基于虛擬化技術(shù)的實時電話計費系統(tǒng)的設(shè)計

東北大學信息科學與工程學院 王之堅 孟 霞 錢曉龍

基于虛擬化技術(shù)的實時電話計費系統(tǒng)的設(shè)計

東北大學信息科學與工程學院 王之堅 孟 霞 錢曉龍

針對國內(nèi)星級賓館的管理模式和特點及對后臺計費帳務(wù)處理系統(tǒng)的需求，設(shè)計了基于CENTREX技術(shù)的實時電話計費系統(tǒng)。計費系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和管理系統(tǒng)兩部分。其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能是采集線路計費參數(shù)，交由管理系統(tǒng)完成計費； 管理系統(tǒng)的任務(wù)是對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)實行控制和管理。實現(xiàn)了將各部門、各房間所發(fā)生的電話費用實時、可靠、方便地傳輸給電話網(wǎng)絡(luò)管理中心。同時為管理者提供功能強大的監(jiān)測和統(tǒng)計功能。系統(tǒng)經(jīng)過仿真測試，達到了設(shè)計要求。

虛擬小交換機；PMS協(xié)議；小交換機（PBX）；數(shù)據(jù)安全

電信計費系統(tǒng)是隨著電信產(chǎn)業(yè)和計算機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而不斷成長起來的，特別是隨著交換機技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷進步而不斷完善的。

電信計費系統(tǒng)[1]掌握龐大的電信企業(yè)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)隱含著許多市場信息，客戶消費行為信息，經(jīng)營決策信息等。隨著高性能計算機技術(shù)和數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)的發(fā)展，以及數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘軟件工具的采用，電信計費系統(tǒng)已突破原有的單純的算費、計帳收費的概念，正朝著充分利用計費數(shù)據(jù)為企業(yè)提供經(jīng)營決策支持的方向發(fā)展。

本文從實際應(yīng)用需求入手，就系統(tǒng)所涉及到的CENREX技術(shù)、基于PMS協(xié)議的實時數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、實時數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以及計費系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全等技術(shù)分別作了詳細的討論，并對設(shè)計中的主要關(guān)鍵技術(shù)進行了深入分析，在此基礎(chǔ)上提出了基于CENTREX技術(shù)的實時電話計費系統(tǒng)總體設(shè)計方案并編程實現(xiàn)了PMS協(xié)議接口驅(qū)動和電話計費管理系統(tǒng)。最后，討論了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全及保密問題，對此提出了建設(shè)性改進意見。

1.計費系統(tǒng)的總體功能指標

1.1 計費系統(tǒng)的基本構(gòu)成

計費系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和管理系統(tǒng)兩大部分。

（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)是采集線路計費參數(shù)，利用內(nèi)存的計費參數(shù)完成計費，話單匯總至管理系統(tǒng)；也可只采集線路計費參數(shù)，交由管理系統(tǒng)完成計費。

（2）管理系統(tǒng)

管理系統(tǒng)的任務(wù)是對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實行統(tǒng)一控制和管理。根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計的不同，具有或不具有計費功能。

1.2 計費系統(tǒng)的基本功能

（1）計費管理設(shè)備的動態(tài)顯示功能

對于任意一路受管理的數(shù)據(jù)采集模塊的當前狀態(tài)，計費管理設(shè)備應(yīng)能進行狀態(tài)的顯示。動態(tài)顯示的內(nèi)容應(yīng)包括授權(quán)狀態(tài)、用戶電話狀態(tài)、被叫電話號碼、通話時長、話費、話路的開放或關(guān)閉狀態(tài)等信息。

（2）費率管理功能

在進入費率功能進行計費參數(shù)的增加、刪除和修改操作時應(yīng)有單獨的加密措施，能修改的各種計費參數(shù)包括：

國際、國內(nèi)長途區(qū)號，本地網(wǎng)局號；

費率、附加費率；

服務(wù)費，包括百分比服務(wù)費和計次服務(wù)費；

計算話費使用的計次時長；

電信服務(wù)的各種優(yōu)惠、折扣期的起止日期、時限及折扣率；

各種新增電信業(yè)務(wù)的收費標準。

（3）話務(wù)分類統(tǒng)計功能

計費管理設(shè)備應(yīng)具有對所管理的數(shù)據(jù)采集模塊的通話記錄按關(guān)鍵字進行存儲、分類、匯總、統(tǒng)計、查詢、顯示的功能。

