高速公路收費(fèi)電子融合支付系統(tǒng)研究

盧琛琛 曾宇凡 潘洪強(qiáng)

摘要：文章通過(guò)微服務(wù)架構(gòu)體系設(shè)計(jì)將ETC支付及移動(dòng)支付應(yīng)用進(jìn)行整合，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了通用組件服務(wù)、支付服務(wù)、用戶中心服務(wù)、通行交易服務(wù)等微服務(wù)應(yīng)用，通過(guò)容器平臺(tái)部署模式實(shí)現(xiàn)快速部署與擴(kuò)展，減少微服務(wù)系統(tǒng)運(yùn)維壓力，并通過(guò)性能測(cè)試驗(yàn)證該高速公路收費(fèi)電子融合支付系統(tǒng)可提供可靠、高效、靈活的高速公路收費(fèi)服務(wù)支撐。

關(guān)鍵詞：ETC支付；移動(dòng)支付；融合支付；微服務(wù)；容器

中圖分類號(hào)：U412.36+6A541823

0引言

高速公路不停車通行費(fèi)電子支付系統(tǒng)（ETC）［1］是目前世界上先進(jìn)的電子支付系統(tǒng)，是促進(jìn)國(guó)家、區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和交通一體化的需要，是解決高速公路收費(fèi)站交通擁堵，促進(jìn)節(jié)能減排，構(gòu)建暢通、便捷、安全、高效、綠色的公路交通運(yùn)輸服務(wù)體系的重要舉措。移動(dòng)支付［2］是指客戶利用手機(jī)等電子設(shè)備來(lái)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將終端設(shè)備、交易數(shù)據(jù)、金融賬戶有效地融合起來(lái)，形成一個(gè)復(fù)雜多元化的支付體系。根據(jù)國(guó)務(wù)院《深化收費(fèi)公路制度改革取消高速公路省界收費(fèi)站實(shí)施方案》與交通運(yùn)輸部《關(guān)于大力推動(dòng)高速公路ETC發(fā)展應(yīng)用工作通知》要求，2020年全國(guó)已經(jīng)依托ETC收費(fèi)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)手機(jī)移動(dòng)支付在混合收費(fèi)車道的全覆蓋。為此高速公路收費(fèi)系統(tǒng)正在探索ETC和移動(dòng)支付融合［3］，以適應(yīng)更多客戶支付需求，提升高速公路收費(fèi)管理水平。為實(shí)現(xiàn)高速公路ETC和移動(dòng)支付融合，需要建立一套高速公路收費(fèi)電子融合支付系統(tǒng)，以支撐不同支付場(chǎng)景下的業(yè)務(wù)需求。當(dāng)前高速公路收費(fèi)電子支付存在的最大問題是面對(duì)不同的支付場(chǎng)景和支付渠道業(yè)務(wù)背景下，支付體系的融合度不高，各種支付系統(tǒng)和高速公路通行交易系統(tǒng)的對(duì)接分散雜亂，沒有形成統(tǒng)一的高速公路收費(fèi)電子支付架構(gòu)體系；高速公路收費(fèi)電子支付服務(wù)應(yīng)用沒有能夠很好地滿足高速公路運(yùn)營(yíng)管理單位的業(yè)務(wù)需求；高速公路收費(fèi)電子支付的部署和拓展性能不足，不能很好地滿足當(dāng)前高速公路收費(fèi)電子支付發(fā)展需求和高并發(fā)的業(yè)務(wù)需求。

因此，本文將從高速公路收費(fèi)電子融合支付系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵微服務(wù)模塊設(shè)計(jì)開發(fā)、容器平臺(tái)部署及性能調(diào)優(yōu)等幾個(gè)方面搭建高速公路收費(fèi)電子融合支付系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高速公路收費(fèi)電子支付統(tǒng)一的架構(gòu)系統(tǒng)，滿足當(dāng)前業(yè)務(wù)需求和未來(lái)發(fā)展需要，達(dá)到當(dāng)前及未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的高速公路收費(fèi)電子支付的高并發(fā)性能要求。

