基于服务的网络管理系统的实现

1、指导老师：杨家海 教授(jioshu) 学生：姜 宁 2009-6基于服务(fw)的网络管理系统的实现 共六十七页摘 要引言一 IMSN的系统实现三 疑虑和进一步工作四二 OWL-MX详解共六十七页一、选题(xun t)的背景和意义传统(chuntng)的基于SNMP协议的集中式管理体系共六十七页传统的域间管理(gunl)方式共六十七页基于(jy)SNMP的集中式网管系统的不足网络管理结点负担重，以至于网管流量大，网管系统规模难以扩充；数据表示能力不足，包括(boku)格式不统一（私有MIB）或缺乏必要信息 网管系统之间很难交互。共六十七页 从上述缺点可以看出：SNMP协议主要是为单个管理域而

2、设计的，随着internet的发展很多网络管理必须跨域，那么就必须进行域间合作，因此在一个(y )互联网的层次上研究网络管理显得越来越重要。共六十七页域间管理(gunl)的两种方式1.在别的管理域内部署相应的管理节点（如测量探针）2.每个管理域向外提供自己(zj)域的相应管理服务。共六十七页第一种方式(fngsh)的缺陷1.在别的管理域内部署大量的探针节点，耗时耗力2.每个管理域一般不会(b hu)允许其它管理域随便在自己域内部署探针节点，因为涉及到一些商业上的利益。共六十七页第二种方式(fngsh)的优点1.各管理(gunl)域自主地选择想提供给别人的管理(gunl)服务，可以对发布的服务设

3、置相应的权限，这样自己可控、可管。2.为各ISP提供了新的业务增长点，可以发布本域的某些管理服务，并收取一定的费用。共六十七页实现第二种方式(fngsh)需要的条件1.涉及新的域间管理信息模型，SNMP协议虽然考虑到域间信息传递的一些问题，但是因为它固有的缺陷，没有流行起来。2.网络架构不能再采用集中式的管理模式。（组织模型）3.域间的索引信息模型。即各管理域提供的服务怎么进行描述，别人怎么查找(ch zho)到，怎么进行调用。共六十七页解决(jiju)方法1.采用XML语言对网管信息进行建模2.采用分布式的P2P架构。3.采用ontology web services的方式对服务进行封装、发

4、布(fb)、查找、调用。共六十七页系统(xtng)的总体结构 network management overlay networkpeerimsManagerimsAgentAmbassadorAmbassador: 负责P2P网络的通讯，主要完成管理节点间服务的定 位以及传递消息。imsManager：完成对本管理域内服务的管理，向本域提供注册服务，向本域或其它域提供查询(chxn)、调用服务。imsAgent:完成对具体服务的语义描述、封装、发布，是服务的提供者。共六十七页XML语言(yyn)的特点XML实际上是在web上表示结构化信息的标准文本格式。它有三个特点(tdin)： 1.可扩展

5、性 2.灵活性 3.自描述性：不仅人能读懂，计算机也能处理。本系统的管理信息建模和索引信息建模的基础都是XML语言。共六十七页Web services1.消息交互：使用(shyng)soap(Simple Object Access Protocol) 协议。（示例）2.服务描述：使用WSDL（ Web Services Description Language ）（示例）3.最大优点：以一种最简单的方式实现异构系统之间的互通信和数据交换，且跨平台。 共六十七页为什么要用“语义”？ Web services确实使异构系统间的服务调用成为可能，而且实现了计算机的自动调用。但正如我们看到的，它描述

6、服务的输入输出参数时只是用数据类型，没有实际含义。 所以(suy)我们引入了“语义web”的概念，而OWL-S(语义web描述语言）使得Web服务实现智能化 。共六十七页Ontology（本体(bnt)） 如果我们想让服务的输入输出具有实际的含义，那么必须对现实世界（网管领域）进行(jnxng)建模，本体就是一个建模工具。本体是指一种“形式化的、对于共享概念体系的明确而又详细的说明” 。它用类、示例、关系、规则、约束等形式化的描述了现实世界。它有很多描述语言，我们使用的是owl （示例）共六十七页OWL-S OWL-S是基于(jy)OWL的Web服务本体，它提供了一个标记语言结构体的核心集合，

7、这个结构体集合是以一种无二义性的，计算机能够理解的形式来描述Web服务的特性和能力。主要的本体包括三个主要的组件：service profile是用来通告和发现服务；过程模型（process model）给出了一个对于服务操作的细节描述；grounding在怎么样与一个服务进行交互方面提供了一些细节。 共六十七页共六十七页开源匹配(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共六十七页一、简介(jin ji) OWLS-MX 叫做“混合匹配引擎机”，它接收以OWL-S文件形式的请求，对请求中的输入出类型进行匹配，找出匹配的OWL-S服务文件，并返回。它使用了逻辑推理和基于(jy)句法的IR（信息检索）相似度算法来进行匹配。它定义了五种匹配过滤器，以及四种IR相似度算法。共六十七页 二、OWLS-MX的匹配(ppi)过滤器 OWLS-MX为一个给定的服务(fw)公告和请求计算语义匹配的相关度，它是通过依次使用五个不同的过滤器exact, plug in, subsumes,subsumed-by and n

