網(wǎng)絡(luò)資源描述語言綜述

王曉玉 徐展琦 楊帆 鄭婷

摘要：IT資源描述廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)和云計(jì)算等眾多領(lǐng)域，是高效管理和利用資源的前提與基礎(chǔ)，其準(zhǔn)確性和完整性直接影響IT資源的利用率和網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)的能力。選擇綜合性能較好的描述語言對(duì)合理分配網(wǎng)絡(luò)資源、妥善解決網(wǎng)絡(luò)資源異構(gòu)化和泛在化等問題至關(guān)重要。簡述了通用型和專用型資源描述語言的基本定義、主要特點(diǎn)和適用場(chǎng)景，詳細(xì)介紹了3種通用型和專用型資源描述語言，根據(jù)描述能力和查詢服務(wù)能力對(duì)比分析主要通用型資源描述語言，提出網(wǎng)絡(luò)資源描述語言的未來發(fā)展設(shè)想。

關(guān)鍵詞：資源描述語言；資源描述技術(shù)；語義網(wǎng)；資源描述框架；網(wǎng)絡(luò)描述語言

中圖分類號(hào)：TP301.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-1739（2022）06-56-6

0引言

隨著用戶規(guī)模的擴(kuò)大和應(yīng)用種類的增加，傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)“盡力而為”的服務(wù)能力已難以滿足用戶多樣化的和上層業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）需求，例如，用戶體驗(yàn)質(zhì)量（Quality of Experience，QoE）。未來信息網(wǎng)絡(luò)將從以信息傳輸為核心的信息基礎(chǔ)設(shè)施，轉(zhuǎn)變?yōu)槿诤细兄鬏?、存?chǔ)、計(jì)算和處理為一體的智能化信息基礎(chǔ)設(shè)施[1-2]，以期為用戶提供高QoE服務(wù)和在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施上構(gòu)建的虛擬網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)“隨時(shí)隨地、隨需而動(dòng)”。網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)[3]作為未來信息網(wǎng)絡(luò)的重點(diǎn)，已經(jīng)得到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界網(wǎng)絡(luò)研究的廣泛關(guān)注。

在網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境中，底層物理資源被抽象成各種各樣虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（Virtual Network Functions，VNFs）的虛擬資源池，用戶的業(yè)務(wù)請(qǐng)求被表達(dá)為由不同VNFs和虛擬鏈路構(gòu)成的服務(wù)功能鏈或VNFs轉(zhuǎn)發(fā)圖[4-5]。網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)允許虛擬網(wǎng)絡(luò)共享同一物理資源，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建健壯、可信和可管可控的虛擬環(huán)境，從而為不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求分配合適的虛擬資源。IT資源分配的一個(gè)重要前提是資源發(fā)現(xiàn)，分為資源描述、資源聚類和資源查找。因此，IT資源描述是物理資源抽象為虛擬資源的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

由于現(xiàn)有底層網(wǎng)絡(luò)中不同的基礎(chǔ)設(shè)施提供商和地理位置分布，物理資源呈現(xiàn)出形態(tài)多樣、功能各異和描述項(xiàng)眾多等特點(diǎn)。因此，采用規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的信息化描述方法以描述資源對(duì)有效發(fā)現(xiàn)、匹配和管理資源池中的虛擬資源十分重要。

