網(wǎng)絡(luò)管理服務設(shè)計技術(shù)研究

崔弘亮， 肖 剛

(1.解放軍理工大學指揮自動化學院，江蘇南京210007；2.中國電子設(shè)備系統(tǒng)工程公司研究所，北京100141)

0 引 言

當前，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來越大，異構(gòu)性越來越嚴重，這對網(wǎng)絡(luò)管理又提出了新的、更高的要求。隨著面向服務架構(gòu)(service orientedarchitecture，SOA)的提出及其在大規(guī)模分布式系統(tǒng)中的獨特優(yōu)勢，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)也隨之轉(zhuǎn)到面向服務的發(fā)展階段，以期解決網(wǎng)絡(luò)管理中存在的諸多問題。國際電信聯(lián)盟(ITU)和歐洲電信標準協(xié)會(ETSI)對建設(shè)下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)建議采用面向服務的體系架構(gòu)。很多學者在這方面做了大量的研究工作。文獻[1]指出下一代網(wǎng)絡(luò)將需要一種新型的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)代替簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)來進行異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上的網(wǎng)絡(luò)管理，并提出了一種以企業(yè)服務總線為中介層的基于SOA的網(wǎng)絡(luò)管理模型。文獻[2]提出了一種基于SOA的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)架構(gòu)模型，給出了基于SOA的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，但是此架構(gòu)只是在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理架構(gòu)上做了一定的改進。文獻 [3]使用Web Service技術(shù)，利用面向服務的體系結(jié)構(gòu)提供統(tǒng)一接口的思想，實現(xiàn)了分布式網(wǎng)絡(luò)中管理系統(tǒng)的交互。本文介紹的面向服務的綜合網(wǎng)絡(luò)管理框架，包含了服務的設(shè)計、生成、使用、管理等各個方面，涵蓋了服務的整個生命周期，并在此框架的指導下，對服務的設(shè)計技術(shù)進行了研究，設(shè)計并實現(xiàn)服務設(shè)計系統(tǒng)的原型，使網(wǎng)管能夠更快速地提供靈活多樣的管理服務。

1 面向服務架構(gòu)概述

1.1 面向服務架構(gòu)的概念

面向服務架構(gòu)(SOA)表達了一種軟件架構(gòu)概念，它定義為使用服務來滿足軟件用戶的需求。在SOA環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)資源以獨立服務的形式獲取，服務的獲取不要求了解這些資源的底層實現(xiàn)平臺。SOA也可以被視為一種信息系統(tǒng)架構(gòu)風格，它使結(jié)合松耦合、互操作的服務來創(chuàng)建應用成為可能。這些服務基于某種格式定義(如Web服務描述語言)進行互操作，該定義獨立底層平臺和編程語言。接口定義隱藏了語言相關(guān)的服務實現(xiàn)，因此SOA兼容的系統(tǒng)與開發(fā)技術(shù)和平臺無關(guān)。

1.2 服務組合

服務組合源于軟件重用，其基本思想是使用系統(tǒng)中已有的服務，通過它們一定順序的組合或組合順序的改變，創(chuàng)建出新的或更高質(zhì)量的服務以實現(xiàn)在原有服務的基礎(chǔ)上提供增值服務的目的。開發(fā)一個組合式服務的過程稱為服務組合，組合服務可遞歸地定義為基本服務和組合服務的集合。通過服務組合來創(chuàng)建新的服務是 SOA的關(guān)鍵優(yōu)勢所在。當單個的服務不能滿足一項功能需求時，可以通過組合現(xiàn)有的服務來提供相同的功能以滿足功能需求。

