基于服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

1、指導(dǎo)老師：楊家海 教授(jioshu) 學(xué)生：姜 寧 2009-6基于服務(wù)(fw)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 共六十七頁(yè)摘 要引言一 IMSN的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三 疑慮和進(jìn)一步工作四二 OWL-MX詳解共六十七頁(yè)一、選題(xun t)的背景和意義傳統(tǒng)(chuntng)的基于SNMP協(xié)議的集中式管理體系共六十七頁(yè)傳統(tǒng)的域間管理(gunl)方式共六十七頁(yè)基于(jy)SNMP的集中式網(wǎng)管系統(tǒng)的不足網(wǎng)絡(luò)管理結(jié)點(diǎn)負(fù)擔(dān)重，以至于網(wǎng)管流量大，網(wǎng)管系統(tǒng)規(guī)模難以擴(kuò)充；數(shù)據(jù)表示能力不足，包括(boku)格式不統(tǒng)一（私有MIB）或缺乏必要信息 網(wǎng)管系統(tǒng)之間很難交互。共六十七頁(yè) 從上述缺點(diǎn)可以看出：SNMP協(xié)議主要是為單個(gè)管理域而

2、設(shè)計(jì)的，隨著internet的發(fā)展很多網(wǎng)絡(luò)管理必須跨域，那么就必須進(jìn)行域間合作，因此在一個(gè)(y )互聯(lián)網(wǎng)的層次上研究網(wǎng)絡(luò)管理顯得越來(lái)越重要。共六十七頁(yè)域間管理(gunl)的兩種方式1.在別的管理域內(nèi)部署相應(yīng)的管理節(jié)點(diǎn)（如測(cè)量探針）2.每個(gè)管理域向外提供自己(zj)域的相應(yīng)管理服務(wù)。共六十七頁(yè)第一種方式(fngsh)的缺陷1.在別的管理域內(nèi)部署大量的探針節(jié)點(diǎn)，耗時(shí)耗力2.每個(gè)管理域一般不會(huì)(b hu)允許其它管理域隨便在自己域內(nèi)部署探針節(jié)點(diǎn)，因?yàn)樯婕暗揭恍┥虡I(yè)上的利益。共六十七頁(yè)第二種方式(fngsh)的優(yōu)點(diǎn)1.各管理(gunl)域自主地選擇想提供給別人的管理(gunl)服務(wù)，可以對(duì)發(fā)布的服務(wù)設(shè)

3、置相應(yīng)的權(quán)限，這樣自己可控、可管。2.為各ISP提供了新的業(yè)務(wù)增長(zhǎng)點(diǎn)，可以發(fā)布本域的某些管理服務(wù)，并收取一定的費(fèi)用。共六十七頁(yè)實(shí)現(xiàn)第二種方式(fngsh)需要的條件1.涉及新的域間管理信息模型，SNMP協(xié)議雖然考慮到域間信息傳遞的一些問(wèn)題，但是因?yàn)樗逃械娜毕?，沒(méi)有流行起來(lái)。2.網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不能再采用集中式的管理模式。（組織模型）3.域間的索引信息模型。即各管理域提供的服務(wù)怎么進(jìn)行描述，別人怎么查找(ch zho)到，怎么進(jìn)行調(diào)用。共六十七頁(yè)解決(jiju)方法1.采用XML語(yǔ)言對(duì)網(wǎng)管信息進(jìn)行建模2.采用分布式的P2P架構(gòu)。3.采用ontology web services的方式對(duì)服務(wù)進(jìn)行封裝、發(fā)

