本發(fā)明涉及基于ForCES(Forwarding and Control Element Separation，轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離)的SDN(Software Defined Network,軟件定義網(wǎng)絡(luò))網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具體涉及一種基于本體的LFB(Logical Function Block，邏輯功能塊)自動組合方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的崛起，大數(shù)據(jù)云計算等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)難以滿足如此高并發(fā)的數(shù)據(jù)流量需求，提供云計算能力的大型數(shù)據(jù)中心、分布式集群也不能沿用傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理配置方式。在此背景下，軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)被提出，SDN嘗試用軟件定義的方式去動態(tài)的管理網(wǎng)絡(luò)資源，給用戶提供動態(tài)構(gòu)建數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)的能力。

SDN一經(jīng)提出，就受到了業(yè)界廣泛的關(guān)注，并被看作是未來網(wǎng)絡(luò)研究的發(fā)展方向。但對于SDN體系架構(gòu)的實現(xiàn)，目前卻仍舊是一個具有爭議的課題。很多技術(shù)被嘗試用來實現(xiàn)SDN，具有代表性的是OpenFlow，但OpenFlow在性能、可靠性方面還有諸多問題，在此背景下，浙江工商大學(xué)的科研團(tuán)隊提出了新的軟件定義網(wǎng)絡(luò)的解決方案，即轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離技術(shù)，它的核心思想是將CE(Control Element，控制件)與FE(Forward Element，轉(zhuǎn)發(fā)件)分離，從而實現(xiàn)CE對FE集中控制的目的。另外，F(xiàn)orCES通過將底層網(wǎng)絡(luò)資源抽象成邏輯功能塊，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)虛擬化功能。ForCES的上述特性使得ForCES非常適合用來實現(xiàn)SDN，稱為基于ForCES的SDN網(wǎng)絡(luò)。

隨著云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)日趨成熟，學(xué)術(shù)界對人工智能的研究再度掀起一股熱潮。人工智能應(yīng)用領(lǐng)域極廣，在機(jī)器人領(lǐng)域，語義網(wǎng)領(lǐng)域皆是人工智能首要應(yīng)用場所。而軟件定義網(wǎng)絡(luò)，作為未來網(wǎng)絡(luò)，必定也是一個智能化的網(wǎng)絡(luò)。

本發(fā)明立足基于ForCES的SDN網(wǎng)絡(luò)，針對LFB服務(wù)組合這個關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)資源組合問題，提出一種基于本體的LFB自動組合方法，將推動ForCES向SDN的擴(kuò)展，也將推動基于ForCES的SDN網(wǎng)絡(luò)的智能化發(fā)展，具有重要的理論意義和應(yīng)用意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為基于ForCES的SDN網(wǎng)絡(luò)提供轉(zhuǎn)發(fā)資源智能組合的支持，提出了一種基于本體的LFB自動組合方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種基于本體的LFB自動組合方法，該方法具體包括以下步驟：

步驟1：用OWL-S(Ontology Web Language for Services，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)本體語言)對LFB進(jìn)行描述，將LFB本體化，形成LFB本體庫。

所述OWL-S，是一種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)本體語言。

所述LFB，是ForCES體系架構(gòu)中FE的資源抽象。ForCES將FE上功能相對獨立的資源抽象為LFB，通過將多個LFB連接形成LFB拓?fù)鋪碇С植煌姆?wù)，實現(xiàn)資源的靈活可編程。所述ForCES是一種開放可編程的轉(zhuǎn)發(fā)與分離控制架構(gòu)。ForCES網(wǎng)絡(luò)件由一個或多個CE和多個FE組成。

所述LFB本體庫，是指采用OWL-S描述所有的LFB后形成的LFB本體描述文件集合。所述LFB本體描述文件，是指每個特定的LFB都對應(yīng)的被描述為一個本體文件，該文件用OWL-S的ServiceProfile屬性描述該LFB的輸入和輸出。所述LFB的輸入和輸出各自均包含packet和metadata。所述packet是指LFB的包類型，所述metadata是指LFB的元數(shù)據(jù)。