1系統(tǒng)架構(gòu)體系

高速公路收費(fèi)電子融合支付系統(tǒng)通過(guò)將高速公路ETC支付及移動(dòng)支付兩種業(yè)務(wù)場(chǎng)景，在用戶在高速公路清分交易系統(tǒng)產(chǎn)生交易業(yè)務(wù)時(shí)需要的記賬、請(qǐng)款、扣款等處理流程通過(guò)統(tǒng)一的電子融合支付系統(tǒng)進(jìn)行整合。高速公路收費(fèi)電子融合支付系統(tǒng)如圖1所示。

本文融合支付系統(tǒng)采用了微服務(wù)框架進(jìn)行設(shè)計(jì)。微服務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)是把系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行細(xì)化拆分，構(gòu)建出不同的服務(wù)套件進(jìn)行組合，由一組微型的服務(wù)程序組成單體應(yīng)用，里面的每個(gè)微服務(wù)都是獨(dú)立運(yùn)行在進(jìn)程中，微服務(wù)與微服務(wù)之間采用輕量級(jí)的通信機(jī)制來(lái)進(jìn)行溝通。每一個(gè)服務(wù)都是圍繞具體的業(yè)務(wù)進(jìn)行構(gòu)建，每個(gè)微服務(wù)都是獨(dú)立部署和獨(dú)立擴(kuò)展，每個(gè)微服務(wù)還遵循低耦合原則對(duì)外提供接口，不同的微服務(wù)甚至可以使用不同的編成語(yǔ)言。用戶發(fā)起交易時(shí)經(jīng)由高速公路清分交易系統(tǒng)發(fā)行支付扣款請(qǐng)求至高速公路收費(fèi)電子融合支付系統(tǒng)中的API網(wǎng)關(guān)［4］，進(jìn)行認(rèn)證鑒權(quán)、負(fù)載均衡分配、限流控制、熔斷控制等邏輯處理。本文設(shè)計(jì)的主要微服務(wù)架構(gòu)、微前端、微后端分離等架構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)主要包括支付業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)、多個(gè)通用服務(wù)組件、統(tǒng)一權(quán)限管理、支付服務(wù)應(yīng)用、用戶中心服務(wù)、通行交易服務(wù)、查詢服務(wù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、文件服務(wù)器、緩存數(shù)據(jù)庫(kù)、日志存儲(chǔ)等。

通過(guò)本文中的高速公路收費(fèi)電子融合支付系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，微服務(wù)架構(gòu)整合不同應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)將高速公路收費(fèi)電子支付服務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景中的銀行系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)合作方、微信、支付寶、銀聯(lián)、自有賬戶等多種支付場(chǎng)景和系統(tǒng)對(duì)接進(jìn)行了統(tǒng)一管理及接入歸并，將不同渠道不同場(chǎng)景的支付應(yīng)用進(jìn)行了融合。

2關(guān)鍵微服務(wù)模塊設(shè)計(jì)開發(fā)

通用組件［5］是指在系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)中比較穩(wěn)定的高復(fù)用模塊，主要包括：（1）common-core，提供共用配置和工具類，包括web配置、json序列化配置、文本處理工具等；（2）common-uid，全局分布式ID生產(chǎn)器，基于snowflake算法，支持自定義時(shí)間戳、工作機(jī)器id和序列號(hào)等各部分的位數(shù)，以應(yīng)用于不同場(chǎng)景；（3）common-api，提供公共遠(yuǎn)程調(diào)用，包括獲取用戶基礎(chǔ)信息、授權(quán)信息、應(yīng)用信息接口；（4）common-security，公共認(rèn)證、授權(quán)服務(wù)；（5）common-log，通用日志攔截，遠(yuǎn)程存儲(chǔ)；（6）common-jpa，通用JPA實(shí)體配置，統(tǒng)一命名規(guī)則，統(tǒng)一ID、創(chuàng)建人、創(chuàng)建時(shí)間、最后修改人、最后修改時(shí)間字段名稱。

