基于IT運維本體庫的構建

繆健美，何來坤，劉禮芳

（杭州師范大學，浙江 杭州 310036）

隨著信息化技術的飛速發(fā)展，信息系統(tǒng)逐漸成為高校處理業(yè)務的主要平臺。根據(jù)業(yè)務需求的不同，信息系統(tǒng)的規(guī)模也不一樣，且都變得越來越大，各系統(tǒng)之間的關系越來越復雜，系統(tǒng)的運行維護工作變得更難，從而對IT技術人員的要求也更高。傳統(tǒng)的運行維護系統(tǒng)大多以人工為主，而且一般是每個系統(tǒng)管理員負責其中的一個子系統(tǒng)，這種處理方式服務過程無序性[1]，系統(tǒng)管理員只會負責自己系統(tǒng)故障排查，從而延長故障排查周期。一旦某個核心系統(tǒng)管理員不在崗，系統(tǒng)故障就難以解決，嚴重影響了其他員工的日常工作以及IT運維部門對核心業(yè)務的支撐力和其聲譽。因此，為信息系統(tǒng)運維建立一個運維本體庫，將IT技術人員日常遇到的故障問題及解決方案存入該本體庫中，通過智能化IT運維平臺，普通人員就可以解決日常網絡故障，而非核心技術人員也可以解決比較有難度的網絡故障，進而有效地解決當前所面臨的問題。

1 IT運維

從狹義上來說，IT就是信息技術；從廣義上來說，IT已經包括了所有的資源即業(yè)務系統(tǒng)中涵蓋的信息系統(tǒng)、硬件、軟件甚至于包括IT服務的人員。所以，現(xiàn)階段IT的含義已經涉及到了相當廣的范疇。

運維其實是一種服務產品，用于幫助用戶解決問題或者給出一些解決方案。這種服務有兩個特點：首先，生產服務的人和使用服務的人存在相互交流的關系，這點有別于一般的產品；其次，服務沒有標準的評估機制，服務的評判取決于用戶對服務的要求。因此，需要對服務進行管理。

通過對IT運維和本體的分別介紹，就不難理解IT運維本體庫的概念了。IT運維本體庫簡單講就是以日常工作中遇到的IT故障為中心，將這些IT故障及其相關的解決方案結合本體的概念建立一個完善而成熟的IT運維數(shù)據(jù)庫。以IT運維本體庫為基礎，通過智能化IT運維管理平臺，不斷提高IT運維質量，實現(xiàn)高效運維，提升校內IT服務滿意度；通過IT運維管理平臺幫助學校建立快速響應，并適應學校業(yè)務環(huán)境及業(yè)務發(fā)展的IT運維服務模式，使得IT運維服務能夠由傳統(tǒng)的人工維護向規(guī)范化、高效化、自助化和信息化方向快速發(fā)展。

2 本體理論知識

2.1 本體的定義

本體（Ontology）這個詞最早起源于哲學，其在哲學領域中的定義為“對世界上客觀存在物的系統(tǒng)地描述”[2]。隨著對Ontology研究的發(fā)展，出現(xiàn)了關于Ontology許多不同的定義。在人工智能界，是Neches[3]等人最早給出Ontology定義，即 “給出構成相關領域詞匯的基本術語及關系，利用這些術語和關系構成規(guī)定這些詞匯外延規(guī)則的定義”。而被大家引用得最為廣泛的Ontology定義是由Gruber提出來的，即“本體是概念模型的明確的規(guī)范說明”[4-6]。而后通過W.N.Borst和Fensel等人的研究與分析，認為Ontology的概念包含四個主要方面：概念化、明確、形式化、共享。

綜上所述，本體本身是一種知識，具有群體共享知識重用、知識表達、知識互換支持[7]等特點。雖然不同研究者為本體賦予了不同的定義，但在內涵方面，都把本體當作是特定的領域或是更廣范圍的領域內部不同主體之間進行交流的一種語義基礎。

2.2 本體的基本要素

本體作為知識組織的重要手段，包含6個基本元素：概念、關系、屬性、公理、函數(shù)和實例[8]。

概念/類（class）：是由相似術語所表達的概念集合體。如PC機系統(tǒng)和服務器系統(tǒng)根據(jù)其共性，可以統(tǒng)稱為操作系統(tǒng)。概念是人與機器交互的橋梁。

