CN109922006B - 路由交换系统及其虚拟服务重构方法、装置、设备和介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路由交换系统及其虚拟服务重构方法、装置、设备和介质，属于移动通信技术领域。其中，该方法包括：当检测到节点失效后，针对每个可选的替换节点，计算每个映射状态下全网的服务重构开销和负载均衡水平；权衡服务重构开销和负载均衡水平，生成服务重构策略，并根据服务重构策略部署替换节点上每个虚拟服务的功能构件。本发明实施例通过虚拟服务与节点的映射关系，从全局的角度权衡服务重构开销和节点负载均衡水平，以最小开销对虚拟服务进行重构，防止路由交换系统中节点失效时出现性能瓶颈，以保护路由交换系统的正常工作，从而实现服务的高可用性。

Description

路由交换系统及其虚拟服务重构方法、装置、设备和介质

技术领域

本发明涉及数据通信技术领域，特别是涉及一种路由交换系统及其虚拟服务重构方法、装置、设备和介质。

背景技术

结构化、模块化的编程思想在路由交换系统中的体现是构件化。构件是指实现某个子功能的模块，是路由交换系统提供服务的基本单元。基于服务虚拟化的路由交换系统，是通过在各个路由交换节点上部署功能构件，通过构件关联关系以及构件动态加载和卸载，为路由交换系统提供数据传输和处理的虚拟服务。

路由交换软件体系结构是一个复杂的多任务系统，现有的分布式计算系统无法在一个结构下同时满足可扩展路由器的所有性能需求。任务在节点上的分配模式需要满足两个条件：每个节点上的负载不能过载；节点间通信不能过载。因此，路由交换系统的安全也是一个值得关注的问题。如何在系统遭受攻击导致节点失效时，快速重构受影响的虚拟服务，从而恢复系统正常功能，是路由交换系统抗攻击的重要研究点。相关技术公开的分布式计算模型解决的核心问题是如何将负载分担到多个计算节点上，提高处理效率和系统的资源利用率，没有考虑过载问题。然而，在路由交换系统实际工作工程中，过载是路由交换系统的关键性能瓶颈，可扩展软件体系结构的评价指标就是能够容纳的负载量。如何避免过载，如何针对每一项可能造成瓶颈的单一或者若干有一定关联的负载进行评价并计算系统最大可承受负载，是防止系统出现性能瓶颈的关键技术。相关技术的解决方案只关注服务重构开销，寻找最小通信开销和最小迁移开销的重构方案，但路由交换系统的节点存在过载、或光纤链路故障、或设备故障发生导致节点失败时，并没有权衡服务重构开销和节点负载均衡，容易出现性能瓶颈。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种路由交换系统及其虚拟服务重构方法、装置、设备和介质，以解决路由交换系统遭受攻击、节点存在过载、光纤链路故障、或设备故障等导致节点失败时出现性能瓶颈，从而实现服务高可用性的目标。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供的一种路由交换系统的虚拟服务重构方法包括：

当检测到节点失效后，针对每个可选的替换节点，计算每个映射状态下全网的服务重构开销和负载均衡水平；

权衡服务重构开销和负载均衡水平，生成服务重构策略；

根据服务重构策略部署替换节点上的每个虚拟服务的功能构件。

根据本发明的另一个方面，提供的一种路由交换系统的虚拟服务重构装置包括：

负载计算模块，用于当检测到节点失效后，针对每个可选的替换节点，计算每个映射状态下全网的服务重构开销和负载均衡水平；

策略计算模块，用于权衡服务重构开销和负载均衡水平，生成服务重构策略；

构件部署模块，用于根据服务重构策略部署替换节点上的每个虚拟服务的功能构件。

根据本发明的再一个方面，提供的一种路由交换设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述路由交换系统的虚拟服务重构方法。

根据本发明的再一个方面，提供的一种路由交换系统，包括主节点和一系列普通节点，主节点用于实现上述路由交换系统的虚拟服务重构方法。

根据本发明的又一个方面，还提供了一种介质，所述介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述路由交换系统的虚拟服务重构方法。

