施速率是指该变迁，从具备触发条件到真正发生所用的时间的倒数，通常反映处理能力)； 

步骤(2.2.3)，生成被管网络的随机Petri网模型的描述文件作为中间结果，输入到所述处理分析服务器PS中的Petri网求解模块，通过求解或仿真得到至少包括各个状态稳态概率(稳态概率指稳态下随机Petri网模型处于某个状态的概率)在内的求解结果； 

步骤(2.2.4)，根据步骤(2.2.3)中得到的模型求解结果，用设定的转换方法得到设定的所述被管网络的性能指标； 

步骤(2.2.5)，依据步骤(2.2.4)得到的性能指标按设定的决策生成方法自动生成网管决策以优化网络性能；另一方面，通过Web服务器WS和浏览器BS将被管网络的性能指标反映给操作人员，为操作人员提供人工生成一些干预决策的接口；通过所述数据库DB接口以设定的格式将网管决策存入到所述数据库DB中。 

与现有的网络管理方法相比，本发明所述的技术方法，首先能够通过SNMP 协议实时采集，通过后台随机Petri网模型实时分析计算，能够更直接反应当前网络状况，实时性更好；其次自动的建模和求解分析可以大大减少网管人员的工作量，自动化程度更高；同时通过Web接口使得网管人员能够直观地、简便地了解对网络管理的现状，在必要的时候施以人为干涉。 

本发明还提供一种基于上述技术建立的基于SNMP和随机Petri网的自动化网络管理系统，该系统主要包括：信息采集机，主要用于通过SNMP协议对被管理设备的信息以及链路信息进行采集；数据库服务器，完成信息格式转换和存储实时监控信息；Web服务器和浏览器，提供网络管理人员与管理系统交互的图形界面；处理分析服务器，通过数据库内存储的实时监控信息建立网络随机Petri网模型，并且求解计算出网络性能参数，自动生成网络配置决策等。 

采用上述技术方法构建的基于SNMP和随机Petri网的自动化网络管理系统的一个例子如图1。信息采集机C1到Cn负责实时监控和采集被管理网络设备的信息，出于性能考虑可以采用分布式的采集方式；数据库服务器DB负责存储数据同时也是管理系统各组成构件之间的接口；处理分析服务器PS负责数据的分析和随机Petri网模型建立求解等工作；整个管理系统通过Web服务器WS提供给管理人员以良好的人机交互界面。 

附图说明

图1为根据本发明技术所构建的自动化网络管理系统的示意图。 

图2为本发明的基本流程图。 

图3为本发明基于SNMP的被管理网络拓扑发现流程图。 

图4为本发明采集机通过SNMP采集被管理网络设备信息的处理流程图。 

图5为本发明后台程序基于随机Petri网模型的数据分析处理过程。 

具体实施方式

本发明中提出的基于SNMP和随机Petri网的自动化的网络管理方法包括以下几个主要的处理过程： 

(1)配置被管理网络的IP地址段； 

(2)网管系统通过SNMP轮询自动发现被管理网络中的所有被管网络设备；并通过自动发现确定网络设备间的连接关系，得到各网络设备的链路连接。同时将网络拓扑连接关系存储在数据库DB中。 

(3)分布式采集机C1，C2，…，Cn动态实时监控采集网络中设备的性能状态信息、链路连接变化等等，将信息以一定的格式存储于数据库中。如果发现故障等紧急状况时向网管系统发送告警信息，通过Web服务器WS和浏览器BS反映给操作员。 

(4)处理分析服务器PS根据网络中被管设备的连接关系和数据库中的设备信息，自动地动态生成网络的随机Petri网模型，Petri模型的输入参数可以由数据库DB中存储的被管设备和网络的实时监控的信息来设置。 

(5)处理分析服务器PS自动求解随机Petri网模型，并将求解结果转换成网络性能指标。 

(6)处理分析服务器PS分析网络性能指标自动生成网管决策以优化网络性能；另一方面，通过Web服务器WS和浏览器BS将被管网络的性能指标反映给操作人员，为操作人员提供人工生成一些干预决策的接口；通过所述数据库DB接口以设定的格式将网管决策存入到所述数据库DB 中。 

优选的，本发明技术方案中所述步骤(2)具体为：通过SNMP的Get操作获取网络设备MIB中的设备类型；通过SNMP轮询设备MIB中的路由相关信息获取被管理设备之间的连接关系，并进一步由端口信息可以获取更为具体的设备之间的链路连接。将整个网络的拓扑连接关系以表的形式存到数据库中。 

优选的，所述步骤(5)中后台程序求解整个被管网络的随机Petri网模型过程具体是，自动生成Petri网模型对应的可达图，转换成对应的Markov模型，求解Markov模型得到每一个状态的稳态概率；或者通过仿真(simulation)方法求解获得，根据稳态概率转换成所需的性能参数。 

