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摘要：隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)有資源管控技術(shù)已無法滿足管理需求的不斷變化。認(rèn)知計算作為當(dāng)前的熱門技術(shù)，得到了廣泛關(guān)注和研究。研究認(rèn)知計算在網(wǎng)絡(luò)資源自主管理中的應(yīng)用，提出了基于認(rèn)知計算的網(wǎng)絡(luò)資源自主智能管控架構(gòu)，通過在管理節(jié)點中引入認(rèn)知計算提升了網(wǎng)絡(luò)管理的自主性和智能性，并對認(rèn)知計算在網(wǎng)絡(luò)全生命周期的自主管理過程中的應(yīng)用進行了分析，對提高網(wǎng)絡(luò)管理效率和提升用戶體驗具有重要意義。

0 引 言

目前，信息化建設(shè)從網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)，逐步進入了業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)融合發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)復(fù)雜度和規(guī)模不斷擴大、以智能化和業(yè)務(wù)導(dǎo)向為特點的新時期。相應(yīng)地，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互通、個性化業(yè)務(wù)部署、端到端QoS保障、網(wǎng)絡(luò)資源充分利用等新需求，使得傳統(tǒng)的以管理人員為主體的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)面臨著巨大挑戰(zhàn)。因此，業(yè)界提出了網(wǎng)絡(luò)自主管理^[1-2]，通過增強網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和管理系統(tǒng)的智能性，實現(xiàn)對被管資源進行自動感知、自動配置、自我優(yōu)化和自我恢復(fù)，盡量減少管理過程中的人為干預(yù)和人工決策，為大量異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的運維提供一種高效、低成本的智能化管理手段。

要實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的自主管理，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理架構(gòu)存在一定的問題。第一，對網(wǎng)絡(luò)資源全局掌控能力不足，規(guī)劃與配置復(fù)雜，進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時難以完成面向上下文的資源自動高效規(guī)劃調(diào)度。管理者的各種操作需要與底層的物理資源直接打交道，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃控制功能實現(xiàn)復(fù)雜，成功率較低，自動化水平不足。第二，網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢多維綜合感知能力弱，采集與分析困難。由于資源受限，采集和分析時信息的全面性和完整性不夠，各類資源的運行態(tài)勢無法有效整合。第三，業(yè)務(wù)質(zhì)量管控能力弱，無法差異化保障。采用傳統(tǒng)方法無法精確感知業(yè)務(wù)運行情況，管理系統(tǒng)無法根據(jù)用戶和業(yè)務(wù)等級快速調(diào)整網(wǎng)絡(luò)配置完成業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量保障。上述問題的核心是對網(wǎng)絡(luò)管理各種信息無法全面認(rèn)知。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理主要處理的是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，而當(dāng)前的業(yè)務(wù)發(fā)展和管理需求需要管理系統(tǒng)能夠有效處理來源廣泛、體量龐大、類型多樣、即時性要求高、邏輯復(fù)雜的各類網(wǎng)管大數(shù)據(jù)^[3-5]。

認(rèn)知計算是面對大數(shù)據(jù)時代挑戰(zhàn)做出智慧決策的保障，通過對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、資源使用、應(yīng)用服務(wù)、外部環(huán)境等進行全方位、多角度和多層次的主動感知，并利用感知信息對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、配置、執(zhí)行等管理過程提供決策支持，提升了管理的智能性，從而為用戶提供了最佳服務(wù)體驗。

本文將認(rèn)知計算引入網(wǎng)絡(luò)自主管理中，通過認(rèn)知計算高效的信息處理能力、以數(shù)據(jù)為中心的體系設(shè)計以及管理策略的自主學(xué)習(xí)能力，完成對網(wǎng)絡(luò)的自主管理。

1　基于認(rèn)知計算的自主管理框架

本文提出基于認(rèn)知計算的自主管理框架^[6-8]，如圖1所示。該架構(gòu)是一種具有協(xié)作、智能、自主特點的管理架構(gòu)，可針對網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和管理任務(wù)的可變性和彈性進行自適應(yīng)調(diào)整，提高管理的靈活性和自主性。