本发明实施例提供的路由交换系统及其虚拟服务重构方法、装置、设备和介质，当检测到节点失效后，针对每个可选的替换节点，计算每个映射状态下全网的服务重构开销和负载均衡水平；权衡服务重构开销和负载均衡水平，生成服务重构策略；根据服务重构策略部署替换节点上的每个虚拟服务的功能构件。本发明实施例通过虚拟服务与节点的映射关系，从全局的角度权衡服务重构开销和节点负载均衡，以最小开销对虚拟服务进行重构，防止路由交换系统遭遇攻击、节点存在过载、光纤链路故障、或设备故障等导致节点失败时出现性能瓶颈，保护路由交换系统的正常工作，从而实现服务的高可用性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种路由交换系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中服务-构件-节点三者关联关系图；

图3是本发明实施例中横向构件关联与纵向节点映射关系的示意图；

图4是本发明实施例提供的一种路由交换系统的虚拟服务重构方法的流程图；

图5是本发明实施例提供的另一种路由交换系统的计算服务重构开销和负载均衡水平的流程图；

图6是本发明实施例提供的另一种路由交换系统的虚拟服务重构方法的流程图；

图7是本发明实施例提供的一种网络攻击导致节点失效时的服务重构示意图；

图8是本发明实施例提供的一种路由交换系统的虚拟服务重构装置的模块结构图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示的一种路由交换系统的结构示意图，本发明提出的路由交换系统包括主节点和一系列普通节点。

具体的，在分组交换网络中，根据需求，可以部署一系列路由器、路由交换机、宽带接入服务器和防火墙等支持构件部署的路由交换设备(简称为节点)，负责对网络中的数据包进行处理、过滤和转发等。构件之间采用代理/客户端模式交互，即代理提供功能构件关联服务和信息时序调度，客户端使用代理提供的接口进行编程，实现构件动态加载和卸载。

请参考图2所示的服务-构件-节点三者关联关系图，路由交换系统中的路由交换节点(简称为节点)负责对网络中的数据包进行处理、过滤和转发等。每一个节点n由于路由交换的功能需求，将部署多个构件组成集合

其中，m_n表示节点n上已有的构件数目。在本实施例中，节点n₁上至少部署了构件M₁和构件M_J。不同的节点上可以部署同一种功能构件，例如节点n₁和节点n_k上都部署了构件M_J。

在本发明的一个示例中，假设失效节点(如发生故障或被黑客攻击的路由交换设备)为n_e，节点n_e上的功能构件集合为{M₁,M₂,...,M_e}，路由交换系统虚拟服务集合为F。构件之间通过预设的构件关联关系，组合成不同的虚拟服务(例如中间盒等)f(f∈F)，一个虚拟服务将涉及多个不同的功能构件。重构全网范围内的虚拟服务，恢复与失效节点功能构件集合相关联的虚拟服务，即为每个虚拟服务重新选择可用的功能构件，将服务映射到相应节点上。

请参考图3所示的横向构件关联与纵向节点映射关系的示意图。横向表示不同的功能构件，通过构件之间的关联关系(次序、依赖等)，组合成特定功能的虚拟服务，从而供路由交换系统进行调用。在本实例中，服务F1 由M₁,M₂,...,M_n通过特定的关联关系构成的功能构件，F2由N₁,N₂,...,N_n通过特定的关联关系构成的功能构件，每种功能构件充当服务流程中的相对独立的功能模块，所有关联构件共同提供网络服务。纵向表示在不同路由交换节点上构件的分配问题，即将服务映射到其所需功能构件所在的节点上。本发明在已知横向构件关联关系的前提下，主要研究纵向构件分配问题。更进一步，本发明的出发点是在单一节点受到攻击导致构件不可信或构件功能不可用时，寻找最优的虚拟服务重构方案。目标是针对每个虚拟服务，在全网中选择其对应的替换节点，实现两方面的优化目标，一是最小化全网的服务重构开销，二是实现全网节点负载均衡。选择开销最小的映射状态，从而最小化全网的服务重构开销。