網(wǎng)絡(luò)資源規(guī)范化描述是降低資源調(diào)度規(guī)模、高效靈活共享資源的前提和基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)外在網(wǎng)絡(luò)資源描述方面已開展較為豐富的研究，并取得較大的成果，如可擴(kuò)展標(biāo)記語言（XML）、資源描述框架（Resource Description Framework，RDF）、統(tǒng)一建模語言（UML）、Globus資源描述語言（GRSL）和網(wǎng)頁服務(wù)描述語言（WSDL）等。傳統(tǒng)資源描述方式都只提供了資源的基本描述語法和格式，缺少對(duì)資源的語義信息描述。語義網(wǎng)中所有的信息都具有定義完好的語義，可以根據(jù)語義信息對(duì)資源進(jìn)行推理判斷，為有效地匹配、管理和分配資源提供基礎(chǔ)。因此，普遍認(rèn)為由萬維網(wǎng)聯(lián)盟（W3C）創(chuàng)建的語義Web技術(shù)是用于資源描述非常有前途的技術(shù)[6]。文獻(xiàn)[7]給出W3C根據(jù)技術(shù)發(fā)展提出的針對(duì)語義Web的本體描述語言模型，包括XML，RDF，資源描述框架模式（RDF Schema，RDFS）以及網(wǎng)絡(luò)本體語言（Web Ontology Language，OWL）。

基于W3C提出的本體描述語言模型，衍化出眾多專用型資源描述語言，可粗略分為：

①基于XML的WSDL、通用網(wǎng)格資源描述（GGRD）、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)描述語言（NNDL）[8-9]、虛擬資源描述語言（VRDL）[10]、虛擬資源與互連網(wǎng)絡(luò)描述語言（VXDL）[11]等。

②基于RDF的網(wǎng)絡(luò)描述語言（NDL）[12-14]、光網(wǎng)絡(luò)描述語言（ONDL）[15-16]、基礎(chǔ)設(shè)施與網(wǎng)絡(luò)描述語言（INDL）[17-18]、網(wǎng)絡(luò)資源描述語言（NRDL）[19]和媒體應(yīng)用描述語言（MADL）[20]等。

③基于OWL的網(wǎng)格描述語言[21-22]（CDL）、數(shù)據(jù)中心標(biāo)記語言[23]（DCML）及NDL-OWL[24]等。

除此之外，還有基于UML的通用信息模型（CIM）[25]和基于網(wǎng)頁服務(wù)模型本體（WSMO）的語義資源描述語言（SRDL）[26]等其他資源描述語言。這些語言針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行描述，試圖解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)資源異構(gòu)化、泛在化和融合化的問題，為資源分配與使用提供很大幫助。

1通用型資源描述語言

網(wǎng)絡(luò)資源信息提供者可借助資源描述方式對(duì)資源屬性和資源本質(zhì)進(jìn)行描述，以便使用者掌握資源的不同屬性與狀態(tài)，準(zhǔn)確篩選出合適的資源，完成資源匹配與分配。目前，通用型資源描述語言主要有XML，RDF（S），OWL等。圖1給出語義Web的本體描述語言模型層次圖[7]。

1.1 XML

XML是類似于超文本標(biāo)記語言（HTML）的文本式標(biāo)記語言，也是通用標(biāo)識(shí)語言（SGML）的一個(gè)子集，繼承了SGML的大多數(shù)特點(diǎn)。描述網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)，處在本體語言棧的底層，使用簡單靈活的標(biāo)準(zhǔn)格式，為基于Web的應(yīng)用提供一個(gè)描述和交換數(shù)據(jù)的有效手段。可用于不同應(yīng)用與平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)共享和通信，還可用于存放配置文件以及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)[27]。

XML嚴(yán)格遵守文檔類型定義或Schema定義的語義約束，具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式標(biāo)準(zhǔn)化、可擴(kuò)展化和高度結(jié)構(gòu)化等優(yōu)點(diǎn)，從而成為語義網(wǎng)的支撐技術(shù)。

1.2 RDF（S）

RDF是W3C推薦的一種通用的數(shù)據(jù)表示格式，規(guī)定了描述特定資源的特定屬性的基本數(shù)據(jù)模型，汲取XML語法的經(jīng)驗(yàn)，提供一種簡單的模式以描述各種類型的數(shù)據(jù)，通過主語、謂語和賓語組成的三元組形式來表示一個(gè)描述聲明，為Web資源的語義提供明確與規(guī)范的描述和表達(dá)。

