CN101652959B - 涉及网络管理的设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于对包括有线网络主干及无线网络主干的业务网络进行管理的网络管理系统。该无线网络主干包括具有无线路由器的多个中继节点，这些中继节点中的一些充当到有线主干网络的网关，而另一些充当接入多个网络接入的中继桥路由器。该管理系统包括位于所述业务网络上方的逻辑多层分级网络。其适于通过将所述中继节点用作管理站来使用所述业务网络的基础设施。该管理系统包括成组装置，其适于通过在不同的分级层上将包括所述多个中继节点在内的网络节点设置在群组(1′、2′、3′)中来执行成组处理，每个群组都被选择了簇头(10′、20′、30′)。提供成组控制装置，以基于由要在各个分级层满足的一个或更多个标准所给出的多个成组限制条件来对成组及簇头分配进行控制。计算装置适于基于所给出的尺度来计算标准，并且提供了建模及验证装置，用来对所述限制条件进行建模并在各个分级层上对是否满足所述限制条件进行验证。

Description

涉及网络管理的设备及方法
技术领域
本发明涉及用于对包括有线网络主干(backbone)及无线网络主干的业务网络进行管理的网络管理系统，该无线网络主干包括具有无线路由器的多个中继节点。这些中继节点中的一些充当针对有线网络主干的网关，而另一些充当支持接入多个接入网络的中继桥路由器。该管理系统包括按照分布方式设置并适于处理所述业务网络的子网络的多个管理站。本发明还涉及管理上述业务网络的方法。
背景技术
目前存在三种网络管理的主要方法。所实现的网络管理的类别基本上取决于要管理的业务网络架构及其通信方案。第一类网络管理是集中式方法，其中，一个管理站(即，中央管理器)对整个网络进行控制，而所有网络节点都受该管理站的控制。这种方法主要用于与特定协议(如SNMP(简单网络管理协议))一起来管理当前基于IP的有线网络，例如参见W.Stallings，“SNMP，SNMP v2，and CMIP the Practical Guide toNetwork management Standards”，Addison Wesley 1993。
第二类网络管理是分布式方法，其中，在网络中设置有多个管理站，这些管理站中的每一个都管理一个子网，该方法也称为网络划分。这些管理站按照端到端的方式彼此进行通信及协调。第三类网络管理是基于分层的方法，其中，在网络中引入了中间管理器。按照多层层级的管理站来组织该管理系统。这些管理器之间的通信是垂直的，而并不存在水平的管理通信(例如，同一层上的中间管理器之间的通信)。被管理的网络节点形成了这种层级的低层。这种方法例如主要用于管理WCDMA(无线码分多址)接入网络。
可将所谓的Ad Hoc网络视为移动客户端网格网络，其中，一组移动终端用户形成自发网络。Ad Hoc网络具有较高的动态拓扑及有限的能量资源。因此，要求管理系统限制带宽使用并提供可扩展性。当前，多个管理架构用于Ad Hoc网络。它们主要基于分布式方法与分层方法的组合。因为可扩展性限制针对Ad Hoc环境的不足，所以集中管理方法并不适用。Ad Hoc网络管理的示例可以参见Wenli Chen，Nitin Jain，SureshSingh，“ANMP：Ad Hoc network management protocol”，IEEE Journal onselected areas in communications，vol 17，no 8，August 1999，以及S.Sivavakeesar，P.Pavlou，and A.Liotta，“Stable Clustering Through MobilityPrediction for Large-Scale Multihop Intelligent Ad Hoc Networks”，Proceedings of the IEEE Wireless Communications and NetworkingConference(WCNC 2004)，Atlanta，USA，March 2004。
另一类网络是客户端无线网格网络，其中，终端用户设备参与对分组的转发。这种网络提供了客户端设备之间的端到端通信。这意味着，用户设备应当执行附加的功能，诸如路由及配置。结果，客户端无线网格网络的运行并不由运营商或业务供应商来管理。
可以看到，需要按照不同方式来管理不同类型的业务网络。
具体的网络结构由业务网络构成，该业务网络包括有线网络主干及无线网络主干，无线网络主干排他地包括有多个无线中继节点或无线路由器。客户端设备并不参与分组转发，并且，如果网格路由器连接到因特网，则它还隐含地提供网关功能。在主干中，可以使用多种无线技术，例如，IEEE 802.11、802.16等。这种网络的例子是基础设施无线网格网络。它们通过特定桥而提供了到各种不同类型接入网络(例如，WiFi、3G接入网络、传感器网络、有线客户端等)的连接。然而，问题在于，到目前为止，还没有找到令人满意的便于管理这种混合系统(即，包括有线网络主干及无线网络主干的业务系统，特别是WMN)的解决方案。基于集中方法的管理系统并不适于这种类型的业务网络(尤其是在以较大规模来实现它们的情况下)。集中方法会产生较高的消息开销，因此，会引入作为无线环境中的重要资源的带宽的较大浪费。中央管理器还会进行轮询或异步通知。然而，这两种方法都使中央管理器成为网络中的单个故障点及瓶颈。