步驟2：分析LFB輸入輸出類型，將輸入輸出類型之間的關(guān)系描述成類層次結(jié)構(gòu)，用本體描述后形成本體知識庫。

所述LFB輸入輸出類型包含Arbitrary、EthernetAll、IPv4、IPv6、IPv4Unicast、IPv6Unicast、IPv4Multicast和IPv6Multicast。

所述類層次結(jié)構(gòu)是指用父類子類的關(guān)系梳理LFB的輸入輸出類型。

所述本體知識庫，是指用本體來描述LFB輸入輸出的類層次結(jié)構(gòu)，以本體形式存在的知識提供給自動組合推理使用。

步驟3：確定本體推理機(jī)使用的LFB組合推理邏輯。

所述本體推理機(jī)查詢、理解本體中包含的語義從而進(jìn)行自動推理。

所述LFB組合推理邏輯是指本體推理機(jī)用來推斷兩個LFB是否可以形成連接關(guān)系的推理邏輯，具體而言，前驅(qū)LFB的輸出packet類型應(yīng)當(dāng)包含等價于后繼LFB的輸入packet類型。

步驟4：根據(jù)用戶請求，調(diào)用本體推理機(jī)，讀取LFB本體文件，依據(jù)LFB組合推理邏輯，進(jìn)行LFB的自動推理組合，形成LFB鏈。

所述LFB鏈，是指多個LFB連接形成的鏈?zhǔn)絃FB拓?fù)?。ForCES正是通過動態(tài)可編程，將多個LFB連接形成LFB鏈，來支持各種各樣不同的服務(wù)。

具體包含如下步驟：

4-1根據(jù)用戶請求，讀取所需LFB的本體文件。

4-2將讀取得到的LFB的輸入輸出參數(shù)分別放入輸入線性表和輸出線性表。

4-3循環(huán)遍歷輸入線性表和輸出線性表，按照LFB組合推理邏輯進(jìn)行自動推理。若兩個LFB滿足可連接關(guān)系，則將這對LFB存入LFB匹配對線性表。

4-5根據(jù)用戶請求，遍歷LFB匹配對線性表，選定LFB鏈的起始LFB對，然后繼續(xù)遍歷LFB匹配對線性表，選擇LFB鏈可繼續(xù)連接的LFB匹配對，追加到LFB鏈后面，如此循環(huán)，形成最終完整的LFB鏈。

本發(fā)明有益效果如下：本發(fā)明提出一種基于本體的LFB自動組合方法，為基于ForCES的SDN網(wǎng)絡(luò)提供了一種基礎(chǔ)設(shè)施層細(xì)粒度的網(wǎng)絡(luò)資源LFB軟件可定義的方法，解決了LFB組合的關(guān)鍵問題，能積極推動ForCES向SDN的擴(kuò)展，也將積極推動基于ForCES的SDN網(wǎng)絡(luò)向智能化發(fā)展，具有重要的理論意義和應(yīng)用意義。

附圖說明

圖1為基于ForCES的SDN網(wǎng)絡(luò)；

圖2為LFB組合引擎模塊圖；

圖3為基于本體的LFB自動組合過程流程圖；

圖4為IPv4Validator的本體化描述；

圖5為LFB本體知識庫；

圖6為推理機(jī)推理流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明提出一種基于本體的LFB自動組合方法，該方法在LFB組合引擎上實現(xiàn)，包括以下具體步驟：

步驟1：用OWL-S對LFB進(jìn)行描述，將LFB本體化，形成LFB本體庫。

所述OWL-S，是一種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)本體語言。

所述LFB，是ForCES體系架構(gòu)中FE的資源抽象。ForCES將FE上功能相對獨立的資源抽象為LFB，通過將多個LFB連接形成LFB拓?fù)鋪碇С植煌姆?wù)，實現(xiàn)資源的靈活可編程。所述ForCES是一種開放可編程的轉(zhuǎn)發(fā)與分離控制架構(gòu)。ForCES網(wǎng)絡(luò)件由一個或多個CE和多個FE組成。