4、布(fb)、查找、調(diào)用。共六十七頁(yè)系統(tǒng)(xtng)的總體結(jié)構(gòu) network management overlay networkpeerimsManagerimsAgentAmbassadorAmbassador: 負(fù)責(zé)P2P網(wǎng)絡(luò)的通訊，主要完成管理節(jié)點(diǎn)間服務(wù)的定 位以及傳遞消息。imsManager：完成對(duì)本管理域內(nèi)服務(wù)的管理，向本域提供注冊(cè)服務(wù)，向本域或其它域提供查詢(chxn)、調(diào)用服務(wù)。imsAgent:完成對(duì)具體服務(wù)的語(yǔ)義描述、封裝、發(fā)布，是服務(wù)的提供者。共六十七頁(yè)XML語(yǔ)言(yyn)的特點(diǎn)XML實(shí)際上是在web上表示結(jié)構(gòu)化信息的標(biāo)準(zhǔn)文本格式。它有三個(gè)特點(diǎn)(tdin)： 1.可擴(kuò)展

5、性 2.靈活性 3.自描述性：不僅人能讀懂，計(jì)算機(jī)也能處理。本系統(tǒng)的管理信息建模和索引信息建模的基礎(chǔ)都是XML語(yǔ)言。共六十七頁(yè)Web services1.消息交互：使用(shyng)soap(Simple Object Access Protocol) 協(xié)議。（示例）2.服務(wù)描述：使用WSDL（ Web Services Description Language ）（示例）3.最大優(yōu)點(diǎn)：以一種最簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)之間的互通信和數(shù)據(jù)交換，且跨平臺(tái)。 共六十七頁(yè)為什么要用“語(yǔ)義”？ Web services確實(shí)使異構(gòu)系統(tǒng)間的服務(wù)調(diào)用成為可能，而且實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)的自動(dòng)調(diào)用。但正如我們看到的，它描述

6、服務(wù)的輸入輸出參數(shù)時(shí)只是用數(shù)據(jù)類型，沒(méi)有實(shí)際含義。 所以(suy)我們引入了“語(yǔ)義web”的概念，而OWL-S(語(yǔ)義web描述語(yǔ)言）使得Web服務(wù)實(shí)現(xiàn)智能化 。共六十七頁(yè)Ontology（本體(bnt)） 如果我們想讓服務(wù)的輸入輸出具有實(shí)際的含義，那么必須對(duì)現(xiàn)實(shí)世界（網(wǎng)管領(lǐng)域）進(jìn)行(jnxng)建模，本體就是一個(gè)建模工具。本體是指一種“形式化的、對(duì)于共享概念體系的明確而又詳細(xì)的說(shuō)明” 。它用類、示例、關(guān)系、規(guī)則、約束等形式化的描述了現(xiàn)實(shí)世界。它有很多描述語(yǔ)言，我們使用的是owl （示例）共六十七頁(yè)OWL-S OWL-S是基于(jy)OWL的Web服務(wù)本體，它提供了一個(gè)標(biāo)記語(yǔ)言結(jié)構(gòu)體的核心集合，

7、這個(gè)結(jié)構(gòu)體集合是以一種無(wú)二義性的，計(jì)算機(jī)能夠理解的形式來(lái)描述Web服務(wù)的特性和能力。主要的本體包括三個(gè)主要的組件：service profile是用來(lái)通告和發(fā)現(xiàn)服務(wù)；過(guò)程模型（process model）給出了一個(gè)對(duì)于服務(wù)操作的細(xì)節(jié)描述；grounding在怎么樣與一個(gè)服務(wù)進(jìn)行交互方面提供了一些細(xì)節(jié)。 共六十七頁(yè)共六十七頁(yè)開(kāi)源匹配(ppi)引擎OWLS-MXSource International Conference on Autonomous Agents Proceedings of the fifth international joint conference on Autonomo

8、us agents and multiagent systems. Hakodate, Japan SESSION: Ontologies and web services Pages: 915 - 922 Year of Publication:2006 Authors Matthias Klusch, German Research Center for Artificial Intelligence Saarbruecken, Germany Benedikt Fries University of the Saarland Saarbruecken, Germany Katia Syc