上述其它管理系统(分层或分布式)是针对作为另一类网络的AdHoc网络而设计的。因此，它们可以应对这些网络的各种特性，即，较高移动性、有限能量资源(电池电力)、高度(very)动态拓扑及节点功能之间的高非对称性(disparity)。根据上述引用的Wenli Chen等的参考文献，ANMP协议所承载的主要数据描述了节点位置、电池电力水平等。因此，虽然这些网络包括有线网络主干及无线网络主干(例如，就管理而言，基础设施WMN与Ad Hoc网络存在一些相同的要求，即，限制带宽使用及可扩展性能力的要求)，但是，因为这些管理系统侧重于Ad Hoc网络的具体特性，所以，用于Ad Hoc网络的管理系统在其它方面并不适于对具有有线网络主干及无线网络主干的网络进行管理。
因此，就对具有有线网络主干及无线网络主干的业务网络进行管理而言，到目前为止还没有找到令人满意的解决方案。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供针对上述类型业务网络(即，包括有线及无线网络主干的业务网络)的、可靠且鲁棒的网络管理系统。此外，本发明的目的还在于提供一种能够提供高效管理并能够使管理业务量(具体地说，所述网络的无线部分中)最小化的网络管理系统。此外，本发明的目的还在于，建议一种能够减小无线主干中的带宽使用的网络管理系统。本发明的另一目的在于，提供一种良好可扩展性并适于大规模无线网格网络的管理系统。本发明的另一目的在于，提供一种使瓶颈风险最小化或单个故障点减小的管理系统。此外，本发明的目的还在于，建议一种不再需要较高容量中央管理器的管理系统。
此外，本发明的目的还在于，提供一种可以实现上述一个或更多个目的的对上述业务网络进行网络管理的方法。
因此，提供了上述网络管理系统，其包括具有顶层或中央管理器的逻辑多层分级覆盖网络。该网络管理系统适于通过使用所述中继节点作为管理站来利用所述业务网络的基础设施。该网络管理系统包括成组装置(grouping means)，其适于通过在不同的分级层上将包括所述多个中继节点在内的网络节点设置成群组或簇来执行成组处理，每个簇都有一个簇头，其中，所述成组装置包括成组控制装置，其适于对成组及簇头的分配进行控制。所述成组控制装置适于基于由要在各个分级层满足的一个或更多个标准给出的多个成组限制条件来对所述成组处理进行控制，并且，该成组控制装置包括：计算装置，其适于基于所给出的尺度来计算所述标准；以及验证装置，其用于对所述限制条件进行建模并在各个分级层上对是否满足所述限制条件进行验证。
为了实现一个或更多个上述目的，还提供了这样一种方法，该方法用于对包括有线网络主干及无线网络主干的业务网络进行管理，该无线网络主干包括具有无线路由器的多个中继节点，所述中继节点中的一些充当到有线主干网络的网关，而另一些包括用于接入目的的中继桥路由器。该方法包括以下步骤：按照分布方式设置多个管理站，来处理所述业务网络的子网络；将所述管理系统设置为位于所述业务网络上方的逻辑分级网络。该设置步骤包括以下步骤：通过将所述中继节点用作管理站来使用所述业务网络的基础设施；设置中央管理器；以及通过在不同的分级层上将网络节点、中继节点设置成群组或簇来执行成组处理，并针对所述成组处理为每个群组分配簇头；限定多个尺度，以计算在各个分级层上要满足的标准；基于所述标准来对多个限制条件进行建模；在各个分级层上对是否满足所述限制条件进行验证。
本发明的优点在于，可以提供尤其适于包括有线网络主干及无线网络主干的类型的网络的高效网络管理，这种管理是可靠的并且可以使得无线网格主干中的全部带宽使用最小化。此外，本发明的优点还在于，提供了能够提高可扩展性并适于较大或大规模无线网格网络的网络管理系统。此外，本发明的优点还在于，提供的管理系统并不会由于所述网络的特定结构而变得更加复杂，相反能够得到所述固有(inherent)业务网络结构的优点并特别专用于这种类型的网络。此外，本发明的优点还在于，能够减小出现瓶颈及单个故障点的风险，并且不需要较高容量的中央管理器，以外，还能够实现资源的高效利用。
此外，本发明的优点还在于，提供了一种灵活并且可调整的网络管理系统。另一优点在于，本发明在拓扑更新、节点插入或节点移除、故障检测及恢复网络重新组织及重新成组等方面辅助进行该过程。
附图说明
以下按照非限制性的方式并参照附图来进一步说明本发明，在附图中：
图1高度示意性地例示了实施本发明概念的基础设施无线网格网络，
图2高度示意性地例示了根据本发明的具有三个分级层的管理架构，
图3示出了根据本发明概念的成簇网络主干的示例，
图4是说明根据本发明的成组处理的步骤的流程图，
图5是按照更详细的方式示出成组过程的示例的流程图，
图6示出了在向群组中添加新的节点成员或簇成员时，从该新成员的角度观察到的过程，而
图7示出了在添加新的群组成员或簇成员时，从簇头的角度观察到的过程的示例。
具体实施方式