該架構(gòu)中，管理節(jié)點之間通過基于語義的管理協(xié)議進行協(xié)作。節(jié)點能力較高（可以采用多種度量標(biāo)準(zhǔn)）的成為圖1中的自主管理節(jié)點，承擔(dān)智能化自主管理節(jié)點的功能；其他管理節(jié)點則作為普通管理節(jié)點歸屬于某個自主管理節(jié)點，執(zhí)行自主管理節(jié)點下發(fā)的管理操作策略。管理節(jié)點根據(jù)業(yè)務(wù)的整體目標(biāo)和端到端管控目標(biāo)，通過協(xié)作及適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)機制，利用感知的環(huán)境信息和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，實時動態(tài)地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)配置，智能地適應(yīng)環(huán)境變化并能指導(dǎo)未來的自主決策。

整個管理架構(gòu)分為區(qū)域協(xié)作管理層和本地協(xié)作管理層。

（1）區(qū)域協(xié)作管理層

區(qū)域協(xié)作管理層是整個管理架構(gòu)的核心，由多個自主管理節(jié)點組成。自主管理節(jié)點負(fù)責(zé)一個管理域的信息認(rèn)知和智能自主管理，通過與其他自主管理節(jié)點信息交互，獲取全局管理策略信息等。通過自主管理節(jié)點之間的協(xié)作，區(qū)域協(xié)作管理層可實現(xiàn)對整個網(wǎng)絡(luò)的智能自主管理。

（2）本地協(xié)作管理層

本地協(xié)作管理層由普通管理節(jié)點組成。普通管理節(jié)點具有一定的智能，采用協(xié)作機制，能夠根據(jù)管理策略主動收集相關(guān)的管理信息，同時接收自主管理節(jié)點下發(fā)的控制信息，完成對被管對象的配置。

本地協(xié)作管理層的普通管理節(jié)點采用分簇技術(shù)。分簇機制通過一定的算法選擇，簇頭負(fù)責(zé)收集各成員節(jié)點間的感知控制信息進行一定的數(shù)據(jù)預(yù)處理，完成與自主管理節(jié)點的通信，減少本地協(xié)作管理層與區(qū)域協(xié)作管理層之間的信息交互。

對于管理節(jié)點自身的智能性，通過引入認(rèn)知計算模型，形成集采集、感知、計算、決策和執(zhí)行等自反饋控制功能于一體的認(rèn)知環(huán)結(jié)構(gòu)。模型相關(guān)的重要功能包括數(shù)據(jù)采集、信息感知、融合計算、智能決策和控制執(zhí)行。

（1）數(shù)據(jù)采集：通過各種采集方式和手段獲取被管對象的基本數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)。

（2）信息感知：通過將采集的資源數(shù)據(jù)、運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、流量數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)建立統(tǒng)一的信息模型進行集中統(tǒng)一處理，獲取對各類信息的感知。

（3）融合計算：基于管理需求和管理功能，完成各類信息的融合分析和學(xué)習(xí)，如網(wǎng)絡(luò)行為認(rèn)知、用戶行為認(rèn)知、服務(wù)質(zhì)量預(yù)測、業(yè)務(wù)趨勢分析等。

（4）智能決策：根據(jù)融合計算的認(rèn)知結(jié)果，結(jié)合智能分析和決策算法，自動形成對故障處置、資源調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃等各類業(yè)務(wù)的智能決策，形成具體的控制操作策略和優(yōu)化調(diào)度結(jié)果。

（5）控制執(zhí)行：基于可編程的接口執(zhí)行智能決策下發(fā)的控制策略，完成對被管對象的控制和配置。

2　全生命周期自主智能管理

為了實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的全生命周期管理，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)智能自主管理需求，構(gòu)建出基于生命周期的自主智能管理業(yè)務(wù)體系，如圖2所示。

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃階段，業(yè)務(wù)需要基于網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前資源狀態(tài)進行通信組織、網(wǎng)絡(luò)資源柔性重組，生成網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃預(yù)案，之后通過網(wǎng)絡(luò)仿真及評估等手段，找出預(yù)案中的缺陷、不足及性能瓶頸，提出建議改進方案，指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的改進和調(diào)整，生成網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案并下發(fā)。

