Especificación de Modelos de Información de Gestión de Red Mediante el Uso de Ontologías. Ontologías

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1 Especificación de Modelos de Información de Gestión de Red Mediante el Uso de Ontologías Departamento de Ingeniería Informática Universidad Autónoma de Madrid Introducción Contenido Modelos de información de gestión de red integrada Ontologías Aplicaciones Especificación de Modelos de Información de Gestión 2 <jorge.lopez_vergara@uam.es> 1

2 Introducción Definición de Gestión de Red Planificación, organización, supervisión y control de elementos de comunicaciones para garantizar un nivel de servicio, y de acuerdo a un coste Especificación de Modelos de Información de Gestión 3 Introducción Gestión de red integrada Resuelve los problemas para supervisar y controlar equipos heterogéneos Acceso uniforme a los recursos gestionados Se normaliza: Protocolo de comunicaciones Modelo de información de gestión Definiciones de información de gestión Ejemplos de gestión de red integrada Internet: SNMP+SMI+MIBs TMN: CMIP+GDMO+MIBs WBEM: HTTP+CIM+esquemas CIM Especificación de Modelos de Información de Gestión 4 <jorge.lopez_vergara@uam.es> 2

3 Introducción Existen múltiples marcos de gestión integrada Distintos protocolos de intercambio de información Distintos modelos de información con definiciones distintas e incompatibles No es posible realizar una gestión integrada si hay que usar dos o más marcos Las soluciones actuales no tratan la semántica de las definiciones de información Las ontologías pueden ayudar a integrar semánticamente la información Especificación de Modelos de Información de Gestión 5 Objetivos Agente DMI Agente SNMP Gestor Agente CMIP Agente CORBA Reglas de comportamiento Correspondencias semánticas MIF Modelo común GDMO IDL fusionado SMI Fusión Traducción semántica sintáctica de de definiciones definiciones Especificación de Modelos de Información de Gestión 6 <jorge.lopez_vergara@uam.es> 3

4 Contenido Introducción Modelos de información de gestión de red integrada Ontologías Aplicaciones Especificación de Modelos de Información de Gestión 7 Definición de gestión de red Modelo de información Lenguaje de definición Definiciones de información (MIBs) Modelos actuales: TMN (OSI-MS): GDMO Internet (SNMP): SMI Equipos de sobremesa (DMI): MIF Procesamiento distribuido (CORBA): IDL Gestión Web (WBEM): CIM/MOF Especificación de Modelos de Información de Gestión 8 <jorge.lopez_vergara@uam.es> 4

5 TMN y OSI-MS GDMO Orientado a objetos Paquetes de atributos para reutilización ATTRIBUTE GROUP +group-label: OCTET STRING +DESCRIPTION: OCTET STRING +REGISTERED AS: OBJECT IDENTIFIER ATTRIBUTE +attribute-label: OCTET STRING +WITH ATTRIBUTE SYNTAX: ANY +DEFAULT VALUE: ANY +INITIAL VALUE: ANY +PERMITTED VALUES: SET +REQUIRED VALUES: SET +GET: boolean +REPLACE: boolean +REPLACE-WITH-DEFAULT: boolean +ADD: boolean GROUP ELEMENTS DERIVED FROM CHARACTERIZED BY ATTRIBUTE GROUPS ATTRIBUTES MANAGED OBJECT CLASS +class-label: OCTET STRING +REGISTERED AS: OBJECT IDENTIFIER PACKAGE +package-label: OCTET STRING +REGISTERED AS: OBJECT IDENTIFIER NOTIFICATION +notification-label: OCTET STRING +MODE: List NOTIFICATIONS +WITH INFORMATION SYNTAX: ANY +WITH REPLY SYNTAX: ANY +REGISTERED AS: OBJECT IDENTIFIER AND ATTRIBUTE IDS CONDITIONAL PACKAGES PARAMETERS SUBORDINATE OBJECT CLASS NAMED BY SUPERIOR OBJECT CLASS BEHAVIOUR ACTIONS BEHAVIOUR BEHAVIOUR +behaviour-definition-label: OCTET STRING +DEFINED AS: OCTET STRING ACTION +action-label: OCTET STRING +MODE: List +WITH INFORMATION SYNTAX: ANY +WITH REPLY SYNTAX: ANY +REGISTERED AS: OBJECT IDENTIFIER PARAMETERS BEHAVIOUR NAME BINDING +name-binding-label: OCTET STRING +CREATE: List +DELETE: List +REGISTERED AS: OBJECT IDENTIFIER BEHAVIOUR BEHAVIOUR +REMOVE: boolean +MATCHES FOR: List +REGISTERED AS: OBJECT IDENTIFIER PARAMETER PARAMETER +parameter-label: OCTET STRING +CONTEXT: List +WITH SYNTAX: ANY DERIVED FROM +REGISTERED AS: OBJECT IDENTIFIER BEHAVIOUR WITH ATTRIBUTE Especificación de Modelos de Información de Gestión 9 SMIv2 Gestión en Internet No orientado a objetos Tablas y variables escalares MODULE-IDENTITY +Name: Text +LAST-UPDATED: UTCTime +ORGANIZATION: Text +CONTACT-INFO: Text +DESCRIPTION: Text +OID: OBJECT IDENTIFIER Revision +REVISION: UTCTime +DESCRIPTION: Text OBJECT-IDENTITY OBJECT-TYPE NOTIFICATION-TYPE +Name: Text +STATUS: Status +Name: Text +SYNTAX: Syntax OBJECTS +Name: Text +STATUS: Status +DESCRIPTION: Text +UNITS: Text +DESCRIPTION: Text +REFERENCE: Text +MAX-ACCESS: Access +REFERERENCE: int +OID: OBJECT IDENTIFIER +STATUS: Status +OID: OBJECT IDENTIFIER +DESCRIPTION: Text +REFERENCE: Text OID: OBJECT IDENTIFIER +DEFVAL: int AUGMENTS Especificación de Modelos de Información de Gestión 10 INDEX <jorge.lopez_vergara@uam.es> 5

