基于消息重發(fā)的電信在線計費系統(tǒng)可靠性提升研究

敖錦蓉 王小峰 古英杰 周衛(wèi)星

【摘 要】通過對電信在線計費系統(tǒng)可靠性提升方法的研究，分別從系統(tǒng)架構(gòu)、業(yè)務(wù)流程、并發(fā)壓力、系統(tǒng)部署等方面進行剖析，論證了引入消息重發(fā)機制對在線計費系統(tǒng)可靠性帶來的提升，提出了基于消息重發(fā)和緩存的在線計費系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，并得到充分的技術(shù)驗證支撐，為企業(yè)構(gòu)建高可靠性的在線計費系統(tǒng)提供技術(shù)參考，同時較好地支持了互聯(lián)網(wǎng)時代下電信運營商實時計費需求。

【關(guān)鍵詞】在線計費系統(tǒng) BOSS BDS DCC 計費應(yīng)用 消息重發(fā)

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.06.017 中圖分類號：TP31 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-1010（2016）06-0075-05

引用格式：敖錦蓉，王小峰，古英杰，等. 基于消息重發(fā)的電信在線計費系統(tǒng)可靠性提升研究[J]. 移動通信， 2016，40（6）： 75-79.

1 引言

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，實時計費已經(jīng)是計費系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，要求計費不僅從離線轉(zhuǎn)向?qū)崟r，同時還要能保證在線計費率。實時計費相比傳統(tǒng)離線計費方式而言，是更加注重計費處理時效性及對用戶使用情況的授權(quán)和及時控制的計費方式。目前2G/3G/4G都是采用實時計費的，尤其是在4G高帶寬、高網(wǎng)速的體驗下，對計費處理實時性的要求更加凸顯。因此，采用實時計費方式是移動互聯(lián)網(wǎng)時代對BOSS（Business & Operation Support System，業(yè)務(wù)運營支撐系統(tǒng)）系統(tǒng)支撐能力轉(zhuǎn)變的主流趨勢。

2 在線計費系統(tǒng)特點

在線計費根據(jù)在線計費消息進行正算與反算，同時結(jié)合網(wǎng)元的實時話務(wù)控制能力，對欠費風(fēng)險進行控制。OCS（Online Charging System，在線計費系統(tǒng)）需具備以下特點：

（1）高性能

◆內(nèi)存計算：基于內(nèi)存數(shù)據(jù)庫進行計算，優(yōu)化流程、內(nèi)存數(shù)據(jù)庫存儲和性能。

◆分布式：采用了集群化部署、分布式內(nèi)存數(shù)據(jù)庫、分布式文件系統(tǒng)等，具備了負載均衡、路由管理和分布式計算。其中，分布式內(nèi)存數(shù)據(jù)庫是完整的基于內(nèi)存的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

◆高速網(wǎng)絡(luò)帶寬：引入萬兆網(wǎng)、InfiniBand網(wǎng)絡(luò)。InfiniBand網(wǎng)絡(luò)是一種不同于傳統(tǒng)以太網(wǎng)的技術(shù)，支持多通道并發(fā)鏈接的“轉(zhuǎn)換線纜”技術(shù)，是將存儲、網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器連在一起的I/O技術(shù)。

（2）高可用

◆切換接管：在線計費應(yīng)用集群部署同質(zhì)化，即集群內(nèi)各個節(jié)點無差異，同質(zhì)化部署，能夠互相替代；提升應(yīng)用、內(nèi)存數(shù)據(jù)庫快速接管能力；多中心容災(zāi)部署。

◆會話管理：對會話進行保存且備份。

◆消息重發(fā)：先在網(wǎng)元側(cè)有重發(fā)，然后在BOSS系統(tǒng)也進行消息重發(fā)，有了“雙保險”。

（3）應(yīng)用集群可水平擴展

◆支持集群內(nèi)新增在線計費應(yīng)用節(jié)點，新節(jié)點就緒后在線消息再分發(fā)任務(wù)給其處理，應(yīng)用節(jié)點擴展過程中不中斷業(yè)務(wù)處理。

◆新增節(jié)點集群業(yè)務(wù)處理性能可線性增強。

（4）應(yīng)用與數(shù)據(jù)分離

在線計費集群不保存客戶資料、賬務(wù)信息等數(shù)據(jù)，在線計費節(jié)點通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問引擎獲取客戶資料、賬務(wù)信息和會話信息等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)應(yīng)用與數(shù)據(jù)分離。

