本发明涉及一种通信网络中的网络管理活动。更具体地而非限制性 地说，本发明目的是提供在大型、复杂和动态的通信网络中发现断开的 (disconnected)应用层组件（application-level component)的系统
和方法。 背景技术
在通信网络中现今使用的管理架构基于由ITU-M系列标准规定的架 构。这项在网络管理领域的开创性工作的中心在于简单的客户机-服务器 架构。在该标准文本中，这被称作"代理器-管理器（agent-manager)" 关系，其中，代理器驻留在被管理的网络设备上，而管理器是与代理器 交互的中央实体，用于检索管理信息和协调配置任务。这基本上是目前 的第三代（3G)网络管理系统（丽S)方案所基于的同一模式。这种架构 依赖于负责从被管理的设备收集数据、汇总数据并在所述设备上设置状 态信息的集中式元件或服务器。在此服务器上实现的功能通常根据由 X. 700规范族(specification family)中的ITU-T限定的FCAPS功能
分类法进行划分。
通信网络在规模和复杂性方面继续增长，这导致由于单独的节点上 线和下线以及链接失败和被修复而增加动态性。这些因素对现行的集中 式丽S架构带来了许多难题。为了部分地解决这些难题，网络管理任务 被向下分布到网络节点和其它网络实体本身，以试图增加网络管理系统的可用性、工作特性、可伸縮性，以及正确性的保证。
在分布式网络管理任务的环境中，在应用层，通常需要各网络节点 能够识别为完成它那部分分配的任务而将会接触的特定数量的"邻居"。
邻居的集合由待解决的任务决定。例如，如果任务是在基于WCDMA的无 线网络中验证RNC内部邻居小区（neighbor-cell)关系的一致性，则各 无线网络控制器（RNC)必须开始联系与其小区具有相邻关系的其它RNC 的小区，并且必须请求其它RNC以确定该小区相邻关系是否对邻居侧对 称地限定。
一般地，在所管理的网络中存在的数据（例如，网络节点之间的关 系）通常定义能够用于应用层应用的有向图（directed graph),以将处 理请求从一个网络元素传播至另一个网络元素，直到联系到所有应该参 与所述分布式任务的节点为止。如果该图是强连接图（即，图中任何两 个节点之间都存在路径），则源于任何网络节点的请求将最终被传播到所 有其它网络节点（以使得能够进行节点发现和寻址的某下层为前提）。
但是，如果用于传播请求的图不是强连接的，则不能保证源于网络 中的一个节点的请求将会被（或能够被）传播到当前任务的所有感兴趣 节点。这种情形在动态网络环境中更有可能出现，在动态网络环境中， 故障或暂时断开的节点会使得在初始强连接图中的路径中断。
在当前集中式丽系统中，当处理管理任务时，使用网络的中央管理 节点视图。在规模、复杂度和动态性增加的网络环境中，使用用于确定 对网络管理任务进行分布式处理的请求是否已到达所有节点的中央知识 (central knowledge)在可伸縮性、性能和准确性方面不会提供较高的 保证。
在集中式解决方案中出现的问题有：（1)在动态情况下，网络的中 央管理节点视图可能已经过时；（2)每当网络中发生变化，发现强连接 组件的算法必须运行以在中央管理节点重建一个当前视图；（3)当提出 处理管理任务的请求时，中央管理节点必须记住发起请求的图组件，并 且基于整个网络的管理节点的视图，必须确定在图中是否存在不能直接 通过分布式传播技术到达的其它组件。在2003年Bhadra等人的"Complexity of Connected Components in Evolving Graphs and the Computation of Multicast Trees in Dynamic Networks"中，显示了在演进（evolving)网络中发现强连接组件是NP-完全（NP-complete)问题，这使得集中式方法行不通。这种集中式机制 将与网络中的事件和节点数量不相称。