圖2給出了RDF三元組的一個(gè)示例，表示W(wǎng)3C的創(chuàng)始人是Tim Berners-Lee。資源“W3C”以橢圓形表示，屬性值“Tim Berners-Lee”以矩形表示，屬性“創(chuàng)始人（Originator）”以箭頭表示。

RDF只提供一個(gè)與領(lǐng)域無關(guān)的機(jī)制描述元數(shù)據(jù)，而RDFS在RDF的基礎(chǔ)上，提供一個(gè)以“http：//www.w3.org/ 2000/01/rdf-schema#”為命名空間的詞匯表，增加類和屬性的定義，可標(biāo)準(zhǔn)地描述特定領(lǐng)域的語義，增強(qiáng)RDF對(duì)資源的描述能力。

1.3 OWL

OWL[28]是在W3C已制定的XML和RDF標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上提出的一種網(wǎng)絡(luò)形式化表示語言，可明確表示詞匯集中各詞匯的含義以及詞匯間的相互關(guān)系，還具備語義推理能力。

OWL繼承RDF的基本事實(shí)陳述方式和RDFS的類與屬性分層結(jié)構(gòu)，提供一種可用于描述網(wǎng)絡(luò)文檔和應(yīng)用所同有的類及類間關(guān)系的語言。

為滿足資源不同的表達(dá)能力和據(jù)此推理能力的要求，OWL提供了3種表達(dá)能力遞減、推理效率遞增的子語言：OWL Full，OWL DL，OWL Lite，圖3給出各子語言及RDF（S）底層語義的包含關(guān)系，功能與特征如下：

①OWL Full在結(jié)構(gòu)和語義上完全兼容RDF，同時(shí)允許引入本體以擴(kuò)展預(yù)定義的RDF/OWL詞匯的含義，具有最強(qiáng)的表達(dá)能力，但不能保證可判定性推理能力。

②OWL DL是OWL Full的一個(gè)可判定子集，包括OWL Lite的所有語言構(gòu)造成分，具備次強(qiáng)的表達(dá)能力相，同時(shí)可支持邏輯推理。

③OWL Lite只提供類分層和簡單的約束功能，其表達(dá)能力相對(duì)較弱，可保證迅速高效的推理。

1.4小結(jié)

通用型資源描述語言主要特性如表1所示，其中形式語義是指是否可以使用模型表達(dá)數(shù)據(jù)的含義，描述邏輯說明該語言表達(dá)相應(yīng)邏輯原子式的能力，類的層次是指出該語言是否允許定義類的結(jié)構(gòu)，全局元素和局部元素規(guī)定屬性的使用范圍。由表1可知，XML沒有類和屬性的概念，其元素可聲明為全局或局部；RDF擁有類和屬性的概念，其元素只能聲明為全局；OWL結(jié)合XML和RDF的優(yōu)點(diǎn)，擁有類和屬性的概念，其元素可聲明為全局或局部，同時(shí)還添加XML和RDF不具備的形式語義和描述邏輯特性。

總體而言，XML由于具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式標(biāo)準(zhǔn)化、可擴(kuò)展化和高度結(jié)構(gòu)化等優(yōu)點(diǎn)，為描述語言的發(fā)展提供基本的語法支持。作為常規(guī)元數(shù)據(jù)構(gòu)建工具，RDF是XML數(shù)據(jù)的理想搭檔[29]，RDFS在RDF的基礎(chǔ)上提供類和屬性的定義。OWL兼容RDFS的同時(shí)，加入許多屬性約束和規(guī)則，并提供類、屬性以及技術(shù)等概念描述能力，具有更強(qiáng)大的表達(dá)能力[30]，還可與多種本體語言兼容和交互，是目前W3C推薦的最好本體描述語言。

