Децентрализованная система управления компьютерной сетью
Полезная модель относится к области управления компьютерными сетями, а более конкретно к децентрализованным системам управления компьютерными сетями с использованием алгоритмов искусственного интеллекта, и может применяться в частности в высоконагруженных центрах обработки данных. Децентрализованная система управления компьютерной сетью, включает в себя по меньшей мере два блока агентов управления. Каждый блок агентов управления включает в свой состав: блок виртуальной сети, блок доступа к оборудованию компьютерной сети, блок интерфейса пользователя, модуль поддержки протоколов доступа к оборудованию компьютерной сети, модуль описания устройств компьютерной сети, модуль поддержки визуализации устройств компьютерной сети, блок базы данных, блок формирования прогноза, блок мониторинга компьютерной сети, блок выделения доменов компьютерной сети, блок обмена управляющей информацией. Блоки агентов управления управляют доменами компьютерной сети. Задачами, на решение которых направлена заявленная полезная модель, являются: обеспечение возможности управления большими распределенными компьютерными сетями; создание масштабируемых систем управления компьютерными сетями.
Полезная модель относится к области управления компьютерными сетями, а более конкретно к децентрализованным системам управления компьютерными сетями с использованием алгоритмов искусственного интеллекта, и может применяться в частности в высоконагруженных центрах обработки данных.
Известны системы управления компьютерной сетью.
Система управления компьютерной сетью по патенту US 
6374293, состоящая из блока виртуальной сети, блока доступа к оборудованию компьютерной сети, блока интерфейса пользователя, модуля поддержки протоколов доступа к оборудованию компьютерной сети, модуля описания устройств компьютерной сети, модуля поддержки визуализации устройств компьютерной сети и базы данных (патент US 6374293, МПК7 G06F 15/177, опубл. 16.04.2002 г.). Недостатком известного технического решения состоит в том, что оно фактически не управляет сетью, не выполняет активных действий, а фиксирует только факт сбоя и ошибку в работе объекта компьютерной сети и всей компьютерной сети в целом, но не обеспечивает возможности предотвратить ее в будущем. Также ограничено количество параметров, описывающих состояние объекта компьютерной сети, что не обеспечивает высокого качества принимаемого решения по управления компьютерной сетью.
Наиболее близким по технической сущностью устройством, принятым за прототип, является система управления компьютерной сетью (Иванов И.А., Леохин Ю.Л. Способ управления компьютерной сетью и система для его осуществления. Патент на изобретение 2309451 RU, опубл. 27.10.2007). Система управления компьютерной сетью содержит модуль поддержки протоколов доступа к оборудованию компьютерной сети, осуществляющий передачу данных о протоколах в связанный с ним блок доступа к оборудованию компьютерной сети, осуществляющий передачу данных для формирования виртуальной сети и связанный с ним блок виртуальной сети, который связан с модулем описания устройств компьютерной сети, блок баз данных, связанный с блоком виртуальной сети, блок интерфейса пользователя, отображающий с использованием данных модуля поддержки визуализации устройств компьютерной сети конфигурацию компьютерной сети и представляющий пользователю информацию по управлению сетью, связанный с блоком виртуальной сети и осуществляющий сбор статистических данных о состоянии объектов компьютерной сети блок мониторинга компьютерной сети и блок формирования прогноза, связанный с блоком мониторинга компьютерной сети, блоком баз данных, блоком виртуальной компьютерной сети и интерфейсом пользователя и включающий нейронную сеть, используемую для формирования прогноза состояния компьютерной сети.
Недостатком указанного устройства является низкая эффективность управления для больших распределенных компьютерных сетей, например, типа грид, вследствие больших запаздываний на получение информации состояния объектов компьютерной сети.
Задачами, на решение которой направлена заявленная полезная модель, являются:
- обеспечение возможности управления большими распределенными компьютерными сетями;
- создание масштабируемых систем управления компьютерными сетями.