1.3 SOA和網(wǎng)絡(luò)管理結(jié)合的可行性

SOA已經(jīng)成為流行的新概念。對于流行的新概念，總是存在著這樣的危險——人們會試圖到處使用這些概念。然而，將SOA和網(wǎng)絡(luò)管理結(jié)合起來存在著其結(jié)合的可行性，是一種必然的趨勢。首先，SOA針對特定的環(huán)境——具有不同所有者的異質(zhì)分布式系統(tǒng)——而言是理想的解決方案。而網(wǎng)絡(luò)管理所面對的正是這樣一個不同所有者的、異質(zhì)的、分布式的環(huán)境；其次，SOA中的服務是標準化的、松散耦合的、面向服務的、能夠動態(tài)交互的。而當前網(wǎng)絡(luò)管理中缺少的就是一套統(tǒng)一的標準，使用SOA架構(gòu)，將管理功能服務化能夠解決網(wǎng)絡(luò)管理中存在的管理信息互通困難，管理協(xié)議不一致等些問題；再次，SOA能夠增強系統(tǒng)的靈活性，能夠快速地進行部署新的應用，更從容地面對業(yè)務的變化。而網(wǎng)絡(luò)管理需要面對復雜龐大的網(wǎng)絡(luò)，提供給特定的用戶特定的管理功能，并且新的管理功能也要能夠快速地進行部署，SOA架構(gòu)能夠滿足上述需求；最后，SOA強調(diào)可重用的思想，這將極大提升網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)各個部件的利用效率。

2 面向服務的綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

面向服務的綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)采用面向服務的思想，將網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)服務化，采用統(tǒng)一的標準接口，打通了原有各管理系統(tǒng)間的壁壘。面向服務的綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)集成框架由4個部分組成：用戶服務運行環(huán)境、用戶環(huán)境、設(shè)計者環(huán)境和管理維護者環(huán)境(如圖1所示)。綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)所有的管理功能將以封裝好的服務的形式提供給用戶和各種應用，通過服務集成來實現(xiàn)管理系統(tǒng)的集成，這將極大加強綜合管理系統(tǒng)靈活性。

圖1 面向服務的綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)集成框架總體結(jié)構(gòu)

服務運行環(huán)境提供服務運行所需的軟硬件資源；用戶環(huán)境向設(shè)計者環(huán)境提出業(yè)務需求，并使用服務運行環(huán)境提供的用戶業(yè)務；設(shè)計者環(huán)境根據(jù)技術(shù)發(fā)展趨勢和廣泛的用戶需求設(shè)計開發(fā)服務，也根據(jù)具體用戶的需求設(shè)計用戶業(yè)務，并將設(shè)計完成的服務和用戶業(yè)務提交給維護管理者環(huán)境；維護管理者環(huán)境維護服務的運行環(huán)境的正常運行，進行服務的生命周期管理。

本文討論的服務設(shè)計系統(tǒng)即為框架中的設(shè)計者環(huán)境部分。服務設(shè)計系統(tǒng)從服務運行環(huán)境獲取當前的服務能力，向管理者環(huán)境提供設(shè)計完成的可部署的業(yè)務方案和服務方案，是面向服務的綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)集成框架中實現(xiàn)服務需求向服務實現(xiàn)轉(zhuǎn)化的樞紐，是綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的重要組成部分。

3 服務設(shè)計系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

服務設(shè)計系統(tǒng)依據(jù) SOA服務設(shè)計原則和管理系統(tǒng)的功能需求，設(shè)計原子管理服務及組合服務，并使服務設(shè)計者根據(jù)已有的原子服務及組合服務能夠快速地設(shè)計出新的組合服務。系統(tǒng)將設(shè)計出的一系列標準服務以XML文件的形式提交到服務管理系統(tǒng)。所有服務的技術(shù)接口均使用統(tǒng)一的標準化描述語言來進行描述，以使服務的描述更加準確和規(guī)范化，為服務的發(fā)現(xiàn)、查找、調(diào)用及組合提供良好的基礎(chǔ)支撐。

