CN112637059A - 一种面向跨界服务网络的服务路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向跨界服务网络的服务路由方法：通信发起节点向周围节点广播建立路由路径消息，周围节点收到消息后以概率ρ继续向周围节点广播，直至到达通信目标节点，得到可建立路由路径；从中选取最终服务调用时间最短的可路由路径作为最优路由路径，并选择后续备选路径；通过最优路由路径开始通信，并临时性记录最优路由路径中每个中继节点的状态信息；服务交换机节点通信过程中循环检测路径延迟并附加检测信息，如发生网络波动或中继节点不可用，则采用负反馈的方式动态更新节点路由信息，自适应重建路由路径；重复上一步骤，直至通信结束，只保留通信完成时的最优路由路径，用于下一次的路由。该服务路由方法可以有效提高路由效率。

Description

一种面向跨界服务网络的服务路由方法

技术领域

本发明属于跨界服务集成与计算领域，具体涉及一种面向跨界服务网络的服务路由方法。

背景技术

随着共享经济和互联网的飞速发展,通过Web服务开放实现数据赋能和流量变现逐渐成为多数公司的选择。这些开放的Web服务分布于整个网络，跨越了不同行业、组织、地域、价值链等边界，不同边界内部的服务相互独立，我们将这些服务称为跨界服务。

跨界服务作为一种新型的服务模式，是现代服务业发展到高级阶段的产物。跨界服务的业务领域不再局限于单一领域，而是向多个领域扩展，从而实现价值链的延展和核心竞争力的提高。如CN111191088A的中国专利公开了一种跨界服务需求分析方法、系统和可读介质，本发明方法支持从价值、目标、流程、服务等多视角对跨界服务的需求进行建模，实现价值指导下的跨界服务设计，实现业务和价值对齐。该建模方法实现了从用户目标到服务的映射，能够指导开发者快速开发满足用户需求的跨界服务。

跨界服务在网络环境中表达形式多样，这使得跨界服务集成、查询、路由等服务再利用的实现成为了一个难题。如公开号为CN109286530A的中国专利文献公开了一种跨界服务网络运行与支撑架构，跨界服务网络定义为四元组(V，E，ρ，f，event)的无向图，其中，V是节点集合，E是无向图边集合，ρ是节点质量评估函数，f是服务与服务交换机节点、服务路由器节点的映射关系，event是事件，服务交换机节点负责将企业服务转化为统一服务风格后，开放到跨界服务网络中；服务路由器节点将服务交换机开放的服务同步到跨界服务网络中，对服务消费者的服务请求进行转发以加速服务消费，为服务标准化和服务组合提供支撑载体；服务超级节点负责服务路由器、服务交换机和消息队列的管理；跨界服务网络中，节点的通讯机制包括服务信息事件广播机制和服务调用路由机制。

但在跨界服务网络中，地域的分布性产生了天然的服务分布性，服务分散地存储在网络中。而这些不同地域的服务之间产生的复杂相互调用对整个服务网络带来了巨大的性能挑战。在跨区域通信过程中，中间节点的状态变化、网络状态变化都会影响到最终服务的效率，在大规模的服务调用场景下，如何快速高效地定位到目标服务所在节点的技术是跨界服务网络必须研究和解决的问题。

发明内容

针对高维异构、复杂动态、开放分布的跨界服务网络，本发明提出了一种面向跨界服务网络的服务路由方法，其目的在于在海量的服务节点中高效地找到对应服务节点，对服务调用进行加速，从而使用户获得更高的服务质量和服务效率。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种面向跨界服务网络的服务路由方法，包括步骤：

一种面向跨界服务网络的服务路由方法，所述服务路由方法包括步骤：

(1)服务交换机节点通信开始前，通信发起节点向周围节点广播建立路由路径消息，周围节点收到消息后以概率ρ继续向周围节点广播，直至到达通信目标节点，得到可建立路由路径；