支付服務(wù)作為高速公路收費(fèi)電子融合支付系統(tǒng)的核心服務(wù)，需要實(shí)現(xiàn)多樣化的支付體系對(duì)接，支付渠道對(duì)接需實(shí)現(xiàn)可配置，支付訂單分類匯總，上游支付渠道交易訂單實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化對(duì)賬、結(jié)算等主要功能。還需要對(duì)接各種業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)，如賬戶體系、用戶體系支撐系統(tǒng)、通行交易系統(tǒng)等其他核心支撐系統(tǒng)。為確保通行交易數(shù)據(jù)和資金的正常流程，降低資金交易存在的風(fēng)險(xiǎn)，支付服務(wù)同時(shí)還需要提供統(tǒng)一的支付接口，為其他相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的支付業(yè)務(wù)進(jìn)行調(diào)用。

賬戶體系、用戶體系支撐系統(tǒng)負(fù)責(zé)針對(duì)不同接入渠道的用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，包括用戶個(gè)人隱私信息數(shù)據(jù)、用戶通行交易數(shù)據(jù)等，并能夠標(biāo)記分類不同接入渠道，選取用戶ID作為主鍵唯一標(biāo)識(shí)，用戶身份證號(hào)、聯(lián)系方式作為數(shù)據(jù)表中的關(guān)聯(lián)字段，統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)用戶可用一套賬戶體系在多個(gè)系統(tǒng)端單點(diǎn)登錄。還能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一的查詢接口，支撐其他獲得授權(quán)的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)查詢。

通行交易系統(tǒng)負(fù)責(zé)根據(jù)不同類型的交易業(yè)務(wù)，生成交易訂單數(shù)據(jù)，可以根據(jù)不同的用戶ID、不同的業(yè)務(wù)分類進(jìn)行處理。以交易訂單ID作為主鍵，以時(shí)間戳信息字段作為關(guān)聯(lián)查詢字段，保證用戶交易訂單通過(guò)不同渠道進(jìn)行支付，均可在全系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)查詢及處理，還需要為管理后臺(tái)和前端服務(wù)提供訂單查詢接口，滿足前后臺(tái)的管理和服務(wù)需求。

對(duì)賬結(jié)算系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)支付渠道實(shí)收數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)交易訂單數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總校對(duì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)賬結(jié)果自動(dòng)反饋及異常提示，能夠?qū)φ５膶?duì)賬結(jié)果和異常的對(duì)賬結(jié)果進(jìn)行分類處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)賬報(bào)表自動(dòng)生成，提高業(yè)務(wù)人員和財(cái)務(wù)管理人員的核對(duì)工作效率。

日志服務(wù)［6］將接收到的日志存儲(chǔ)到Kafka集群，由Logstash去消費(fèi)Kafka隊(duì)列中的消息，解析之后存入ElasticSearch集群中，通過(guò)Kafka消息隊(duì)列的方式緩解系統(tǒng)高并發(fā)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)壓力，使用ElasticSearch集群存儲(chǔ)、搜索和分析大量日志數(shù)據(jù)。日志服務(wù)實(shí)現(xiàn)如圖4所示。

高速公路收費(fèi)電子融合支付系統(tǒng)將支付服務(wù)、賬戶體系、用戶體系支撐系統(tǒng)、通行交易系統(tǒng)、對(duì)賬結(jié)算系統(tǒng)、日志服務(wù)等業(yè)務(wù)服務(wù)應(yīng)用進(jìn)行重新梳理，根據(jù)高速公路運(yùn)營(yíng)管理單位的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行重新優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了更加優(yōu)化高效的高速公路收費(fèi)電子支付應(yīng)用服務(wù)功能。