根据本发明，该成组装置适于执行成组或成簇过程，通过该成组或成簇过程能够提供有效的网络(例如，包括基础设施无线网格网络(WMN))管理。该成组过程或成簇机制包括形成多层分级逻辑覆盖管理网络。具体地说，该成组过程或成簇机制被优化为除了可扩展性及带宽节省之外，还管理这些网络及它们的关键特性。根据本发明，通过应用获取了该业务网络的这些特性的尺度来实现这种优化。该成组过程包括n层分级成簇，其中包含对相关尺度、限制条件、成组机制及策略进行识别，应当使用对相关尺度、限制条件、成组机制及策略的识别来形成特别针对管理较大规模WMN的目的而优化的该逻辑覆盖管理成簇。
根据本发明，该成组装置可以按不同方式来实现。在第一实现方式中，将这些成组装置设置在中央管理器中。该成组控制装置可以位于外部，并且适于静态地对这些节点进行成组并静态地选择簇头(以及不同层上的中间簇头)。具体地说，这种外部控制装置可以包括管理装置或包括网络管理器。
在替换实施方式中，该成组装置包括计算装置，该计算装置运行包含有之前在本申请中提及的限制条件的算法，并且该中央管理器适于从网络收集执行该成组过程所需要的数据。
在另一实施方式中，该成组装置是分布式的，并且包括具有所述限制条件的分布式成组算法，并且，每个网络节点都适于包含同一分布式算法，即，每个节点还适于执行成组控制功能及实际成组。
应当清楚的是，根据不同的实施方式，成组装置及成组控制装置可被视为单独的不同装置，也可以被视为同一装置。还可将其视为一分为二(division into two)的不同装置，一个用于实现由实际控制装置所作出的决定，或作为自身执行成组控制处理及成组功能的同一个装置。
更具体地说，该下层业务网络是基础设施无线网格网络(WMN)。
与如何实现该成组装置(和/或成组控制装置)无关，标识并实现多个成组限制条件。以下给出了成组限制条件的一些例子，而该管理系统可以实现这些成组限制条件中的一个、更多个或全部，以及替换或额外的限制条件。这里为了简洁，将这些限制条件表示为第一限制条件、第二限制条件等，而这种编号并不对这些限制条件的重要性有任何暗示。
在具体实施方式中，第一限制条件适于在考虑网络中的网关数量及群组数量的情况下对这些网关在群组中的分布进行控制，使得可以在网络中或在这些群组中基本上实现这些网关的均匀分布。第二限制条件适于或用于对成组进行控制，使得在每个群组内，每个群组成员都可以经由局部路径与各自的簇头(或中间簇头)取得联系(reach)。这里，“局部路径”被定义为仅包含同一群组内的节点。第三限制条件旨在对簇头的分配进行控制，使得在包含一个网关节点的每个群组中，将该网关节点选择为簇头。
给出第四限制条件是为了在包含超过一个网关节点的群组中对簇头的分配进行控制，使得具有最高连接度的网关节点被选择为簇头。第五限制条件是要在没有网关节点的群组中对簇头的分配进行控制，使得最接近于默认网关的节点被选中。
具体地说，该建模及验证装置适于根据涉及以下内容的多个参数中的一个或更多个参数，来对所述限制条件中的至少一个或更多个进行建模：网络中簇的数量(C)；构成特定群组i的节点(Ci)；群组i的网关节点集(Gi)；网络中的全部网关集(G)；集i的势(cardinality)(大小)(Xi)；群组i的簇头(hi)；构成从节点n到节点m的默认路径的节点集(Pn，m)；节点n的连接度(Con(n))；以及节点n与其默认网关之间的距离(Dist(n))。
在具体实施方式中，第一标准及第二标准中的至少一个用于限制条件建模，所述标准分别由度量(metric)物理距离及度量时间距离来定义。度量物理距离包括两个节点之间的跳数，而度量时间距离包括两个节点之间期望往返(round trip)的传输时长。在具体实施方式中，第一标准是两个节点之间最近的物理距离或最近的时间距离，而第二标准是包括与所述节点相距给定跳数的节点数的节点连接度或作为与节点相距按照往返时间形式表示的给定时长的节点数量的节点连接度。
该成组装置适于针对网络大小而对群组数量进行优化，并针对网络大小而对各个群组中的节点数量进行优化，和/或用于管理目的而针对带宽消耗及消息传输开销对群组数量进行优化。
优选的是，各个节点均包括消息生成装置、消息接收装置及一个或更多个计时器。消息生成装置适于在向网络中添加节点时生成消息并发送这些消息到相邻节点。该消息装置还适于发送消息，以创建并验证对簇头的选择。该消息生成装置优选地还启动计时器，并在所述计时器终止之前等待对于响应消息的接收，以创建簇头，并且在不存在响应的情况下，将新的节点或其自身定义为簇头。根据不同的实施方式，还可以提供与不同的替换实施方式相对应的多个步骤。
图1示出了在其上提供根据本发明的网络管理系统的业务网络(基础设施WMN)的示例。网络主干包括根据发明概念将充当管理站的多个无线中继节点、无线路由器101、11、12、21、22、23、102。当连接到因特网时，网格路由器101、102隐式地提供网关功能。在主干中，可以使用各种无线技术，例如，IEEE 802.11、IEEE 802.16等。这里，该网络通过以下方式提供了到各种接入网络的连接度：通过包括中继接入点12的无线路由器提供到WLAN 311的接入，通过中继桥11提供到3G接入网络301的接入，以及通过网关中继桥102提供到Ad Hoc网络322的接入。选择网关中继节点101作为针对群组1的簇头，而选择网关中继桥102作为针对群组2或簇2的簇头。应当清楚的是，这仅是高度示意性的例示。
