《基于语义网的SDN网络资源管理北向接口研究》-工学论文，计算机论文-论文范文参考-科学狗论文网

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基于语义网的SDN网络资源管理北向接口研究

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刘晨曦

摘要：SDN是未来网络演进的一大方向，其北向接口提供了网络应用的编程和人机接口。目前北向接口的研究主要集中在异构性消除、可编程性提高、提供网络新功能和改善性能等方面，而SDN网络资源管理研究尚处于起步阶段。语义网具备强大的层次化描述能力，便捷灵活的数据存储结构，丰富的工具及方法论支持，良好的可移植性，有利于在北向接口上提供基于虚拟网络上的视图管理功能，为SDN网络资源管理带来便利，并提高上层网络应用开发的可移植性。本文提出结合语义网（Semantic Web）技术，结合基于语义网的SDN网络资源管理平台，研究基于语义网的SDN网络资源管理北向接口。

关键词：SDN；语义网；北向接口；网络资源；服务质量

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）17-0016-05

软件定义网络（software defined networking，SDN）是由美国GENI项目资助的斯坦福大学的MacKneow教授在主导的Clean Slate项目中提出的一种新型网络架构。与传统分布式网络不同，SDN的核心是在网络中引入一个SDN控制器（Control-ler），通过核心技术OpenFlow通过将网络的数据转发层和设备控制层分离，从而简化网络架构，实现对网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。网络资源的管理是SDN的一个重要维度，但如何在较高的抽象层次上实现SDN网络资源的高效管理，尚未形成较理想的框架。

语义网（Semantic Web）是未来网络的一种设想，它可以形成一个机器可读的虚拟网络图数据库。它具有十分强大的推理能力，它可以使用OWL（Web Ontology Language，网络本体语言）对SDN网络资源以及相关的业务资源进行建模，使用RDF（Resource Description Framework，资源描述框架）给抽象的业务资源和网络资源带来具体化的描述。其便捷灵活的数据存储结构，丰富的工具及方法论支持，良好的可移植性，为构建SDN网络资源管理北向接口，实现抽象化、虚拟化的网络管理，提供了良好的理论和技术基础。为构建SDN网络资源管理北向接口，提供了灵活的基础。

本文结合语义网技术对SDN的北向接口进行扩展，弥补现有SDN对网络资源管理方面的不足，提供SDN网络资源管理的编程和人机接口。

1 SDN北向接口

笔者从不同的抽象层次，将当前北向接口研究总结为几大方面，分别是：

1）可移植性北向接口：主要致力于解决异构OpenFlow协议或者硬件之间的差异性，从而为上层应用提供一个可移植性层，主要工作包括tinyNBI、NOSIX等。

2）可编程性北向接口：主要致力于实现专用的SDN网络編程语言，或嵌入到现有的高级语言中，提高SDN网络的可编程性，实现对其网络行为的控制，主要工作包括Frenetic、NetCorete等。

3）网络虚拟化北向接口：通过对网络资源进行虚拟化，在物理网络的基础上构建虚拟的网络视图，主要工作包括FlowVisor、libNetVirt等。

可以看到现有的几类北向接口，主要从异构性消除、可编程性提高、网络虚拟化等角度进行研究，对SDN网络资源管理方面的研究目前比较少见，使得用户和上层应用难以找到满足其需求的个体资源（如某个交换设备）或群体资源（如满足服务质量的路径）。笔者认为应该采用平台中立的语义网技术，对网络资源进行建模，尽可能同底层物理设备解耦，并利用北向接口对其进行虚拟化、抽象化的管理，方便SDN网络应用——特别是网络资源密集型应用的开发。

2基于语义网的SDN网络资源管理平台

2.1构建模型

1）首先进行安装Protege，并配置好环境变量。

2）SDN本体模型构建：

a）新建一个OWL项目，在Active Ontology的面板中定义本体的URI作为模型的命名前缀，在本设计中定义Ontology IRI为：

http：∥www.semanticweb.org/michellin/ontologies/2016/2/SDN。

b）在Classes面板中添加资源类，如图1所示。在模型中，将SDN网络资源抽象为六个类分别是Component（组件）、De-vice（设备）、Hnk（链路）、How_table（流表）、Function（功能）以及Group_tablef组表）。六个类下又分别有子类：Component下的子类为Port（端口）；Device的子类为Controller（控制器）、Switch（交换机）和Host（主机）；Link的子类为各种规格的传输介质。Function的子类为Action、Instruction、Pipeline_wordflow动作指令，Flow_table（流表）子类分为Counter、Instruction、Match_Field等；出于篇幅限制，仅给出定义资源图以及总体模型展示图。

c）在Object Properties面板中添加类间属性。在模型中，定义9种类属性：connects（连接）、contains（包含）、controls（控制）、consistsof（组成）、deploys（部署）、includes（包括）、supports（支持）、isdeployedby（被部署）以及consists（由什么组成）等。connects描述交换机类（Switch）、交换机端口类（Port）、链路类（Hnk）、主机类（Host）之间的连接关系；contains描述端口类（Port）和交换机类（Switch）的包含关系；controls描述控制器类（controller）和交换机类（Switch）的控制关系，交换机supports功能（Function）等。

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