下面，通过具体实施例并结合附图对本发明进行详细说明。 

本发明的自动化网络管理方法主要包括：基于SNMP的网路拓扑自动发现以及设备和链路信息的采集； 

图2是基于SNMP的被管理网络拓扑发现的流程图 

(1)首先由管理系统初始化时制定被管理网络IP地址段。管理系统启动后通过SNMP协议自动发现该网段内的所有被管设备的信息，包括设备类型、平台和接口信息等。 

(2)管理系统轮询所有被管设备，通过SNMP的Get命令获取被管理设备之间的路由连接关系。 

(3)获取被管理设备的接口信息(包括接口地址、状态等)，结合(2)中的信息得到详细的设备之间的链路连接关系。 

(4)将网络拓扑连接关系转换成一定的格式存储到网管数据库中。 

被管理网络的拓扑发现过程是周期性启动的。 

图3是采集机通过SNMP采集被管理网络设备信息的处理流程图 

(1)首先采集机获取设备通用信息，包括设备类型、平台信息、接口信息等等。然后根据设备类型进一步对每类设备特有信息进行采集，比如路由类设备的路由表信息、服务器类设备的访问日志信息等等。 

(2)判断是否有紧急状况发生，如设备或链路故障、大量丢包等等，如果有需要产生一个告警信息立即汇报给前台管理界面，以便网管人员做出应急处理。 

(3)将采集到的信息经过格式转换后存储到网管数据库的相关数据表中。 

被管设备的监控采集过程是周期性启动的，采集周期与实时性相关。 

图4为本发明后台程序基于随机Petri网模型的数据分析处理过程 

(1)后台处理服务器从网管数据库中读取之前获得的网络拓扑连接关系，据此建立网络的Petri网模型。再读取之前采集的设备信息，填写随机Petri网模型中的参数，如变迁实施速率等。 

(2)生成被管网络的随机Petri网模型的描述文件作为中间结果，并将此中间结果输入到模型求解模块进行求解。 

(3)随机Petri网模型求解模块通过构造可达图，转换成Markov模型求解随机Petri网模型；或者直接采用仿真(Simulation)求解。根 据模型求解结果，经过简单的转换计算就可以获得被管网络的一些性能指标。 

(4)决策生成模块根据模型求解的性能指标自动生成网管决策以优化网络性能；同时性能指标反映到前台管理界面供网管人员做出一些人工决策时的参考。 

(5)求解性能指标和决策以一定的格式存储到网管数据库中。 

后台程序基于随机Petri网模型的数据分析处理过程是周期性启动的，总是根据当前最新的网络状况采集结果进行分析计算，保证实时性。 

一个具体例子：运用本发明中提出的基于SNMP和随机Petri网的自动化的网络管理方法进行网络带宽管理。 

首先探测预设的管理IP地址段内所有可管的网络设备(可以通过依次发送SNMP的GetRequest命令获取应答信息)；获取被管理网段中所有被管设备的通用信息，包括设备类型、平台信息和接口信息等(通过SNMP的GetRequest，Oid设置包括1.3.6.1.2.1.1(system组)，1.3.6.1.2.1.2(interfaces组)，1.3.6.1.2.1.4(ip组)等)。 

利用SNMP的GetRequest获取各个路由设备路由表信息(Oid设置包括1.3.6.1.2.1.4.ipRouteTable组)，结合设备接口信息获得被管理网络的拓扑连接关系，并存入数据库DB。 

利用SNMP的GetRequest获取被管设备每个接口的带宽信息(Oid设置1.3.6.1.2.1.2.2.1.ifSpeed)和当前流量信息(Oid设置包括1.3.6.1.2.1.2.2.1.11--1.3.6.1.2.1.2.2.1.21)。 

结合被管网络的拓扑连接关系和设备信息建立网络的随机Petri网模型，其 中链路传输延迟和节点处理延迟都用一个时间变迁表示。变迁实施速率参数的设置通过数据库DB中存储的链路带宽和设备信息来设置。 

根据随机Petri网模型转换成可达图，再转换成对应的Markov链求解模型的稳态解，对于求解难度高的复杂模型可自动切换到通过仿真方式得到近似的稳态解。根据模型求解结果计算出每个时间变迁的平均吞吐量。找出带宽的瓶颈链路设备或设备。 