图2示意性地例示了3层分级管理架构，其中，层1L1仅包括所管理的节点，层2L2包括中间管理器或簇头10′、20′、30′，而层3L3包括中央管理器50′。本发明广义上提供了n层分级架构。可以容易地将示意性例示的3层实现扩展到一般的多层分级情况。图2的这种3层分级管理系统是严格的逻辑视图，而且图中的箭头并不代表直接的物理链路，而是代表管理层级中的上下逻辑关系(ascendance)。成簇或成组处理用于形成并不直接映射到下方业务网络的逻辑覆盖管理网络。应用成簇时的要点在于，针对下方业务网络(具体地说，WMN)的管理而按照最佳方式来创建群组并择取簇头。
在本申请中，簇头还表示不同层(例如，针对4层或n层结构)的中间簇头。这里，第一层L1仅包括所管理的节点，这些节点被布置在三个群组1′、2′、3′中。第二层L2包括由层L3中的中央管理器50′管理的簇头10′、20′、30′。本发明的基本方面在于提供了应当在成组过程中解决的限制条件及相关尺度，以对整体管理系统进行优化。这种限制条件及尺度实际上由位于下方业务网络的主要特性给出。根据本发明，将所述业务网络的主要特性标识为存在将无线主干连接到有线主干的多个网关，其中，中央管理器通常位于有线主干中。这意味着，管理业务量的绝大部分通过这些网关。此外，无线主干中的带宽与有线主干中的带宽相比受到了限制，这意味着，管理系统应当使无线带宽的使用最小化。此外，业务网络可能是具有较大数量节点的较大规模网络。例如，它们可能包含超过1000个节点，虽然本发明当然并不限于管理这些业务网络。然而在这种情况下，管理系统必须是可扩展的，以能够高效地管理大量节点。基于上述特性优选的是，成组装置或成簇机制应当遵照一个或更多个限制条件，以对管理业务网络进行优化。根据一个限制条件，各个群组中所包含的网关数量应当平均分布。例如，如果主干包含5个网关并被划分为7个群组，则各个群组至多包含一个网关。
另一个应当满足的限制条件是，同一个群组的成员应当在该网络中形成相干岛(coherent island)。这意味着，簇头必须能够经由局部路径而与其群组的各个成员建立联系，这里，“局部路径”被定义为仅包含同一群组内的节点的路径。优选的是，群组内的全部节点应当与该簇头相距一跳。另一个应当满足的限制条件是，如果群组包含一个网关，则该网关应当被择取为簇头，而根据另一限制条件，如果群组包含多个网关，则具有最大或最高连接度的网关应当被择取为簇头。根据另一限制条件，如果群组中没有网关，则到其默认网关“最短的”节点应当被选择为簇头。此外，“连接度”是在类似情况下作出决定的判据。根据本发明，成组处理应当在各个层均满足这些限制条件中的以上或至少一些限制条件，或甚至满足其它限制条件。
该建模及(验证装置)提供了这些限制条件的数学建模。为此在具体示例中定义了多个参数：整个网络中簇的数量(C)；构成第i个群组(或簇)的全部节点集(Ci)；群组i包含的全部网关节点集(Gi)；整个网络中的全部网关集(G)；集X的势(大小)群组i的簇头(hi)；构成从节点n到节点m的默认路径的全部节点集(Pn，m)；节点n的连接度(Con(n))；以及节点n与其默认网关之间的距离(Dist(n))。从数学的角度，成组结果必须按照以下方式来验证上述限制条件：
限制条件1：
( &ForAll; i &Element; { 1 . . . c } ) G &OverBar; c - 1 < G i &OverBar; < G &OverBar; c + 1
限制条件2：
( &ForAll; i &Element; { 1 . . . c } ) ( &ForAll; n &Element; C i ) ( &ForAll; m &Element; P n , hi ) m &Element; C i
限制条件3及4：
Figure G2007800526797D00101
限制条件5：
Figure G2007800526797D00102
为了对这些限制条件进行建模，这里依赖这两项标准，即，最短的(或距离)及连接度(connectivity)。为了借助该计算装置来计算这些标准，定义了多个相关尺度。也可以使用其它尺度，但是在有利的实施方式中，可以使用度量物理距离(跳数)及时间距离(传输时长)。它们可以单独使用或组合使用。
针对度量物理距离，“最短”标准意味着具有最小的跳数，距离是指两个节点之间的跳数，而连接度是指相距n跳的节点的数量。通常相距一跳或两跳。这种度量可以用来使消息开销最小化。
针对度量时间距离，“最短”标准意味着具有最小的期望RTT(往返时间)，距离是指时间距离并表示两个节点之间所期望的RTT，而连接度标准是指相距时长t(例如，100ms)的节点的数量。这种度量适于对时间敏感的系统。应当清楚的是，给出数字100ms仅是出于示范原因。
成组过程或成簇处理是一种应用层机制。因此，假设在路由层存在完整的连接。路由层的连接可以提供用于计算这些尺度的全部必要信息。针对多跳无线网络的高效路由协议的一个示例是OLSR，例如，T.Clausen，P.Jacquet，et al.，“Optimized link state routing protocol”，RFC 3626，October2003所述。