基于上述路由交换系统，提出本发明方法各个实施例。

如图4所示，本发明实施例提供的一种路由交换系统的虚拟服务重构方法，包括以下步骤：

S401、当检测到节点失效后，针对每个可选的替换节点，计算每个映射状态下全网的服务重构开销和负载均衡水平。

具体的，当出现失效节点时，首先判断失效节点为普通节点还是主节点，如果失效节点为普通节点，主节点通知其他普通节点调整负载；如果失效节点为主节点，主节点通知其他节点调整负载，例如做端口切换，备用端口立即开启，将控制权转移到与主节点相关联的从节点，由从节点选举产生新的主节点，并完成失效主节点到新的主节点的数据迁移。

优选的，如图5所示，本步骤S401可进一步采用以下步骤实现：

S4011、计算所有可选的替换节点到关联节点之间的路径长度，并获取路径上的瓶颈链路的带宽值。

具体的，主节点计算所有可选的替换节点到关联节点之间的路径长度，同时获取所有可选的替换节点到关联节点之间路径上瓶颈链路的带宽值，其中，路径长度为路由metric值(metric值是路由算法用以确定到达目的地的最佳路径的计量标准)，指所经过各个链接的代价总和，后者HOP跳数，即分组在从源到目的的路途中经过的路由交换设备个数，如路由器等路由交换设备的个数；链路带宽值如 10Mbps/100Mbps/155Mbps/622Mbps/1GMbps/10GMbps/40GMbps/100GMbp s。

S4012、针对每个可选的替换节点，根据通信频率和平均通信数据量、以及路径长度和瓶颈链路的带宽值，计算每个映射状态下全网的服务重构的通信开销和迁移开销。

具体的，通信频率和平均通信数据量可以是主节点事先根据网络拓扑和历史通信信息，计算每个虚拟服务使用的每个功能构件与其它关联节点之间的通信频度和平均数据量，并将每个功能构件与其它关联节点之间的通信频率和平均通信数据量存储在主节点上的。也可以主节点动态计算每个虚拟服务使用的每个功能构件与其它关联节点之间的通信频度和平均数据量，并存储在主节点上。当然，主节点同时也可以对过载节点进行优化，例如降低链路的流量。

S4013、获取每个映射状态下各节点的负载指数，计算每个映射状态下全网的负载均衡水平。

具体的，本步骤进一步包括：计算每个映射状态下，所有节点中的最高负载指数、最低负载指数、以及平均负载；根据最高负载指数、最低负载指数、平均负载、以及设置的负载均衡因子计算各个节点的负载均衡水平。

S402、权衡服务重构开销和负载均衡水平，生成服务重构策略。

具体的，本步骤进一步包括：权衡服务重构开销和负载均衡水平，获得每种映射状态下的全网的优化目标；根据优化目标得到替换节点与虚拟服务的映射关系，生成最优的重构策略。例如可以根据实际负载，可通过 Metric等策略改动路由COST值，制定主用路由链路等重构策略。

S403、根据服务重构策略部署替换节点上的每个虚拟服务的功能构件。

在本发明实施例中，通过虚拟服务与节点的映射关系，从全局的角度权衡服务重构开销和节点负载均衡，以最小开销对虚拟服务进行重构，防止路由交换系统遭遇攻击、节点存在过载、光纤链路故障、或设备故障等导致节点失败时出现性能瓶颈，保护路由交换系统的正常工作。

如图6所示，本发明实施例提供的一种路由交换系统的虚拟服务重构方法，包括以下步骤：

S601、计算并存储每个虚拟服务使用的每个功能构件与其它关联节点之间的通信频度和平均数据量。

S602、检测到节点失效后，判断失效节点是否为主节点，如果是，执行步骤S603，否则执行步骤S604。

S603、选举新的主节点，将控制权转移到新的主节点，并完成主节点的数据迁移。

具体的，主节点开启备用端口，采用包括但不限于常用的“心跳机制”或者master选举策略选举产生新的主节点，而后，控制权转移到与失效主节点相关联的新的主节点，完成数据迁移。