6 Gestión de equipos de sobremesa component +name: string MIF No orientado a objetos Tablas y atributos path +name: string +dos: string +macos: string +os2: string +unix: string +win16: string +win32: string table +name +id +class +value +description: string +pragma: string 1..* group +name: string +class: string +id: int +description: string +key +pragma enum +name * number +associated string: string +win9x: string +winnt: string 1..* attribute +name +id +description +type +access +pragma +storage +value Especificación de Modelos de Información de Gestión 11 IDL Gestión en entornos de procesamiento distribuido 1..* module declaration inheritance truncatable raises typedef typeprefix interface +abstract: boolean valuetype +abstract: boolean getraises setraises +scoped_name: string +local: boolean +custom: boolean exception attribute operation +type: type typeid +prefix: string supports value element raises +readonly: boolean +type: type +oneway: boolean +type: type +context: string +scoped_name: string const member +id: string export state member factory +type: type +expression: expr + identifier: string +public: boolean +private: boolean +type: type parameter +in: boolean +type: type in +out: boolean +type: type +type: type Especificación de Modelos de Información de Gestión 12 <jorge.lopez_vergara@uam.es> 6

7 Gestión basada en Web CIM Orientado a objetos Extensible mediante calificadores Characteristics Named Element +Name: String Property Override Property 0..1 Element Schema 1..* Element Trigger Method Override 0..1 Method Schema Qualifier Property Domain Range Class Method Domain 0..1 Trigger +Value: Variant SubType Supertye Reference Association Indication 2..* Especificación de Modelos de Información de Gestión 13 Gestión basada en Web Esquemas CIM Estructura en margarita Modelo nuclear (core model) Modelos comunes (common models) Esquemas de extensión (extension schemas) Información relacionada mediante herencia Sintaxis: MOF, UML, XML DAP Network Extension Schema System Core Device Apps Physical Especificación de Modelos de Información de Gestión 14 <jorge.lopez_vergara@uam.es> 7

8 Interoperabilidad de modelos de gestión integrada El objetivo de la gestión integrada era hacer una gestión homogénea sobre recursos heterogéneos Es necesario establecer mecanismos de interoperabilidad para alcanzar este objetivo Soluciones existentes Estándares IIMC, JIDM y DMI Gestión paraguas y WBEM Otras aproximaciones de grupos de investigación Especificación de Modelos de Información de Gestión 15 Gestores JIDM IIMC, JIDM y DMI IIMC CORBA TMN SNMP DMI DMI Pasarelas TMN CORBA CORBA TMN SNMP CORBA TMN SNMP SNMP DMI SNMP CORBA SNMP TMN Agentes CORBA TMN SNMP DMI Especificación de Modelos de Información de Gestión 16 <jorge.lopez_vergara@uam.es> 8

9 Arquitectura de gestión paraguas Común Aplicación de gestión Interfaz común Modelo de información IDL Modelo de información GDMO Modelo de información SMI Modelo de información MIF Modelo de información IIOP CMIP SNMP DMI Servidores de aplicaciones Dispositivos de telecomunicación Dispositivos de red Ordenadores de sobremesa Especificación de Modelos de Información de Gestión 17 Arquitectura de CIM/WBEM Cliente WBEM HTTP/CIM-XML CIMOM CIM HTTP/CIM-XML Proveedor CORBA Proveedor CMIP Proveedor SNMP Proveedor DMI IIOP CMIP SNMP IPC/RPC Agente CORBA Agente CMIP Agente SNMP Agente DMI Especificación de Modelos de Información de Gestión 18 9