本领域所需要的是一种能够分布网络管理任务的机制，以及能够适 应应用层图中的变化的分布式算法。本发明提供一种能够实现这些目标 的系统、方法和网络节点。

本发明在即使连接性的应用层图不是强连接的情况下，提供能够到 达所有需要通信的网络节点的高概率。通过有效地应用与分布式网络管 理的领域中的新处理结合的诸如流言传播（rumor mongering)技术的机 制，获得了实际解决方案。本发明基于在具有良好的可伸縮性和性能属 性的功能覆盖层中的点对点通信。同时，本发明提供了节点发现和向在 应用层断开的网络节点传播数据的高概率保证。
在一个实施方式中，本发明提供一种在业务网络中发现网络节点和 在不同的强连接组件（SCC)中分布的管理信息的方法。所述方法在第一 SCC中的第一网络节点中执行，并包括以下步骤：在应用层接收对网络管 理信息的请求，并确定所述第一网络节点是否在应用层具有任何相邻节 点。如果所述第一网络节点在应用层不具有任何相邻节点或者是循环的 一部分，则所述第一网络节点利用功能覆盖层来识别和选择用于接收所 述请求的相邻节点的集合，其中，所选择的相邻节点中的至少一个位于 第二 SCC中。然后，第一网络节点在覆盖层向所述选择的相邻节点发送 所述请求。
在另一实施方式中，本发明提供一种在业务网络中发现网络节点和 在不同的SCC中分布的管理信息的系统。所述系统包括覆盖所述业务网 络的功能管理覆盖层；和各网络节点内用于利用所述功能管理覆盖层和 来自所述业务网络的语义信息自主地对在所述网络的同一或不同SCC中的相邻节点进行定位，并且直接在各相邻节点和所述网络节点之间传递 管理信息的装置。
在另一实施方式中，本发明提供一种用于在业务网络中发现相邻节
点和在不同的see中分布的管理信息的网络节点。所述网络节点包括用
于利用覆盖了所述业务网络的功能管理覆盖层和来自所述业务网络的语
义信息自主地对所述网络的同一或不同see中的相邻节点进行定位的装
置；以及用于利用所述功能管理覆盖层直接在各相邻节点和所述网络节 点之间传递管理信息的装置。
在另一实施方式中，本发明提供了一种在业务网络中发现网络节点 和在不同SCC中分布的管理信息的方法。所述方法包括以下步骤：通过 功能覆盖层在第一网络节点中接收散布消息；确定所述第一网络节点是 否位于与发起所述消息的SCC不同的SCC中；如果所述第一网络节点位 于不同的SCC中，则由所述第一网络节点在应用层开始分布式任务处理 过程；并且如果所述第一网络节点不是位于不同的SCC中，则通过所述 功能覆盖层向对等邻居（peer neighbors)开始所述消息的散布。
附图说明
在下面，将通过参照附图给出优选实施方式来详细描述本发明的基 本特征，其中：
图1是适于实现本发明的网络架构的简化框图；
图2是图1的网络架构的应用层和D3层的简化框图，例示了用于发 现断开的网络组件的示例性情形；
图3是例示本发明的方法的示例性实施方式的步骤的流程图。

本发明在应用层关系图中将请求传播到邻居以外，使得能够到达图 中的独立组件。本发明解决了由于特定结构的原因或者由于图中的故障 导致的非强连接图中出现的问题。本发明以分布式方式解决该问题而不 依赖于中央知识库(central knowledge repository)。
9这里描述的方法建立于现有概念（例如，点对点系统）和流行算法
(印idemic algorithm)的基础上。发现分布式网络节点和管理信息、 检测节点中不一致的管理信息以及将网络管理任务分布到节点的目标需 要某种形式的点对点架构，这使得节点能够直接彼此通信并且一起合作， 以便完成特定的网络管理任务。在点对点系统中，各节点具有部分网络 知识，因此能够联系系统中的节点子集。本发明利用这种知识以将请求 延伸到网络中不一定被网络元素之间的关系图覆盖的部分。