S604、计算所有可选的替换节点到关联节点之间的路径长度，并获取路径上的瓶颈链路的带宽值。

S605、计算所有可选的替换节点与其它关联节点之间的通信开销。

具体的，虚拟服务映射多个构件，这些构件分布在异构的节点上。定义N_f为共同提供虚拟服务f的节点集合。定义集合I_e，对于i∈I_e，表示失效节点n_e到其它虚拟功能关联节点之间的完整路径。对于任意i∈I_e，该路径的通信开销为Cost(i)，则虚拟服务的通信开销为所有关联路径的通信开销总和。

优选的，通信开销可以按以下公式进行计算：

其中，i表示失效节点n_e到其它虚拟功能关联节点之间的完整路径， Cost(i)表示该完整路径的通信开销，Ie表示所有的关联路径的集合，Ri表示该完整路径下构件之间的通信频率，Vi表示为替换节点到失效节点n_e之间的迁移数据量，Li表示替换节点n_e′到失效节点n_e之间的路径长度，B_i表示替换节点n_e′到关联节点之间路径上瓶颈链路的带宽值，C表示失效节点n_e的所有关联路径的通信开销总和。

S606、计算失效节点上数据和任务迁移到所有可选的替换节点的迁移开销。

优选的，可以按以下公式进行计算迁移开销：

其中，T表示失效节点上已有数据或任务迁移到新节点上的迁移开销， V_e，L_e，B_e分别表示替换节点n_e′到失效节点n_e之间的迁移数据量、路径长度、以及瓶颈链路的带宽值。

S607、根据服务重构的通信开销和迁移开销，优化服务重构开销的目标值。

具体的，按以下公式优化所述服务重构开销：

其中，S表示映射状态，Net(S)表示映射状态S下的服务重构开销，f_e表示虚拟服务，F_e表示虚拟服务的集合，C_f′表示替换节点n_e′与其它虚拟功能关联节点之间的通信开销，C_f表示失效节点n_e与其它虚拟功能关联节点之间的通信开销，T_f表示将失效节点n_e上已有数据或任务迁移到替换节点 n_e′的迁移开销。

S608、获取每个映射状态下各节点的负载指数。

具体的，计算每个映射状态S下，所有节点中的最高负载指数L_max(S)、最低负载指数L_min(S)、以及平均负载L_avg(S)。

S609、计算每个映射状态下全网的负载均衡水平。

优选的，本步骤进一步包括按以下公式计算：

Load(S)＝(1+φ)L_max(S)-(1-φ)L_min(S)-2φL_avg(S)

其中，φ表示系统负载均衡因子。

S610、根据服务重构开销和负载均衡水平，获得每种映射状态下全网的优化目标。

优选的，可以采用以下公式获得每种映射状态S下的全网的优化目标 OBJ(S)：

OBJ(S)＝θ·Net(S)+ρ·Load(S)

其中，θ分别表示服务重构开销Net(S)的计算权重，ρ表示负载均衡 Load(S)的计算权重；

S611、根据优化目标得到替换节点与虚拟服务的映射关系，生成最优的重构策略。

S612、根据最优的服务重构策略部署替换节点上每个虚拟服务的功能构件。

举例来说，如图7所示为网络攻击导致节点失效时的服务重构示意图，当路由交换节点A受到攻击导致节点失效时，部署在节点A上的功能构件失效，导致映射了节点A的虚拟服务无法正常工作。

在本实施例中，假设服务F1和F2均映射到节点A，则服务重构就是在其它可用的节点中，选择某些节点重新映射到F1和F2。分别将节点C 映射到F1，节点2映射到F2。

在本实施例中，重构策略是针对每个虚拟服务f，计算其在选择替换节点后的映射状态S下的目标函数值OBJ(S)，选择最小的映射状态S_f，从而最小化全网的重构开销。

如图8所示，本发明实施例提供的一种路由交换系统的虚拟服务重构装置包括负载计算模块801、策略计算模块802、以及构件部署模块803，其中：

负载计算模块801，用于当检测到节点失效后，针对每个可选的替换节点，计算每个映射状态下全网的服务重构开销和负载均衡水平。

负载计算模块801具体用于：计算所有可选的替换节点到关联节点之间的路径长度，并获取所述路径上的瓶颈链路的带宽值；针对每个可选的替换节点，计算每个映射状态下全网的服务重构的通信开销和迁移开销。