10 Niveles de traducción CIM también define los tipos de traducción que pueden existir Dominio origen Dominio destino Ejemplares Dominio Ejemplares Modelo Metamodelo Técnica Reescritura Modelo Metamodelo La traducción de dominio conserva la semántica de la información definida Pero las traducciones son en general de reescritura o técnicas Especificación de Modelos de Información de Gestión 19 Limitaciones de las soluciones actuales Están principalmente orientadas a la traducción de los protocolos Pero los gestores también trabajan a partir de los modelos de información Un gestor debe manejar tantos modelos como dominios existan La existencia de distintos dominios no es transparente a las aplicaciones de gestión Los dominios quedan aislados si se trabaja con cada uno de ellos de manera diferente Esto es debido a que no tratan el problema desde la semántica del modelo de información Especificación de Modelos de Información de Gestión 20 <jorge.lopez_vergara@uam.es> 10

11 Contenido Introducción Modelos de información de gestión de red integrada Ontologías Aplicaciones Especificación de Modelos de Información de Gestión 21 Definición de ontología Una especificación explícita y formal de una conceptualización compartida Explícita: compuesta de conceptos, propiedades, relaciones, funciones, axiomas y restricciones Formal: puede ser interpretada por máquinas Conceptualización: modelo abstracto del dominio a representar Compartida: acordada por grupos de expertos Aplicaciones Tradicionalmente en inteligencia artificial y sistemas expertos Actualmente agentes inteligentes y web semántica Especificación de Modelos de Información de Gestión 22 <jorge.lopez_vergara@uam.es> 11

12 Lenguajes Lenguajes tradicionales KIF, Ontolingua y OCML OKBC F-Logic LOOM Lenguajes basados en XML SHOE, XOL y OML RDF y RDFS OIL, DAML+OIL y OWL Especificación de Modelos de Información de Gestión 23 Técnicas de interoperabilidad de ontologías existentes Al igual que en gestión de red, existen múltiples ontologías definidas para un mismo dominio Es necesario integrarlas Fusión y alineamiento de ontologías Crear una ontología a partir de varias fuentes Distintas aproximaciones Según conceptos y propiedades Según ejemplares Correspondencia de ontologías Definir reglas para traducir los conceptos Ontologías de correspondencia Especificación de Modelos de Información de Gestión 24 <jorge.lopez_vergara@uam.es> 12

13 Introducción Contenido Modelos de información de gestión de red integrada Ontologías Aplicaciones Especificación de Modelos de Información de Gestión 25 Aplicaciones de las ontologías para la integración de información de gestión Análisis y comparación de la expresividad semántica de los modelos de información de gestión Adaptación de un lenguaje de ontologías para expresar información de gestión y comportamiento Mecanismos de integración semántica de definiciones de información Gestor de red basado en ontologías Especificación de Modelos de Información de Gestión 26 <jorge.lopez_vergara@uam.es> 13

14 Análisis de expresividad semántica Comparación de lenguajes de definición de información de gestión GDMO, SMIv2, SMIng, MIF, IDL y MOF/CIM Según estudios acerca de las características de lenguajes de ontologías Se han estudiado 25 características en total Conceptos (2), propiedades (4) y facetas (7) Taxonomías (4) Relaciones y funciones (4) Ejemplares (3) Axiomas y restricciones (1) Especificación de Modelos de Información de Gestión 27 Análisis de expresividad semántica Resultados MOF/CIM es el lenguaje más expresivo (posee 16 características + 1 posible) El siguiente en la clasificación es GDMO (8+5) Debilidades comunes a todos los lenguajes de definición de información de gestión Su semántica no es formal Definición de jerarquías Definiciones operacionales Definición de axiomas y restricciones Necesario mejorar los lenguajes para aumentar su capacidad de expresar semántica Especificación de Modelos de Información de Gestión 28 <jorge.lopez_vergara@uam.es> 14

15 Lenguaje de ontologías para especificar información de gestión Escoger uno con gran aceptación: OWL OWL no posee todas las estructuras típicas de los lenguajes de gestión Se puede añadir una capa por encima Así, un sistema que interprete OWL, puede entender gran parte de la información OWL+Mgmt OWL XSD RDFS RDF XML Especificación de Modelos de Información de Gestión 29 Lenguaje de ontologías para especificar información de gestión Estructuras que posee OWL Clases, herencia, propiedades, ejemplares Facetas típicas de gestión con símiles en OWL Restricción de tipo de datos, cardinalidad, documentación, estado de implementación, identificador único, distinción, referencia y redefinición Adición de nuevas facetas Valor por defecto, acceso, unidades Se definen en RDFS indicando que el dominio es owl:datatypeproperty Especificación de Modelos de Información de Gestión 30 <jorge.lopez_vergara@uam.es> 15