9、ara Carnegie Mellon University共六十七頁(yè)一、簡(jiǎn)介(jin ji) OWLS-MX 叫做“混合匹配引擎機(jī)”，它接收以O(shè)WL-S文件形式的請(qǐng)求，對(duì)請(qǐng)求中的輸入出類型進(jìn)行匹配，找出匹配的OWL-S服務(wù)文件，并返回。它使用了邏輯推理和基于(jy)句法的IR（信息檢索）相似度算法來(lái)進(jìn)行匹配。它定義了五種匹配過(guò)濾器，以及四種IR相似度算法。共六十七頁(yè) 二、OWLS-MX的匹配(ppi)過(guò)濾器 OWLS-MX為一個(gè)給定的服務(wù)(fw)公告和請(qǐng)求計(jì)算語(yǔ)義匹配的相關(guān)度，它是通過(guò)依次使用五個(gè)不同的過(guò)濾器exact, plug in, subsumes,subsumed-by and n

10、earest-neighbor來(lái)實(shí)現(xiàn)的。前三個(gè)只是基于邏輯推理，后兩個(gè)是基于混合型的，這個(gè)混合型是在邏輯推理的基礎(chǔ)上添加了基于句法的相似度匹配。下面定義一系列符號(hào)： 共六十七頁(yè)T： 本體語(yǔ)言中的本體術(shù)語(yǔ)集合。CTt: 本體術(shù)語(yǔ)T的概念包含層次結(jié)構(gòu)。LSC（C）：本體概念C的直接子概念集。LGC（C）：本體概念C的直接父概念集。SimIR(A,B) 0,1:在字符串A和B之間的句法相似 度，這個(gè)(zh ge)相似度是針對(duì)一個(gè)已選擇的信息檢索算法，同時(shí)這個(gè)(zh ge)信息檢索算法是基于權(quán)重和文檔集合的。a0,1已給出的句法相似度閾值。=：術(shù)語(yǔ)概念上的相等。 ：術(shù)語(yǔ)概念上的包含。共六十七頁(yè)共六十七

11、頁(yè)三、OWLS-MX匹配(ppi)算法 OWLS-MX匹配引擎機(jī)把任何一個(gè)OWL-S服務(wù)作為一個(gè)請(qǐng)求(qngqi)，然后返回一個(gè)相關(guān)服務(wù)的有序集合，這些服務(wù)都和請(qǐng)求(qngqi)滿足相應(yīng)的匹配程度，以及句法上的相似度值。使用者可以明確指定所需要的程度，以及句法上的相似度閾值。 共六十七頁(yè) OWLS-MX首先將服務(wù)的請(qǐng)求I/O概念分類，并將它們納入(nr)本地的服務(wù)I/O概念本體庫(kù)中 。 在匹配機(jī)中對(duì)每一個(gè)本體概念都有一個(gè)列表與之連接，這個(gè)列表列出了與這個(gè)概念相關(guān)的所有服務(wù)，以及匹配的等級(jí)。共六十七頁(yè)共六十七頁(yè)四、OWLS-MX IR相似(xin s)度算法 我們(w men)實(shí)現(xiàn)了與一般的OW

12、LS匹配算法的不同IR相似度算法（variant），叫做“OWLS-M1到OWLS-M4”，每一個(gè)都使用了相同的基于邏輯的語(yǔ)義過(guò)濾器，但是對(duì)于服務(wù)的輸入輸出匹配卻使用了不同的IR相似度量SIMIR(R,S)。共六十七頁(yè)1.Cosine 相似(xin s)度: （OWLS-M3)2.擴(kuò)展的Jacquard相似度: (OWLS-M2)3.Intensional loss of information based similarity metric: (OWLS-M1)4.Jensen-Shannon information divergence based similarity metric: (

13、OWLS-M4)共六十七頁(yè)例子(l zi)共六十七頁(yè)展開(kāi)式如下(rxi)：共六十七頁(yè) 如果用OWLS-M1將因?yàn)榉螾LUG-IN匹配等級(jí)而返回服務(wù)S1，同時(shí)(tngsh)它與請(qǐng)求的IR相似度是SimLOI（R,S1）=0.87.與OWLS-M0不同的是，它也將返回服務(wù)S2，因?yàn)檫@個(gè)服務(wù)對(duì)于請(qǐng)求R符合nearest-neighbor匹配等級(jí)，它們隱含的語(yǔ)義關(guān)系被用下面的方式計(jì)算出來(lái)：共六十七頁(yè)五、實(shí)現(xiàn)(shxin) 我們用java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了OWLS-MX匹配引擎機(jī)，使用了OWL-S API 1.1beta版，以及Maryland大學(xué)開(kāi)發(fā)(kif)的OWL-DL 推理機(jī)Pellet（網(wǎng)址為htt

