网络资源描述语言综述

王晓玉 徐展琦 杨帆 郑婷

摘要：IT资源描述广泛应用于计算机、通信、网络和云计算等众多领域，是高效管理和利用资源的前提与基础，其准确性和完整性直接影响IT资源的利用率和网络提供服务的能力。选择综合性能较好的描述语言对合理分配网络资源、妥善解决网络资源异构化和泛在化等问题至关重要。简述了通用型和专用型资源描述语言的基本定义、主要特点和适用场景，详细介绍了3种通用型和专用型资源描述语言，根据描述能力和查询服务能力对比分析主要通用型资源描述语言，提出网络资源描述语言的未来发展设想。

关键词：资源描述语言；资源描述技术；语义网；资源描述框架；网络描述语言

中图分类号：TP301.2文献标志码：A文章编号：1008-1739（2022）06-56-6

0引言

隨着用户规模的扩大和应用种类的增加，传统互联网“尽力而为”的服务能力已难以满足用户多样化的和上层业务的服务质量（Quality of Service，QoS）需求，例如，用户体验质量（Quality of Experience，QoE）。未来信息网络将从以信息传输为核心的信息基础设施，转变为融合感知、传输、存储、计算和处理为一体的智能化信息基础设施[1-2]，以期为用户提供高QoE服务和在基础网络设施上构建的虚拟网络将实现“随时随地、随需而动”。网络虚拟化技术[3]作为未来信息网络的重点，已经得到工业界和学术界网络研究的广泛关注。

在网络虚拟化环境中，底层物理资源被抽象成各种各样虚拟网络功能（Virtual Network Functions，VNFs）的虚拟资源池，用户的业务请求被表达为由不同VNFs和虚拟链路构成的服务功能链或VNFs转发图[4-5]。网络虚拟化技术允许虚拟网络共享同一物理资源，以此为基础构建健壮、可信和可管可控的虚拟环境，从而为不同的虚拟网络请求分配合适的虚拟资源。IT资源分配的一个重要前提是资源发现，分为资源描述、资源聚类和资源查找。因此，IT资源描述是物理资源抽象为虚拟资源的关键环节。

由于现有底层网络中不同的基础设施提供商和地理位置分布，物理资源呈现出形态多样、功能各异和描述项众多等特点。因此，采用规范与标准的信息化描述方法以描述资源对有效发现、匹配和管理资源池中的虚拟资源十分重要。

网络资源规范化描述是降低资源调度规模、高效灵活共享资源的前提和基础。目前，国内外在网络资源描述方面已开展较为丰富的研究，并取得较大的成果，如可扩展标记语言（XML）、资源描述框架（Resource Description Framework，RDF）、统一建模语言（UML）、Globus资源描述语言（GRSL）和网页服务描述语言（WSDL）等。传统资源描述方式都只提供了资源的基本描述语法和格式，缺少对资源的语义信息描述。语义网中所有的信息都具有定义完好的语义，可以根据语义信息对资源进行推理判断，为有效地匹配、管理和分配资源提供基础。因此，普遍认为由万维网联盟（W3C）创建的语义Web技术是用于资源描述非常有前途的技术[6]。文献[7]给出W3C根据技术发展提出的针对语义Web的本体描述语言模型，包括XML，RDF，资源描述框架模式（RDF Schema，RDFS）以及网络本体语言（Web Ontology Language，OWL）。

基于W3C提出的本体描述语言模型，衍化出众多专用型资源描述语言，可粗略分为：

①基于XML的WSDL、通用网格资源描述（GGRD）、网络节点描述语言（NNDL）[8-9]、虚拟资源描述语言（VRDL）[10]、虚拟资源与互连网络描述语言（VXDL）[11]等。

②基于RDF的网络描述语言（NDL）[12-14]、光网络描述语言（ONDL）[15-16]、基础设施与网络描述语言（INDL）[17-18]、网络资源描述语言（NRDL）[19]和媒体应用描述语言（MADL）[20]等。

③基于OWL的网格描述语言[21-22]（CDL）、数据中心标记语言[23]（DCML）及NDL-OWL[24]等。

除此之外，还有基于UML的通用信息模型（CIM）[25]和基于网页服务模型本体（WSMO）的语义资源描述语言（SRDL）[26]等其他资源描述语言。这些语言针对不同的网络资源进行描述，试图解决当前网络资源异构化、泛在化和融合化的问题，为资源分配与使用提供很大帮助。