（4）話單核查功能

計費管理設(shè)備對所管理的數(shù)據(jù)采集模塊傳送來的話單數(shù)據(jù)應(yīng)能方便地調(diào)出，以備查詢。

（5）安全性

從安全角度考慮，計費管理設(shè)備的軟件必須有嚴格的加密措施，以防非法操作者介入。若計費管理設(shè)備具有費率管理功能，在進入費率管理功能進行計費參數(shù)的增加、刪除和修改操作時就有單獨的加密措施。

（6）計費系統(tǒng)在電信部門規(guī)定的各種話費優(yōu)惠時間的區(qū)間到來和結(jié)束時，應(yīng)具有自動轉(zhuǎn)換的功能。

（7）計費系統(tǒng)在計費時，通話費率的判別中對呼叫號碼能夠判別至8位。

2.系統(tǒng)設(shè)計方案

為了達到系統(tǒng)基本設(shè)計需求，也為了減少系統(tǒng)實現(xiàn)的復雜度，同時考慮到軟硬件的可重用性和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計思想，將系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)按功能模塊劃分，劃分為CENTREX技術(shù)方案、基于PMS協(xié)議的實時數(shù)據(jù)采集、實時數(shù)據(jù)存儲[2][3]、實時數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)安全[4]四個功能設(shè)計部分如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能分析圖

2.1 基于CENTREX設(shè)計方案

CENTREX是一種集中交換業(yè)務(wù)，又稱虛擬交換機，是數(shù)字程控交換機所具有的一種功能。本文從CENTREX定義出發(fā)，通過對多種小型組網(wǎng)設(shè)計方案的分析和比較，最終找到適合于電話實時計費系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕M網(wǎng)方式。

虛擬小交換機(CENTREX)與小交換機（用戶交換機PBX）不同的是將所有內(nèi)線電話全部升級為直線用戶，再由局用交換機中將其在邏輯上劃分為一個組（BCG），使內(nèi)線電話兼具分機電話和直線電話的優(yōu)點。虛擬小交換機的每部電話都具有兩個電話號碼，一個是公網(wǎng)電話號碼（DN），即長號；一個是群內(nèi)電話號碼（PN），即短號。群內(nèi)呼叫可以直撥短號，群外呼叫可以直撥長號，也可以通過話務(wù)臺轉(zhuǎn)接。從表1可以看出，與小交換機相比，虛擬小交換機具有明顯的優(yōu)勢：

表1 虛擬小交換機與小交換機對比

由此，CENTREX組網(wǎng)方案設(shè)計由虛擬交換系統(tǒng)、上位機綜合管理平臺和集團用戶分機三部分組成。交換系統(tǒng)從局用交換機或遠端模塊（JRSU）上任意劃分出BCG用戶，通過一根ISDN用戶線連到CENTREX綜合管理平臺。

2.2 基于PMS協(xié)議的實時數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是計費的基礎(chǔ)，研究數(shù)據(jù)采集是掌握各種通信系統(tǒng)計費原理和設(shè)計計費系統(tǒng)的核心內(nèi)容之一。程控交換機為用戶提供了這種服務(wù)，以電話為例，從用戶開始通話到本次通話結(jié)束，交換機以復式計次方式完成計費參數(shù)采集，交換機將主叫、被叫、通話時長、開始通話時間等參數(shù)進行實時記錄。

本文以C＆C08交換機[5]為基礎(chǔ)，研究其通信協(xié)議，掌握其消息傳輸格式，為后臺計費帳務(wù)處理奠定堅實的基礎(chǔ)。以酒店計費系統(tǒng)為例，進行分析研究。

一般星級酒店，都有一套酒店資產(chǎn)管理系統(tǒng)（PMS），用于客人的入住/退房、客人資料、客人狀態(tài)、客人在酒店內(nèi)的飲食娛樂消費等費用管理工作。交換機通過PMS接口連到此PMS系統(tǒng)上，將客人的電話記錄、客房房態(tài)、Mini吧消費信息等傳到管理系統(tǒng)上，而管理系統(tǒng)將客人的入住/退房情況、電話相應(yīng)等級、開啟/關(guān)閉留言燈的信息、客人姓名、設(shè)置或取消免打擾、叫醒及其語音郵箱等信息傳到交換機。這樣通過酒店的前臺終端即可以完成從入住到退房結(jié)帳的所有工作，減少了程序，提高了效率，降低了成本，而客人也免除了除登記、結(jié)帳外的其它手續(xù)，收到的帳單上也包括全部費用，從而對酒店的服務(wù)感到滿意。

