基于IT运维本体库的构建

缪健美，何来坤，刘礼芳

（杭州师范大学，浙江 杭州 310036）

随着信息化技术的飞速发展，信息系统逐渐成为高校处理业务的主要平台。根据业务需求的不同，信息系统的规模也不一样，且都变得越来越大，各系统之间的关系越来越复杂，系统的运行维护工作变得更难，从而对IT技术人员的要求也更高。传统的运行维护系统大多以人工为主，而且一般是每个系统管理员负责其中的一个子系统，这种处理方式服务过程无序性[1]，系统管理员只会负责自己系统故障排查，从而延长故障排查周期。一旦某个核心系统管理员不在岗，系统故障就难以解决，严重影响了其他员工的日常工作以及IT运维部门对核心业务的支撑力和其声誉。因此，为信息系统运维建立一个运维本体库，将IT技术人员日常遇到的故障问题及解决方案存入该本体库中，通过智能化IT运维平台，普通人员就可以解决日常网络故障，而非核心技术人员也可以解决比较有难度的网络故障，进而有效地解决当前所面临的问题。

1 IT运维

从狭义上来说，IT就是信息技术；从广义上来说，IT已经包括了所有的资源即业务系统中涵盖的信息系统、硬件、软件甚至于包括IT服务的人员。所以，现阶段IT的含义已经涉及到了相当广的范畴。

运维其实是一种服务产品，用于帮助用户解决问题或者给出一些解决方案。这种服务有两个特点：首先，生产服务的人和使用服务的人存在相互交流的关系，这点有别于一般的产品；其次，服务没有标准的评估机制，服务的评判取决于用户对服务的要求。因此，需要对服务进行管理。

通过对IT运维和本体的分别介绍，就不难理解IT运维本体库的概念了。IT运维本体库简单讲就是以日常工作中遇到的IT故障为中心，将这些IT故障及其相关的解决方案结合本体的概念建立一个完善而成熟的IT运维数据库。以IT运维本体库为基础，通过智能化IT运维管理平台，不断提高IT运维质量，实现高效运维，提升校内IT服务满意度；通过IT运维管理平台帮助学校建立快速响应，并适应学校业务环境及业务发展的IT运维服务模式，使得IT运维服务能够由传统的人工维护向规范化、高效化、自助化和信息化方向快速发展。

2 本体理论知识

2.1 本体的定义

本体（Ontology）这个词最早起源于哲学，其在哲学领域中的定义为“对世界上客观存在物的系统地描述”[2]。随着对Ontology研究的发展，出现了关于Ontology许多不同的定义。在人工智能界，是Neches[3]等人最早给出Ontology定义，即 “给出构成相关领域词汇的基本术语及关系，利用这些术语和关系构成规定这些词汇外延规则的定义”。而被大家引用得最为广泛的Ontology定义是由Gruber提出来的，即“本体是概念模型的明确的规范说明”[4-6]。而后通过W.N.Borst和Fensel等人的研究与分析，认为Ontology的概念包含四个主要方面：概念化、明确、形式化、共享。

综上所述，本体本身是一种知识，具有群体共享知识重用、知识表达、知识互换支持[7]等特点。虽然不同研究者为本体赋予了不同的定义，但在内涵方面，都把本体当作是特定的领域或是更广范围的领域内部不同主体之间进行交流的一种语义基础。

2.2 本体的基本要素

本体作为知识组织的重要手段，包含6个基本元素：概念、关系、属性、公理、函数和实例[8]。

概念/类（class）：是由相似术语所表达的概念集合体。如PC机系统和服务器系统根据其共性，可以统称为操作系统。概念是人与机器交互的桥梁。

关系：表示概念之间的一类关联。本体包含四种基本关系：如主板与主机是部分与整体的关系（part-of）；PC机操作系统可以继承操作系统的特性，是父子类关系（kind-of）；Windows7 是 Windows系统的一个实例即instance-of关系；品牌类可以认为是网络设备类的一个属性，它们的关系可以表示为attribute-of。

属性：是指概念的描述方面，具有限制类中的实例与概念的功能，但在概念层上没有属性值，如网络（Network）和服务（Service）。

公理：是用于知识推理。它是公认的事实或推理规则。

函数：是关系的特定表达形式。

实例：是本体中的最小对象，具有原子性即不可再分性。每个实例的唯一标识是指它的不同于其他实例的属性。

2.3 本体构建方法与工具

本文以Gruber[4]在1995年提出的5条规则为构建IT运维本体库的指导原则，即客观性和明确性、可扩展性、一致性、最小本体承诺以及最小编码偏差。采用领域本体比较成熟的构建方法——七步法和 Protégé工具来构建 IT 运维本体。 Protégé是一个基于开源的本体建模工具。以下对具体开发过程进行描述。

2.3.1 确定构建本体的专业领域和范畴

随着信息化技术的飞速发展，信息化平台逐渐成为学校业务处理的核心方式，从而IT运维日益变得重要。IT运维除了技术维护人员外主要包括了网络和服务两大类。网络按使用设备划分，主要分为硬件和软件两种；服务按管理服务层次可以分为事务管理、服务管理、网络管理和网元管理，按管理功能划分可以分为故障管理、配置管理、性能管理、计费管理和安全管理。传统IT运维以技术人员为主，也没有统一的IT故障处理记录。因此就算是常见的网络故障，也需要信息中心的技术员去处理，在一定程度上影响了学校员工的日常工作。构建IT运维本体库是为了给后期智能化IT运维管理平台提供基础资源库，学校员工通过IT运维管理平台，可以自助解决普通的网络故障问题。IT运维管理平台以IT故障解决方案为主，从IT故障的难易程度以及涉及的硬件设备决定是否需要IT技术人员来处理。