網(wǎng)絡(luò)配置階段，是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案完成業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)資源等網(wǎng)絡(luò)要素的自動配置，激活特定的實例以便保障特定的業(yè)務(wù)。此外，網(wǎng)絡(luò)配置需根據(jù)態(tài)勢實時感知信息，在網(wǎng)絡(luò)無法完成保障需求時動態(tài)生成配置策略，完成網(wǎng)絡(luò)的重配置。

態(tài)勢感知階段，將實時采集各類資源信息，完成綜合態(tài)勢實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)業(yè)務(wù)保障質(zhì)量降級。當(dāng)發(fā)現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量下降、服務(wù)終止或有服務(wù)質(zhì)量下降趨勢時，則要發(fā)出告警，通過快速分析提出資源管控調(diào)整策略（如網(wǎng)絡(luò)重配置），以便恢復(fù)服務(wù)質(zhì)量，保證網(wǎng)絡(luò)各類業(yè)務(wù)端到端服務(wù)質(zhì)量滿足要求。

效能評估階段，對網(wǎng)絡(luò)提供的各類服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)運行情況、業(yè)務(wù)保障情況進行綜合評估，以便及時調(diào)整優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)配置。此外，用戶感知是業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的最終評判標(biāo)準(zhǔn)。為此，效能評估時將納入以用戶服務(wù)體驗為基礎(chǔ)的考核指標(biāo)與評價體系。

為了實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的精確管理，在效能評估后需要對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提出修改意見，甚至通過不斷的迭代反饋，動態(tài)提高網(wǎng)絡(luò)的保障能力。

聚焦業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)質(zhì)量保障結(jié)束后，保障業(yè)務(wù)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資源應(yīng)恢復(fù)原來配置。

在基于生命周期的網(wǎng)絡(luò)管理業(yè)務(wù)體系中，全生命周期各階段可獨立發(fā)展和演進，根據(jù)實際需求進行管理流程的逐級細(xì)化。但是，為了實現(xiàn)真正的網(wǎng)絡(luò)的全生命周期管理，需要重點研究生命周期各階段之間的協(xié)同合作方式及內(nèi)容。

3　認(rèn)知計算在自主管理中的融合應(yīng)用

在網(wǎng)絡(luò)自主管理過程中，信息認(rèn)知以認(rèn)知計算為基礎(chǔ)，全面感知網(wǎng)絡(luò)運行、安全威脅事件、態(tài)勢數(shù)據(jù)等海量歷史和實時運維數(shù)據(jù)，統(tǒng)一運維數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，以服務(wù)的形式提供運維數(shù)據(jù)存儲、挖掘分析和認(rèn)知決策等服務(wù)，實現(xiàn)運維數(shù)據(jù)的集中整合共享、深度挖掘和運維系統(tǒng)的全面信息認(rèn)知，為網(wǎng)絡(luò)全生命周期的管理業(yè)務(wù)提供決策支持和數(shù)據(jù)服務(wù)，實現(xiàn)“從數(shù)據(jù)到?jīng)Q策”。整個管理系統(tǒng)在認(rèn)知計算的支撐下，基于信息模型、本體模型、知識庫等，利用機器學(xué)習(xí)、模式識別、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)生成各種規(guī)則或策略數(shù)據(jù)，完成網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、資源配置、態(tài)勢感知和效能評估的閉環(huán)自主管理，如圖3所示。

（1）信息認(rèn)知與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

信息認(rèn)知將網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的業(yè)務(wù)需求作為輸入，基于業(yè)務(wù)需求中的資源需求、QoS需求等相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合知識庫中的歷史規(guī)劃方案、歷史業(yè)務(wù)運行信息、優(yōu)化建議信息以及相關(guān)資源當(dāng)前態(tài)勢信息等，通過業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)挖掘、分析、學(xué)習(xí)以及相關(guān)資源的運行趨勢、性能狀況等，給出初步的業(yè)務(wù)規(guī)劃方案或者規(guī)劃建議。