關系：表示概念之間的一類關聯(lián)。本體包含四種基本關系：如主板與主機是部分與整體的關系（part-of）；PC機操作系統(tǒng)可以繼承操作系統(tǒng)的特性，是父子類關系（kind-of）；Windows7 是 Windows系統(tǒng)的一個實例即instance-of關系；品牌類可以認為是網絡設備類的一個屬性，它們的關系可以表示為attribute-of。

屬性：是指概念的描述方面，具有限制類中的實例與概念的功能，但在概念層上沒有屬性值，如網絡（Network）和服務（Service）。

公理：是用于知識推理。它是公認的事實或推理規(guī)則。

函數(shù)：是關系的特定表達形式。

實例：是本體中的最小對象，具有原子性即不可再分性。每個實例的唯一標識是指它的不同于其他實例的屬性。

2.3 本體構建方法與工具

本文以Gruber[4]在1995年提出的5條規(guī)則為構建IT運維本體庫的指導原則，即客觀性和明確性、可擴展性、一致性、最小本體承諾以及最小編碼偏差。采用領域本體比較成熟的構建方法——七步法和 Protégé工具來構建 IT 運維本體。 Protégé是一個基于開源的本體建模工具。以下對具體開發(fā)過程進行描述。

2.3.1 確定構建本體的專業(yè)領域和范疇

隨著信息化技術的飛速發(fā)展，信息化平臺逐漸成為學校業(yè)務處理的核心方式，從而IT運維日益變得重要。IT運維除了技術維護人員外主要包括了網絡和服務兩大類。網絡按使用設備劃分，主要分為硬件和軟件兩種；服務按管理服務層次可以分為事務管理、服務管理、網絡管理和網元管理，按管理功能劃分可以分為故障管理、配置管理、性能管理、計費管理和安全管理。傳統(tǒng)IT運維以技術人員為主，也沒有統(tǒng)一的IT故障處理記錄。因此就算是常見的網絡故障，也需要信息中心的技術員去處理，在一定程度上影響了學校員工的日常工作。構建IT運維本體庫是為了給后期智能化IT運維管理平臺提供基礎資源庫，學校員工通過IT運維管理平臺，可以自助解決普通的網絡故障問題。IT運維管理平臺以IT故障解決方案為主，從IT故障的難易程度以及涉及的硬件設備決定是否需要IT技術人員來處理。

2.3.2 考查復用現(xiàn)有知識本體的可能性

本體已在多個領域有了初步的應用，如信息系統(tǒng)、電子工程和電子商務等。因此，可以參照現(xiàn)有已經建好的信息系統(tǒng)OWL本體，來建立IT運維本體。

2.3.3 列出知識本體中的重要術語

在確定本體的范疇基礎上，根據(jù)每個方面的特性列出IT運維本體的一些重要術語，如服務：根據(jù)不同的維度劃分為管理服務和管理功能。管理功能主要包括故障管理、性能管理、配置管理、計費管理和安全管理。

2.3.4 定義類和類的等級體系

通過列出IT運維本體所涉及到的重要術語，從上而下，本文一共定義了7個等級類。第一個等級為根節(jié)點即IT運維；第二等級為根節(jié)點的子節(jié)點，主要包含網絡類和服務類。以此往下分別建立這兩個子節(jié)點的子節(jié)點直到葉子節(jié)點為止。葉子節(jié)點即為本體的原子類，該種類型的類是不可分割的。以硬件類為例，硬件類的葉子節(jié)點為主板、CPU、內存、硬盤、顯卡、網卡以及電源等基礎硬件設備。

2.3.5 定義類的屬性

在搭建好IT運維本體的框架后，即定義好類和類的頂級體系，就可以為IT運維本體類添加各種特性，以便能更好地描述清楚該類。如Windows系統(tǒng)類具有一個區(qū)別其他操作系統(tǒng)的屬性是它所屬的公司 Microsoft。

2.3.6 定義屬性的分面(Facets)