群组中的节点数量以及全部群组数量取决于网络大小。如果这些群组过大，则由簇头来监视这些群组成员会导致较高的消息开销及带宽消耗。另一方面，如果这些群组过小，则网络会包含大量的簇头，并且，由中央管理器来监视这些簇头会导致较高的带宽消耗。该成组或成簇处理应当找到最佳的折衷。
图3高度示意性地例示了简单的成簇后的网络主干，其中，将这些节点划分为4个群组1″、2″、3″、4″，其中，群组1″、2″及4″均包括被选择为簇头的网关，并且针对群组3″(没有网关)，基于上述标准而将中继节点选择为簇头。群组1″还包括中继节点11″、12″、13″，群组2″包括中继节点21″、22″、23″等。
图4高度示意性地例示了具有用于执行本发明方法的基本步骤的上述管理业务网络的过程的一般实现。为了根据本发明而管理业务网络，形成了分级覆盖管理网络，这预示着，确定了与该业务网络的特性相关的标准(100)，以设置该成组处理要满足的限制条件。这意味着，根据本发明的管理网络在某种程度上专用于该特定业务网络类型，因此，使用并考虑了该业务网络的特性。为了能够确定这些标准，必须定义针对这些标准的相关尺度(101)。如上所述，这些相关尺度可以单独使用或组合使用。关注的两个标准是“最短”及“连接度”标准，对其而言相关尺度可以是物理距离及时间距离。这些限制条件依赖于是否存在上述标准，并且使用定义了该尺度及标准的参数在数学上对它们进行建模(102)。
一旦对这些限制条件进行了建模，旧可以执行成组过程，其中，根据本发明，通过在至少两个不同的分级层上将这些业务网络节点设置在群组中，来将这些业务网络节点用作管理站(103)。本发明并不限于任何具体数量的分级层。可以有两层、三层、四层等。更一般的是，根据本发明，可以使用在顶层具有中央管理器的n层分级结构，针对多个群组中的各个群组在最低层选择簇头或中间管理器，然后，选择位于这些簇头或中间管理器上方的上级中间管理器等，直到顶层管理器为止。因此，可以容易地将这种概念扩展到多层分级的情况。
在各个分级层中，对满足成组限制条件进行验证(104)。如果并不满足全部成组限制条件，则要求至少部分重新成组和/或改变属于一个或更多个节点的分级层。进行这种处理直到验证了满足全部限制条件为止(105)。然后，可以按照不同的方式将所得到的成簇的覆盖管理网络用于管理目的(106)。
根据本发明，可以按照三种基本不同的方式来实现该成组处理。在一个实施方式中，执行静态成组处理。网络管理员通过中央管理器静态地创建这些群组并择取簇头(充分地考虑上述限制条件)。然后，中央管理器向已被设置为簇头(或中间簇头、上级簇头，取决于层及实现)的各个节点发送择取消息。作为响应，所联系的簇头发送或返回确认消息。如果未得到一个或更多个确认消息，即，在预定时段之后并未接收到确认消息，则表示一个或更多个节点断开了连接或网络中存在连接度问题。在这种情况下，发出告警。但是，如果接收到了全部期望的确认，则中央管理器通知各个节点或簇成员其由一个具体的簇头来负责，并且为各个节点或簇成员提供相应簇头的身份。如果中央管理器并未从所通知的各个簇成员接收到确认，则优选地生成告警。
在另一实施方式中，针对该成组处理来执行中央算法。然后，中央管理器从网络收集全部必要的数据，并运行包含有之前在本申请中所述的限制条件的算法，来创建分级或多层管理网络。中央管理器向构成该层级的各个簇头发送择取消息。然后，接收到该择取消息的簇头在确认消息中返回响应。如果未得到一个或更多个确认消息，则优选的是生成或发出告警。否则，中央管理器装置通知簇成员或节点它们由一个具体的簇头来负责，并且为这些簇成员或节点提供相应簇头的身份。类似的是，如果中央管理器并未从所通知的各个簇成员接收到确认，则生成告警。
根据另一实施方式，执行分布式算法，使得网络中的全部节点都运行同一算法。然后，按照分布方式来创建这些群组。在具体实施方式中，可以通过增加上述限制条件来对Ad Hoc网络中所用的现有算法进行修改。另选的是，可以设计新的包含了上述限制条件(标准及尺度)的分布式专用算法。
图5示出了节点或设备所遵照的成组过程的示例。图5的流程图中示出了成组过程的示例。这里，该处理开始(200)，并且在节点中(连续地、以规则时间间隔或出现时检测)确定是否从管理器接收到了控制消息(201)。如果是，则从该消息中提取簇头及簇成员或群组成员(201A)。将择取消息发送到簇头(202A)，并且设置计时器(这里称为T1)(203A)。然后等待直到从所联系的簇头接收到确认，或另选的是，计时器T1终止为止(204A)。检查是否接收到了全部确认(205A)。如果否，则生成告警(206A2)。然而，如果确定成功地接收了到全部确认，则将它们的簇头通知给各个簇或群组成员(206A1)。然后设置计时器(这里称为T2)(207A1)。应当清楚的是，计时器T2可以与计时器T1相同，也可以利用不同的计时器。与利用一个还是两个计时器无关，所设置的时间间隔可以分别针对T1及T2相同或不同。然后，等待直到从所通知的簇成员或群组成员接收到确认为止，或直到计时器T2终止为止(208A1)。然后，确定是否接收到了全部确认(209A1)。如果否，则生成告警(206A2)，如果是，则成组过程的这个部分结束(210)，且在接收到另一个控制消息时重复进行。