14、p:/）. 因?yàn)镺WL-S API與Jena語(yǔ)義Web 框架（由惠普實(shí)驗(yàn)室語(yǔ)義Web研究組（網(wǎng)址為/）開(kāi)發(fā)）緊耦合，所以Jena同樣被用來(lái)修改OWLS-MX的本體。共六十七頁(yè)共六十七頁(yè)共六十七頁(yè)共六十七頁(yè)六、實(shí)驗(yàn)(shyn)評(píng)估 針對(duì)每個(gè)OWLS-MX相似(xin s)度算法為了測(cè)量服務(wù)I/O檢索性能，我們使用OWL-S服務(wù)檢索測(cè)量集合OWLS-TC V2。這個(gè)集合包含了超過(guò)570個(gè)服務(wù)，并接覆蓋了七大應(yīng)用領(lǐng)域，它們是教育、醫(yī)療、食品、旅游、通信、經(jīng)濟(jì)和武器。這些服務(wù)的大部分都是從IBM UDDI注冊(cè)中心獲得的，然后我們是有半自動(dòng)化得方式將這些服務(wù)描述從WSDL轉(zhuǎn)換成OWL-S。 共六十七頁(yè)定

15、義(dngy)Q：在OWLS-TC里的測(cè)試(csh)請(qǐng)求（服務(wù)請(qǐng)求）集合A：和Q中所有請(qǐng)求相關(guān)的文件的總數(shù)AR：和一個(gè)請(qǐng)求RQ相關(guān)的服務(wù)（服務(wù)公告）的應(yīng)答集。BR ：在每一步中被檢索到的相關(guān)文件。B ：在每步中被檢索到的文件共六十七頁(yè)共六十七頁(yè)共六十七頁(yè)根據(jù)(gnj)上圖得出的結(jié)論OWLS-M0只是比單用Jensen-Shannon divergenceIR相似度算法稍微好一點(diǎn)。 純邏輯匹配當(dāng)加上混合語(yǔ)義匹配時(shí)，性能會(huì)有顯著(xinzh)的提高混合語(yǔ)義匹配在IR相似度算法上如果不單單只考慮OWL-S中Profile的hasInput和HasOutput的語(yǔ)義概念展開(kāi)式，而是再加上一些而外的文本

16、信息，比如serviceName和textDescripton,那么匹配的性能還會(huì)大大提高 無(wú)論是純邏輯匹配還是混合語(yǔ)義匹配，響應(yīng)時(shí)間都會(huì)隨著已注冊(cè)的服務(wù)數(shù)量的增加而顯著得增加。共六十七頁(yè)七、相關(guān)(xinggun)的工作 在過(guò)去幾年中有很多語(yǔ)義Web服務(wù)匹配引擎都已經(jīng)被開(kāi)發(fā)出來(lái)了，比如OWLS-UDDI匹配引擎、RACER、SDS、MAMA、HotBlu。和我們的OWLS-MX相似，他們大部分都是基于OWL-S中profile的HasInput和HasOutput的語(yǔ)義類型。其它的方法也被提出，例如基于process-model的匹配、遞歸樹匹配、P2P發(fā)現(xiàn)(fxin)、WSMO服務(wù)的自動(dòng)選擇