2.3.2 考查复用现有知识本体的可能性

本体已在多个领域有了初步的应用，如信息系统、电子工程和电子商务等。因此，可以参照现有已经建好的信息系统OWL本体，来建立IT运维本体。

2.3.3 列出知识本体中的重要术语

在确定本体的范畴基础上，根据每个方面的特性列出IT运维本体的一些重要术语，如服务：根据不同的维度划分为管理服务和管理功能。管理功能主要包括故障管理、性能管理、配置管理、计费管理和安全管理。

2.3.4 定义类和类的等级体系

通过列出IT运维本体所涉及到的重要术语，从上而下，本文一共定义了7个等级类。第一个等级为根节点即IT运维；第二等级为根节点的子节点，主要包含网络类和服务类。以此往下分别建立这两个子节点的子节点直到叶子节点为止。叶子节点即为本体的原子类，该种类型的类是不可分割的。以硬件类为例，硬件类的叶子节点为主板、CPU、内存、硬盘、显卡、网卡以及电源等基础硬件设备。

2.3.5 定义类的属性

在搭建好IT运维本体的框架后，即定义好类和类的顶级体系，就可以为IT运维本体类添加各种特性，以便能更好地描述清楚该类。如Windows系统类具有一个区别其他操作系统的属性是它所属的公司 Microsoft。

2.3.6 定义属性的分面(Facets)

属性的分面（Facets）有时候也称为属性的约束（Restriction）。属性可以用不同的分面来描述，比如赋值类型、赋值的基础及允许的赋值（定义域和范围）。通常赋值类型有字符型、数值型、逻辑型、枚举型及实例等。例如交换机类有一个以太网供电（POE，Power Over Ethernet)属性，则在设定允许类中只能选择“交换机”类，类型选择“Instance”，赋值基数（Cardinality）设定为多值（Multiple）。

2.3.7 创建实例

实例是本体中最小的对象，具有不可再分性。在建立Windows系统类并定义好该类的属性后，就可以为该类创建一个实例。本文为Windows系统创建三个实例：Windows XP/2000、Windows7 和 Windows8。

3 IT运维本体库的构建过程及应用

3.1 IT运维本体库的结构分析

通过2.2节七步法确定IT运维本体库的范畴：网络和服务。IT运维本体库的基础结构如图1所示。在搭建好IT运维本体库基本架构的基础上，为硬件、软件、管理服务和管理功能等概念类添加子概念类。

图1 IT运维本体库基础架构

3.2 IT运维本体的构建

在protégé 4.2编辑器中，本体结构按照树形的层次目录展现，用户通过点击相应项来添加或编辑本体元素，如类、子类、实例以及属性等。IT运维本体分为两类：网络类（Network）和服务类（Service）。网络类包含硬件子类（Computer）和软件子类（Software）；服务类按不同纬度划分为两大子类：管理服务（Management_function）和管理功能（Management_service）。硬件类分为PC机类和服务器类。管理服务类分为事物管理类、业务管理类、网络管理类和网元管理类。管理功能类分为故障管理类、性能管理类、配置管理类、计费管理类和安全管理类。IT运维本体的性能管理分支结构如图2所示。

创建好类后，可以为该类添加子类，属性和实例等本体元素。性能管理类（Performance_management）包含两个子类：性能监控（Performance_management）和安全性管理（Security_management）；其中性能监控的对象有路由器（Router）和线路（Line）；根据日常需求为路由器类创建了6个实例：CPU利用率、延迟、流量、丢包率、内存余量和温度。IT运维本体在protégé 4.2编辑器中的界面如图3所示。

3.3 IT运维本体存储

建立好OWL本体，需要将本体数据存储到数据库对应的表中，为后期开发的智能化IT运维平台提供数据基础。本文主要建立五种类型的数据表：类表、关系表、属性表、实例表、类关系表。表设计结构如表1～5所示。

3.4 IT运维本体应用

该阶段将对之前所建立的本体库进行测试验证，可以通过开源工具，比如可以用W3C的Joseki框架工具进行测试，也可以通过建立简单的应用程序配合Jena API[10]进行测试、查询、推理应用。该阶段需由信息专家组成员完成环境部署，本体样本测试查询脚本与规则的制定，则由领域专家与信息专家共同完成。信息专家组成员还需要完成后续的本体归档等工作。

表1 类表（Class）

图2 性能管理分支结构图

图3 IT运维本体界面图

表2 关系表（Relation）

表3 属性表（Attribute）

表4 实例表（Instance）

表5 类关系表（Class relation）

4 结语

本体的应用相对于本体的理论研究来说，发展相对滞后。目前本体理论和技术在信息系统、电子工程、远程教育、知识工程以及电子商务等领域已有初步的应用。通过本体在这些领域应用的效果可看出，建立一个基于IT运维的本体库是对IT运维管理的高效服务、规范化IT运维服务流程、个人自助解决IT日常故障和信息化IT运维的基础。IT运维本体库同时也为后期开发智能化IT运维管理平台提供了基础数据。

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[8]张沪寅，张铭洋，李鑫.基于领域本体的电子学习资源库模型[J].计算机应用，2012，32(1):191-195.

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