1通用型资源描述语言

网络资源信息提供者可借助资源描述方式对资源属性和资源本质进行描述，以便使用者掌握资源的不同属性与状态，准确筛选出合适的资源，完成资源匹配与分配。目前，通用型资源描述语言主要有XML，RDF（S），OWL等。图1给出语义Web的本体描述语言模型层次图[7]。

1.1 XML

XML是类似于超文本标记语言（HTML）的文本式标记语言，也是通用标识语言（SGML）的一个子集，继承了SGML的大多数特点。描述网络上数据和结构的标准，处在本体语言栈的底层，使用简单灵活的标准格式，为基于Web的应用提供一个描述和交换数据的有效手段。可用于不同应用与平台之间的数据共享和通信，还可用于存放配置文件以及存储数据[27]。

XML严格遵守文档类型定义或Schema定义的语义约束，具有数据存储格式标准化、可扩展化和高度结构化等优点，从而成为语义网的支撑技术。

1.2 RDF（S）

RDF是W3C推荐的一种通用的数据表示格式，规定了描述特定资源的特定属性的基本数据模型，汲取XML语法的经验，提供一种简单的模式以描述各种类型的数据，通过主语、谓语和宾语组成的三元组形式来表示一个描述声明，为Web资源的语义提供明确与规范的描述和表达。

图2给出了RDF三元组的一个示例，表示W3C的创始人是Tim Berners-Lee。资源“W3C”以椭圆形表示，属性值“Tim Berners-Lee”以矩形表示，属性“创始人（Originator）”以箭头表示。

RDF只提供一个与领域无关的机制描述元数据，而RDFS在RDF的基础上，提供一个以“http：//www.w3.org/ 2000/01/rdf-schema#”为命名空间的词汇表，增加类和属性的定义，可标准地描述特定领域的语义，增强RDF对资源的描述能力。

1.3 OWL

OWL[28]是在W3C已制定的XML和RDF标准的基础上提出的一种网络形式化表示语言，可明确表示词汇集中各词汇的含义以及词汇间的相互关系，还具备语义推理能力。

OWL继承RDF的基本事实陈述方式和RDFS的类与属性分层结构，提供一种可用于描述网络文档和应用所同有的类及类间关系的语言。

为满足资源不同的表达能力和据此推理能力的要求，OWL提供了3种表达能力递减、推理效率递增的子语言：OWL Full，OWL DL，OWL Lite，图3给出各子语言及RDF（S）底层语义的包含关系，功能与特征如下：

①OWL Full在结构和语义上完全兼容RDF，同时允许引入本体以扩展预定义的RDF/OWL词汇的含义，具有最强的表达能力，但不能保证可判定性推理能力。

②OWL DL是OWL Full的一个可判定子集，包括OWL Lite的所有语言构造成分，具备次强的表达能力相，同时可支持逻辑推理。

③OWL Lite只提供类分层和简单的约束功能，其表达能力相对较弱，可保证迅速高效的推理。

1.4小结

通用型资源描述语言主要特性如表1所示，其中形式语义是指是否可以使用模型表达数据的含义，描述逻辑说明该语言表达相应逻辑原子式的能力，类的层次是指出该语言是否允许定义类的结构，全局元素和局部元素规定属性的使用范围。由表1可知，XML没有类和属性的概念，其元素可声明为全局或局部；RDF拥有类和属性的概念，其元素只能声明为全局；OWL结合XML和RDF的优点，拥有类和属性的概念，其元素可声明为全局或局部，同时还添加XML和RDF不具备的形式语义和描述逻辑特性。

总体而言，XML由于具有数据存储格式标准化、可扩展化和高度结构化等优点，为描述語言的发展提供基本的语法支持。作为常规元数据构建工具，RDF是XML数据的理想搭档[29]，RDFS在RDF的基础上提供类和属性的定义。OWL兼容RDFS的同时，加入许多属性约束和规则，并提供类、属性以及技术等概念描述能力，具有更强大的表达能力[30]，还可与多种本体语言兼容和交互，是目前W3C推荐的最好本体描述语言。