10、earest-neighbor来实现的。前三个只是基于逻辑推理，后两个是基于混合型的，这个混合型是在逻辑推理的基础上添加了基于句法的相似度匹配。下面定义一系列符号： 共六十七页T： 本体语言中的本体术语集合。CTt: 本体术语T的概念包含层次结构。LSC（C）：本体概念C的直接子概念集。LGC（C）：本体概念C的直接父概念集。SimIR(A,B) 0,1:在字符串A和B之间的句法相似 度，这个(zh ge)相似度是针对一个已选择的信息检索算法，同时这个(zh ge)信息检索算法是基于权重和文档集合的。a0,1已给出的句法相似度阈值。=：术语概念上的相等。 ：术语概念上的包含。共六十七页共六十七

11、页三、OWLS-MX匹配(ppi)算法 OWLS-MX匹配引擎机把任何一个OWL-S服务作为一个请求(qngqi)，然后返回一个相关服务的有序集合，这些服务都和请求(qngqi)满足相应的匹配程度，以及句法上的相似度值。使用者可以明确指定所需要的程度，以及句法上的相似度阈值。 共六十七页 OWLS-MX首先将服务的请求I/O概念分类，并将它们纳入(nr)本地的服务I/O概念本体库中 。 在匹配机中对每一个本体概念都有一个列表与之连接，这个列表列出了与这个概念相关的所有服务，以及匹配的等级。共六十七页共六十七页四、OWLS-MX IR相似(xin s)度算法 我们(w men)实现了与一般的OW

12、LS匹配算法的不同IR相似度算法（variant），叫做“OWLS-M1到OWLS-M4”，每一个都使用了相同的基于逻辑的语义过滤器，但是对于服务的输入输出匹配却使用了不同的IR相似度量SIMIR(R,S)。共六十七页1.Cosine 相似(xin s)度: （OWLS-M3)2.扩展的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)共六十七页例子(l zi)共六十七页展开式如下(rxi)：共六十七页 如果用OWLS-M1将因为符合PLUG-IN匹配等级而返回服务S1，同时(tngsh)它与请求的IR相似度是SimLOI（R,S1）=0.87.与OWLS-M0不同的是，它也将返回服务S2，因为这个服务对于请求R符合nearest-neighbor匹配等级，它们隐含的语义关系被用下面的方式计算出来：共六十七页五、实现(shxin) 我们用java语言实现了OWLS-MX匹配引擎机，使用了OWL-S API 1.1beta版，以及Maryland大学开发(kif)的OWL-DL 推理机Pellet（网址为htt

14、p:/）. 因为OWL-S API与Jena语义Web 框架（由惠普实验室语义Web研究组（网址为/）开发）紧耦合，所以Jena同样被用来修改OWLS-MX的本体。共六十七页共六十七页共六十七页共六十七页六、实验(shyn)评估 针对每个OWLS-MX相似(xin s)度算法为了测量服务I/O检索性能，我们使用OWL-S服务检索测量集合OWLS-TC V2。这个集合包含了超过570个服务，并接覆盖了七大应用领域，它们是教育、医疗、食品、旅游、通信、经济和武器。这些服务的大部分都是从IBM UDDI注册中心获得的，然后我们是有半自动化得方式将这些服务描述从WSDL转换成OWL-S。 共六十七页定

15、义(dngy)Q：在OWLS-TC里的测试(csh)请求（服务请求）集合A：和Q中所有请求相关的文件的总数AR：和一个请求RQ相关的服务（服务公告）的应答集。BR ：在每一步中被检索到的相关文件。B ：在每步中被检索到的文件共六十七页共六十七页共六十七页根据(gnj)上图得出的结论OWLS-M0只是比单用Jensen-Shannon divergenceIR相似度算法稍微好一点。 纯逻辑匹配当加上混合语义匹配时，性能会有显著(xinzh)的提高混合语义匹配在IR相似度算法上如果不单单只考虑OWL-S中Profile的hasInput和HasOutput的语义概念展开式，而是再加上一些而外的文本

16、信息，比如serviceName和textDescripton,那么匹配的性能还会大大提高 无论是纯逻辑匹配还是混合语义匹配，响应时间都会随着已注册的服务数量的增加而显著得增加。共六十七页七、相关(xinggun)的工作 在过去几年中有很多语义Web服务匹配引擎都已经被开发出来了，比如OWLS-UDDI匹配引擎、RACER、SDS、MAMA、HotBlu。和我们的OWLS-MX相似，他们大部分都是基于OWL-S中profile的HasInput和HasOutput的语义类型。其它的方法也被提出，例如基于process-model的匹配、递归树匹配、P2P发现(fxin)、WSMO服务的自动选择