Эта задача решается тем, что децентрализованная система управления компьютерной сетью, включающая модуль поддержки протоколов доступа к оборудованию компьютерной сети, осуществляющий передачу данных о протоколах в связанный с ним блок доступа к оборудованию компьютерной сети, осуществляющий передачу данных для формирования виртуальной сети в связанный с ним блок виртуальной сети, который связан с модулем описания устройств компьютерной сети, блок баз данных, связанный блоком виртуальной сети, блок интерфейса пользователя, отображающая с использованием данных модуля поддержки визуализации устройств компьютерной сети конфигурацию компьютерной сети и представляющий пользователю информацию по управлению сетью, связанный с блоком виртуальной сети и осуществляющий сбор статистических данных о состоянии объектов компьютерной сети блок мониторинга компьютерной сети и блок формирования прогноза, связанный с блоком мониторинга компьютерной сети, блоком баз данных, блоком виртуальной компьютерной сети и интерфейсом пользователя и включающий нейронную сеть, используемую для формирования прогноза состояния компьютерной сети, согласно изобретению дополнена блоком выделения доменов компьютерной сети, блоком обмена управляющей информацией, которые в совокупности с перечисленными ранее блоками представляют собой блок агентов управления, осуществляющим управление выделенным доменом компьютерной сети, связан, по меньшей мере, с одним аналогичным блоком агентов управления, при этом блок выделения доменов компьютерной сети, осуществляет выделение доменов компьютерной сети, связан с модулем описания устройств компьютерной сети, блоком виртуальной сети, блоком доступа к оборудованию компьютерной сети, блоком обмена управляющей информацией; блок обмена управляющей информацией, осуществляет формирование и пересылку управляющей информации и информации состояния между блоками агентов управления, связан с блоком виртуальной сети и блоком выделения доменов компьютерной сети.
Благодаря указанной совокупности признаков, за счет того, что в известную схему добавлены блок выделения доменов компьютерной сети, блок обмена управляющей информацией, которые в совокупности с известными ранее блоками объединены в блок агентов управления, и добавлен по меньшей мере один аналогичный блок агентов управления, обеспечивается возможность управления большими распределенными компьютерными сетями за счет выделения в ней доменов и создание масштабируемых систем управления.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленной полезной модели условию патентоспособности «новизна».
Заявленное устройство поясняется чертежом, на котором приведена блок-схема децентрализованной системы управления компьютерной сетью.
На чертеже приведена блок-схема децентрализованной системы управления компьютерной сетью, которая включает в себя, по меньшей мере, два блока агентов управления 13. Каждый блок агентов управления включает в свой состав: блок виртуальной сети 1, блок доступа к оборудованию компьютерной сети 2, блок интерфейса пользователя 3, модуль поддержки протоколов доступа к оборудованию компьютерной сети 4, модуль описания устройств компьютерной сети 5, модуль поддержки визуализации устройств компьютерной сети 6, блок базы данных 7, блок формирования прогноза 8, блок мониторинга компьютерной сети 9, блок выделения доменов компьютерной сети 11, блок обмена управляющей информацией 12. Блоки агентов управления 13 управляют доменами компьютерной сети 10.
Модули и блоки 1-10 представленные на фиг.1 являются известными устройствами и описаны, например, в прототипе (Иванов И.А., Леохин Ю.Л. Способ управления компьютерной сетью и система для его осуществления. Патент на изобретение 2309451 RU, опубл. 27.10.2007).
Блок выделения доменов компьютерной сети 11 предназначен для выделения доменов компьютерной сети - группы объектов компьютерной сети, является известным устройством и описан, например, в статье Оптимизация модели распределенной гетерогенной вычислительной системы, используемой для планирования обработки запросов / И.В.Логинов, Е.В.Лебеденко // Информатика и системы управления, 2009. 3(21). - с.118-124, и может быть реализован на базе процессорного элемента PPE.
Блок обмена управляющей информацией 12 предназначен для формирования запросов на получение информации состояния домена компьютерной сети 10 от взаимодействующих блоков агентов управления 13, отправки и приема запросов, формирование ответов на запросы и прием ответов на запросы состояния домена компьютерной сети 10, является известным устройством и описан, например, в работе Venugopal S., Scheduling Distributed Data-Intensive Applications on Global Grids, Ph.D. Thesis, The University of Melbourne, July 2006, и может быть реализован на базе процессорного элемента РРЕ.