2专用型资源描述语言

在通用型资源描述语言的基础上，业界研究如何将分布在不同地理位置的高性能并行计算机、大型存储设备和各种类型的服务器通过网络设备连接在一起，以便解决这些网元和异构网络的高效管理问题。主要专用型资源描述语言概述如表2所示，目前已有的专用型资源描述语言有：NDL，ONDL，INDL，NNDL，DCML，MADL，CIM等，本节主要介绍常见的前3种。

2.1 NDL

NDL可看作是一种基于RDF的用于描述混合物理网络的语义本体，为网络拓扑描述定义一种可互操作的语言，并为用户和提供商以及提供商之间的网络拓扑信息交换提供一个通用的数据模型，可增强不同管理域之间的互操作性和信息交换能力。

网络管理员可以使用这种语言来创建描述各种实体的文件，并使用它们来查询或配置网络。同时，NDL提供一种通用语义以描述网络拓扑结构、网络中的不同设备、接口、链路、设备的配置和当前状态等网络资源。

相比于传统的网络数据模型，NDL可利用已建立的语义网工具，方便与特定应用的本体相联系，支持包括寻路、可视化和资产管理等广泛的应用。

2.2 ONDL

ONDL是一种基于Web的资源描述语言，可描述各种光网络组件及其配置和运行状态，如调制格式、转发器的波长和光谱宽度、光交换机的交换矩阵、光放大器的类型和噪声系数等。

ONDL提供通用的词汇表和数据模型，更容易实现光网络的高效管理[16]。控制器可从ONDL文件中提取信息，以用于执行各种网络操作，例如，网络拓扑创建、网络拓扑发现、最小生成树创建、通过RDF文件提供的规则进行策略管理、通过向外部域提供网络的抽象视图以完成网络抽象等。

2.3 INDL

INDL是在NDL、网络标记语言以及CDL等建模工具的基础上发展而来的语言，旨在提供一种独立于技术的计算基础设施描述语言，这些描述包括物理资源和连接物理资源的网络基础设施。

INDL还提供特定词汇以描述资源的虚拟化和资源提供的服务，通过将虚拟化、功能化和连接化分离，使INDL可重用且易于扩展。用户添加新的功能（如添加新类型的节点组件）时，不会影响其与其他设备的连通性建模，也不会影响对新资源的虚拟化建模。

此外，由于物理节点和虚拟节点的连通性和功能性大体相同，因此INDL可描述物理计算基础设施和虚拟基础设施，为资源和基础设施组件提供更丰富的语义，以更友好的方式支持服务请求[17]。

2.4其他资源描述语言

基于RDF的NDL已用于描述光网络的连通性和网络拓扑，并且允许自动创建网络映射，在故障排除时方便定位网元、接口或时隙；相比于NDL，ONDL可描述节点光学属性和高级别的管理组件，也可进一步用于软件定义网络框架；INDL可扩展到描述不同的现有基础设施、特定类型的设备以及资源的行为方面。

此外，RURARZ等人在文献[7]中介绍使用基于XML的NNDL创建网络节点配置文件的方法，用于在虚拟网络实验室VNLab中快速配置网络节点和网络方案。Opsware和EDS启动用于效用计算的DCML工作，该语言提供结构化的模型和编码以描述、构造、复制和恢复数据中心环境和元素，从而降低数据中心的控制复杂性，并降低其管理成本[23]。Okung-Dike Ntofon等学者在文献[20]中提出了一种基于RDF的语义建模框架，描述用于高清晰度媒体内容的存储、传输和显示的计算基础设施。分布式管理任务组（DMTF）[31]开发了一个面向对象的通用信息模型CIM，该模式旨在提供一种通用的方式来表示组成业务系统的计算和网络元素以及这些元素之间的关系，且其具有良好的扩展性，供应商或用户可根据计算或网络环境的描述需要，定义新的子类或创建现有类的新实例，以覆盖特定的管理领域。

3资源描述语言能力比较

目前，针对现有资源描述语言能力的比较，主要考虑语义描述能力和查询服务能力这2个角度。前者表现在可识别符合语法的语句，可辨析有歧义的语句，还可判别不同场景下表面形式相同而实际语义不同或表面形式不同而实际语义相同的语句。后者表示查询元数据的能力，表现在可理解被检索内容的语义和用户的查询请求。