自动生成网管决策，要求配置路由器和相关设备，以增加对该业务的带宽的分配。同时将策略生成时间、策略内容等信息存入数据库DB。 

图1是根据依据本发明前述的技术方法构件的基于SNMP和随机Petri网的自动化网络管理系统的一个例子。其中C1到Cn为采集机，出于网络规模和采集性能的考虑采用分布式的采集方式，每个采集机负责一个子网。采集机实时监控和采集被管理网络的设备和链路信息，并一定的格式存储在网管数据库DB中，网管数据库DB作为整个网络管理系统各构件之间协作的接口存在。处理分析服务器PS定期从网管数据库DB中获取当前最新的拓扑和设备信息，以此为依据构建整个网络的随机Petri网模型。处理分析服务器求解网络随机Petri网模型，并计算被管理网络的性能指标，据此自动生成优化网络性能的决策，并且将网络性能指标和决策以一定格式存储到网管数据库中。同时整个网管系统中部署Web服务器WS，以B/S模式提供给网络管理操作人员以良好的管理和操作界面。同时Web服务器要实现安全认证机制，对不同用户以分角色管理严格控制其权限，保证网管系统的安全性，防止非授权的访问。 

以上，参照附图对本发明的具体实施方式做了具体描述，但是不应该认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思和由权利要求书所限定的保护范围的前提之下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。 

Claims (2)

1.基于SNMP和随机Petri网的自动化网络管理方法，其特征在于，所述方法依次含有以下步骤：

步骤(1)，构建一个基于SNMP和随机Petri网的自动化网络管理系统，包括：分布式信息采集机C1，C2，…，Cn，n为信息采集机的数量；数据库服务器DB；Web服务器WS和浏览器BS；以及处理分析服务器PS，其中：

分布式信息采集机C1，C2，…，Cn通过SNMP协议采集被管理网络中的设备和链路信息，其中包括：设备的状态信息、链路的动态连接信息以及被管网络中设备的动态连接关系；

数据库DB用于存储数据，同时也是组成基于SNMP和Petri网的自动化管理中各构件之间的接口；

处理分析服务器PS，负责数据分析和所建的随机Petri网的模型的建立和分析，与数据库DB互连；

Web服务器WS和浏览器BS分别与数据库DB和用户交互，向作为网络管理人员的用户提供人机交互界面；

步骤(2)，按以下步骤进行基于SNMP和随机Petri网的自动化网络管理：

步骤(2.1)，所述分布式信息采集机按以下步骤通过SNMP采集所有被管理网络设备的信息：

步骤(2.1.1)，根据预设的被管理网络的IP地址采集被管理设备的通用信息，其中包括：设备类型、平台信息和接口信息；

步骤(2.1.2)，根据(2.1.1)得到的设备类型采集每类设备的特有信息，其中至少包括：路由类设备的路由表信息，服务器类设备的访问日志信息，以及终端主机类设备的信息；并通过轮询所有设备获取路由连接信息，并存入数据库DB中； 

步骤(2.1.3)，判断各类设备是否有紧急情况发生，其中至少包括设备故障、链路故障以及大量丢包故障，若有紧急情况发生则产生告警信息；告警信息传递给Web服务器WS，经处理后通过浏览器BS呈现给网管人员处理，若无紧急情况发生，则把采集到的数据信息经格式转换后存储到数据库DB的相应数据表中；

步骤(2.2)，所述处理分析服务器PS按以下步骤基于随机Petri网模型进行数据分析处理：

步骤(2.2.1)，从所述数据库DB读取之前获得的网络拓扑连接关系建立网络的Petri网模型；

步骤(2.2.2)，从所述数据库DB中读取之前采集的设备信息，转换成相应输入参数填入步骤(2.2.1)中所述的Petri网的模型中，其中至少包括变迁实施速率，在随机Petri网中，所谓变迁实施速率是指该变迁，从具备触发条件到真正发生所用的时间的倒数，通常反映处理能力；

步骤(2.2.3)，生成被管网络的随机Petri网模型的描述文件作为中间结果，输入到所述处理分析服务器PS中的Petri网求解模块，通过求解或仿真得到至少包括各个状态稳态概率在内的求解结果，稳态概率指稳态下随机Petri网模型处于某个状态的概率；

步骤(2.2.4)，根据步骤(2.2.3)中得到的模型求解结果，用设定的转换方法得到设定的所述被管网络的性能指标；

步骤(2.2.5)，依据步骤(2.2.4)得到的性能指标按设定的决策生成方法自动生成网管决策以优化网络性能；另一方面，通过Web服务器WS和浏览器BS将被管网络的性能指标反映给操作人员，为操作人员提供人工生成一些干预决策的接口；通过所述数据库DB接口以设定的格式将网管决策存入到所述数据库DB中。 

2.根据权利要求1所述的基于SNMP和随机Petri网的自动化网络管理方法，其特征在于，所述每个采集机Ci监控采集所述被管理网络的一个子网。 

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