Блок агентов управления 13 предназначен для управления доменом компьютерной сети 10 и может быть реализован на базе процессорной матрицы, в которую входят отдельные процессорные элементы, реализующие блоки и модули 1-9, 11-12.
Промышленная применимость децентрализованной системы управления компьютерной сетью обусловлена наличием современной элементной базы на которой может быть реализовано устройство.
Заявленное устройство работает следующим образом.
На первом этапе осуществляют выделение доменов в большой распределенной компьютерной сети. В блоке выделения доменов компьютерной сети 11 на основе информации описания объектов компьютерной сети, получаемой от модуля описания устройств компьютерной сети 5, с использованием блока доступа к оборудованию компьютерной сети 2 формируют начальный список объектов компьютерной сети 10, при этом определяют среднюю задержку на получение информации состояния объекта компьютерной сети 10. На основе информации об интенсивности получения информации состояния и средней задержке на получение информации состояния объектов компьютерной сети 10 в блоке выделения доменов компьютерной сети 11 упорядочивают объекты компьютерной сети 10 по средней задержке, формируют домен компьютерной сети 10, в который входят объекты компьютерной сети 10, при этом производительность блока агентов управления 13 должна обеспечивать управление доменом. В блоке выделения доменов компьютерной сети 11 формирую запрос, который через блок обмена управляющей информации 12, отправляют к взаимодействующим блокам агентов управления 13, содержащим состав домена компьютерной сети 10. В блоке выделения доменов компьютерной сети 11 принимают запрос, проверяют домены на совпадение, при наличии совпадений объект компьютерной сети случайным образом удаляют из одного из доменов, отправляют ответ на запрос с новым списком домена. Обмен списками доменов осуществляют до тех пор, пока не будет выполнено два условия: каждый объект компьютерной сети входит в ровно один домен, производительность всех блоков агентов управления 13 обеспечивает управление доменами.
На этапе начальной инициализации в блоке доступа к оборудованию компьютерной сети 2 формируют начальный список объектов домена компьютерной сети 10. Начальный список создают автоматически. Далее осуществляют поиск объектов компьютерной сети 10. При поиске объектов компьютерной сети 10 по линиям связи получают информацию о сетевых адресах, хранящихся в памяти опрашиваемого объекта для обновления списка найденных объектов компьютерной сети. Блок доступа к оборудованию компьютерной сети 2 получает информацию по линиям связи об объектах домена компьютерной сети 10 с помощью протоколов доступа к оборудованию компьютерной сети, информацию о которых содержит модуль поддержки протоколов доступа к оборудованию компьютерной сети 4, и используется в блоке виртуальной компьютерной сети 1. В блоке виртуальной компьютерной сети 1 на основе данных, поступающих из блока доступа к оборудованию компьютерной сети 2, и из блока обмена управляющей информацией 12, формируют виртуальную компьютерную сеть. Блок обмена управляющей информацией 12 осуществляет через заданные промежутки времени формирование, отправку запросов к блокам агентов управления 13 и осуществляет прием информации о виртуальных доменах компьютерной сети 10. Виртуальную компьютерную сеть формируют с использованием информации о специфике реальных объектов компьютерной сети 10, которую содержит модуль описания устройств компьютерной сети 5, и на основе виртуальных доменов компьютерной сети 10, получаемых от блока обмена управляющей информацией 12 и блока доступа к оборудованию компьютерной сети 2.
Если в течение заданного интервала времени список объектов компьютерной сети 10 не изменяется, в блоке формирования прогноза 8 формируют структуру нейронной сети и посредством блока мониторинга компьютерной сети 9 и блока обмена управляющей информацией 12 осуществляют сбор статистических данных о состояниях объектов домена компьютерной сети 10 за временной интервал наблюдений. Данные состояния объектов компьютерной сети 10 и всей сети в целом передают из блока виртуальной компьютерной сети 1 и сохраняют в блоке базы данных 7.
Блок мониторинга компьютерной сети 9, осуществляет постоянный мониторинг объектов домена компьютерной сети 10, запрашивая текущее состояние объектов компьютерной сети 10, и остальных доменов компьютерной сети 10, запрашивая текущее состояние виртуальных доменов компьютерной сети 10 через блок передачи управляющей информацией 12 и передает информацию в блок формирования прогноза 8.