所述LFB本體庫，是指采用OWL-S描述所有的LFB后形成的LFB本體描述文件集合。所述LFB本體描述文件，是指每個特定的LFB都對應(yīng)的被描述為一個本體文件，該文件用OWL-S的ServiceProfile屬性描述該LFB的輸入和輸出。所述LFB的輸入和輸出各自均包含packet和metadata。所述packet是指LFB的包類型，所述metadata是指LFB的元數(shù)據(jù)。

步驟2：分析LFB輸入輸出類型，將輸入輸出類型之間的關(guān)系描述成類層次結(jié)構(gòu)，用本體描述后形成本體知識庫。

所述LFB輸入輸出類型包含Arbitrary、EthernetAll、IPv4、IPv6、IPv4Unicast、IPv6Unicast、IPv4Multicast和IPv6Multicast。

所述類層次結(jié)構(gòu)是指用父類子類的關(guān)系梳理LFB的輸入輸出類型。

所述本體知識庫，是指用本體來描述LFB輸入輸出的類層次結(jié)構(gòu)，以本體形式存在的知識提供給自動組合推理使用。

步驟3：確定本體推理機(jī)使用的LFB組合推理邏輯。

所述本體推理機(jī)是能查詢、理解本體中包含的語義從而能進(jìn)行自動推理的計算機(jī)程序。

所述LFB組合推理邏輯是指本體推理機(jī)用來推斷兩個LFB是否可以形成連接關(guān)系的推理邏輯，具體而言，前驅(qū)LFB的輸出packet類型應(yīng)當(dāng)包含等價于后繼LFB的輸入packet類型。

步驟4：根據(jù)用戶請求，調(diào)用本體推理機(jī)，讀取LFB本體文件，依據(jù)LFB組合推理邏輯，進(jìn)行LFB的自動推理組合，形成LFB鏈。

所述LFB鏈，是指多個LFB連接形成的鏈?zhǔn)絃FB拓?fù)?。ForCES正是通過動態(tài)可編程，將多個LFB連接形成LFB鏈，來支持各種各樣不同的服務(wù)。

具體包含如下步驟：

4-1根據(jù)用戶請求，讀取所需LFB的本體文件。

4-2將讀取得到的LFB的輸入輸出參數(shù)分別放入輸入線性表和輸出線性表。

4-3循環(huán)遍歷輸入線性表和輸出線性表，按照LFB組合推理邏輯進(jìn)行自動推理。若兩個LFB滿足可連接關(guān)系，則將這對LFB存入LFB匹配對線性表。

4-5根據(jù)用戶請求，遍歷LFB匹配對線性表，選定LFB鏈的起始LFB對，然后繼續(xù)遍歷LFB匹配對線性表，選擇LFB鏈可繼續(xù)連接的LFB匹配對，追加到LFB鏈后面，如此循環(huán)，形成最終完整的LFB鏈。

實施例

本發(fā)明所述的基于FoCES的SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示，整個網(wǎng)絡(luò)分為四層，即應(yīng)用層、配置層、控制層和基礎(chǔ)設(shè)施層。LFB組合發(fā)生在配置層的LFB組合引擎，其模塊圖如圖2所示，輸入是獨立的LFB，通過LFB自動組合模塊調(diào)用推理機(jī)，讀取本體文件，最終輸出具有連接關(guān)系的LFB鏈。LFB是基礎(chǔ)設(shè)施層的資源，LFB組合的目的就是支持動態(tài)重組基礎(chǔ)設(shè)施層中的資源LFB，向應(yīng)用層靈活的提供服務(wù)，達(dá)到轉(zhuǎn)發(fā)資源軟件可定義的目的。