(2)服务交换机节点存储可建立路由路径，从中选取最终服务调用时间最短的可建立路由路径作为最优路由路径，并根据数值大小选择可建立路由路径作为后续备选路径；

(3)通过最优路由路径开始通信，通信发起节点在通信过程中临时性记录最优路由路径中每个中继节点的状态信息；

(4)服务交换机节点通信过程中循环检测路径延迟并附加检测信息，如发生网络波动或中继节点不可用，则采用负反馈的方式动态更新节点路由信息，自适应重建路由路径；

(5)重复步骤(4)，直至通信结束，通信结束后删除通信发起节点及中继节点中存储的后续备选路由路径，只保留通信完成时的最优路由路径，用于下一次的路由。

在步骤(1)中，所述周围节点收到消息后以概率ρ继续向周围节点广播的计算方法为：

ρ＝f(c_ij)＝1-c_ij

其中c_ij为区域i中的j节点的当前负载。

在步骤(2)中，所述最终服务调用时间计算方法为：

其中，Delay(v1,v2)表示节点v1和节点v2之间的通信延迟时间，T_ij统计的是通信发起节点i到通信目标节点j之间的链路总延迟。

在步骤(3)中，所述每个中继节点的状态信息包括IP、端口、网络标识和节点信息加密Key。

在步骤(4)中，所述节点通信过程中循环检测路径延迟并附加检测信息的方法为：

通信发起节点周期性地向通信目标节点发送指令，同时附加一个随机指数，则节点循环检测链路附加的检测信息格式如下：

Key₁(N,IP₂,Key₂(IP₃,Key₃(…)))

其中N为节点检测初始附加的随机指数，Key_i为每一个节点自主生成的加密Key_i；

发送过程中，每一次跳跃时N值加1，由后续节点继续进行包装处理；在返回过程中，由节点进行解密并将N值减1后返回上一级节点；

当返回到通信发起节点的随机指数与初始附加的N值相同，认定此最优路由路径可用；反之，采用负反馈的方式动态更新节点路由信息，自适应重建路由路径。

在步骤(4)中，所述采用负反馈的方式动态更新节点路由信的方法为：

中继节点维护到目标通信节点的路由路径并实时更新，在动态更新过程中，各个中继节点会逐级向上反馈来不断更新整个链路的路径信息；同时，前置中继节点的路由信息更新优先级高于后续中继节点的，前置中继节点路由路径更新过程中如果不在包含原路径中的后续中继节点，则后续中继节点不会继续更新中继节点中维护的路由信息，但是不会删除相关信息，信息的删除只发生在节点通信完成时。

对于本发明提供的服务路由方法：

当通信发起节点的服务需要有多个通信目标节点可满足时，则通信发起节点为通信发起节点对应的服务路由器节点；称之为服务路由器发起节点；通信目标节点为可满足的多个通信目标节点所对应的服务路由器节点，称之为服务路由器目标节点。

多个通信目标节点处于同一区域时，服务路由器目标节点为一个；服务路由器发起节点向服务路由器目标节点建立路由路径的同时维护服务路由器目标节点中多个通信目标节点的二级路由表结构；其中，二级路由表结构包括服务路由器发起节点到多个通信目标节点的最短路径以及最短时间，以及到每一个通信目标节点的备选路由路径及其Cost。

当多个通信目标节点分散在不同区域，服务路由器目标节点为多个，服务路由器发起节点向多个服务路由器目标节点建立路由路径，但是不再维护到多个区域管理节点的备选路由路径集合，而是仅选取最优的区域。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明提出的路由方法可以提升分层网络中节点通信路由路径建立的成功率。

2、本发明提出的负反馈路由更新以及自适应重建方法可以有效提高通信成功率，降低通信过程中由于网络波动和网络拓扑变化产生的延迟。

3、本发明的提出的节点通信过程循环检测方法，通过每个节点逐层加密解密，可以有效保证节点通信的安全性。

附图说明

图1为路由路径建立示意图；

图2为路由路径反馈更新模式图；

图3为多可用节点二级路由表模式图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用于解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

图1为跨区域的路由路径建立示意图。图中，节点(1,2)为通信发起节点，节点(2,9)为通信目标节点，需要在两者之间建立一条路由路径，首先由节点(1,2)向周围节点发送路由建立信息，相连节点接收到信息后以概率ρ进行转发。