Demers等在1997年第六届分布式计算原理ACM年度研讨会文集 (Proceedings of the Sixth Annual ACM Symposium on Principles of Distributed Computing, 1997)的"Epidemic Algorithms for Replicated Database Maintenance"中描述了流行算法。在分布式系统中使用流行 算法以通过该系统来分布数据。除了提供数据传播的可伸縮机制，流行 算法还为在面对链路和节点高故障率时提供高保障的稳定性能。流行算 法具有几种变体，例如，反熵（anti-entropy)算法和流言传播（rumor mongering)算法，各算法可根据使用的传播机制（例如，推拉式机制（pnsh vs. pull))或根据节点选择接收信息的邻居的不同方式进行进一步分类。 但是，所有这些算法的基本思想是各节点选择节点集进行联系以更新传 播，通常选择其知道的节点的随机子集。也可使用概率（probability) 来改变将被感染（infect)的节点集的基数。例如，在流言传播算法中， 当一个节点接收其已经知道的数据时，流言中的兴趣降低并且数据进一 步传播的概率也降低。
这里描述的示例性实施方式在包括数据发现和分布（D3: Data Discovery and Distribution)层的网络管理系统（丽S)环境中工作， D3层使得节点能够以分布式方式发现对方。网络节点通过利用节点关系图 的应用面来传播请求，还通过D3层来传播请求，该03层利用了流言传播 方案来在D3层中选择要向其传播请求的其它随机节点。D3层使得能够进 行分布式节点发现，并且用于节点之间的直接通信。没有应用层邻居或 者作为循环（cycle)的一部分的各节点可从D3层中随机选择邻居子集， 并将请求以不同的概率传播到该子集。图1是适于实现本发明的网络架构10的简化框图。通常该架构包括 三个不同的层：物理层ll、数据发现和分布（D3)层12以及分布式应用 层13。物理层11提供网络节点14之间的同步和/或异步通信。该通信可 以是有线的或是无线的，并且可包括多种技术中的任意一个，所述技术
包括但不限于ATM、以太网、TCP/IP等。W层12支持应用层13并且为可 自动重构的点对点节点发现层提供索引能力。D3层在这里可被称作覆盖层 网络（overlay network)。应用层提供建立网络管理任务的基础。应用 层基于节点之间的应用层关系将网络节点组织成有向图。反过来，该图 限定网络节点可以怎样彼此合作以完成网络管理任务。
简而言之，应用层图可被看作用于传播请求，D3层被看作用于对节 点进行定位和寻址，而物理层被看作用于实际数据通信。
在03层12中，路由表和/或邻居集根据预定算法创建，该算法使得 能够对网络节点14以及与网络节点相关联的数据进行分布式发现。当需 要将消息从一个网络节点发送到另一个时，使用覆盖层节点中的路由信 息（即，D3层中的本地信息）以发现到目标节点的路由。在一个示例性实 施例中，利用分布式哈希表（DHT)技术或它的变体来实现该覆盖层。多 数DHT实现将利用本地路由表中的0UOg 7V)信息来保证在平均0(hg TV) 的步骤内发现目标节点，其中N是在D3层中的节点数。
不论何时在D3层中接收到消息，如果目的地是当前接收节点，则该 消息被转发到应用层。否则，使用路由表/邻居集来确定消息应该转发到 哪一个网络节点。
图2是图1的网络架构10的应用层13和03层12的简化框图，例示 了在大型、复杂和动态的业务网络中发现断开的网络组件的示例性情形。 应用层通过网络节点14之间的关系图来表示。此图依赖于应用；待执行 的实际任务限定了哪些网络节点应该被任何其它网络节点联系。这种关 系的一个示例是为了在WCDMA无限接入网络（WRAN)中在不同无线网络 控制器（RNC)之间切换用途而定义的相邻小区关系。
