基于服務的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

1、指導老師：楊家海 教授(jioshu) 學生：姜 寧 2009-6基于服務(fw)的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的實現(xiàn) 共六十七頁摘 要引言一 IMSN的系統(tǒng)實現(xiàn)三 疑慮和進一步工作四二 OWL-MX詳解共六十七頁一、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傳統(tǒng)的域間管理(gunl)方式共六十七頁基于(jy)SNMP的集中式網(wǎng)管系統(tǒng)的不足網(wǎng)絡管理結(jié)點負擔重，以至于網(wǎng)管流量大，網(wǎng)管系統(tǒng)規(guī)模難以擴充；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 從上述缺點可以看出：SNMP協(xié)議主要是為單個管理域而

2、設計的，隨著internet的發(fā)展很多網(wǎng)絡管理必須跨域，那么就必須進行域間合作，因此在一個(y )互聯(lián)網(wǎng)的層次上研究網(wǎng)絡管理顯得越來越重要。共六十七頁域間管理(gunl)的兩種方式1.在別的管理域內(nèi)部署相應的管理節(jié)點（如測量探針）2.每個管理域向外提供自己(zj)域的相應管理服務。共六十七頁第一種方式(fngsh)的缺陷1.在別的管理域內(nèi)部署大量的探針節(jié)點，耗時耗力2.每個管理域一般不會(b hu)允許其它管理域隨便在自己域內(nèi)部署探針節(jié)點，因為涉及到一些商業(yè)上的利益。共六十七頁第二種方式(fngsh)的優(yōu)點1.各管理(gunl)域自主地選擇想提供給別人的管理(gunl)服務，可以對發(fā)布的服務設

3、置相應的權(quán)限，這樣自己可控、可管。2.為各ISP提供了新的業(yè)務增長點，可以發(fā)布本域的某些管理服務，并收取一定的費用。共六十七頁實現(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題，但是因為它固有的缺陷，沒有流行起來。2.網(wǎng)絡架構(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怎么進行描述，別人怎么查找(ch zho)到，怎么進行調(diào)用。共六十七頁解決(jiju)方法1.采用XML語言對網(wǎng)管信息進行建模2.采用分布式的P2P架構(gòu)。3.采用ontology web services的方式對服務進行封裝、發(fā)

4、布(fb)、查找、調(diào)用。共六十七頁系統(tǒng)(xtng)的總體結(jié)構(gòu) network management overlay networkpeerimsManagerimsAgentAmbassadorAmbassador: 負責P2P網(wǎng)絡的通訊，主要完成管理節(jié)點間服務的定 位以及傳遞消息。imsManager：完成對本管理域內(nèi)服務的管理，向本域提供注冊服務，向本域或其它域提供查詢(chxn)、調(diào)用服務。imsAgent:完成對具體服務的語義描述、封裝、發(fā)布，是服務的提供者。共六十七頁XML語言(yyn)的特點XML實際上是在web上表示結(jié)構(gòu)化信息的標準文本格式。它有三個特點(tdin)： 1.可擴展

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

6、服務的輸入輸出參數(shù)時只是用數(shù)據(jù)類型，沒有實際含義。 所以(suy)我們引入了“語義web”的概念，而OWL-S(語義web描述語言）使得Web服務實現(xiàn)智能化 。共六十七頁Ontology（本體(bnt)） 如果我們想讓服務的輸入輸出具有實際的含義，那么必須對現(xiàn)實世界（網(wǎng)管領(lǐng)域）進行(jnxng)建模，本體就是一個建模工具。本體是指一種“形式化的、對于共享概念體系的明確而又詳細的說明” 。它用類、示例、關(guān)系、規(guī)則、約束等形式化的描述了現(xiàn)實世界。它有很多描述語言，我們使用的是owl （示例）共六十七頁OWL-S OWL-S是基于(jy)OWL的Web服務本體，它提供了一個標記語言結(jié)構(gòu)體的核心集合，