16 Especificación de comportamiento Extensión de CIM mediante calificadores Nuevos calificadores Constraint y ConstraintLanguage Se puede emplear OCL, o cualquier lenguaje de restricciones como PAL (basado en KIF) OWL no permite definir todas las restricciones, pero sí otros lenguajes de ontologías, como Ontolingua Posible inconveniente a la hora de usar OWL para definir información de gestión SWRL soluciona en parte este problema Especificación de Modelos de Información de Gestión 31 Especificación de comportamiento Dos tipos de reglas de comportamiento: Implícitas, definidas en el modelo. Deben ser ciertas siempre Ejemplo: el lenguaje en uso (CurrentLanguage) de una impresora (CIM_Printer) debe estar incluido en la lista de lenguajes soportados (LanguagesSupported) Explícitas, definidas localmente. Deben cumplirse para seguir una política de gestión Ejemplo: el espacio disponible (AvailableSpace) de todos los sistemas de archivos (CIM_FileSystem) deberá ser superior al 10% el espacio total (FileSystemSize) Especificación de Modelos de Información de Gestión 32 <jorge.lopez_vergara@uam.es> 16

17 Especificación de comportamiento Ejemplos Regla implícita: contenida en la descripción de la propiedad (defrange context?printer CIM_Printer :FRAME CIM_Printer) inv: (forall self.languagessupported?printer (element-of (CurrentLanguage?printer) ->includes(self.currentlanguage) (LanguagesSupported?printer) ) ) Regla explícita: definida según la política de gestión ( defrange context?fs CIM_FileSystem :FRAME CIM_FileSystem inv: ) ( forall self.availablespace?fs > ( > ( AvailableSpace?fs ) self.filesystemsize * 0.10 ( * 0.10 ( FileSystemSize?fs ) ) ) ) Especificación de Modelos de Información de Gestión 33 Integración semántica de definiciones de información Fusión y correspondencia Heurísticos de fusión Por cadenas similares Por jerarquías de herencia Por dominio de propiedades Clasificación de posibles correspondencias Directa, valores, tipos de datos, operaciones aritméticas, operaciones sobre cadenas, combinado Ontología de correspondencia 1..* Formula Element 1..* Formula Element source source elements elements 1..* inverse formula +language: String 1..* inverse formula +language: String +type: String +type: Stringmapped elements mapped elements +expression: String target elements +reference: String +expression: String 1..* 1..* target elements +reference: String 1..* 1..* Especificación de Modelos de Información de Gestión 34 <jorge.lopez_vergara@uam.es> 17

18 Integración semántica de definiciones de información Método M&M (Map & Merge) Actividades del usuario en gris Actividades automáticas en blanco Proponer clases candidatas a fusionar o alinear Traducción sintáctica Cargar modelo a fusionar Realizar fusión de clases Proponer regla de correspondencia para las propiedades fusionadas Crear ejemplares de Element en la ontología de correspondencia Definir regla de correspondencia para las propiedades fusionadas, incluyendo ejempares de Formula y relaciones Proponer propiedades candidatas de fusion para la clase fusionada Realizar fusión de propiedades Proponer regla de correspondencia para las propiedades fusionadas Definir regla de correspondencia para las propiedades fusionadas, incluyendo ejemplares de Formula y relaciones Especificación de Modelos de Información de Gestión 35 Arquitectura de un gestor de red basado en ontologías Requisitos Acceso a múltiples dominios de gestión Uso del modelo de información común así como las reglas de correspondencia Aprovechar definiciones de comportamiento Restricciones Utilizar desarrollos existentes: WBEM El acceso a los distintos dominios de gestión debe ser transparente a las aplicaciones Especificación de Modelos de Información de Gestión 36 <jorge.lopez_vergara@uam.es> 18

19 Arquitectura de un gestor de red basado en ontologías Cliente Lee OWL+Mgmt Gestor de red + CIMOM Motor de inferencias Defs. fusionadas + restricciones Proveedores Proveedor CORBA O. C. Proveedor CMIP O. C. Proveedor SNMP O. C. Proveedor DMI O. C. IIOP CMIP SNMP IPC/RPC Agente CORBA Agente CMIP Agente SNMP Agente DMI Especificación de Modelos de Información de Gestión 37 Conclusiones Problema a la hora de gestionar recursos con marcos de gestión diferentes Ontología permiten tratarlo desde la semántica de la información definida Diversas aplicaciones Comparación de lenguajes de gestión Mejora de expresividad semántica Fusión y correspondencia de modelos de información Trabajos futuros Gestión basada en servicios web semánticos Especificación de Modelos de Información de Gestión 38 <jorge.lopez_vergara@uam.es> 19

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