在一般情况下，如果正确地定义了网络节点之间的所有关系，并且 系统中没有故障，则这种应用层图是强连接的（即，在该图中从任何一个网络节点至任何另一个必要的网络节点之间存在路径）。在这种情况
下，可以说该图包含一个强连接组件（scc)。但是，在广泛分布的动态
系统的情况下，会遇到该图变为非强连接图的情形。
为了确保请求仍然能够到达完成任务所需的所有网络节点，本发明
利用在D3层中应用的流言传播技术，以进一步向有可能是目标但是通过 应用层图不可到达的网络节点散布请求。
在图2所示示例中，应用层的网络节点关系图包括两个强连接组件， SCC1 21和SCC2 22。 一个SCC中发起的请求不能通过应用层图传播到另 一个SCC。当接收到处理请求时，SCC1中的节点X 23也检测到其位于该 图的"边缘"（要么不存在节点X在应用层能够向其转发所述请求的邻居， 要么节点X是该图的循环的一部分）。因此，节点X通过W层12开始所 述请求的散布处理。在D3层中，各节点能够访问对等邻居(peer neighbor) 表20，其包括怎样联系邻居的信息。基于该信息，节点X从该表中选择 一个或更多个邻居，并向其发送消息24。该选择过程为选择的邻居将会 包括不同的SCC中的至少一个邻居提供了良好的概率保证。所述消息包 括关于通过应用层图传播的原始请求的信息。
当节点Y 25接收到消息24时，节点Y可能检测到其己经处理过这 个请求。如果这样，节点Y利用对等邻居表在D3层中选择其它邻居，并 且向其传播该消息。当节点Z 26接收到该消息时，其提取关于原始请求 的信息，并且可能检测到其没有接收过所述处理消息。在这种情况下， 节点Z向应用层发送请求以进行适当处理。
通过点对点D3层发送的消息数量受到两种机制的限制：
(1) 如果接收节点检测到消息是重复的（duplicate),则该接收节 点将向对等邻居转发该消息的概率减小预定量。当时，对待转发的消息， 所述概率必须高于阈值水平。各接收节点反复进行该过程，直到所述概 率低于所述阈值，然后散布处理停止。
(2) 将超时机制建立到消息处理中。当消息散布开始时，源或发起 节点初始化超时计数器（timeout counter)。然后，各接收节点使所述 超时计数器递减，并且仅当所述超时计数器尚未耗尽的情况下转发该消
12在本文中，消息可包含（但不仅限于）以下信息-
(1) 处理请求信息：如果该消息到达另一个SCC中的节点时可在应
用层使用的信息；
(2) 转发所述请求的概率；
(3) 超时：以计数器的形式，该计数起表示在转发处理停止之前向
其传播消息的节点的数量；
(4) 消息的始发者：当节点启动发现过程，其必须在发现消息中对
其本身进行标识，使得来自对该消息感兴趣的其它see的节点具有进行
应答的参考点；以及
(5) 应用（application)标识符：用于过滤消息并且向相应的应 用发送内容。与几个应用相关的消息可通过D3层传播，并且必须向正确 的应用发送各消息以进行处理。
图3是例示了本发明的方法的示例性实施方式的步骤的流程图。在 步骤31，在一个网络节点中接收到来自另一个网络节点的消息。在步骤 32，确定所述消息是否是通过应用层接收的请求（即，是否是应用层消 息）。如果所述消息是通过应用层接收的请求，则方法前进至步骤33，在 步骤33中，确定接收节点是否在应用层图中没有可向其转发消息的邻居
(即，所述节点是断开的）或者接收节点是否是应用层循环的一部分。 如果不是（即，所述接收节点具有邻居并且不是循环的一部分），则所述 节点将请求作为管理任务应用的一部分通过应用层散布到相邻节点，并 且所述方法返回到步骤31。