ρ＝f(c_ij)＝1-c_ij

其中c_ij为区域i中的j节点的当前负载。

根据图中的连接关系，有可能建立成功通信的路由路径为：

a.(1,2)→(1,9)→1→2→(2,6)→(2,9)b.(1,2)→(1,3)→1→2→(2,6)→(2,9)

c.(1,2)→(1,9)→1→2→(2,6)→(2,5)→(2,9)

d.(1,2)→(1,3)→1→2→(2,6)→(2,5)→(2,9)

以路由路径a为例，该条路径可以成功建立的概率为：

ρ₁＝ρ₉₁*ρ₂₆*ρ₆₉

节点的负载水平一般情况下和该节点网络负载正相关，即网络负载和节点转发路由消息概率一般也是成反比，因此通过这种路由路径选择方式，逻辑上联通而实际上无法建立的路由路径一般情况下都是网络情况相对糟糕，而在各个节点网络情况良好的情况下，上述路由路径选择方式会收敛成为全链路探测。而在网络状态存在不一致情况下，则会过滤掉一部分网络拥塞节点，从而达到优化的效果。

在获取到所有可能的路由路径后，需要对这些路由路径进行评估，评估方法为最终服务调用时间乘以路由路径长度，路由路径长度即为一条路由路径上的中继节点个数，路由路径长度越短，则该条路由路径价值就越高。最终服务调用时间的计算方法为：

其中，Delay(v1,v2)表示节点v1和节点v2之间的通信延迟时间，T_ij统计的是通信发起节点i到通信目标节点j之间的链路总延迟。

最终服务调用时间乘以路由路径长度之后，数值越小的路由路径就越优秀，节点更新自己的本地路由表，通过最优路径开始节点通信，同时在通信过程中保留返回的可建立路径中的调用时间最短的前五个路径作为后续备选路径(如果路径条数大于五条)。

节点通信过程中循环检测路径延迟并附加检测信息，如发生网络波动或中继节点不可用，则采用负反馈的方式动态更新节点路由信息，自适应重建路由路径。

图2为路由路径反馈更新模式图，节点之间的信令是通过互联网中的Ping指令和Pong指令完成的，通信发起节点向通信接收节点发送Ping指令，通信接收节点接收到Ping指令后向通信发起节点回复Pong指令表示指令准确无误地被接收到。通信发起节点P_i不仅会保存路由路径，同时还会保存路由路径上的节点信息，利用这一机制，周期性地向接收节点P_j发送Ping指令，与此同时每经过一个中间节点，每个节点会进行一定的修改，通信接收者接收到Ping指令后向通信发起者回复Pong指令，如果路由路径上的某个节点出现问题或者在通信过程中信息遭到了恶意篡改，那么根据每个中继节点上的修改值匹配，通信发起节点P_i就可以准确定位到发生问题的节点，从而进行重新选择路由路径，继续进行通信。

使用R＝<P_i,P₀,P₁,…,P_j>的形式来表达一条路由路径，P_i是整个通信的发起节点，中间经过的中继节点信息在路由路径建立时被P_i节点保存，这里的信息包括<IP地址、端口号、服务唯一标识、密钥>，同时P_i了解整条路径上所有节点的排列顺序和节点位置。

节点P_i周期性地向节点P_j发送Ping指令，同时通过附加一个随机数来保证指令的唯一性，那么经过整条链路加密之后的信息就变成了：

Key₁(N,IP₂,Key₂(IP₃,Key₃(…)))的形式，这种形式可以保证每条Ping指令所附带的信息都是唯一的。同时为了同时探测路由路径上的跳数，在每一次跳跃发生时Ping指令中附带的N值+1，而在返回的时候对每一条Pong指令中的N值-1。

在接收到该信息后，节点P_j会将信息附带在Pong信息中进行返回，而最终得到的值应该是和N相同的，由此可以认定该条路由路径是正确无误的。

当接收者接收到一条错误信息的时候，可能的情况有以下几种，第一种是由于网络原因导致整个数据包完全丢失，通信发起节点未能接收到通信接收节点的返回信息，在这种情况下，通信发起节点无法判断整个链路的情况，在进行2次重新发送之后如果依旧出现失败的问题，那么通信发起节点就可以认为该条路由路径在当前网络状况下不可用，同时发起新一轮的路由路径建立。另一种情况则是在某个中继节点上发生了错误，导致最终的返回值不正确，那么根据P_i的最初记录和最终返回可以轻松地得知是链路上的哪一个节点发生了问题，在这种情况下，需要对路由路径做出动态调整，但是调整的起点不是初始节点P_i，而是发生问题的节点P_k的上一个节点，通过这种方式我们可以节省路由路径调整的开销，同时保证整条路由路径在节点通信过程中一直是可用的。