Из блока базы данных 7 статистические данные о состоянии объектов компьютерной сети 10 поступают в блок формирования прогноза 8, где с использованием статистических данных формируют обучающую выборку. Обучающую выборку используют для обучения нейронной сети, конфигурацию которой формируют согласно конфигурации виртуальной компьютерной сети. Обученную нейронную сеть используют для формирования прогноза.
На входной слой нейронных сетей в блоке формирования прогноза 8 из блока мониторинга компьютерной сети 9 передают информацию о текущем состоянии компьютерной сети 10. На основе данной информации о текущем состоянии компьютерной сети 10 формируют сигнал, включающий информацию о прогнозе состояния компьютерной сети 10. В зависимости от прогноза принимают решение по управлению компьютерной сетью 10 (в частности, реакции на ошибки, которые могут произойти в будущем) и оповещают администратора компьютерной сети. Прогноз состояния компьютерной сети 10 визуализируется блоком интерфейсом пользователя 3 с использованием модуля поддержки визуализации устройств компьютерной сети 6 в удобном для восприятия пользователем виде.
С целью проверки работоспособности заявленного устройства было проведено полунатурное исследование децентрализованной системы управления компьютерной сетью. Экспериментальная проверка проведена на распределенных компьютерных системах различного масштаба с количеством объектов компьютерной сети от ста до двух тысяч, при этом интенсивность поступления информации состояния варьировалась в диапазоне от 0,002 до 0,01 Эрланг. Количество блоков агентов управления в зависимости от масштаба сети и интенсивности потока информации состояния варьировалось в диапазоне от двух до двадцати. Результаты эксперимента показали, что заявленное устройство децентрализованной системы управления компьютерной сетью позволяет управлять большими компьютерными сетями, при этом обеспечивается масштабируемость системы управления.
1 - блок виртуальной сети.
2 - блок доступа к оборудованию компьютерной сети.
3 - блок интерфейса пользователя.
4 - модуль поддержки протоколов доступа к оборудованию компьютерной сети.
5 - модуль описания устройств компьютерной сети.
6 - модуль поддержки визуализации устройств компьютерной сети.
7 - блок базы данных.
8 - блок формирования прогноза.
9 - блок мониторинга компьютерной сети.
10 - компьютерная сеть.
11 - блок выделения доменов компьютерной сети.
12 - блок обмена управляющей информацией.
13 - блок агентов управления.
Устройство децентрализованной системы управления компьютерной сетью, содержащей модуль поддержки протоколов доступа к оборудованию компьютерной сети, осуществляющий передачу данных о протоколах в связанный с ним блок доступа к оборудованию компьютерной сети, осуществляющий передачу данных для формирования виртуальной сети в связанный с ним блок виртуальной сети, который связан с модулем описания устройств компьютерной сети, блок баз данных, связанный с блоком виртуальной сети, блок интерфейса пользователя, отображающий с использованием данных модуля поддержки визуализации устройств компьютерной сети конфигурацию компьютерной сети и представляющий пользователю информацию по управлению сетью, связанный с блоком виртуальной сети и осуществляющий сбор статистических данных о состоянии объектов компьютерной сети блок мониторинга компьютерной сети и блок формирования прогноза, связанный с блоком мониторинга компьютерной сети, блоком баз данных, блоком виртуальной компьютерной сети и интерфейсом пользователя и включающий нейронную сеть, используемую для формирования прогноза состояния компьютерной сети, отличающееся тем, что в него дополнительно введены блок выделения доменов компьютерной сети, блок обмена управляющей информацией, которые в совокупности с перечисленными ранее блоками представляют собой блок агентов управления, осуществляющих управление выделенным доменом компьютерной сети, который связан, по меньшей мере, с одним аналогичным блоком агентов управления, при этом блок выделения доменов компьютерной сети осуществляет выделение доменов компьютерной сети, связан с модулем описания устройств компьютерной сети, блоком виртуальной сети, блоком доступа к оборудованию компьютерной сети, блоком обмена управляющей информацией; блок обмена управляющей информацией осуществляет формирование и пересылку управляющей информации и информации состояния между блоками агентов управления, связан с блоком виртуальной сети и блоком выделения доменов компьютерной сети.
