虛擬網絡資源描述及發現模型范文

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摘要：

網絡虛擬化本質是一種資源共享技術．在網絡虛擬化環境中，各種物理資源都要虛擬化為抽象的邏輯資源，從而實現資源與需求的靈活匹配．資源描述和發現是資源匹配的基礎．由此構建了一種分層分域的資源運行管理框架，在此基礎上針對虛擬網絡資源的特點，提出了一種基于OWL的虛擬網絡資源描述及發現機制．從而為虛擬網絡資源的描述及發現提供了一種行之有效的新途徑．

關鍵詞：

網絡虛擬化；虛擬網絡請求；資源描述；資源發現

1引言

網絡虛擬化是為了解決互聯網的僵化問題而提出的［1］．其核心思想是通過將底層物理網絡資源進行抽象，構建虛擬網絡資源池，在可共享的網絡資源池上構建各種滿足不同業務需求的虛擬網絡．這樣實現了基礎設施與服務提供相分離，改變了以往兩者緊密耦合的特點，從而可以根據用戶的業務需求靈活高效地進行資源匹配．在網絡虛擬化環境下，基礎設施提供者負責物理網絡資源的虛擬化，并提供給服務提供者．服務提供者根據抽象后的虛擬資源完成業務需求與虛擬資源的匹配．資源描述是物理網絡資源抽象為虛擬網絡資源的關鍵，在有效資源描述的基礎上服務提供者就可以完成資源的注冊、和匹配過程．因此如何以有效的方式實現資源的描述和發現成為亟待解決問題．目前關于虛擬網絡資源描述的方法相對較少，文獻［2］中針對虛擬網絡資源的特性提出了一種基于混合粒度的資源描述方法，可以對不同粒度的資源進行描述．文獻［3］中提出了一種基于WSDL的虛擬網絡資源描述方法以及虛擬網絡運行管理框架．文獻［4］中認為資源匹配和虛擬網絡劃分是跨域虛擬網絡映射問題的關鍵，并基于OWL語言創建了資源描述知識庫，為后續的資源匹配以及虛擬網絡劃分提供了有效支撐．但它主要針對節點資源進行描述，并且側重點在虛擬網絡映射．文獻［5］中提出了基于XML－Schema的資源描述方法，但是XML－Schema的語義仍然是隱含的，并且需要用戶去進行推斷或者通過文檔進行描述．因此難以滿足虛擬網絡資源描述的要求．除了上述較少針對虛擬網絡資源描述的研究之外，還有許多典型的資源描述方法［6］．上述方法應用于虛擬網絡資源描述中時或多或少都存在一定的缺陷．因此本文在借鑒前人經驗的基礎上，圍繞著虛擬網絡資源的有效描述展開研究．

2虛擬網絡資源運行管理架構

在進行虛擬網絡資源描述之前，有必要首先明確虛擬網絡資源的運行管理流程．在網絡虛擬化環境中，基礎設施和服務提供相分離，這是一種全新的理念，和傳統的網絡模式存在很大區別．如圖1所示．基于全新的網絡模式，傳統的網絡運行管理必然發生轉變．本文構建了集中式管理、分布式控制的運行管理框架．如圖2所示．圖中整個基礎設施劃分為不同自治域，每個自治域要將抽象后的虛擬網絡資源進行標準的形式化描述，并將描述文檔存放于資源描述知識庫中．基于此向區域的服務完成資源的注冊，最終以服務的形式提供給用戶．用戶的業務需求通過需求感知抽象成為相應的虛擬網絡請求，最終由服務完成資源和請求的綁定．可見虛擬網絡資源的描述是實現整個流程的基礎．