而与此同时，为了保证在网络变化的情况下路由路径始终能达到一个相对比较高效的水平，在通信过程中，由上一节中提出的所有备选路径的数组并不会被节点马上删除，而是会周期性地检测链路的整体延迟，如果发现有某条路径的延迟低于当前路径，通信发起节点会选择这条更优的路径进行通信。但是需要注意的是这种方案并不能达到路由路径的最优化，因为由于网络变化的原因，两个节点之间可能会产生与通信时建立的路由路径不同的路径，因此这种定期检测已经存储的路由路径的方法只能在一定程度上达到最优。然而由于建立路由路径需要一个相对复杂的过程以及一定的开销，因此追求最优化可能反而会对整个系统的性能带来一定的问题。

图3为多可用节点二级路由表模式图，在跨界服务网络中，服务广泛地分布于各个区域内，往往会出现多个服务可以提供相同功能的情况，在服务路由的场景下这种存在多个可用节点的情况会加大服务路由的难度，具体可以分为以下两种情况：

(1)多个底层服务节点可以提供相同的服务功能，且这些节点在同一区域中。

(2)多个底层服务节点可以提供相同的服务功能，且这些节点分散在不同的区域中。

通用情况下，将服务路由的终点由特定的服务交换机节点更改为对应区域的服务路由器节点，实际上路由路径选择在到达服务路由器节点时终止，需要维护从一个服务路由器节点到另外一个服务路由器节点之间的路由路径，最终路由路径的优化选择由对应节点所在的服务路由器节点进行决策，自行维护二级路由表。

同时当服务调用方发起的服务调用包含多个原子服务，这些服务之间的服务能力不同，且各个原子服务分散，也符合上述两种情况，处于同一区域或不同区域。

在第一种情况下，即多个可用节点处于同一区域时，将服务路由的目标节点更改为对应区域的区域管理节点，同时调整区域管理节点的服务目录结构，服务调用方维护单一的到达区域管理节点的路由，由区域管理节点维护到最终多个目标节点的路由选择。

如图3中所示，区域D1中的2号节点为服务调用发起方，在区域D2中存在1号、7号、9号三个可用节点，此时由节点(D1,2)根据上文提出的服务路由路径建立方法向区域D2管理节点建立路由路径，同时在节点D2中维护了如图所示的二级路由表结构，包括到各个节点的最短路径以及最小Cost(最小Cost指最短时间)，以及到每一个节点的备选路由路径及其Cost，该路由表的建立过程依旧可以通过上文提出的服务路由路径建立方法来进行初始化。节点(D1,2)到节点D2的路由路径维护以及节点D2到多个目标节点之间的路由路径维护是异步的。

而在第二种情况下，即多个节点分布在不同的区域中，则需要在服务路由路径首次建立时向多个区域的服务路由器节点建立路由路径，但是不再维护到多个服务路由器的备选路由路径集合，而是仅选取最优的区域，这样后续的流程就简化为第一种情况下的优化路由策略。这种做法的原因是在大规模的服务调用中，需要考虑单个节点的压力，避免单个节点负载过重，维护到多个区域管理节点备选路由路径的做法可以实现单一服务的全局最优化路由路径选择，但是会给服务调用节点以及多个区域的区域管理节点带来巨大的压力，因为区域管理节点需要在节点中维护大量的二级路由表并实时地更新它们。因而在选取区域时，需要作出一定的取舍，只选取当前网络环境下的最优化选择，即局部最优，降低服务调用发起节点和各个区域管理节点的维护成本。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种面向跨界服务网络的服务路由方法，其特征在于，所述服务路由方法包括步骤：

