本体在统一信息模型中的应用

本体在统一信息模型中的应用*
由于网络技术的迅猛发展，各种不
同管理体系和规范之间的融合和集成成
为一个非常现实的问题。

目前使用广泛
的网络管理体系结构，如SNMP、CMIP、
WBEM等，均使用不同的管理信息模型，
适用于不同的领域。

这些管理信息的定
义形式也不同，并且存在定义重复的部
分，导致无法重用，因此，有必要制订一
个统一信息模型，对所有网管领域的信
息进行统一定义，并能兼容现有信息模
型。

本体论（Ontology）由于天然的优势，
应用到信息模型中解决信息转换之间的语义问题，实现网络管理信息的交换，能达到保持语义一致等优点。

1本体的应用
统一的信息模型定义了所有被管理领域的公共语义和支持不同层的抽象，并将其集合起来构成了对整个环境的总体描述。

因此必须对现有的信息模型，如SNMP、ISO、DMI、CIM进行整合。

所有模型中，CIM是最适合于作为基准的模型，原因在于它定义了几乎所有管理领域中的信息，包括MIB或MIF中的部分子集。

按照各信息模型的范围不同，可以建立一个基于扩展的CIM统一信息模型，如图1所示。

其中相互重合的部分为各个不同模型中重复定义的信息，合并后避免信息的冗余。

未重合的部分需要定义其它模型向CIM的转化和映射规则。

CIM采取XML来定义，相对于传统的SMI等语言更利于描述网络中具有阶层性质的信息。

并且XML的导航技术XPath也相比SNMP/SMI采用的OID更为灵活、高效，但这涉及到由SMI等向XML的转化。

困难在于目前的这些转化算法仅仅只是在句法和语法上转化成了符合其他语言规范的格式，原先模块中所包含的语义并没有转化。

本体论（Ontology）可以用来解决信息转换之间的语义问题，并且用来实现管理信息的交换，实现不同信息模型之间的理解和交流，并在语义上保持一致；同时，通过本体的推理机制，可以
消除不同管理领域的重复定义，并发现其中隐含
*基金项目：福建省教育厅B类基金（JB09062）。

图1统一信息模型整合图
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的关系。

在将本体应用到统一信息模型中，进行各种模型的规则转换之前，首先要对本体中的范围、词汇、类别、约束条件和隐含规则做一个统一的规定，尤其是隐含规则，大多定义在description区域，需要采用本体语言将文本语言格式转化成规则形式，这是将本体的引入信息模型的原因所在。

3基于本体论的统一信息模型为了实现各个模型之间的映射达到语法和语义一致，有许多的工具可以使用，但是这些工具并没有提供一个完全自动化的算法。

要建立一个统一的信息模型，主要有以下三个流程。

下面分别对这三个过程进行详细描述。

3.1现有模型的映射规则
首先需要定义现有模型到统一信息模型的映射规则，这就要求将原有的基于对象的模型转化成面向对象的模型。

比如要处理MIB到CIM的映射过程，我们将表的概念行结点（entry）和组结点（group）当成类来处理，entry和group下面定义的管理对象当成是属性，外索引（implied index）当成是一种继承关系。

比如对于HOST-RESOURCE-MIB来说，定义的类可以有hrSystem、hrStorage、hrStorageEntry、hrDevice、hrDeviceEntry、hrProcessorEntry、hrNetworkEntry、hrPrint-erEntry等，其中hrDevice类包含hrDe-viceEntry类，hrNetworkEntry从hrDe-viceEntry继承。

由于HOST-RE-SOURCE-MIB定义的是主机资源信息，是对逻辑管理元素的管理，属于CIM模型中的LogicalElement的管理范畴，因此，将host结点的父结点设置为Logi-calElement，如图2所示。

类似的，可以对其他的映射关系做相同的处理。

3.2本体的建立、优化及整合
第二步需要通过本体定义语言将模型转化成具体的定义格式，此时需要将各个数据模型转化为本体。

Standford大学开发出一个工具插件Protégé2000，采用GUI的形式，根据统一信息模型中的UML图形描述的类与类之间的关系、属性之间的关系，自动生成本体。

不同信息模型之间有重复定义部分的优化问题，这就需要采用推理机对此本体进行形式上的推理。

推理的一个基本内容就是由给定的知识获得隐含的知识，推理的作用主要是检测冲突，优化表达和本体融合。

推理机有许多不同的实现，如FaCT、OWLJessKB、Pellet、Racer、Jess，不同的推理机有不同的使用范围，本体中常用的Racer[5]推理机的推理流程如图3。

首先进行的是本体的冲突检测，推理机必须能够发现本体定义中的隐含
的
图2HOST-RESOURCE-MIB到CIM Schema映射
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逻辑矛盾。

冲突检测的基本步骤是按照本体定义的顺序（类—属性—实例）逐步用相关的产生式规则推理出可能产生冲突的隐含的信息。

在某一层次的推理无法产生新信息之后转入下一层次，直到验证完本体中所有信息。

在统一信息模型本体进行冲突检测和优化后，需要对相关的和相似的本体进行融合，本体融合可手工进行，但效率极低，推理机在这方面可以辅助管理者完成工作。

由于在本体定义之前，已经全部定义了该领域的所有词汇，管理者可以输入这些同义词或概念的词汇，由推理机针对概念的联系把本体合并。

3.3行为信息的添加
网络管理信息包含两种不同类型的约束：隐性约束和显性约束。

隐性约束通常在管理信息的描述区域中以自然语言给出；显性约束是由管理者定义的，用来约束被管资源的行为。

这两种信息的表示在本体用知识的法则式表示，其表现形式都为”if…else…”结构，对应如下：if前提（antecedent）then结论（con-sequent）
if状态（situation）then动作（action）
例如对于IF-MIB中的ifOperStatus 结点，其description描述了依赖关系：“If ifAdminStatus is down（2）then ifOperStatus should be down（2）.”，此结点定义了接口的操作状态，共会有up、down、testing、un-known、dormant、notPresent、lowerLayer-Down七个状态。

在描述区域中指明了如果ifAdminStatus的状态为down时，ifOp-erStatus的值就为down。

在SMI中不可能定义任何关系，故两个值的依赖关系只能够靠管理者自己去判断处理，因此在MIB被编译之后，管理者不能自动的获取这种关系。

如果将此MIB转化为通过OWL定义成为本体中的类及属性格式，则可以很方便的使用SWRL定义这项隐含规则：ifEntry(?x)∧ifAdminStatus(?y,?x)∧swrlb:equal(?y,”down”)
∧ifOperStatus(?z,?x)?swrlb:equal(? z,”down”)
加入SWRL规则后，通过推理引擎的推理可以得到新的关系。

将新关系加入到本体后形成最终的本体格式，保存至文件或数据库中。

再根据最终本体所定义的类、属性、类与类之间的关系，形成最终的统一信息模型，以UML的形式表示。

结束语
统一信息模型成为网络发展中的一项新的需求，本文在探讨建立统一信息模型必要的基础上，提出了一种基于本体论的统一信息模型，对其建立过程进行了详细的描述，为统一信息模型的发展提供了很好的思路。

下一步的工作可以考虑模型间映射关系的优化：主要是确定CIM与其他模型之间的定义重合点，不同部分的映射关系，以减少统一信息模型形成之后冲突产生几率和信息的整
合。

图3推理机的推理流程
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