优选的，计算每个映射状态下全网的服务重构的通信开销包括按以下公式进行：

其中，i表示失效节点n_e到其它虚拟功能关联节点之间的完整路径， Cost(i)表示该完整路径的通信开销，Ie表示所有的关联路径的集合，Ri表示该完整路径下构件之间的通信频率，Vi表示为替换节点到失效节点n_e之间的迁移数据量，Li表示替换节点n_e′到失效节点n_e之间的路径长度，B_i表示替换节点n_e′到关联节点之间路径上瓶颈链路的带宽值，C表示失效节点n_e的所有关联路径的通信开销总和。

优选的，所述每个映射状态下全网的服务重构的迁移开销包括按以下公式进行：

其中，T表示失效节点上已有数据或任务迁移到新节点上的迁移开销， V_e，L_e，B_e分别表示替换节点n_e′到失效节点n_e之间的迁移数据量、路径长度、以及瓶颈链路的带宽值。

优选的，所述计算每个映射状态下全网的负载均衡水平进一步包括：

计算每个映射状态下，所有节点中的最高负载指数、最低负载指数、以及平均负载；

按以下公式计算各个节点的负载均衡水平：

Load(S)＝(1+φ)L_max(S)-(1-φ)L_min(S)-2φL_avg(S)

其中，S表示映射状态，Load(S)表示映射状态S下各个节点的均衡水平，L_max(S)、L_min(S)和L_avg(S)分别表示映射状态S状态下所有节点的最高负载指数、最低负载指数和平均负载，φ表示系统负载均衡因子。

策略计算模块802，用于权衡服务重构开销和负载均衡水平，生成服务重构策略。

具体的，策略计算模块802用于权衡服务重构开销和负载均衡水平，获得每种映射状态下的全网的优化目标，根据优化目标得到替换节点与虚拟服务的映射关系，生成最优的重构策略。

其中，权衡服务重构开销和负载均衡水平，获得每种映射状态下的全网的优化目标：

OBJ(S)＝θ·Net(S)+ρ·Load(S)

其中，S表示映射状态，OBJ(S)表示映射状态S下的优化目标，θ分别表示服务重构开销Net(S)的计算权重，ρ表示负载均衡水平Load(S)的计算权重。

构件部署模块803，用于根据服务重构策略部署替换节点上的每个虚拟服务的功能构件。

具体的，在路由交换设备中的主节点部署负载计算模块801、策略计算模块802、构件部署模块803以及其他必要的管理模块。其中，负载计算模块801主要完成虚拟服务所使用的功能构件与其他关联节点之间的通信频率和通信量的计算；策略计算模块802可以获取并计算整个系统的负载均衡水平，权衡构件重构开销和数据迁移代价，生成最优服务重构策略，例如可以根据实际负载，可通过Metric等策略改动路由COST值，制定主用路由链路等重构策略。构件部署模块803根据服务重构策略部署替换节点上的每个虚拟服务的功能构件。

作为一种优选的实施例，该装置还包括通信计算模块(图未示出)，用于根据网络拓扑和历史通信信息，计算并存储每个虚拟服务使用的每个功能构件与其它关联节点之间的通信频度和平均数据量。

作为另一种优选的实施例，该装置还包括通信计算模块(图未示出)，用于根据网络拓扑和历史通信信息，计算并存储每个虚拟服务使用的每个功能构件与其它关联节点之间的通信频度和平均数据量。

作为另一种优选的实施例，该装置还包括主备切换模块，用于当失效节点为主节点时，开启备用端口，选举新的主节点，并将控制权转移到新的主节点，并完成主节点的数据迁移。

此外，本发明还提供了一种路由交换设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现上述路由交换系统的虚拟服务重构方法中的步骤。