如果在上述步骤201中确定没有从管理器接收到控制消息，则确定该节点(设备)是否是中央管理器(201B)，即，该管理器是否是中央管理器。如果否，则按照分布方式来对这些节点进行成组(202C)，并且该过程结束(210)。另一方面，如果它是中央管理器，则向各个节点发送请求，以收集信息(202B)，并且设置计时器(这里称为T3)(203B)。同样，可以使用与计时器T1和/或计时器T2不同或相同的具体计时器/时间间隔。等待答复(即，所请求的信息)，或计时器T3终止(204B)。然后，检查是否接收到全部响应(205B)。如果否，则生成告警(206A2)。如果是，则计算该成组层级(充分地考虑上述成组限制条件)(206B)。然后，向所选择的簇头发送择取消息(202A)等。
图6示意性例示了在添加节点或新的群组(簇)成员时从该新的群组成员的角度看到的过程。假设该簇成员向相邻节点发送了加入消息(301)，即，添加节点时，它联系相邻节点以检测最接近的簇头。同时，设置计时器(这里称为T4)(302)。T4限定了新的节点用于等待接收来自相邻节点的响应的时段，或T4终止(303)。如果T4终止时该节点并未从相邻节点接收到任何响应，则该节点将自身定义为簇头(305B)，并且该过程结束(307)。但是，如果接收到了响应，则该新的节点基于相邻节点所提供的信息并基于它的成组尺度及成组限制条件来选择簇头(305A)。最后，该新的节点向所选择的簇头发送附加消息(306A)，以通知该簇头该节点由其控制，并且该过程结束(从该新的节点看去)(307)。
图7说明了当新的群组成员或簇成员到达时从簇头的角度看到的过程。假设该过程已经开始(400)，并且确定是否在簇头中从新的节点接收到了加入消息(401)。如果否，则该过程继续，等待并检测该消息。当在簇头中检测到从新的节点接收到加入消息时，簇头对“如果接受该新的群组成员，则成组限制条件是否仍将得到满足”进行验证(402)。由此确定是否满足各项成组限制条件(403)。如果否，则该簇头基于成组限制条件及尺度来选择新的簇头(404A)，并且将该加入请求(即，择取消息)转发到新的簇头(405A)。设置计时器T5(406A)，并且如果在T5终止之前该簇头并未从该新选择的簇头接收到答复(即，等待确认)(407A)，则选择新的簇头(404A)。重复这种选择过程，直到该簇头接收到确认为止。簇头选择的最终候选者是愿意加入该群组的节点。但是，如果接收到了确认，则将该加入消息转发到所选择的簇头(408A)，并且将该新的节点定义为簇成员(404B)，如果在上述步骤403中满足各项成组限制条件则也是如此。随后，向新的簇成员发送确认(405B)，然后该过程的这个部分结束(406B)。
另选的是，可以由网络管理员静态地执行该加入处理。
当移除节点时(未示出)，通知负责该节点或群组成员的簇头。如果所移除的节点是簇头，则在该群组内择取另一簇头。如果网络被重组并且如果拓扑改变相当大，则优选的是触发整个网络的重新成组处理。
根据本发明的成簇覆盖管理架构或所管理的系统可以用于设置及故障管理。当中央管理器决定通过发送更新或请求来在网络中设置节点集时，中央管理器首先联系相关的中间管理器。然后，各个簇头(即，中间管理器)将这些请求发布到其掌管的目标节点(即，簇成员)。也可以由中间管理器自身来触发一些设置决定。这意味着，将部分决定权限指派给簇头或中间管理器。通过这种实现，旨在减小重复及无用的消息的数量，由此使无线主干中的消息开销及带宽使用最小化。此外，在一个实施方式中，如果在网络中出现故障(例如，如果节点或链路失效)，则即刻通知中间管理器或相关簇头。该簇头或中间管理器(具体地说，在多层层级中，位于其中发生故障的层上方的层)在决定是否将这些故障转发到中央(上方层)管理器之前对它们进行分析、合并及关联。结果，该系统可以高效地处理拓扑更新(诸如节点插入或节点移除、故障检测及恢复网络重组、重新成组等)。
在另一实施方式中，根据本发明的管理概念可以用于查看拓扑并收集数据。然后，中间管理器首先收集与其负责的节点有关的全部相关数据。然后，充当簇头的该中间管理器在创建聚合拓扑报告(aggregatedtopology report)之前处理并聚合这些数据。在n层层级的各个层重复这种数据收集及聚合。最后，将该顶层聚合报告发送到作为n层层级中的顶层节点的中央管理器。与集中式方法相比，这种处理极大地减小了带宽使用。在性能管理及计费的环境中，这种机制对于中央管理器及业务供应商非常有用。成簇的覆盖管理架构通过使带宽消耗最小化可以增强整体系统运行，而且还可以提高可扩展性。
在另一使用情况中，根据本发明的管理系统用于创建分布式目录业务。然后，中间管理器或簇头保持其负责的全部资源的索引。如果节点要查找特定资源或信息，它首先检查它的局部索引(或者在采用了缓存机制的情况下，检查它的缓存)，然后，它发送请求到簇头，如果没有得到结果则最后联系中央管理器。这种方法比集中式方法(涉及对中央管理器的较高压力以及瓶颈风险)或洪流(flooding)方法(涉及用于联系最大数量的节点的较高消息开销)更高效。这种目录业务充当了提供资源局域化、业务发现、端到端计算等的有用机制。应当清楚的是，可以在根据本发明的网络管理系统的上方实现并增强其它业务。本发明还可应用于其它业务(如安全性业务、服务质量管理、基于策略的管理等)。