17、和基于WSDL-S服务的METEOR-S。除了LARKS之外，没有一个是混合的 。共六十七页八、结论(jiln) 我们提出了一个语义Web服务匹配的新方法(fngf)，叫做“OWLS-MX”，它同时使用了纯逻辑推理和基于句法的IR相似度算法。实验表明，仅仅用基于逻辑的推理是不够的，在以后的学习、研究中我们要提出更加强大的匹配方法。共六十七页三、IMSN的系统(xtng)实现imsAgent模块的实现 本文实现了一个能够完成(wn chng)拓扑发现功能的imsAgent。imsManager模块的实现 imsManager模块与ambassador模块联系非常紧密，这两个模块一起构成了IMSN

18、网络管理中心系统，采用STRUTS2框架来实现 ，提供“管理域发现、服务注册、服务查询、服务调用”功能。共六十七页imsAgent模块(m kui)的实现本部分包括(boku)如下工作：拓扑发现管理脚本的实现将该管理脚本封装发布成Web Services 将拓扑发现服务使用语义描述 将拓扑发现服务注册到本域的网管中心共六十七页imsAgent的结构(jigu)共六十七页1.拓扑发现管理(gunl)脚本的实现 采用PERL语言编写,根据SNMP协议完成拓扑发现功能。本程序完成从一个种子节点(ji din)开始，逐步发现下层网络路由设备，直到发现到用户指定的层数或者发现完所有能够发现的设备。输入参

19、数 ： 拓扑发现的名称、种子节点IP、拓扑发现的深度、SNMP版本号、Community的名字集合。输出结果： router.txt、link.txt、interface.txt共六十七页2.将拓扑发现功能(gngnng)封装成Web Services 并发布 我们使用开源工具Apache Axis1.4。我们发布的拓扑发现服务有两个：启动拓扑发现 输入参数为本次拓扑发现的名称（字符串类型），没有返回值，实现(shxin)的方法是通过JAVA内部调用拓扑发现管理脚本，直接启动拓扑发现。 获得某次拓扑发现信息 输入参数为想要获取的拓扑发现的名称（字符串类型），返回值是其发现的具体拓扑信息（字符串

20、类型），返回信息采用XML语言描述。共六十七页3.将拓扑发现服务使用(shyng)语义描述 我们使用OWL-S Editor插件，在Protg本体编辑工具中将拓扑发现(fxin)服务的WSDL文档生成相应的OWL-S文档 ，对于服务输入/输出使用网络管理本体库中的本体概念进行语义描述。共六十七页4.将拓扑发现服务(fw)注册到网管中心 我们将服务的WSDL描述文档和相应的OWL-S描述文档提交到本域的imsManager中即完成了服务的注册过程，之后其它管理人员就可以搜索到此服务，并进行相应的调用，具体(jt)实现会在imsManager部分详细描述。共六十七页imsManager模块(m k

21、ui)的实现 imsManager模块与ambassador模块联系非常紧密，这两个模块一起构成了IMSN网络管理中心，此网管中心在每个管理域内至少需要有一个，采用STRUTS2框架来实现，它主要提供(tgng)以下功能：管理域发现、服务注册、服务查询、服务调用。共六十七页imsManager的结构(jigu)共六十七页管理域发现(fxin)功能 此功能是展示当前活动管理域的网管中心的详细信息，包括管理域名、管理域的子网地址、子网长度、管理域的主页(zh y)地址以及管理域的文字描述等信息。 共六十七页管理域发现功能(gngnng)界面共六十七页服务(fw)注册功能 网管中心(zhngxn)需

22、要维护本管理域内所有imsAgent的服务描述，以供本域或其它管理域的服务检索使用，因此网管中心需要提供服务注册功能，接收已发布服务的WSDL和OWL-S描述。共六十七页服务(fw)注册功能界面共六十七页服务(fw)查询功能 当管理员想要检索某一网管服务时，输入服务的目的管理域名或目的设备的IP地址、输入/输出的本体概念以及一些启发式条件，网管中心会根据输入的条件，将查询(chxn)消息发送到目的管理域的网管中心，网管中心的服务匹配引擎经过计算后，将符合条件的服务描述返回给管理员，以供管理员进一步筛选、调用。共六十七页服务查询(chxn)功能界面共六十七页服务查询(chxn)结果界面1共六十七

23、页服务查询(chxn)结果界面2共六十七页服务调用(dioyng)功能 本功能是IMSN网管中心的可选功能，目的是减轻网管人员的工作量，达到初步智能化的服务调用 。用户输入(shr)服务的OWL-S文档描述地址、服务的输入类型以及相应的值，网管中心会自动完成服务的OWL-S和WSDL文档解析，调用网管服务，最后显示服务的返回值。共六十七页服务调用(dioyng)界面共六十七页服务调用结果(ji gu)界面共六十七页关于本系统(xtng)的几点疑虑1.域间合作，跨域的网管服务调用的需求量是否很大。2.虽然XML在信息建模中有很大优点，但毕竟snmp协议已是事实的标准，它是使用ASN.1语言进行信息建模，这两个建模语言在网管领域（域间）究竟以后谁能成为主流。3.在一个(y )稳定的网管系统中加入P2P的实现是否会造成系统的不稳定性。共六十七页4.新的体系