（5）異常、超時會話的存儲周期可進行配置

3 基于消息重發(fā)的在線計費系統(tǒng)可靠性

提升設(shè)計

新引入了消息重發(fā)和緩存模塊，為了提升可靠性，應(yīng)盡可能地將消息緩存?zhèn)浞菰谡麄€業(yè)務(wù)流程的前面，以減少信息丟失的可能性，如將緩存布置在在線接入應(yīng)用層。并且在BDS（Billing Data Service，計費數(shù)據(jù)服務(wù)）做相應(yīng)的避重處理以提升在線計費系統(tǒng)可靠性，從而減少丟包率和提高在線率。在線計費系統(tǒng)架構(gòu)采用分層設(shè)計，主要由在線接入層、計費應(yīng)用層、賬務(wù)數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)持久層構(gòu)成。

基于消息重發(fā)的在線計費系統(tǒng)功能架構(gòu)圖如圖1所示：

具體說明如下：

（1）在線接入層：完成服務(wù)使用記錄的采集、數(shù)據(jù)傳輸、格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)分發(fā)、負載均衡功能。

◆在線采集包含了協(xié)議適配、路由管理、DCC（Diameter Credit Control，信用控制協(xié)議）匯接代理。

◆數(shù)據(jù)傳輸完成了采集網(wǎng)元與BOSS之間、省BOSS與總部BOSS系統(tǒng)或其他運營商之間數(shù)據(jù)的傳輸。

◆格式轉(zhuǎn)換：從原始服務(wù)使用記錄到標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)使用記錄的轉(zhuǎn)換。

◆消息重發(fā)：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常，消息處理不成功或者丟失時，會觸發(fā)消息重發(fā)模塊進行重發(fā)消息，再次進入在線處理流程。

◆消息緩存：當(dāng)消息從網(wǎng)元發(fā)過來時，同時在接入層備份一份消息存在緩存中。

（2）計費應(yīng)用層

◆依據(jù)產(chǎn)品服務(wù)資費、用戶資料信息和計費資源完成個人客戶GPRS（General Packet Radio Service，通用分組無線服務(wù)）業(yè)務(wù)的計費過程，按照優(yōu)惠方式批價。

◆詳單管理暫時改為清單直接寫入文件系統(tǒng)落地。

◆計費引擎根據(jù)計費依據(jù)和計費規(guī)則對輸入的待批價數(shù)據(jù)進行費用、費率以及可用額度等的計算。

◆計費引擎需要具備正算和反算的能力。正算是指根據(jù)用戶產(chǎn)品訂購、業(yè)務(wù)資費、用戶信息等計算使用的費用；反算是指用戶使用產(chǎn)品服務(wù)過程中，實時計費控制傳遞業(yè)務(wù)使用信息給計費引擎，計費引擎按照賬戶余額、用戶信息、訂購產(chǎn)品、產(chǎn)品資費和優(yōu)惠等信息，計算可使用的業(yè)務(wù)額度。

◆預(yù)處理：檢錯完成了對原始服務(wù)使用記錄的有效性、準(zhǔn)確性和完整性檢查；糾錯是針對檢錯輸出的記錄進行糾正，未能糾正的記錄則形成錯單。

（3）賬務(wù)數(shù)據(jù)服務(wù)層

◆用戶資料管理、累積量管理、余額管理、免費資源管理。

◆實現(xiàn)應(yīng)用與數(shù)據(jù)分離，屏蔽應(yīng)用對數(shù)據(jù)的可見性，實現(xiàn)“數(shù)據(jù)訪問方式”、“數(shù)據(jù)路由方式”驗證。

◆避重處理：當(dāng)消息被觸發(fā)重發(fā)之后，會對緩存中的消息進行刪除或者標(biāo)記，以避免信息重復(fù)處理。

（4）數(shù)據(jù)持久層

◆可分為資料庫、賬單庫、會話庫和余額庫，采用主備部署方式。

◆保證系統(tǒng)可靠性、可擴展和數(shù)據(jù)一致性。

基于消息重發(fā)的在線計費系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖如圖2所示。

具體說明如下：

（1）用戶在通話請求時，向控制網(wǎng)元發(fā)起實時計費請求；BOSS系統(tǒng)收到在線計費請求。

（2）對采集和預(yù)處理消息進行緩存與備份，對在線控制協(xié)議進行適配路由，將格式轉(zhuǎn)換后的實時計費消息發(fā)給相應(yīng)的計費應(yīng)用節(jié)點。