17、和基于WSDL-S服務(wù)的METEOR-S。除了LARKS之外，沒(méi)有一個(gè)是混合的 。共六十七頁(yè)八、結(jié)論(jiln) 我們提出了一個(gè)語(yǔ)義Web服務(wù)匹配的新方法(fngf)，叫做“OWLS-MX”，它同時(shí)使用了純邏輯推理和基于句法的IR相似度算法。實(shí)驗(yàn)表明，僅僅用基于邏輯的推理是不夠的，在以后的學(xué)習(xí)、研究中我們要提出更加強(qiáng)大的匹配方法。共六十七頁(yè)三、IMSN的系統(tǒng)(xtng)實(shí)現(xiàn)imsAgent模塊的實(shí)現(xiàn) 本文實(shí)現(xiàn)了一個(gè)能夠完成(wn chng)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)功能的imsAgent。imsManager模塊的實(shí)現(xiàn) imsManager模塊與ambassador模塊聯(lián)系非常緊密，這兩個(gè)模塊一起構(gòu)成了IMSN

18、網(wǎng)絡(luò)管理中心系統(tǒng)，采用STRUTS2框架來(lái)實(shí)現(xiàn) ，提供“管理域發(fā)現(xiàn)、服務(wù)注冊(cè)、服務(wù)查詢、服務(wù)調(diào)用”功能。共六十七頁(yè)imsAgent模塊(m kui)的實(shí)現(xiàn)本部分包括(boku)如下工作：拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)管理腳本的實(shí)現(xiàn)將該管理腳本封裝發(fā)布成Web Services 將拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)服務(wù)使用語(yǔ)義描述 將拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)服務(wù)注冊(cè)到本域的網(wǎng)管中心共六十七頁(yè)imsAgent的結(jié)構(gòu)(jigu)共六十七頁(yè)1.拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)管理(gunl)腳本的實(shí)現(xiàn) 采用PERL語(yǔ)言編寫,根據(jù)SNMP協(xié)議完成拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)功能。本程序完成從一個(gè)種子節(jié)點(diǎn)(ji din)開(kāi)始，逐步發(fā)現(xiàn)下層網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)備，直到發(fā)現(xiàn)到用戶指定的層數(shù)或者發(fā)現(xiàn)完所有能夠發(fā)現(xiàn)的設(shè)備。輸入?yún)?/p>

19、數(shù) ： 拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)的名稱、種子節(jié)點(diǎn)IP、拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)的深度、SNMP版本號(hào)、Community的名字集合。輸出結(jié)果： router.txt、link.txt、interface.txt共六十七頁(yè)2.將拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)功能(gngnng)封裝成Web Services 并發(fā)布 我們使用開(kāi)源工具Apache Axis1.4。我們發(fā)布的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)服務(wù)有兩個(gè)：?jiǎn)?dòng)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn) 輸入?yún)?shù)為本次拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)的名稱（字符串類型），沒(méi)有返回值，實(shí)現(xiàn)(shxin)的方法是通過(guò)JAVA內(nèi)部調(diào)用拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)管理腳本，直接啟動(dòng)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)。 獲得某次拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)信息 輸入?yún)?shù)為想要獲取的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)的名稱（字符串類型），返回值是其發(fā)現(xiàn)的具體拓?fù)湫畔ⅲㄗ址?/p>

20、類型），返回信息采用XML語(yǔ)言描述。共六十七頁(yè)3.將拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)服務(wù)使用(shyng)語(yǔ)義描述 我們使用OWL-S Editor插件，在Protg本體編輯工具中將拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)(fxin)服務(wù)的WSDL文檔生成相應(yīng)的OWL-S文檔 ，對(duì)于服務(wù)輸入/輸出使用網(wǎng)絡(luò)管理本體庫(kù)中的本體概念進(jìn)行語(yǔ)義描述。共六十七頁(yè)4.將拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)服務(wù)(fw)注冊(cè)到網(wǎng)管中心 我們將服務(wù)的WSDL描述文檔和相應(yīng)的OWL-S描述文檔提交到本域的imsManager中即完成了服務(wù)的注冊(cè)過(guò)程，之后其它管理人員就可以搜索到此服務(wù)，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)用，具體(jt)實(shí)現(xiàn)會(huì)在imsManager部分詳細(xì)描述。共六十七頁(yè)imsManager模塊(m k