屬性的分面（Facets）有時候也稱為屬性的約束（Restriction）。屬性可以用不同的分面來描述，比如賦值類型、賦值的基礎及允許的賦值（定義域和范圍）。通常賦值類型有字符型、數(shù)值型、邏輯型、枚舉型及實例等。例如交換機類有一個以太網供電（POE，Power Over Ethernet)屬性，則在設定允許類中只能選擇“交換機”類，類型選擇“Instance”，賦值基數(shù)（Cardinality）設定為多值（Multiple）。

2.3.7 創(chuàng)建實例

實例是本體中最小的對象，具有不可再分性。在建立Windows系統(tǒng)類并定義好該類的屬性后，就可以為該類創(chuàng)建一個實例。本文為Windows系統(tǒng)創(chuàng)建三個實例：Windows XP/2000、Windows7 和 Windows8。

3 IT運維本體庫的構建過程及應用

3.1 IT運維本體庫的結構分析

通過2.2節(jié)七步法確定IT運維本體庫的范疇：網絡和服務。IT運維本體庫的基礎結構如圖1所示。在搭建好IT運維本體庫基本架構的基礎上，為硬件、軟件、管理服務和管理功能等概念類添加子概念類。

圖1 IT運維本體庫基礎架構

3.2 IT運維本體的構建

在protégé 4.2編輯器中，本體結構按照樹形的層次目錄展現(xiàn)，用戶通過點擊相應項來添加或編輯本體元素，如類、子類、實例以及屬性等。IT運維本體分為兩類：網絡類（Network）和服務類（Service）。網絡類包含硬件子類（Computer）和軟件子類（Software）；服務類按不同緯度劃分為兩大子類：管理服務（Management_function）和管理功能（Management_service）。硬件類分為PC機類和服務器類。管理服務類分為事物管理類、業(yè)務管理類、網絡管理類和網元管理類。管理功能類分為故障管理類、性能管理類、配置管理類、計費管理類和安全管理類。IT運維本體的性能管理分支結構如圖2所示。

創(chuàng)建好類后，可以為該類添加子類，屬性和實例等本體元素。性能管理類（Performance_management）包含兩個子類：性能監(jiān)控（Performance_management）和安全性管理（Security_management）；其中性能監(jiān)控的對象有路由器（Router）和線路（Line）；根據(jù)日常需求為路由器類創(chuàng)建了6個實例：CPU利用率、延遲、流量、丟包率、內存余量和溫度。IT運維本體在protégé 4.2編輯器中的界面如圖3所示。

3.3 IT運維本體存儲

建立好OWL本體，需要將本體數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫對應的表中，為后期開發(fā)的智能化IT運維平臺提供數(shù)據(jù)基礎。本文主要建立五種類型的數(shù)據(jù)表：類表、關系表、屬性表、實例表、類關系表。表設計結構如表1～5所示。

3.4 IT運維本體應用

該階段將對之前所建立的本體庫進行測試驗證，可以通過開源工具，比如可以用W3C的Joseki框架工具進行測試，也可以通過建立簡單的應用程序配合Jena API[10]進行測試、查詢、推理應用。該階段需由信息專家組成員完成環(huán)境部署，本體樣本測試查詢腳本與規(guī)則的制定，則由領域專家與信息專家共同完成。信息專家組成員還需要完成后續(xù)的本體歸檔等工作。

表1 類表（Class）

圖2 性能管理分支結構圖

圖3 IT運維本體界面圖

表2 關系表（Relation）

表3 屬性表（Attribute）

表4 實例表（Instance）

表5 類關系表（Class relation）

4 結語

本體的應用相對于本體的理論研究來說，發(fā)展相對滯后。目前本體理論和技術在信息系統(tǒng)、電子工程、遠程教育、知識工程以及電子商務等領域已有初步的應用。通過本體在這些領域應用的效果可看出，建立一個基于IT運維的本體庫是對IT運維管理的高效服務、規(guī)范化IT運維服務流程、個人自助解決IT日常故障和信息化IT運維的基礎。IT運維本體庫同時也為后期開發(fā)智能化IT運維管理平臺提供了基礎數(shù)據(jù)。

[1]張晨曦，王曉東，許樂.一種基于ITIL的IT運維中心模型設計[J].微計算機信息，2000，25（11-3）:35-37.

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[8]張滬寅，張銘洋，李鑫.基于領域本體的電子學習資源庫模型[J].計算機應用，2012，32(1):191-195.

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