（2）信息認(rèn)知與網(wǎng)絡(luò)配置

網(wǎng)絡(luò)配置在信息認(rèn)知的支撐下，將規(guī)劃方案轉(zhuǎn)化成資源的配置策略，主要是在滿足業(yè)務(wù)需求的前提下，根據(jù)資源的實時運行情況，決策如何配置資源才能達(dá)到性能最優(yōu)以及減小對其他業(yè)務(wù)的影響。資源配置完成后，信息認(rèn)知需要根據(jù)資源的配置實施數(shù)據(jù)、資源態(tài)勢感知數(shù)據(jù)、當(dāng)前業(yè)務(wù)執(zhí)行保障情況、環(huán)境變化情況等進行實時分析監(jiān)控。在業(yè)務(wù)需求無法滿足的情況，需要生成資源動態(tài)調(diào)整策略或資源重配置策略，完成資源動態(tài)調(diào)整或資源重配置，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)自動優(yōu)化配置。

（3）信息認(rèn)知與態(tài)勢感知

態(tài)勢感知需要提供資源數(shù)據(jù)、運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、流量數(shù)據(jù)、拓?fù)鋽?shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、上下文數(shù)據(jù)等，供信息認(rèn)知進行態(tài)勢數(shù)據(jù)的分析、預(yù)測、故障診斷等。其中，態(tài)勢感知需要通過快速拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)，完成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的快速重構(gòu)，及時適應(yīng)環(huán)境變化，展現(xiàn)節(jié)點的加入或退出。信息認(rèn)知需要根據(jù)業(yè)務(wù)需求和當(dāng)前實際情況給出態(tài)勢感知策略，調(diào)整數(shù)據(jù)采集的時長、頻度、數(shù)據(jù)種類等，以及是否需要增加或刪除新的感知點等。

此外，信息認(rèn)知需要根據(jù)當(dāng)前的態(tài)勢信息和學(xué)習(xí)推理得出的資源關(guān)聯(lián)關(guān)系信息，給出業(yè)務(wù)的運行趨勢、網(wǎng)絡(luò)行為特征、用戶服務(wù)質(zhì)量保障情況。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)出現(xiàn)故障時，需要能夠及時預(yù)測故障對相關(guān)資源或用戶的影響，給出故障恢復(fù)策略，并能夠通過與資源配置結(jié)合，完成資源的動態(tài)調(diào)度和重配置，完成故障自恢復(fù)。

（4）信息認(rèn)知與效能評估

信息認(rèn)知在整個運行過程中需要及時根據(jù)業(yè)務(wù)執(zhí)行情況、當(dāng)前態(tài)勢數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等信息，對業(yè)務(wù)的保障情況進行評估，包括整個業(yè)務(wù)保障期間是否都滿足業(yè)務(wù)需求，故障時間、故障原因、恢復(fù)策略等信息，并且給出針對當(dāng)前的業(yè)務(wù)規(guī)劃方案的優(yōu)化調(diào)整建議，觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的調(diào)整，使系統(tǒng)進入下一輪的閉環(huán)反饋，實現(xiàn)系統(tǒng)自優(yōu)化。

4　結(jié)　語

網(wǎng)絡(luò)資源智能自主管理技術(shù)可以在無監(jiān)管的模式下實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自感知、自配置、自恢復(fù)、自優(yōu)化等功能，能夠動態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)行為，以適應(yīng)用戶需求和環(huán)境條件的變化，提高網(wǎng)絡(luò)運行的效率和可靠性，是網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)的發(fā)展趨勢。

本文將認(rèn)知計算引入網(wǎng)絡(luò)自主管理中，全面感知網(wǎng)絡(luò)管理相關(guān)信息，并充分學(xué)習(xí)和挖掘蘊含在大量數(shù)據(jù)中的有用信息來提高網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、態(tài)勢感知、網(wǎng)絡(luò)重配置的決策能力，從而提升用戶體驗。隨著兩者結(jié)合的不斷深入，相信它必將為未來網(wǎng)絡(luò)管理的發(fā)展帶來更多突破。

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作者簡介：

牛作元，中國電子科技集團公司第三十研究所，碩士，高級工程師，主要研究方向為網(wǎng)絡(luò)管理、軟件工程、人工智能；

張鋒軍，中國電子科技集團公司第三十研究所，學(xué)士，研究員級高級工程師，主要研究方向為網(wǎng)絡(luò)管理、軟件工程、人工智能。

來源：信息安全與通信保密雜志社