3容器平臺(tái)部署

本文設(shè)計(jì)的高速公路收費(fèi)電子融合支付系統(tǒng)采用微服務(wù)容器平臺(tái)部署模式。容器部署具有極大的方便性，能夠?qū)崿F(xiàn)快速部署與擴(kuò)展，減少微服務(wù)系統(tǒng)運(yùn)維壓力。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用的容器平臺(tái)基于Kubernetes［7］構(gòu)建，根據(jù)Kubernetes系統(tǒng)架構(gòu)主節(jié)點(diǎn)至少部署兩臺(tái)服務(wù)器。主節(jié)點(diǎn)：管理節(jié)點(diǎn)，主要實(shí)現(xiàn)容器集群中的資源調(diào)度，節(jié)點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、更新、回滾以及自動(dòng)擴(kuò)展等。工作節(jié)點(diǎn)：容器運(yùn)行的主機(jī)，主要實(shí)現(xiàn)鏡像管理和pod以及容器的正在運(yùn)行，還需要負(fù)責(zé)容器內(nèi)的負(fù)載均衡資源支撐。存儲(chǔ)：關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)基于原有數(shù)據(jù)庫(kù)，采用集中存儲(chǔ)。日志、圖片、文檔等文件存入分布式數(shù)據(jù)庫(kù)。

通過(guò)將高速公路收費(fèi)電子融合支付系統(tǒng)采用微服務(wù)容器平臺(tái)部署模式，滿足了高速公路收費(fèi)電子支付系統(tǒng)的快速部署和靈活調(diào)度的需求。

4系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果分析

系統(tǒng)測(cè)試是驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能是否滿足需求，系統(tǒng)技術(shù)性能是否達(dá)到指標(biāo)要求，本文主要是針對(duì)多渠道多場(chǎng)景高速公路收費(fèi)融合支付功能前提下的性能測(cè)試。性能測(cè)試的重點(diǎn)是以Nginx和Spring Cloud網(wǎng)關(guān)的性能測(cè)試進(jìn)行分析。Nginx是一個(gè)輕量級(jí)高性能、高并發(fā)、高可用的代理服務(wù)器，可作為網(wǎng)關(guān)服務(wù)器承載整個(gè)支付系統(tǒng)的訪問流量，因此Nginx的性能配置和優(yōu)化至關(guān)重要。

本文采用模擬廣西高速公路收費(fèi)交易并發(fā)量，請(qǐng)求交易數(shù)據(jù)通過(guò)HTTP協(xié)議POST方式發(fā)送支付請(qǐng)求，按照廣西高速公路收費(fèi)交易100萬(wàn)筆測(cè)算，平均每秒并發(fā)交易數(shù)據(jù)超過(guò)12筆，高峰期每秒并發(fā)交易數(shù)據(jù)超過(guò)50筆。為充分驗(yàn)證系統(tǒng)性能本文測(cè)試中采用Apache JMeter［8］測(cè)試工作進(jìn)行性能壓力測(cè)試，模擬請(qǐng)求每秒100、1 000、2 000并發(fā)壓力測(cè)試。壓力測(cè)試結(jié)果如表1所示。

性能測(cè)試結(jié)果證明，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的高速公路收費(fèi)融合支付系統(tǒng)能夠充分滿足廣西全區(qū)高速公路收費(fèi)交易的并發(fā)量。

5結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前我國(guó)高速公路通行費(fèi)交易支付已經(jīng)開始進(jìn)入電子化時(shí)代，依托ETC收費(fèi)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全國(guó)高速公路一張網(wǎng)運(yùn)行的格局已經(jīng)基本成型，以移動(dòng)支付為補(bǔ)充支付手段的MTC收費(fèi)也已經(jīng)成為高速公路收費(fèi)電子支付的重要組成部分。本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的可靠、高效、靈活、集成的高速公路收費(fèi)電子融合支付系統(tǒng)統(tǒng)一了多場(chǎng)景多渠道下的高速公路收費(fèi)電子支付應(yīng)用架構(gòu)，能夠充分適應(yīng)當(dāng)前高速公路收費(fèi)電子化發(fā)展的要求，達(dá)到了高速公路運(yùn)營(yíng)管理單位的業(yè)務(wù)要求，拓展了高速公路收費(fèi)的服務(wù)場(chǎng)景，顯著提升了高速公路收費(fèi)系統(tǒng)資金支付的集成化水平和工作效率。

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作者簡(jiǎn)介：盧琛琛（1980—），在職研究生，高級(jí)工程師，主要從事高速公路智能收費(fèi)系統(tǒng)、智慧交通信息化建設(shè)、ETC應(yīng)用與拓展等領(lǐng)域的研究、設(shè)計(jì)和管理工作。