本实施例中的存储器可用于存储软件程序以及各种数据。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

另外，本发明还提供一种路由交换系统，包括主节点和一系列普通节点，主节点用于实现上述路由交换系统的虚拟服务重构方法的步骤。

具体的，在分组交换网络中，根据需求，可以部署一系列路由器、路由交换机、宽带接入服务器和防火墙等支持构件部署的路由交换设备(简称为节点)，负责对网络中的数据包进行处理、过滤和转发等。构件之间采用代理/客户端模式交互，即代理提供功能构件关联服务和信息时序调度，客户端使用代理提供的接口进行编程，实现构件动态加载和卸载。

在路由交换设备中的主节点部署上述实现虚拟装置重构方法的程序，当主节点检测到节点失效后，针对每个可选的替换节点，计算每个映射状态下全网的服务重构开销和负载均衡水平；权衡服务重构开销和负载均衡水平，生成服务重构策略，并根据服务重构策略部署替换节点上每个虚拟服务的功能构件。

最后，本发明还提供一种介质，该介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述路由交换系统的虚拟服务重构方法中的步骤。

需要说明的是，本发明实施例的交换系统的虚拟服务重构装置、路由交换设备、路由交换系统、计算机存储介质与上述方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，且虚拟服务重构方法实施例中的技术特征在虚拟服务重构装置、路由交换设备、路由交换系统、计算机存储介质实施例中均对应适用，这里不再赘述。

本发明实施例提供的路由交换系统及其虚拟服务重构方法、装置、设备和介质，当检测到节点失效后，针对每个可选的替换节点，计算每个映射状态下全网的服务重构开销和负载均衡水平；权衡服务重构开销和负载均衡水平，生成服务重构策略；根据服务重构策略部署替换节点上的每个虚拟服务的功能构件。本发明实施例通过虚拟服务与节点的映射关系，从全局的角度权衡服务重构开销和节点负载均衡，以最小开销对虚拟服务进行重构，防止路由交换系统遭遇攻击、节点存在过载、光纤链路故障、或设备故障等导致节点失败时出现性能瓶颈，保护路由交换系统的正常工作，从而实现服务的高可用性。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (13)

1.一种路由交换系统的虚拟服务重构方法，其特征在于，该方法包括：

当检测到节点失效后，针对每个可选的替换节点，计算每个映射状态下全网的服务重构开销和负载均衡水平；

权衡所述服务重构开销和所述负载均衡水平，生成服务重构策略；

根据所述服务重构策略部署替换节点上的每个虚拟服务的功能构件；

所述计算每个映射状态下全网的负载均衡水平包括：

计算每个映射状态下，所有节点中的最高负载指数、最低负载指数、以及平均负载；

按以下公式计算各个节点的负载均衡水平：

Load(S)＝(1+φ)L_max(S)-(1-φ)L_min(S)-2φL_avg(S)

其中，S表示映射状态，Load(S)表示映射状态S下各个节点的均衡水平，L_max(S)、L_min(S)和L_avg(S)分别表示映射状态S状态下所有节点的最高负载指数、最低负载指数和平均负载，φ表示系统负载均衡因子。

2.根据权利要求1所述的路由交换系统的虚拟服务重构方法，其特征在于，所述方法之前还包括：

根据网络拓扑和历史通信信息，计算并存储每个虚拟服务使用的每个功能构件与其它关联节点之间的通信频度和平均数据量。

3.根据权利要求1所述的路由交换系统的虚拟服务重构方法，其特征在于，所述计算每个映射状态下全网的服务重构开销进一步包括：

计算所有可选的替换节点到关联节点之间的路径长度，并获取所述路径上的瓶颈链路的带宽值；

针对每个可选的替换节点，计算每个映射状态下全网的服务重构的通信开销和迁移开销。

4.根据权利要求3所述的路由交换系统的虚拟服务重构方法，其特征在于，所述计算每个映射状态下全网的服务重构的通信开销包括按以下公式进行：

其中，i表示失效节点n_e到其它虚拟功能关联节点之间的完整路径，Cost(i)表示该完整路径的通信开销，Ie表示所有的关联路径的集合，Ri表示该完整路径下构件之间的通信频率，Vi表示为替换节点到失效节点n_e之间的迁移数据量，Li表示替换节点n′_e到失效节点n_e之间的路径长度，B_i表示替换节点n′_e到关联节点之间路径上瓶颈链路的带宽值，C表示失效节点n_e的所有关联路径的通信开销总和。