7、這個結(jié)構(gòu)體集合是以一種無二義性的，計算機能夠理解的形式來描述Web服務的特性和能力。主要的本體包括三個主要的組件：service profile是用來通告和發(fā)現(xiàn)服務；過程模型（process model）給出了一個對于服務操作的細節(jié)描述；grounding在怎么樣與一個服務進行交互方面提供了一些細節(jié)。 共六十七頁共六十七頁開源匹配(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共六十七頁一、簡介(jin ji) OWLS-MX 叫做“混合匹配引擎機”，它接收以OWL-S文件形式的請求，對請求中的輸入出類型進行匹配，找出匹配的OWL-S服務文件，并返回。它使用了邏輯推理和基于(jy)句法的IR（信息檢索）相似度算法來進行匹配。它定義了五種匹配過濾器，以及四種IR相似度算法。共六十七頁 二、OWLS-MX的匹配(ppi)過濾器 OWLS-MX為一個給定的服務(fw)公告和請求計算語義匹配的相關(guān)度，它是通過依次使用五個不同的過濾器exact, plug in, subsumes,subsumed-by and n

10、earest-neighbor來實現(xiàn)的。前三個只是基于邏輯推理，后兩個是基于混合型的，這個混合型是在邏輯推理的基礎上添加了基于句法的相似度匹配。下面定義一系列符號： 共六十七頁T： 本體語言中的本體術(shù)語集合。CTt: 本體術(shù)語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(zh ge)相似度是針對一個已選擇的信息檢索算法，同時這個(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)語概念上的相等。 ：術(shù)語概念上的包含。共六十七頁共六十七

11、頁三、OWLS-MX匹配(ppi)算法 OWLS-MX匹配引擎機把任何一個OWL-S服務作為一個請求(qngqi)，然后返回一個相關(guān)服務的有序集合，這些服務都和請求(qngqi)滿足相應的匹配程度，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 OWLS-MX首先將服務的請求I/O概念分類，并將它們納入(nr)本地的服務I/O概念本體庫中 。 在匹配機中對每一個本體概念都有一個列表與之連接，這個列表列出了與這個概念相關(guān)的所有服務，以及匹配的等級。共六十七頁共六十七頁四、OWLS-MX IR相似(xin s)度算法 我們(w men)實現(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”，每一個都使用了相同的基于邏輯的語義過濾器，但是對于服務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1.Cosine 相似(xin s)度: （OWLS-M3)2.擴展的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)共六十七頁例子(l zi)共六十七頁展開式如下(rxi)：共六十七頁 如果用OWLS-M1將因為符合PLUG-IN匹配等級而返回服務S1，同時(tngsh)它與請求的IR相似度是SimLOI（R,S1）=0.87.與OWLS-M0不同的是，它也將返回服務S2，因為這個服務對于請求R符合nearest-neighbor匹配等級，它們隱含的語義關(guān)系被用下面的方式計算出來：共六十七頁五、實現(xiàn)(shxin) 我們用java語言實現(xiàn)了OWLS-MX匹配引擎機，使用了OWL-S API 1.1beta版，以及Maryland大學開發(fā)(kif)的OWL-DL 推理機Pellet（網(wǎng)址為htt

14、p:/）. 因為OWL-S API與Jena語義Web 框架（由惠普實驗室語義Web研究組（網(wǎng)址為/）開發(fā)）緊耦合，所以Jena同樣被用來修改OWLS-MX的本體。共六十七頁共六十七頁共六十七頁共六十七頁六、實驗(shyn)評估 針對每個OWLS-MX相似(xin s)度算法為了測量服務I/O檢索性能，我們使用OWL-S服務檢索測量集合OWLS-TC V2。這個集合包含了超過570個服務，并接覆蓋了七大應用領(lǐng)域，它們是教育、醫(yī)療、食品、旅游、通信、經(jīng)濟和武器。這些服務的大部分都是從IBM UDDI注冊中心獲得的，然后我們是有半自動化得方式將這些服務描述從WSDL轉(zhuǎn)換成OWL-S。 共六十七頁定