根据上述2个对比角度，图4给出了通用型资源描述语言能力的对比结果[32]。由图4可知，OWL在上述2个方面能力均优于其他语言。总体而言，在通用型资源描述语言中，XML可交换语法，但不支持数据的语义描述，可看作是一种标准化的元数据语言规范[33]；RDF是元数据描述框架，可看作是一种标准化的元数据语义描述规范，用于要求有一定语义和推理能力的场景。OWL是一种表达能力很强的本体语言，结合了XML和RDF的优点，可用于语义要求比较精确的情况[34]。

4结束语

网络资源描述语言是定义实体和资源高效管理的基础，可为解决网络虚拟化环境下网络基础设施资源的异构性、分布性、自治性和动态性等问题提供技术支撑。本文简述通用型资源描述语言和专用型资源描述语言的基本定义、主要特点和适用场景，并根据描述能力和查询服务能力对通用型资源描述语言进行对比分析。

目前，资源描述语言种类繁多，大多数基于XML，RDF，OWL，可用于不同场景。这些语言局限于某一特定的应用领域，缺乏一定的通用性、准确性及可扩展性。因此，在現有语义Web技术的基础上，结合目前网络基础设施中计算存储传送资源深度融合的趋势，开发一种特定的资源描述语言，以精准地表征物理资源和虚拟资源、网络服务以及网络服务场景中使用的给定IT资源的属性，具有重要的应用价值。

参考文献

[1]姚惠娟，耿亮.面向计算网络融合的下一代网络架构[J].电信科学，2019，35（9）：38-43.

[2]雷波，王江龙，赵倩颖，等.基于计算、存储、传送资源融合化的新型网络虚拟化架构[J].电信科学，2020，36（7）：42-54.

[3] FATHIMA K M M， SANTHIYAKUMARI N. A Survey on Evolution of Cloud Technology and Virtualization[C]//2021 Third International Conference on Intelligent Communication Technologies and Virtual Mobile Networks （ICICV）. Tirunelveli： IEEE，2021：428-433.

[4]程洪闪，孟欢，张晓辉.服务功能链的优化映射策略[J].计算机与网络，2021，47（8）：54-56.

[5]张琦.云计算及关键技术的发展[J].计算机与网络，2019，45（24）：44.

[6] LOHAR N K， KAR S. Dynamic Configuration of Optical Physical Layer Using SDN and Optical Network Description Language[C]// 2019 IEEE 11th International Conference on Communication Software and Networks （ICCSN）. Chongqing：IEEE， 2019：626-630.

[7] RURARZ D， PONISZEWSKA-MARANDA A， IVANOCHKO I， et al. Use of Semantic Networks to Search for Information[J]. Developments in Information & Knowledge Management for Business Applications. 2021，330：93-199.

[8] DOBRILOVIC D， STOJANOV Z， DUKA M， et al. Application for Network Node Configuration based on NNDL （Network Node Desription Language） [C]//2009 7th International Symposium on Intelligent Systems and Informatics. Subotica： IEEE， 2009：335-339.

[9] DOBRILOVIC D， STOJANOV Z， ODADZIC B， et al. Using Network Node Description Language for Modeling Networking scenarios[J].Advances in Engineering Software，2012，43（1）： 53-64.

[10] HOUIDI I， LOUATI W， ZEGHLACHE D， et al. Virtual Resource Description and Clustering for Virtual Network Discovery[C]// 2009 IEEE International Conference on Communications Workshops. Dresden ： IEEE， 2009：1-6.

[11] KOSLOVSKI G P，PRIMET P V B， CHARAO A S. VXDL： Virtual Resources and Interconnection Networks Description Language[C]// International Conference on Networks for Grid Applications. Berlin： Springer， 2008：138-154.

[12] HAM J， DIJKSTRA F， GROSSO P， et al. A Distributed Topology Information System for Optical Networks based on the Semantic Web[J]. Optical Switching & Networking， 2008， 5（2-3）：85-93.