21、ui)的實(shí)現(xiàn) imsManager模塊與ambassador模塊聯(lián)系非常緊密，這兩個(gè)模塊一起構(gòu)成了IMSN網(wǎng)絡(luò)管理中心，此網(wǎng)管中心在每個(gè)管理域內(nèi)至少需要有一個(gè)，采用STRUTS2框架來(lái)實(shí)現(xiàn)，它主要提供(tgng)以下功能：管理域發(fā)現(xiàn)、服務(wù)注冊(cè)、服務(wù)查詢、服務(wù)調(diào)用。共六十七頁(yè)imsManager的結(jié)構(gòu)(jigu)共六十七頁(yè)管理域發(fā)現(xiàn)(fxin)功能 此功能是展示當(dāng)前活動(dòng)管理域的網(wǎng)管中心的詳細(xì)信息，包括管理域名、管理域的子網(wǎng)地址、子網(wǎng)長(zhǎng)度、管理域的主頁(yè)(zh y)地址以及管理域的文字描述等信息。 共六十七頁(yè)管理域發(fā)現(xiàn)功能(gngnng)界面共六十七頁(yè)服務(wù)(fw)注冊(cè)功能 網(wǎng)管中心(zhngxn)需

22、要維護(hù)本管理域內(nèi)所有imsAgent的服務(wù)描述，以供本域或其它管理域的服務(wù)檢索使用，因此網(wǎng)管中心需要提供服務(wù)注冊(cè)功能，接收已發(fā)布服務(wù)的WSDL和OWL-S描述。共六十七頁(yè)服務(wù)(fw)注冊(cè)功能界面共六十七頁(yè)服務(wù)(fw)查詢功能 當(dāng)管理員想要檢索某一網(wǎng)管服務(wù)時(shí)，輸入服務(wù)的目的管理域名或目的設(shè)備的IP地址、輸入/輸出的本體概念以及一些啟發(fā)式條件，網(wǎng)管中心會(huì)根據(jù)輸入的條件，將查詢(chxn)消息發(fā)送到目的管理域的網(wǎng)管中心，網(wǎng)管中心的服務(wù)匹配引擎經(jīng)過(guò)計(jì)算后，將符合條件的服務(wù)描述返回給管理員，以供管理員進(jìn)一步篩選、調(diào)用。共六十七頁(yè)服務(wù)查詢(chxn)功能界面共六十七頁(yè)服務(wù)查詢(chxn)結(jié)果界面1共六十七

23、頁(yè)服務(wù)查詢(chxn)結(jié)果界面2共六十七頁(yè)服務(wù)調(diào)用(dioyng)功能 本功能是IMSN網(wǎng)管中心的可選功能，目的是減輕網(wǎng)管人員的工作量，達(dá)到初步智能化的服務(wù)調(diào)用 。用戶輸入(shr)服務(wù)的OWL-S文檔描述地址、服務(wù)的輸入類型以及相應(yīng)的值，網(wǎng)管中心會(huì)自動(dòng)完成服務(wù)的OWL-S和WSDL文檔解析，調(diào)用網(wǎng)管服務(wù)，最后顯示服務(wù)的返回值。共六十七頁(yè)服務(wù)調(diào)用(dioyng)界面共六十七頁(yè)服務(wù)調(diào)用結(jié)果(ji gu)界面共六十七頁(yè)關(guān)于本系統(tǒng)(xtng)的幾點(diǎn)疑慮1.域間合作，跨域的網(wǎng)管服務(wù)調(diào)用的需求量是否很大。2.雖然XML在信息建模中有很大優(yōu)點(diǎn)，但畢竟snmp協(xié)議已是事實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，它是使用ASN.1語(yǔ)言進(jìn)行信息建模，這兩個(gè)建模語(yǔ)言在網(wǎng)管領(lǐng)域（域間）究竟以后誰(shuí)能成為主流。3.在一個(gè)(y )穩(wěn)定的網(wǎng)管系統(tǒng)中加入P2P的實(shí)現(xiàn)是否會(huì)造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。共六十七頁(yè)4.新的體系