15、義(dngy)Q：在OWLS-TC里的測試(csh)請求（服務請求）集合A：和Q中所有請求相關(guān)的文件的總數(shù)AR：和一個請求RQ相關(guān)的服務（服務公告）的應答集。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共六十七頁共六十七頁根據(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。 純邏輯匹配當加上混合語義匹配時，性能會有顯著(xinzh)的提高混合語義匹配在IR相似度算法上如果不單單只考慮OWL-S中Profile的hasInput和HasOutput的語義概念展開式，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大大提高 無論是純邏輯匹配還是混合語義匹配，響應時間都會隨著已注冊的服務數(shù)量的增加而顯著得增加。共六十七頁七、相關(guān)(xinggun)的工作 在過去幾年中有很多語義Web服務匹配引擎都已經(jīng)被開發(fā)出來了，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服務的自動選擇

17、和基于WSDL-S服務的METEOR-S。除了LARKS之外，沒有一個是混合的 。共六十七頁八、結(jié)論(jiln) 我們提出了一個語義Web服務匹配的新方法(fngf)，叫做“OWLS-MX”，它同時使用了純邏輯推理和基于句法的IR相似度算法。實驗表明，僅僅用基于邏輯的推理是不夠的，在以后的學習、研究中我們要提出更加強大的匹配方法。共六十七頁三、IMSN的系統(tǒng)(xtng)實現(xiàn)imsAgent模塊的實現(xiàn) 本文實現(xiàn)了一個能夠完成(wn chng)拓撲發(fā)現(xiàn)功能的imsAgent。imsManager模塊的實現(xiàn) imsManager模塊與ambassador模塊聯(lián)系非常緊密，這兩個模塊一起構(gòu)成了IMSN

18、網(wǎng)絡管理中心系統(tǒng)，采用STRUTS2框架來實現(xiàn) ，提供“管理域發(fā)現(xiàn)、服務注冊、服務查詢、服務調(diào)用”功能。共六十七頁imsAgent模塊(m kui)的實現(xiàn)本部分包括(boku)如下工作：拓撲發(fā)現(xiàn)管理腳本的實現(xiàn)將該管理腳本封裝發(fā)布成Web Services 將拓撲發(fā)現(xiàn)服務使用語義描述 將拓撲發(fā)現(xiàn)服務注冊到本域的網(wǎng)管中心共六十七頁imsAgent的結(jié)構(gòu)(jigu)共六十七頁1.拓撲發(fā)現(xiàn)管理(gunl)腳本的實現(xiàn) 采用PERL語言編寫,根據(jù)SNMP協(xié)議完成拓撲發(fā)現(xiàn)功能。本程序完成從一個種子節(jié)點(ji din)開始，逐步發(fā)現(xiàn)下層網(wǎng)絡路由設備，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)的設備。輸入?yún)?/p>

19、數(shù) ： 拓撲發(fā)現(xiàn)的名稱、種子節(jié)點IP、拓撲發(fā)現(xiàn)的深度、SNMP版本號、Community的名字集合。輸出結(jié)果： router.txt、link.txt、interface.txt共六十七頁2.將拓撲發(fā)現(xiàn)功能(gngnng)封裝成Web Services 并發(fā)布 我們使用開源工具Apache Axis1.4。我們發(fā)布的拓撲發(fā)現(xiàn)服務有兩個：啟動拓撲發(fā)現(xiàn) 輸入?yún)?shù)為本次拓撲發(fā)現(xiàn)的名稱（字符串類型），沒有返回值，實現(xiàn)(shxin)的方法是通過JAVA內(nèi)部調(diào)用拓撲發(fā)現(xiàn)管理腳本，直接啟動拓撲發(fā)現(xiàn)。 獲得某次拓撲發(fā)現(xiàn)信息 輸入?yún)?shù)為想要獲取的拓撲發(fā)現(xiàn)的名稱（字符串類型），返回值是其發(fā)現(xiàn)的具體拓撲信息（字符串