基于本體的LFB自動組合過程如圖3所示，包括以下步驟，首先，用Web本體語言O(shè)WL-S對LFB進(jìn)行描述，將LFB本體化，形成LFB本體庫；然后，用類結(jié)構(gòu)梳理LFB輸入輸出類型，并用本體將該類結(jié)構(gòu)描述為本體知識庫；然后，確定LFB組合推理邏輯。最后，本體推理機(jī)讀取LFB本體文件，使用本體知識庫，依據(jù)LFB組合推理邏輯，自動推理，將LFB組合形成LFB鏈。本發(fā)明采用Pellet本體推理機(jī)，所述Pellet本體推理機(jī)是由美國馬里蘭大學(xué)(College Park分校)的MindSwap實驗室開發(fā)的一款具有邏輯推理功能的軟件。為了便于本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解和重現(xiàn)本發(fā)明，現(xiàn)以一個具體實例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

表一

為支持某IPv4轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)面服務(wù)，需要重新組合三個LFB，分別是IPv4Validator、IPv4UcastLPM和IPv4NextHop。這三個LFB的輸入輸出特征如表一所示。具體的基于本體的LFB自動組合步驟如下：

1)用OWL-S對LFB進(jìn)行描述，將LFB本體化，形成LFB本體庫，本實施例需要對IPv4Validator、IPv4UcastLPM、IPv4NextHop這三個LFB進(jìn)行本體化描述。以IPv4Validator為例，IPv4Validator的本體化描述如圖4所示，該描述遵循OWL-S，描述完成后以本體文件的形式存在于LFB本體庫中。

2)分析LFB輸入輸出類型，將輸入輸出類型之間的關(guān)系描述成類層次結(jié)構(gòu)，用本體描述后形成本體知識庫，分析現(xiàn)有的LFB輸入輸出特性，形成如圖5所示的本體知識庫，該知識庫以類結(jié)構(gòu)的形式表達(dá)了LFB的輸入輸出類型之間的包含關(guān)系。例如，EtherAll包含IPv4。

3)確定本體推理機(jī)使用的LFB組合推理邏輯。若前驅(qū)LFB的輸出packet類型包含等價于后繼LFB的輸入packet類型，則這兩個LFB成為可連接LFB對。確定推理機(jī)用EXACT、SUBSUME這兩個匹配標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動推理。

4)如圖6所示，開始按照算法調(diào)用推理機(jī)進(jìn)行LFB自動組合。讀取IPv4Validator、IPv4UcastLPM和IPv4NextHop這三個LFB的本體文件，解析查詢每個本體文件的輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)。如IPv4Validator的輸入數(shù)據(jù)包為Arbitrary，輸出數(shù)據(jù)包則有IPv4Unicast、IPv4Multicast、IPv4等。將所有的輸入放入一個線性表1中,將查詢到的所有的輸出放入另一個線性表2中。

5)遍歷線性表1和線性表2，推理機(jī)根據(jù)確定的推理邏輯自動匹配，將可連接的LFB對存入線性表3中。在該實施例中，線性表3中得到兩對可連接LFB對，即：IPv4ValidatorΘIPv4UcastLPM及IPv4UcastLPMΘIPv4NextHop。

6)根據(jù)服務(wù)請求，遍歷線性表3，確定起始LFB對，然后再次遍歷線性表3中的其他LFB對，將LFB對連接成LFB鏈。在本實施例中，起始LFB對是IPv4ValidatorΘIPv4UcastLPM，而且IPv4ValidatorΘIPv4UcastLPM的后繼LFB就是IPv4UcastLPMΘIPv4NextHop的前驅(qū)LFB，則將這兩個LFB對合并連接，形成LFB鏈，即IPv4ValidatorΘIPv4UcastLPMΘIPv4NextHop。這樣就將沒有連接關(guān)系的三個獨立的LFB(IPv4Validator、IPv4UcastLPM和IPv4NextHop)自動組合形成了LFB鏈。