[13] HAM J， DIJKSTRA F，TRAVOSTINO F， et al. Using RDF to Describe Networks[J]. Future Generation Computer Systems， 2006， 22（8）：862-867.

[14] HAM J， GROSSO P， POL R， et al. Using the Network Description Language in Optical Networks[C]// 2007 10th IFIP/IEEE International Symposium on Integrated Network Management. Munich： IEEE， 2007：199-205.

[15] YANG J， LIU G， CHE Y， et al. Optical Network Resource Description Based on Grid Service[C]// Proceedings of 2012 2nd International Conference on Computer Science & Network Technology. Changchun： IEEE， 2012：1171-1175.

[16] LOHAR N K， KAR S. Control and Management of Optical Networks Using Optical Network Description Language[C]// 2018 Twenty Fourth National Conference on Communications （NCC）. Hyderabad： IEEE， 2018：1-5.

[17] GHIJSEN M， JEROEN V， GROSSO P， et al. Towards an Infrastructure Description Language for Modeling Computing Infrastructures[C]// The 10th IEEE International Symposium on Parallel and Distributed Processing with Applications. Leganes： IEEE， 2012：207-214.

[18] GHIJSEN M， JEROEN V， GROSSO P， et al. A Semantic-Web Approach for Modeling Computing Infrastructures[J]// Computers & Electrical Engineering， 2012， 39（8）：2553-2565.

[19] CAMPI A， CALLEGATI F. Network Resource Description Language[C]// 2009 IEEE Globecom Workshops. Honolulu，： IEEE， 2009：1-6.

[20] NTOFON O D， HUNTER D K， SIMEONIDOU D. Towards Semantic Modeling Framework for Future Service Oriented Networked Media Infrastructures[C]// 2012 4th Computer Science & Electronic Engineering Conference （CEEC）. Colchester ： IEEE， 2012：200-205.

[21] KONING R， GROSSO P， de LAAT C. Using Ontologies for Resource Description in the CineGrid Exchange[J]. Future Generations Computer Systems， 2011， 27（7）：960-965.

[22] PERNAS A M， DANTAS M. Using Ontology for Description of Grid Resources[C]// 19th Annual International Symposium on High Performance Computing Systems and Applications （HPCS 2005）. Guelph： IEEE， 2005：223-229.

[23] OASIS. Data Center Markup Language （DCML） [EB/OL]. https：//www.oasis-open.org/committees/dcml-frame/charter. php. 2020/2021-4-30.

[24] BALDINE I， XIN Y， MANDAL A， et al. Networked Cloud Orchestration： A GENI Perspective[C]// 2010 IEEE Globecom Workshops. Miami： IEEE， 2010：573-578.

[25] Distributed Management Task Force （DMTF）. Common information model （CIM）[EB/OL]. http：//dmtf. org/standards/cim. 2021/2021-4-30.

[26] ABOSI C E， NEJABATI R， SIMEONIDOU D. Design and Development of a Semantic Information Modelling Framework for a Service Oriented Optical Internet[C]// 2009 11th International Conference on Transparent Optical Networks. Ponta Delgada： IEEE， 2009：1-4.

[27] DECKER S， MELNIK S. The Semantic Web： the Roles of XML and RDF[J]. IEEE Internet Computing，2000，4（5）： 63-73.

[28] World Wide Web Consortium （W3C）. OWL Web Ontology Language Overview[EB/OL]. https：//www.w3. org/TR/2004/REC-owl-features-20040210/#s4.

[29]蘇喜娟，徐名海，徐玉，等.基于混合粒度的虚拟资源描述和发现模型[J].电信科学，2013，29（2）：43-50.

[30]贾伟，夏靖波.网络虚拟化环境下虚拟网络资源描述及发现模型[J].微电子学与计算机， 2016， 33（1）：104-109.

[31] Distributed Management Task Force （DMTF）. About DMTF[EB/OL]. https：//www.dmtf.org/about. 2021/2021-4-30.

[32]李智.基于本体和CPN的资源分配问题的形式化研究[D].西安：西安电子科技大学，2018.

[33]朱莹.基于分类元数据的网格资源描述和发现研究[D].南京：南京工业大学，2006.

[34]王臻，李航.基于语义网的三种描述语言的评价与比较[J].信息与电脑（理论版），2014（12）：180-181.