20、類型），返回信息采用XML語言描述。共六十七頁3.將拓撲發(fā)現(xiàn)服務使用(shyng)語義描述 我們使用OWL-S Editor插件，在Protg本體編輯工具中將拓撲發(fā)現(xiàn)(fxin)服務的WSDL文檔生成相應的OWL-S文檔 ，對于服務輸入/輸出使用網(wǎng)絡管理本體庫中的本體概念進行語義描述。共六十七頁4.將拓撲發(fā)現(xiàn)服務(fw)注冊到網(wǎng)管中心 我們將服務的WSDL描述文檔和相應的OWL-S描述文檔提交到本域的imsManager中即完成了服務的注冊過程，之后其它管理人員就可以搜索到此服務，并進行相應的調(diào)用，具體(jt)實現(xiàn)會在imsManager部分詳細描述。共六十七頁imsManager模塊(m k

21、ui)的實現(xiàn) imsManager模塊與ambassador模塊聯(lián)系非常緊密，這兩個模塊一起構(gòu)成了IMSN網(wǎng)絡管理中心，此網(wǎng)管中心在每個管理域內(nèi)至少需要有一個，采用STRUTS2框架來實現(xiàn)，它主要提供(tgng)以下功能：管理域發(fā)現(xiàn)、服務注冊、服務查詢、服務調(diào)用。共六十七頁imsManager的結(jié)構(gòu)(jigu)共六十七頁管理域發(fā)現(xiàn)(fxin)功能 此功能是展示當前活動管理域的網(wǎng)管中心的詳細信息，包括管理域名、管理域的子網(wǎng)地址、子網(wǎng)長度、管理域的主頁(zh y)地址以及管理域的文字描述等信息。 共六十七頁管理域發(fā)現(xiàn)功能(gngnng)界面共六十七頁服務(fw)注冊功能 網(wǎng)管中心(zhngxn)需

22、要維護本管理域內(nèi)所有imsAgent的服務描述，以供本域或其它管理域的服務檢索使用，因此網(wǎng)管中心需要提供服務注冊功能，接收已發(fā)布服務的WSDL和OWL-S描述。共六十七頁服務(fw)注冊功能界面共六十七頁服務(fw)查詢功能 當管理員想要檢索某一網(wǎng)管服務時，輸入服務的目的管理域名或目的設備的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)管中心的服務匹配引擎經(jīng)過計算后，將符合條件的服務描述返回給管理員，以供管理員進一步篩選、調(diào)用。共六十七頁服務查詢(chxn)功能界面共六十七頁服務查詢(chxn)結(jié)果界面1共六十七

23、頁服務查詢(chxn)結(jié)果界面2共六十七頁服務調(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，達到初步智能化的服務調(diào)用 。用戶輸入(shr)服務的OWL-S文檔描述地址、服務的輸入類型以及相應的值，網(wǎng)管中心會自動完成服務的OWL-S和WSDL文檔解析，調(diào)用網(wǎng)管服務，最后顯示服務的返回值。共六十七頁服務調(diào)用(dioyng)界面共六十七頁服務調(diào)用結(jié)果(ji gu)界面共六十七頁關(guān)于本系統(tǒng)(xtng)的幾點疑慮1.域間合作，跨域的網(wǎng)管服務調(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，但畢竟snmp協(xié)議已是事實的標準，它是使用ASN.1語言進行信息建模，這兩個建模語言在網(wǎng)管領(lǐng)域（域間）究竟以后誰能成為主流。3.在一個(y )穩(wěn)定的網(wǎng)管系統(tǒng)中加入P2P的實現(xiàn)是否會造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。共六十七頁4.新的體系