2專用型資源描述語言

在通用型資源描述語言的基礎(chǔ)上，業(yè)界研究如何將分布在不同地理位置的高性能并行計(jì)算機(jī)、大型存儲(chǔ)設(shè)備和各種類型的服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接在一起，以便解決這些網(wǎng)元和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的高效管理問題。主要專用型資源描述語言概述如表2所示，目前已有的專用型資源描述語言有：NDL，ONDL，INDL，NNDL，DCML，MADL，CIM等，本節(jié)主要介紹常見的前3種。

2.1 NDL

NDL可看作是一種基于RDF的用于描述混合物理網(wǎng)絡(luò)的語義本體，為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涿枋龆x一種可互操作的語言，并為用戶和提供商以及提供商之間的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒔粨Q提供一個(gè)通用的數(shù)據(jù)模型，可增強(qiáng)不同管理域之間的互操作性和信息交換能力。

網(wǎng)絡(luò)管理員可以使用這種語言來創(chuàng)建描述各種實(shí)體的文件，并使用它們來查詢或配置網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，NDL提供一種通用語義以描述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)中的不同設(shè)備、接口、鏈路、設(shè)備的配置和當(dāng)前狀態(tài)等網(wǎng)絡(luò)資源。

相比于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型，NDL可利用已建立的語義網(wǎng)工具，方便與特定應(yīng)用的本體相聯(lián)系，支持包括尋路、可視化和資產(chǎn)管理等廣泛的應(yīng)用。

2.2 ONDL

ONDL是一種基于Web的資源描述語言，可描述各種光網(wǎng)絡(luò)組件及其配置和運(yùn)行狀態(tài)，如調(diào)制格式、轉(zhuǎn)發(fā)器的波長和光譜寬度、光交換機(jī)的交換矩陣、光放大器的類型和噪聲系數(shù)等。

ONDL提供通用的詞匯表和數(shù)據(jù)模型，更容易實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)的高效管理[16]?？刂破骺蓮腛NDL文件中提取信息，以用于執(zhí)行各種網(wǎng)絡(luò)操作，例如，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?chuàng)建、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)、最小生成樹創(chuàng)建、通過RDF文件提供的規(guī)則進(jìn)行策略管理、通過向外部域提供網(wǎng)絡(luò)的抽象視圖以完成網(wǎng)絡(luò)抽象等。

2.3 INDL

INDL是在NDL、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)記語言以及CDL等建模工具的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的語言，旨在提供一種獨(dú)立于技術(shù)的計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施描述語言，這些描述包括物理資源和連接物理資源的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

INDL還提供特定詞匯以描述資源的虛擬化和資源提供的服務(wù)，通過將虛擬化、功能化和連接化分離，使INDL可重用且易于擴(kuò)展。用戶添加新的功能（如添加新類型的節(jié)點(diǎn)組件）時(shí)，不會(huì)影響其與其他設(shè)備的連通性建模，也不會(huì)影響對(duì)新資源的虛擬化建模。

此外，由于物理節(jié)點(diǎn)和虛擬節(jié)點(diǎn)的連通性和功能性大體相同，因此INDL可描述物理計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施和虛擬基礎(chǔ)設(shè)施，為資源和基礎(chǔ)設(shè)施組件提供更豐富的語義，以更友好的方式支持服務(wù)請(qǐng)求[17]。

2.4其他資源描述語言

基于RDF的NDL已用于描述光網(wǎng)絡(luò)的連通性和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，并且允許自動(dòng)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)映射，在故障排除時(shí)方便定位網(wǎng)元、接口或時(shí)隙；相比于NDL，ONDL可描述節(jié)點(diǎn)光學(xué)屬性和高級(jí)別的管理組件，也可進(jìn)一步用于軟件定義網(wǎng)絡(luò)框架；INDL可擴(kuò)展到描述不同的現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施、特定類型的設(shè)備以及資源的行為方面。