3.1 服務設(shè)計系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

服務設(shè)計系統(tǒng)包括管理業(yè)務設(shè)計和管理服務設(shè)計兩大部分。管理服務設(shè)計是根據(jù)整個網(wǎng)管功能需求發(fā)展狀況進行原子及組合服務的設(shè)計，而管理業(yè)務設(shè)計則是從最終用戶的角度來說的，是根據(jù)具體的用戶需求進行設(shè)計滿足用戶所需的功能，如圖2所示。

圖2 服務設(shè)計系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

設(shè)計模塊是開發(fā)人員設(shè)計開發(fā)管理服務的軟硬件環(huán)境。服務設(shè)計模塊的主要功能是根據(jù)系統(tǒng)需求，依據(jù)服務設(shè)計原則直接設(shè)計開發(fā)新的服務或者根據(jù)已有的服務來組合新的組合服務；業(yè)務設(shè)計模塊則依據(jù)用戶需求，根據(jù)管理系統(tǒng)當前能夠提供的服務能力，通過合理設(shè)計，將綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)能夠提供的服務組合為可以滿足用戶需求的服務服務流程。

生成模塊將設(shè)計模塊提交的服務組合和服務流程實際結(jié)果封裝為一個定義良好的服務。服務生成模塊將新生成的原子服務或者組合服務提交到管理維護者，以便其對服務進行部署；業(yè)務生成模塊將組合出的能滿足用戶需求的服務流程(業(yè)務)交付給服務消費模塊，將業(yè)務信息提交給管理維護環(huán)境中的業(yè)務庫和業(yè)務維護模塊。

服務能力庫是服務設(shè)計系統(tǒng)中用來記錄當前綜合網(wǎng)管系統(tǒng)所有管理服務能力的場所。在進行管理業(yè)務設(shè)計和管理服務設(shè)計時，設(shè)計人員需要認識這些系統(tǒng)已有的服務能力，服務能力庫就是將服務依據(jù)有的能力映射為設(shè)計者編輯管理業(yè)務和管理服務時可直接使用的能力模型。

3.2 服務設(shè)計系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)

服務設(shè)計系統(tǒng)是服務設(shè)計者用來設(shè)計生成標準化服務的可視化工具，它為服務設(shè)計者設(shè)計各種服務和業(yè)務提供良好的支持，簡化設(shè)計過程。整個系統(tǒng)使用Java語言在Eclipse平臺中編程實現(xiàn)。

設(shè)計工具的可視化使用JGraph插件來完成。JGraph是一個開源的，兼容Swing的基于MVC體系結(jié)構(gòu)的圖形組件，它具有相當高的交互性和自動化，是一套為圖(Graph)定做的純Java開發(fā)的組件。JGraph支持拖放，縮放，合并，編組等操作，可以被結(jié)合到任何的Swing應用程序中。JGraph并不包含任何數(shù)據(jù)信息，它只提供圖形的繪制功能。為實現(xiàn)設(shè)計系統(tǒng)的功能，本工具對JGraph進行了擴展，將服務(數(shù)據(jù))與繪制出的圖形進行關(guān)聯(lián)，并用不同的邊來表示服務之間抽象出來的各種關(guān)系，這樣各種圖表和線條就可以用來表示服務及服務間的關(guān)系。

將每個服務用不同的圖形表示出來，然后根據(jù)用戶的選擇和拖拽操作來生成相應圖形所表示的矢量圖對象，并生成此矢量圖所關(guān)聯(lián)的服務對象。每一個顯示的服務圖形都與一種服務建立了一個映射關(guān)系，對圖形化界面中相關(guān)圖形的操作會作用到與其關(guān)聯(lián)的服務對象。用戶可以方便地通過操作來改變服務的相關(guān)屬性。而服務的描述以及組合過程則與服務的圖形化顯示是松耦合的，圖形化顯示不會影響到底層的服務描述及組合算法。系統(tǒng)的總體技術(shù)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 服務設(shè)計系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