5.根据权利要求3所述的路由交换系统的虚拟服务重构方法，其特征在于，所述每个映射状态下全网的服务重构的迁移开销包括按以下公式进行：

其中，T表示失效节点上已有数据或任务迁移到新节点上的迁移开销，V_e，L_e，B_e分别表示替换节点n′_e到失效节点n_e之间的迁移数据量、路径长度、以及瓶颈链路的带宽值。

6.根据权利要求3所述的路由交换系统的虚拟服务重构方法，其特征在于，所述计算每个映射状态下全网的服务重构的通信开销和迁移开销之后还包括：

根据所述服务重构的通信开销和迁移开销，按以下公式优化所述服务重构开销：

其中，S表示映射状态，Net(S)表示映射状态S下的服务重构开销，f_e表示虚拟服务，F_e表示虚拟服务的集合，C_f′表示替换节点n_e′与其它虚拟功能关联节点之间的通信开销，C_f表示失效节点n_e与其它虚拟功能关联节点之间的通信开销，T_f表示将失效节点n_e上已有数据或任务迁移到替换节点n′_e的迁移开销。

7.根据权利要求1所述的路由交换系统的虚拟服务重构方法，其特征在于，所述根据所述服务重构开销和所述负载均衡水平，生成服务重构策略，进一步包括：

权衡服务重构开销和负载均衡水平，获得每种映射状态下的全网的优化目标：

OBJ(S)＝θ·Net(S)+ρ·Load(S)

其中，S表示映射状态，OBJ(S)表示映射状态S下的优化目标，θ分别表示服务重构开销Net(S)的计算权重，ρ表示负载均衡水平Load(S)的计算权重；

根据优化目标得到替换节点与虚拟服务的映射关系，生成最优的重构策略。

8.根据权利要求1-7任意一项权利要求所述的路由交换系统的虚拟服务重构方法，其特征在于，所述针对每个可选的替换节点，计算每个映射状态下全网的服务重构开销和负载均衡水平之前还包括以下步骤：

当失效节点为主节点时，开启备用端口，选举新的主节点，并将控制权转移到新的主节点，并完成主节点的数据迁移。

9.一种路由交换系统的虚拟服务重构装置，其特征在于，所述装置包括：

负载计算模块，用于当检测到节点失效后，针对每个可选的替换节点，计算每个映射状态下全网的服务重构开销和负载均衡水平，其中，所述计算每个映射状态下全网的负载均衡水平包括：计算每个映射状态下，所有节点中的最高负载指数、最低负载指数、以及平均负载；按以下公式计算各个节点的负载均衡水平：Load(S)＝(1+φ)L_max(S)-(1-φ)L_min(S)-2φL_avg(S)其中，S表示映射状态，Load(S)表示映射状态S下各个节点的均衡水平，L_max(S)、L_min(S)和L_avg(S)分别表示映射状态S状态下所有节点的最高负载指数、最低负载指数和平均负载，φ表示系统负载均衡因子；

策略计算模块，用于权衡所述服务重构开销和所述负载均衡水平，生成服务重构策略；

构件部署模块，用于根据所述服务重构策略部署替换节点上的每个虚拟服务的功能构件。

10.根据权利要求9所述的一种路由交换系统的虚拟服务重构装置，其特征在于，所述装置还包括：

通信计算模块，用于根据网络拓扑和历史通信信息，计算并存储每个虚拟服务使用的每个功能构件与其它关联节点之间的通信频度和平均数据量。

11.一种路由交换设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至8中任意一项所述的路由交换系统的虚拟服务重构方法。

12.一种路由交换系统，包括主节点和一系列普通节点，其特征在于，所述主节点用于实现如权利要求1至8中任意一项所述的路由交换系统的虚拟服务重构方法。

13.一种介质，其特征在于，所述介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至8中任意一项所述的路由交换系统的虚拟服务重构方法。

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