此外，RURARZ等人在文獻(xiàn)[7]中介紹使用基于XML的NNDL創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)配置文件的方法，用于在虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室VNLab中快速配置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)方案。Opsware和EDS啟動(dòng)用于效用計(jì)算的DCML工作，該語言提供結(jié)構(gòu)化的模型和編碼以描述、構(gòu)造、復(fù)制和恢復(fù)數(shù)據(jù)中心環(huán)境和元素，從而降低數(shù)據(jù)中心的控制復(fù)雜性，并降低其管理成本[23]。Okung-Dike Ntofon等學(xué)者在文獻(xiàn)[20]中提出了一種基于RDF的語義建?？蚣埽枋鲇糜诟咔逦让襟w內(nèi)容的存儲(chǔ)、傳輸和顯示的計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施。分布式管理任務(wù)組（DMTF）[31]開發(fā)了一個(gè)面向?qū)ο蟮耐ㄓ眯畔⒛Ｐ虲IM，該模式旨在提供一種通用的方式來表示組成業(yè)務(wù)系統(tǒng)的計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)元素以及這些元素之間的關(guān)系，且其具有良好的擴(kuò)展性，供應(yīng)商或用戶可根據(jù)計(jì)算或網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的描述需要，定義新的子類或創(chuàng)建現(xiàn)有類的新實(shí)例，以覆蓋特定的管理領(lǐng)域。

3資源描述語言能力比較

目前，針對(duì)現(xiàn)有資源描述語言能力的比較，主要考慮語義描述能力和查詢服務(wù)能力這2個(gè)角度。前者表現(xiàn)在可識(shí)別符合語法的語句，可辨析有歧義的語句，還可判別不同場(chǎng)景下表面形式相同而實(shí)際語義不同或表面形式不同而實(shí)際語義相同的語句。后者表示查詢?cè)獢?shù)據(jù)的能力，表現(xiàn)在可理解被檢索內(nèi)容的語義和用戶的查詢請(qǐng)求。

根據(jù)上述2個(gè)對(duì)比角度，圖4給出了通用型資源描述語言能力的對(duì)比結(jié)果[32]。由圖4可知，OWL在上述2個(gè)方面能力均優(yōu)于其他語言?？傮w而言，在通用型資源描述語言中，XML可交換語法，但不支持?jǐn)?shù)據(jù)的語義描述，可看作是一種標(biāo)準(zhǔn)化的元數(shù)據(jù)語言規(guī)范[33]；RDF是元數(shù)據(jù)描述框架，可看作是一種標(biāo)準(zhǔn)化的元數(shù)據(jù)語義描述規(guī)范，用于要求有一定語義和推理能力的場(chǎng)景。OWL是一種表達(dá)能力很強(qiáng)的本體語言，結(jié)合了XML和RDF的優(yōu)點(diǎn)，可用于語義要求比較精確的情況[34]。

4結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)資源描述語言是定義實(shí)體和資源高效管理的基礎(chǔ)，可為解決網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施資源的異構(gòu)性、分布性、自治性和動(dòng)態(tài)性等問題提供技術(shù)支撐。本文簡述通用型資源描述語言和專用型資源描述語言的基本定義、主要特點(diǎn)和適用場(chǎng)景，并根據(jù)描述能力和查詢服務(wù)能力對(duì)通用型資源描述語言進(jìn)行對(duì)比分析。

目前，資源描述語言種類繁多，大多數(shù)基于XML，RDF，OWL，可用于不同場(chǎng)景。這些語言局限于某一特定的應(yīng)用領(lǐng)域，缺乏一定的通用性、準(zhǔn)確性及可擴(kuò)展性。因此，在現(xiàn)有語義Web技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中計(jì)算存儲(chǔ)傳送資源深度融合的趨勢(shì)，開發(fā)一種特定的資源描述語言，以精準(zhǔn)地表征物理資源和虛擬資源、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)場(chǎng)景中使用的給定IT資源的屬性，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

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