但是，如果在步骤33中确定接收节点在应用层图中没有邻居或者是 应用层循环的一部分，则接收节点在D3层开始散布消息。所述方法前进 至步骤34，在步骤34中，接收节点初始化超时计数器，当计数等于hg W时(其中，N是网络中的节点数），经验研究表明工作正常。在步骤35， 接收节点从D3层的邻居列表中选择m个邻居来接收消息。所述m个邻居 是所述接收网络节点（通过点对点系统中的邻居定义）知道如何与其通 信的所有网络节点。例如，如果D3层被实现为DHT，则接收节点可从路由表中包括的网络节点集合、叶集（leafset)和邻居集合（neighborhood set)的并集中选择logN个邻居。路由表包含接收节点知道的并且用于 路由目的的节点。路由表的大小通常是乃g见叶集是D3 DHT层中的L 个邻居的集合，而邻居集合是物理层中的M个直接邻居的集合。所有的 集合包括关于相邻节点的位置以及如何联系它们的信息（例如，IP地址）。
在步骤36中，接收节点创建转发概率（p)被设置为1.0的散布消 息。所述散布消息标识原始应用层请求以在不同的请求之间进行区分。 在步骤37中，接收节点通过D3层将散布消息转发给所述m个选择的邻居。
如果在步骤32中确定消息不是应用层请求（即，所述消息通过D3 层接收到），则所述方法前进至步骤38，在步骤38中，确定消息是否是 通过D3层接收到的散布消息。如果不是，则消息不再被认为是散布消息， 并且不再采取行动，然后本方法返回到步骤31并且继续等待消息。但是， 如果消息是D3散布消息，则本方法前进到步骤39，在步骤39中，确定接 收节点是否在新的SCC中（即，是否到达新的图组件）。如果接收网络节 点先前没有通过应用层图接收请求并且能够处理该请求，则到达新的图 组件。如果接收节点在新的SCC中，则本方法前进至步骤40，在步骤40 中，接收节点在应用层开始分布式任务处理过程。然后本方法返回到步 骤31。
如果在步骤39接收节点不在新的SCC中，则接收节点开始通过D3 层散布消息。在步骤41处，接收节点使超时计数器减一 （超时计数:=超 时计数-1)。在步骤42处，确定被减小的超时计数器是否在可接受的 水平（例如，超时计数X))。如果不是，则本方法在步骤43处停止。但 是，如果减小的超时计数器在可接受的水平，则方法前进至步骤44，在 步骤44，接收节点利用其对等邻居表来选择m个邻居。在步骤45，接收 节点确定接收的消息是否是通过D3层接收的重复消息。如果该消息不是 重复消息，则方法前进至步骤37，在步骤37中，接收节点通过D3层将散 布消息转发给所述m个选择的邻居。
但是，如果在步骤45，接收节点确定消息是重复消息，则本方法前 进至步骤46，在步骤46中，接收节点更新接收到的消息中的转发概率p。在一个实施方式中，接收节点将转发概率减小为一半（P :二 P/2)，然后 在步骤47处确定转发概率是否大于预定阈值。如果不是，则本方法在步 骤43处停止。如果转发概率大于预定阈值，则本方法前进至步骤37，在 步骤37中，接收节点将消息转发给选择的m个邻居，该消息中具有减小 的转发概率和超时计数值。
通过随着接收到消息而减小转发概率，并且通过递减超时计数器， 本发明限制了通过网络传播的消息数量。例如，当超时计数器达到0值 或者转发消息的概率小于预定极限时（例如，当概率小于1%时），传播停 止。
对被选择用于进行散布的邻居数历的选择会影响算法的结果（以成 功找到断开的图组件来衡量）。对于基于DHT的D3层的实现，A^W和Z 之间的值提供了良好的保证，W是网络中的节点数，Z是叶集的大小。由 于DHT提供了0(A^^的平均查找时间的保证，因此，在将超时计数设
置为i^W同时在A^iV和丄之间选择/7?，保证了在网络中的节点当中对
发现消息的非常良好的散布。
当然，在不偏离本发明的基本特征的情况下，本发明可按照不同于 这里阐述的方式的其它特定方式实施。因此，当前实施方式在所有方面 都被认为是例示性的而不是限制性的，并且落入所附权利要求的涵义和 等同范围内的所有改变都应被包括在其中。