3虛擬網絡資源特性

資源描述的對象是抽象后的各種虛擬網絡資源．因此，必須首先了解各種虛擬網絡資源類型及其相關屬性．圖3表示典型的網絡虛擬化模型．基于上述分析，網絡資源包括了節點、鏈路、路徑和接口等不同的網絡元素．網絡元素是一個網絡組成的基本構件，這些元素共同構成了一個網絡，支撐著整個網絡的正常運行．每種網絡元素都具有相應的屬性．由此看來，虛擬網絡資源是一種典型的概念－屬性的關系．具體如圖4所示．圖4中所描述的只是一種粗粒度的關系，這種關系還可以進一步細分．每個網絡元素的屬性又可以劃分為多個可枚舉屬性和數值型屬性．可枚舉屬性又可以泛化出不同的子概念，并與之對應．它表示了網絡元素的基本特性；數值型屬性則由相應的數值表示（可能是具體數值也可能為一個數值范圍）．它與網絡元素的能力息息相關，并隨著時間或者環境的變化而動態變化．表1表示了細分后概念．這里的資源描述同樣適用于虛擬網絡請求．因為對于一個虛擬網絡請求而言，它本身是以粗粒度的形式存在，并且具有一定的生命周期，將其看作一個業務的話，具體的節點、鏈路和接口資源需求就可以看作細粒度的子業務．為了更好地進行全面描述，這里加入了生命周期和可用性兩種屬性．表1中的節點、鏈路和接口又被劃分為若干個子概念和子屬性．具體的關系如圖5所示，由于路徑包括了節點和鏈路的相關屬性，所以圖5中未進行表示．

4虛擬網絡資源描述遵循的原則

本節根據虛擬網絡資源的特性定義虛擬網絡資源描述時應該遵循的幾點原則，具體如下。（1）在資源描述的基礎上，虛擬網絡資源最終要在注冊中心以服務的形式進行封裝、注冊和提供給用戶．因此資源描述機制應該可以被計算機自動識別，以便更好地實現服務的智能化、自動化調用；（2）虛擬網絡資源具有不同的粒度，如一條路徑通常由多條鏈路和多個中繼節點組成．因此資源描述應該能夠以不同的粒度對資源進行描述，并且明確不同元素之間的關系；（3）虛擬網絡請求具有一定的生命周期，因此為了保證資源的可持續利用，資源描述必須能夠支持資源的動態變化．（4）隨著信息技術的飛速發展，未來可能會出現各種各樣新型網絡資源．因此描述模型應可以進行動態擴展．

5基于OWL的虛擬資源描述

虛擬網絡資源需要作為Web服務進行．傳統的基于語法的資源描述方法都只是提供了資源的基本描述格式，缺少語義信息．本體由于天然的優勢非常適合描述各種不同的、分散的網絡資源以及資源間的語義關系．通過本體描述的語義文檔可以被計算機理解和處理．OWL是W3C推薦的一種標準的本體描述語言［10］．因此本文基于OWL語言進行了虛擬網絡資源描述．在進行資源描述之前首先明確OWL和XML、RDF／RDFS之間的關系．如下所示.從圖中可以看出，從XML到OWL是逐漸豐富完善的過程．XML提供了基本的描述語法．RDF［11］是基于XML的數據模型．RDFS［12］補充RDF，并提供了類和屬性的定義．OWL在RDFS的基礎上，加入了許多屬性約束和規則，提供了類、屬性以及基數等概念描述能力，具有更強大的表達能力．

5．1XML、RDF和RDFSXML語言可以用來實現Web上的信息存儲和傳遞信息，并且可運行在不同的平臺之間．它提供了基本的語法支持．RDF［7］（ResourceDescriptionFramework，資源描述框架）是一種通用的資源描述框架，具有結構簡單、實用性強、容易擴展和可開放性等特點．RDF提供了一種細粒度的資源描述機制，在RDF中，資源的屬性也可以作為資源，屬性的值也可以作為資源．通常其模型由資源、屬性和聲明三部分組成．聲明部分是對資源及其屬性的具體描述，描述由一個三元組構成：主體、謂詞和客體．RD

FS以RDF為基礎，描述了模型中的資源類別和屬性，為RDF加入了語義信息．但其表達能力非常有限．5．2基于OWL的資源描述在OWL語言中，一個本體的基本元素包括類、個體和屬性．

5．2．1類的定義OWL中以owl：class來進行類的定義，下面以節點資源的特性進行描述.