本发明的优点在于，针对业务网络，使业务网络的无线主干内的带宽使用(进而使)管理业务量最小化。这是重要的优点，因为无线带宽是重要且昂贵的资源。
管理负载在全部网络节点上更高效地及平均地分布，这样就不再需要高容量中央管理器。如上所述，因为可以分布这种管理策略，得到可靠且鲁棒的管理系统，所以索引还可以减小网络中制造瓶颈及单个故障点的问题。
应当清楚的是，本发明并不限于具体例示的这些实施方式，相反，可以在所附权利要求的范围内以多种方式进行改变。虽然主要参照三层层级讨论了本发明，但是应当清楚的是，本发明并不限于此，其原因在于，参照三层层级可以容易地解释本发明的基本特征。还应当清楚的是，虽然参照中央管理器进行了讨论，当时实际上是指在层级中的顶层节点，而不是传统意义上的中央管理器。可以按照不同的方式来实现成组装置、成组控制装置、建模及验证装置、计算装置。如上所述，可以按照集中方式或按照分布方式将它们中的一个、更多个或全部实现为单独特定的装置或集成装置。

Claims (26)

1.一种对包括有线网络主干及无线网络主干的业务网络进行管理的网络管理系统，该无线网络主干包括具有无线路由器的多个中继节点，所述中继节点中的一些充当到该有线网络主干的网关，而另一些充当支持接入多个接入网络的中继桥路由器，所述管理系统包括以分布方式设置并适于处理所述业务网络的子网络的多个管理站，其特征在于，
所述管理系统包括基于所述业务网络的基础设施并适于将所述中继节点用作管理站的逻辑多层分级覆盖网络，该逻辑多层分级覆盖网络具有顶层或中央管理器(50′)，该管理系统包括成组装置，该成组装置适于通过在不同的分级层上将包括所述多个中继节点在内的网络节点设置在群组(1′、2′、3′；1″、2″、3″、4″)中来执行成组处理，每个群组都有簇头(10′、20′、30′；101″、102″、103″、104″)，该成组装置还包括：成组控制装置，其适于基于由要在各个分级层上满足的一个或更多个标准所给出的多个成组限制条件来对成组及簇头的分配进行控制；计算装置，其适于基于所给出的尺度来计算所述标准；以及建模及验证装置，其用于对所述限制条件进行建模并在各个分级层上对是否满足所述限制条件进行验证。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述成组装置设置在所述顶层或中央管理器中。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述成组控制装置位于外部，并且它们适于静态地对所述网络节点进行成组并静态地选择簇头。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，
这种外部控制装置包括管理装置或网络管理器。
5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，
所述计算装置运行包含有所述限制条件的算法，并且所述中央管理器(50′)适于从所述网络收集执行所述成组过程所需的数据。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述成组装置是分布式的，并且包括包含所述限制条件的分布式成组算法，并且，每个网络节点都适于包含所述分布式算法。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的系统，其特征在于，
该系统适于被设置在包括有基础设施无线网格网络(WMN)的业务网络上。
8.根据前述权利要求中任意一项所述的系统，其特征在于，
第一成组限制条件适于在考虑网关的数量及群组的数量的情况下对所述网关在所述群组中的分布进行控制，从而获得基本上平均的分布。
9.根据权利要求1到8中任意一项所述的系统，其特征在于，
第二成组限制条件适于对所述成组进行控制，使得在每个群组内每个群组成员都可以经由局部路径与各自的簇头取得联系。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，
第三成组限制条件适于对所述簇头的分配进行控制，使得在包含一个网关节点的每个群组中，所述网关节点被选择作为簇头。
11.根据权利要求1到10中任意一项所述的系统，其特征在于，
第四限制条件适于在包含多于一个网关节点的群组中对所述簇头的分配进行控制，使得具有最高连接度的网关节点被选择作为簇头。
12.根据前述权利要求中任意一项所述的系统，其特征在于，
第五限制条件适于在没有网关节点的群组中对所述簇头的分配进行控制，使得最接近默认网关的节点被选中。
13.根据权利要求8到12中任意一项所述的系统，其特征在于，
所述建模及验证装置适于基于涉及以下内容的多个参数中的一个或更多个，来对所述第一限制条件到第五限制条件中的至少一个或更多个进行建模：网络中群组的数量；构成特定群组i的节点；群组i的网关节点集；网络中的全部网关集；集i的联系度；群组i的簇头；构成从节点n到节点nm的默认路径的节点集；节点n的连接度；以及节点n与其默认网关之间的距离。