(1)服务交换机节点通信开始前，通信发起节点向周围节点广播建立路由路径消息，周围节点收到消息后以概率ρ继续向周围节点广播，直至到达通信目标节点，得到可建立路由路径；

(2)服务交换机节点存储可建立路由路径，从中选取最终服务调用时间最短的可建立路由路径作为最优路由路径，并根据数值大小选择可建立路由路径作为后续备选路径；

(3)通过最优路由路径开始通信，通信发起节点在通信过程中临时性记录最优路由路径中每个中继节点的状态信息；

(4)服务交换机节点通信过程中循环检测路径延迟并附加检测信息，如发生网络波动或中继节点不可用，则采用负反馈的方式动态更新节点路由信息，自适应重建路由路径；

(5)重复步骤(4)，直至通信结束，通信结束后删除通信发起节点及中继节点中存储的后续备选路由路径，只保留通信完成时的最优路由路径，用于下一次的路由。

2.如权利要求1所述的面向跨界服务网络的服务路由方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述周围节点收到消息后以概率ρ继续向周围节点广播的计算方法为：

ρ＝f(c_ij)＝1-c_ij

其中c_ij为区域i中的j节点的当前负载。

3.如权利要求1所述的面向跨界服务网络的服务路由方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述最终服务调用时间计算方法为：

其中，Delay(v1，v2)表示节点v1和节点v2之间的通信延迟时间，T_ij统计的是通信发起节点i到通信目标节点j之间的链路总延迟。

4.如权利要求1所述的面向跨界服务网络的服务路由方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述每个中继节点的状态信息包括IP、端口、网络标识和节点信息加密Key。

5.如权利要求1所述的面向跨界服务网络的服务路由方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述节点通信过程中循环检测路径延迟并附加检测信息的方法为：

通信发起节点周期性地向通信目标节点发送指令，同时附加一个随机指数，则节点循环检测链路附加的检测信息格式如下：

Key₁(N，IP₂，Key₂(IP₃,Key₃(…)))

其中N为节点检测初始附加的随机指数，Key_i为每一个节点自主生成的加密Key_i；

发送过程中，每一次跳跃时N值加1，由后续节点继续进行包装处理；在返回过程中，由节点进行解密并将N值减1后返回上一级节点；

当返回到通信发起节点的随机指数与初始附加的N值相同，认定此最优路由路径可用；反之，采用负反馈的方式动态更新节点路由信息，自适应重建路由路径。

6.如权利要求1所述的面向跨界服务网络的服务路由方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述采用负反馈的方式动态更新节点路由信的方法为：

中继节点维护到目标通信节点的路由路径并实时更新，在动态更新过程中，各个中继节点会逐级向上反馈来不断更新整个链路的路径信息；同时，前置中继节点的路由信息更新优先级高于后续中继节点的，前置中继节点路由路径更新过程中如果不在包含原路径中的后续中继节点，则后续中继节点不会继续更新中继节点中维护的路由信息，但是不会删除相关信息，信息的删除只发生在节点通信完成时。

7.如权利要求1所述的面向跨界服务网络的服务路由方法，其特征在于，当通信发起节点的服务需要有多个通信目标节点可满足时，则通信发起节点为通信发起节点对应的服务路由器节点；称之为服务路由器发起节点；通信目标节点为可满足的多个通信目标节点所对应的服务路由器节点，称之为服务路由器目标节点。

8.如权利要求7所述的面向跨界服务网络的服务路由方法，其特征在于，当多个通信目标节点处于同一区域时，服务路由器目标节点为一个；服务路由器发起节点向服务路由器目标节点建立路由路径的同时维护服务路由器目标节点中多个通信目标节点的二级路由表结构；其中，二级路由表结构包括服务路由器发起节点到多个通信目标节点的最短路径以及最短时间，以及到每一个通信目标节点的备选路由路径及其Cost。

9.如权利要求7所述的面向跨界服务网络的服务路由方法，其特征在于，当多个通信目标节点分散在不同区域，服务路由器目标节点为多个，服务路由器发起节点向多个服务路由器目标节点建立路由路径，但是不再维护到多个区域管理节点的备选路由路径集合，而是仅选取最优的区域。

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