表示層是服務設(shè)計者能夠直接看到的用來呈現(xiàn)底層服務的視圖，主要完成服務及其相互間關(guān)系的圖形化表示；服務層包含各種服務，服務層中的服務依據(jù)服務描述和組合算法來完成服務組合過程。

系統(tǒng)將服務及服務間的關(guān)系進行抽象，得到各種服務的抽象表示和服務間關(guān)系的形式化描述。系統(tǒng)中的所有服務都繼承自Service抽象類，各種服務是Service類的子類。服務用WSDL語言進行描述，服務庫中的一個圖形元素代表一種實現(xiàn)的服務。服務設(shè)計者通過簡單的拖拽操作可生成標準描述的服務的一個實例，然后可根據(jù)服務間的關(guān)系及功能需求對服務進行組合，服務組合算法根據(jù)用戶的操作生成組合出的服務。

服務組合技術(shù)是本系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，用來完成服務的組合。本系統(tǒng)目前采用jPDL語言來完成服務的組合過程，使用jPDL語言的語法規(guī)則，并實現(xiàn)了該語言相關(guān)的語言邏輯，用戶設(shè)計完成后的服務組合可以保存為能直接被服務運行環(huán)境加載使用的文件。系統(tǒng)將設(shè)計的服務的基本信息和對外接口分別保存為XML文件和相關(guān)的WSDL文件。以供以管理維護者環(huán)境對服務進行管理。

系統(tǒng)主要分為3個功能模塊區(qū)：面板區(qū)，功能區(qū)和工作區(qū)。

面板區(qū)是系統(tǒng)中最重要的區(qū)域，此區(qū)域又分為服務設(shè)計、業(yè)務設(shè)計和服務庫3個面板。服務設(shè)計面板主要用來進行服務設(shè)計，面板中包含各種設(shè)計好的原子服務和組合服務，以及抽象出的服務間的各種關(guān)系。業(yè)務設(shè)計面板用于完成業(yè)務設(shè)計，其中包含的內(nèi)容與服務設(shè)計面板相似。服務庫面板包含當前系統(tǒng)中已有的服務。

工作區(qū)是服務設(shè)計者進行服務設(shè)計的主要場所。設(shè)計者可以從面板區(qū)選擇合適的元素通過拖拽操作將其放置到工作區(qū)的畫布上，通過選擇合適的服務及關(guān)系完成服務設(shè)計組合過程。

功能區(qū)包含菜單欄和工具欄，是方便用戶進行設(shè)計操作的區(qū)域。包含打開、保存、另存為、刪除等各種操作命令。系統(tǒng)將服務設(shè)計者設(shè)計完成的服務組合過程通過保存命令以XML文件的形式保存下來以便服務管理環(huán)境使用。

4 原型驗證

前期，已利用服務設(shè)計原型系統(tǒng)設(shè)計了兩個原子服務：拓撲搜索服務和拓撲拼接服務，并且將其分發(fā)到服務運行環(huán)境和服務管理者。當前一個用戶提出要同時查看顯示兩個地區(qū)網(wǎng)絡(luò)拓撲的業(yè)務需求。服務設(shè)計者查看服務庫，發(fā)現(xiàn)沒有直接滿足用戶需求的業(yè)務，但可以通過將服務庫中現(xiàn)有的服務進行組合從而設(shè)計出滿足用戶需求的服務，服務設(shè)計者在設(shè)計環(huán)境中新建一個組合服務(如圖4所示)。

圖4 新建組合服務

點擊下一步繼續(xù)設(shè)置服務的基本信息和對外接口，設(shè)置完成后進入服務設(shè)計界面。通過操作生成相應服務，并經(jīng)過恰當服務組合邏輯，即可將原有的服務組合為一個新的服務流程。本實驗中使用fork并行調(diào)用兩個拓撲搜索服務，等待兩個服務調(diào)用完成后，再調(diào)用拓撲拼接服務。設(shè)計完成后將設(shè)計出的服務流程保存，其保存結(jié)果包含3個文件：服務基本描述文件，服務WSDL文件和服務流程描述文件。這些文件將被服務運行環(huán)境和管理維護者環(huán)境使用。系統(tǒng)進行服務組合設(shè)計過程如圖5所示。