14.根据前述权利要求中任意一项所述的系统，其特征在于，
第一标准及第二标准中的至少一个用于所述限制条件建模，所述标准/多个标准分别由度量物理距离及度量时间距离来定义，所述度量物理距离包括两个节点之间的跳数，而所述度量时间距离包括两个节点之间期望往返时间的传输时长。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，
所述第一标准是两个节点之间最短的物理距离或最短的时间距离，而所述第二标准是节点连接度，是与所述节点相距给定跳数的节点的数量或与节点相距以往返时间形式表示的给定时长的节点的数量。
16.根据前述权利要求中任意一项所述的系统，其特征在于，
所述成组装置适于为了管理目的而相对于网络大小对群组数量进行优化，并针对网络大小对所述群组中的节点数量进行优化，和/或针对带宽消耗及消息传输开销对群组数量进行优化。
17.根据前述权利要求中任意一项所述的系统，其特征在于，
每个节点都包括消息生成装置、消息接收装置及计时器装置，所述消息生成装置适于在向网络中添加节点时生成消息并发送消息到相邻节点，和/或适于生成并发送针对簇头创建/选择的消息，所述消息生成装置启动计时器的设置，该接收装置适于在所述计时器终止之前等待针对成组及创建簇头的响应消息。
18.一种对包括有线网络主干及无线网络主干的业务网络进行管理的方法，该无线网络主干包括具有无线路由器的多个中继节点，所述中继节点中的一些充当到该有线网络主干的网关，而另一些充当支持接入多个接入网络的中继桥路由器，所述方法包括以下步骤：
-按照分布方式布置多个管理站以形成处理所述业务网络的子网络的管理系统，
其特征在于，
该布置步骤包括以下步骤：
-将所述管理系统布置成位于所述业务网络上方的逻辑分级网络；
-通过限定多个尺度及业务网络特性的代表以建立标准，来使用所述业务网络的基础设施将所述中继节点限定为管理站；
-通过将网络节点布置在群组中，在不同的层上执行成组处理；
-针对每个群组，在每个层上选择上方簇头，并且在顶层中设置顶层中央管理器，所述成组处理包括以下步骤：
-基于所述标准来对多个限制条件进行建模；
-在每个分级层上对是否满足所述限制条件进行验证。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，
该方法包括以下步骤：
-在充当顶层管理器的中央管理器中静态地创建所述群组；
-在所述中央管理器中静态地选择所述簇头。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，
该方法包括以下步骤：
-通过网络管理器对在所述中央管理器中创建群组、选择簇头进行控制。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于，
该方法包括以下步骤：
-从所述顶层或中央管理器向所选择的簇头发送择取消息；
-在所述择取消息中设置时长限制或计时器，
在该时长限制内或在该计时器终止之前，要从所选择的簇头接收响应，如果在该时长限制内或该计时器终止之前没有接收到任何响应：
-选择一个或更多个新的簇头；
-当从所选择的簇头接收到响应消息时，将所选择的簇头的身份通知给所述群组成员。
22.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，
该方法包括以下步骤：
-在所述顶层中央管理器中使用包含有所述限制条件的算法，来创建群组、选择簇头、保持群组，该保持群组包括处理、添加/移除节点。
23.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，
该方法包括以下步骤：
-向所有节点分配用于进行所述成组处理的算法；
-利用分布式算法、按照分布方式来创建群组、选择簇头及保持群组，该保持群组包括添加/移除节点。
24.根据权利要求18到23中任意一项所述的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
-在位于下方的基础设施无线网格网络之上创建上方的管理系统。
25.根据权利要求18到24中任意一项所述的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
-利用第一限制条件、在考虑群组数量及网络中网关数量的情况下对所述网关在所述群组中的分布进行控制，从而获得基本上均匀的网关分布；和/或
-利用第二限制条件对所述成组进行控制，使得在每个群组内每个群组成员都可以经由局部路径与各自的簇头取得联系；和/或
-对所述成组进行控制，使得如果群组包含一个网关，则将该网关选择作为簇头；和/或
-对簇头的选择进行控制，使得如果群组包含多个网关，则选择具有最高连接度的网关。
26.根据权利要求18到25中任意一项所述的方法，其特征在于，
该方法包括以下步骤：
-限定与物理距离及时间距离有关的尺度；
-基于所述尺度来计算标准；
-在要满足的多个限制条件中应用所述标准；
-在每个分级层上对所述成组过程中是否满足所述限制条件进行验证。
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