[논문 리뷰] Leveraging Semantic Web Technologies for Managing Resources in a Multi-Domain Infrastructure-as-a-Service Environment

Yufeng Xin, Ilya Baldin외 2명|arXiv (Cornell University)|2014. 03. 04.

Cloud Computing and Resource Management참고 문헌 19인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 ExoGENI 테스트베드에서 가상화된 인프라-서비스(IaaS) 자원의 동적이고 다중 도메인의 오케스트레이션을 가능하게 하기 위해 OWL DL과 SPARQL/GLEEN 쿼리를 사용하는 의미 웹 기반 접근법을 제시한다. 컴퓨팅, 스토리지 및 네트워크 자원을 공통의 확장 가능한 온톨로지로 모델링함으로써, 일반적이고 이식 가능한 토폴로지 임베딩 및 경로 탐색 알고리즘을 가능하게 하며, 의미 규칙을 통해 복잡한 슬라이스 요청을 검증함으로써, 자율적 도메인 간 이질적이고 연합된 사이버 자원의 확장 가능하고 상호운용 가능한 관리가 가능함을 입증한다.

ABSTRACT

This paper reports on experience with using semantically-enabled network resource models to construct an operational multi-domain networked infrastructure-as-a-service (NIaaS) testbed called ExoGENI, recently funded through NSF's GENI project. A defining property of NIaaS is the deep integration of network provisioning functions alongside the more common storage and computation provisioning functions. Resource provider topologies and user requests can be described using network resource models with common base classes for fundamental cyber-resources (links, nodes, interfaces) specialized via virtualization and adaptations between networking layers to specific technologies. This problem space gives rise to a number of application areas where semantic web technologies become highly useful - common information models and resource class hierarchies simplify resource descriptions from multiple providers, pathfinding and topology embedding algorithms rely on query abstractions as building blocks. The paper describes how the semantic resource description models enable ExoGENI to autonomously instantiate on-demand virtual topologies of virtual machines provisioned from cloud providers and are linked by on-demand virtual connections acquired from multiple autonomous network providers to serve a variety of applications ranging from distributed system experiments to high-performance computing.

연구 동기 및 목표

• 다양한 자율적 클라우드 및 네트워크 제공자 간에 상호 연결된 가상 머신과 네트워크 링크를 동적으로 즉시 프로비저닝할 수 있도록 하는 것.
• 공통의 의미 모델을 통해 연합된 IaaS 환경에서의 이질적 자원 기술 및 상호운용성 문제를 해결하는 것.
• 저수준의 제공자별 세부 정보가 아닌 추상 자원 추상화에서 작동하는 일반적이고 이식 가능한 토폴로지 임베딩 및 경로 탐색 알고리즘을 개발하는 것.
• 절차적 코드 대신 선언적 의미 규칙을 사용하여 사용자가 지정한 복잡한 슬라이스 요청을 검증함으로써 정확성과 일관성을 보장하는 것.
• 확장 가능한 온톨로지와 표준화된 쿼리 인터페이스를 통해 새로운 자원 유형과 제공자에 대한 확장성을 지원하는 것.

제안 방법

• 클래스 계층과 속성 관계를 갖는 OWL DL 기반 온톨로지로 컴퓨팅, 스토리지, 네트워크 자원을 모델링하는 것.
• RDFS 및 OWL 함의를 사용하여 자원 유형에 대한 일반적 추론을 가능하게 하여 제공자별 세부 정보를 추상화하는 것.
• 의미 그래프 위에서 SPARQL/GLEEN 쿼리를 사용하여 경로 탐색 및 토폴로지 임베딩을 구현함으로써 재사용 가능한 쿼리 기반 알고리즘을 가능하게 하는 것.
• Datalog 기반 규칙 엔진(Jena)을 적용하여 스키마 검증을 초월한 선언적 제약 조건을 사용하여 사용자 슬라이스 요청을 검증하는 것.
• 고수준의 경로 탐색 논리와 저수준의 프로비저닝 동작을 분리하여, 각 제공자에 따라 특수화된 동작을 수행하는 것.
• 의미 추상화를 사용하여 사용자 요청을 다중 도메인 간 실제 자원 할당으로 매핑함으로써 의미 일관성을 보장하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 자율적 제공자 간에 다중 도메인 IaaS 환경에서 이질적 인프라 자원을 기술하기 위해 공통의 확장 가능한 의미 모델을 어떻게 사용할 수 있는가?
• RQ2 SPARQL 기반 쿼리와 의미 추론이 토폴로지 임베딩 및 경로 탐색 알고리즘에서 절차적 코드를 얼마나 대체할 수 있는가?
• RQ3 의미 규칙을 사용하여 복잡한 다중 도메인 슬라이스 요청을 어떻게 이식 가능하고 검증 가능한 방식으로 검증할 수 있는가?
• RQ4 네트워크 연결성과 복잡성이 증가하는 상황에서 의미 기반 오케스트레이션 시스템의 성능 특성은 어떠한가?
• RQ5 새로운 자원 유형과 제공자를 통합할 때 시스템이 상호운용성과 확장성을 어떻게 유지할 수 있는가?

주요 결과

• OWL DL과 SPARQL/GLEEN 쿼리를 사용함으로써 특정 제공자 구현에 종속되지 않는 일반적이고 재사용 가능한 토폴로지 임베딩 및 경로 탐색 알고리즘이 가능해졌음.
• 의미 규칙 엔진이 도메인 유일성 등의 제약 조건을 강제하여 브로드캐스트 연결과 같은 복잡한 슬라이스 요청을 성공적으로 검증함으로써 정확성과 일관성이 향상됨.
• 그래프 연결성 증가 상황에서도 시스템이 확장 가능성을 보였으며, 쿼리 성능이 런타임을 지배하는 것으로 나타났지만, 구체적인 런타임 수치는 보고되지 않음.
• RDFS 및 OWL 함의의 통합을 통해 정확한 유형 매칭이 필요 없이도 추상 자원 유형(예: '레이어 2 네트워크 링크')에 대해 추론이 가능함.
• 공통 의미 모델을 통해 저수준 차이를 추상화함으로써 다양한 제공자의 원활한 연합을 가능하게 하여 상호운용성을 향상시킴.
• 확장 가능한 온톨로지 설계 덕분에 핵심 오케스트레이션 로직을 수정하지 않고도 새로운 자원 유형과 제공자를 추가할 수 있었음.