通過系統(tǒng)3個部分的聯(lián)合測試，新的組合服務可以成功地被部署到服務運行環(huán)境中，用戶可通過Web界面獲得兩個地區(qū)拼接后的網(wǎng)絡(luò)拓撲效果。此實驗基本驗證了原型系統(tǒng)的正確性。

圖5 設(shè)計組合服務過程

5 結(jié)束語

本文介紹了SOA的相關(guān)概念，描述了面向服務綜合網(wǎng)絡(luò)管理集成框架，并在此框架下研究了服務設(shè)計系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)，實現(xiàn)了服務設(shè)計系統(tǒng)的原型，并通過一個實驗驗證了原型系統(tǒng)的正確性。服務設(shè)計系統(tǒng)是面向服務綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的重要組成部分，它將管理服務以的標準化的形式進行設(shè)計和組合，為面向服務網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)所具有的靈活性和可擴展性打下了良好的基礎(chǔ)。在下一步的工作中，將繼續(xù)深入研究網(wǎng)管服務描述語言及服務組合方法，重點是對服務組合邏輯的形式化描述進行研究，使其更好的應用于網(wǎng)管領(lǐng)域。

[1]KotsopoulosK,Pouwan Lei,Yim Fun Hu.A SOA-based information management model for next-generation network[C].ICCCE 2008.International Conference onDigital Object Identifier,2008:1057-1062.

[2]張曌.基于SOA的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)架構(gòu)及應用研究[D].上海:上海交通大學,2007:3-50.

[3]張琛.基于SOA的分布式網(wǎng)絡(luò)管理的系統(tǒng)研究[D].成都:電子科技大學,2007:1-63.

[4]Nicolai M Josuttis.SOA in practice:the art of distributed system design[M].Cambridge:O'REILLY,2007.

[5]Mo Li,Kumbesan Sandrasegaran.Network management challenges for next generation networks[C].Proceedings of the IEEE Conferenceon LcalComputer Networks 30thAnniversary,2005.[6]Rao Jinghai,Su Xiaomeng.A survey of automated web service composition methods[C].San Diego,California,USA:SWSWPC,2004.

[7]Roman D,Keller U,Lausen H,et al.Fensel web service modeling ontology[J].Applied Ontology,2005,1(1):77-106.

[8]Virgilio Gilart-Iglesias,Francisco Macia-Perez.Services and networks management through embedded devices and SOA[C].Proceedings of the 10th IEEE International Enterprise Distributed Object Computing Conference,2006.

[9]Liu Yang,Hu Enzhao,Chen Xudong.Architecture of information system combining SOA and BPM[C].International Conference on Information Management,Innovation Management and Industrial Engineering,2008:42-45.

[10]Du Xutao,Xing Chunxiao,Zhou Lizhu.A Chu spaces semantics of control flow in BPEL[C].IEEE Asia-Pacific Services Computing Conference,2009:142-149.

[11]漢森著,成保棟譯.使用Java Web服務構(gòu)建SOA[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007:36-52.

[12]王穎,邱雪松,王智立.面向服務的網(wǎng)絡(luò)管理機制的建模方法[J].電子與信息學報,2007,29(11):2564-2567.

[13]馬皓,張曉軍,張蓓.面向服務的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].大連理工大學學報,2005,45(增刊):78-81.

[14]NI Wan-chen,LIU Lian-chen,WU Cheng.Survey on web services composition methods[J].Computer Engineering,2008,34,(4):79-81.

[15]HE Zhi-yong,BEN Ke-rong.A process-model-based service composition method[J].Computer Engineering&Science,2009,31(10):69-89.