5．2．2屬性的定義屬性的定義分為對象屬性和數值屬性．對于節點而言，它包括了可枚舉屬性和數值型屬性類．結合屬性的定義表示如下.對于上述屬性服務提供者都可以根據資源的實時狀態對其進行相應的添加、刪除和更改操作．

5．2．3屬性約束的定義屬性約束的定義既可以用來表示虛擬資源的相關屬性約束，OWL語言提供了owl：minCardinali－ty、owl：maxCardinality和owl：cardinality來描述資源屬性的約束．其中owl：minCardinality和owl：maxCardinality表示最大最小數值，可以用來表示一定的取值范圍．owl：cardinality表示一個精確的數值．這里以一條鏈路的需求為例，帶寬為20Mb，時延≤10ms，丟包率≤1％，生命周期10天，具體描述.以上是對于虛擬網絡的資源的基本描述，相比其他描述語言，OWL提供了更加豐富的語義信息，通過屬性的交、并、補等運算以及屬性的聲明可以更具體地對虛擬資源及其之間的關系進行進一步描述，使計算機可以更好地理解，為資源的服務化封裝、服務的發現、匹配提供更好地支持．

5．2．4虛擬網絡資源描述的實現流程基于上面的描述方法，資源描述的具體實現流程如下：（1）各個區域的服務獲取本區域的網絡資源的類型、數量和狀態等相關信息；（2）根據各種資源的屬性生成區域資源描述模型；（3）根據模型生成基于OWL的資源描述文檔并存放于本區域的資源知識庫．基于此各個區域都可以實現對區域內各種資源的描述，并可以根據用戶需求的不同提供不同粒度的描述．基于OWL的描述機制提供了更加豐富、全面的網絡資源的語義信息，為業務需求和資源的匹配提供了更為靈活的支撐．

6虛擬資源的發現

高效地資源描述機制是為資源的發現、匹配服務的．本節主要構建虛擬網絡資源的發現模型．

6．1聚類框架由于虛擬網絡資源包括了各種各樣類型的資源，為了更好地實現資源的發現．可以對資源進行聚類操作，將相似的資源聚為一類，從而提高資源發現的效率．由于虛擬網絡資源是一種概念與屬性的關系，本文采用層次化概念聚類方法［8］，根據不同的概念層次可以進行不同級別的聚類操作．這里以8個節點及對應的鏈路為例，聚類框架如圖6所示．

6．2發現模型虛擬網絡資源的發現模型如圖7所示．對于任意一個資源請求，它包括了對資源的功能屬性和非功能屬性的請求．這些屬性所包含的內容都可以作為資源發現的基礎，如資源的接口、類型以及資源的實時狀態數據．發現過程中可以以一種屬性或者多種屬性的組合，通過計算資源請求與實際資源之間的相似度來實現資源發現．具體的流程如圖8所示．圖8中，資源請求就近接入區域服務，的需求解析模塊將用戶的請求解析為具體的資源需求，并采用SPARQL［9］語義查詢規范根據區域資源的OWL描述文檔進行查詢．并對用戶進行回應（接收或者拒絕），如果進行接收則進行資源匹配操作．

7結束語

本文針對虛擬網絡資源描述及發現模型進行研究．首先構建了一種分層分域的資源運行管理框架，在此基礎上提出了基于OWL語言的虛擬網絡資源描述模型，使得資源描述具有更加豐富的語義信息.最后結合資源的描述構建了資源的發現模型．資源描述和發現是資源匹配的基礎．下一步將針對虛擬網絡資源的匹配問題進行研究．

參考文獻：

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［8］InesHouidi，WajdiLouati，DjamalZeghlache，etal．Virtualresourcedescriptionandclusteringforvirtualnetworkdiscovery［C］∥ProceedingofIEEEInterna－tionalConferenceonCommunicationsWorkshops．Presden：IEEE，2009：1－6．

［9］段紅偉，孟令奎，黃長青，等．面向SPARQL查詢的地理語義空間索引構建方法［J］測繪學報，2014，43（2）：193－199．

作者：賈偉 夏靖波 單位：空軍工程大學 信息與導航學院