（3）識別在線計費消息對應(yīng)的業(yè)務(wù)。

（4）業(yè)務(wù)授權(quán)：依據(jù)業(yè)務(wù)識別結(jié)果對用戶服務(wù)使用鑒權(quán)。對于不需要實時計費的消息則返回放通消息；鑒權(quán)通過則進入反算流程；鑒權(quán)失敗則返回用戶無法使用服務(wù)應(yīng)答。

（5）融合控制：依據(jù)配置的實時計費流程，調(diào)用計費引擎與實時出賬來計算用戶業(yè)務(wù)資費，根據(jù)BDS返回的用戶余額預(yù)留余額和用量，并通過在線采集在線控制通話。

（6）完成通話后，業(yè)務(wù)控制網(wǎng)元通過采集預(yù)處理向融合計費傳遞通話情況，融合計費依據(jù)服務(wù)使用量批價，并通過BDS扣減余額。若出現(xiàn)異常情況時，則會觸發(fā)重發(fā)進行再次在線計費，并進行避重處理，以避免多次計費、數(shù)據(jù)重復(fù)等情況。

（7）在線計費話單生成：用戶在線話單生成，同時生成整個在線計費過程生成的日志。

4 在線計費系統(tǒng)原型驗證分析

本次原型實驗采用Redis分布式緩存同步方式來進行消息重發(fā)，可提升在線計費可靠性，但同時會降低一定的性能。在線計費系統(tǒng)原型結(jié)構(gòu)圖如圖3所示：

基于消息緩存重發(fā)與無重發(fā)情況下，多次模擬異常場景（斷掉計費應(yīng)用節(jié)點），在同樣軟硬件配置和并發(fā)數(shù)情況下，在線率和資源占用情況對比如表1所示：

一個好的重發(fā)設(shè)計方案對于系統(tǒng)的可靠性和性能都至關(guān)重要。目前驗證發(fā)現(xiàn)重發(fā)機制對可靠性影響較大，其次就是并發(fā)壓力也會存在一定的影響。通過本次原型開發(fā)驗證，對基于消息重發(fā)的在線計費系統(tǒng)可靠性提升建議如下：

（1）業(yè)務(wù)流程上增加消息重發(fā)可以提升在線可靠性，但應(yīng)盡量減少因消息重發(fā)而增加的業(yè)務(wù)流程，這樣可以相對減少整個在線計費過程時延。為了盡量縮短業(yè)務(wù)流程，可將消息重發(fā)盡可能設(shè)置在整個流程的最前面，如在線接入應(yīng)用層。

（2）消息緩存?zhèn)浞輵?yīng)盡可能靠前，以減少消息丟失和重發(fā)的可能性。

（3）業(yè)務(wù)并發(fā)數(shù)需要權(quán)衡可靠性和性能，有重發(fā)情況下雖然可靠性得到提升，但隨著并發(fā)數(shù)據(jù)的增加，性能的下降速度比無重發(fā)情況下要快，可以通過設(shè)定閾值多次驗證得到合適的并發(fā)壓力。

（4）重發(fā)次數(shù)也是影響可靠性和性能的一個重要因素，需要對重發(fā)次數(shù)做合理限制，處理原則是若某條消息成功完成了在線計費，則在避重處理過程中可將存在緩存庫中的該信息刪除或者備份取出，以保證可靠性和性能。

（5）重發(fā)掃描頻率應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)資源情況設(shè)置。

5 結(jié)束語

本文通過對電信在線計費系統(tǒng)特征、架構(gòu)設(shè)計和業(yè)務(wù)流程進行介紹、分析及設(shè)計，討論了基于消息緩存和重發(fā)的在線計費系統(tǒng)可靠性提升方法，并以原型開發(fā)進行驗證分析，給出了在線計費系統(tǒng)可靠性提升建議，為電信企業(yè)在線計費可靠性提升提供一種開發(fā)設(shè)計和建設(shè)技術(shù)參考。

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