PMS接口的實現(xiàn)，目前提供了兩種方式。一種方式是通過RS232鏈路，通過串口進行通信，可以有一個或多個串口（最多三個）；另一種方式是通過網(wǎng)絡(luò)的文件共享的方式進行通信。

2.3 數(shù)據(jù)存儲模塊的設(shè)計

實時數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)的處理是整個系統(tǒng)的核心。實時數(shù)據(jù)處理面向?qū)崟r采集或分析計算產(chǎn)生的實時數(shù)據(jù)，其處理過程要求很強的時效性和可靠性[6][7]。由于實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量可能很大，而處理時間又是有限的（最長不超過40秒），決定了存儲模塊所要完成的功能是在盡量短的時間內(nèi)完成大量數(shù)據(jù)的存儲。

經(jīng)過多種方案的研究和比較，本系統(tǒng)采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品來存儲數(shù)據(jù)。圍繞著數(shù)據(jù)庫的一系列工作包括創(chuàng)建表、視圖、存儲過程、觸發(fā)器等；另一方面，數(shù)據(jù)庫端的設(shè)計完成后，通過建立實時數(shù)據(jù)存儲和歷史數(shù)據(jù)存儲算法，將上一級模塊（實時數(shù)據(jù)源文件解析模塊）傳遞來的參數(shù)值存入數(shù)據(jù)庫中。

2.4 計費系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全

計費系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性非常很需要，一旦發(fā)生問題會造成無法彌補的惡性后果。計算機病毒、計算機犯罪、誤操作、電源不正常和硬件故障等因素都會威脅到計費數(shù)據(jù)的安全[8]。整個系統(tǒng)的安全機制分為三級，即系統(tǒng)級、數(shù)據(jù)庫級和功能模塊級。系統(tǒng)級的安全保護通過WindowsNT操作系統(tǒng)本身的安全控制和系統(tǒng)操作規(guī)程實現(xiàn)。SQLServer在安全性方面做了許多改進工作，本系統(tǒng)主要使用的特性有：數(shù)據(jù)庫定期自動備份、數(shù)據(jù)庫維護例程自動進行數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計分析，以保障數(shù)據(jù)庫的運行性能和安全性能。此外，在應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計各功能模塊實現(xiàn)時，進一步考慮了安全保密性。

3.系統(tǒng)實際應(yīng)用及總結(jié)

本系統(tǒng)適用于酒店，企事業(yè)單位，應(yīng)用前景廣闊。在系統(tǒng)實際使用運行過程中也發(fā)現(xiàn)了一些新的問題，就目前來看，本套系統(tǒng)功能還不夠全面，用戶除了要求滿足電話計費系統(tǒng)的基本功能外，對系統(tǒng)提出了更高的要求，如用戶提出要有話費信息電話語音查詢功能，欠費語音自動催交功能，還有在交費方式上希望更靈活多樣，可提供銀行卡交費方式等等，這些需要可以在以后的使用維護中不斷完善。本系統(tǒng)具有易擴充，易維護，各功能模塊可獨立運行的特點，系統(tǒng)調(diào)試與維護時較方便。本人在系統(tǒng)開發(fā)和程序編寫過程中，感到對于電話計費系統(tǒng)下面幾方面是非常重要的，在開發(fā)類似系統(tǒng)時應(yīng)充分重視。

（1）計算的準確性，要充分了解當前的各電信運營商的收費標準，系統(tǒng)必須考慮各種通話類型的節(jié)假日及平時不同時段的優(yōu)惠政策，及跨時段通話的計費策略。保證收費的準確性。

（2）數(shù)據(jù)的完整性，數(shù)據(jù)采集時，注意協(xié)議的選擇，保證采集數(shù)據(jù)的正確性；存貯時，要完整，可支持多種形式的檢索，另外，數(shù)據(jù)保存的歷史周期要長。

（3）數(shù)據(jù)的安全性，建立完善的口令系統(tǒng)，建立嚴密的計費數(shù)據(jù)安全制度與操作規(guī)程。

（4）系統(tǒng)的易維護性及可擴展性，系統(tǒng)的所有設(shè)計應(yīng)遵循國際上現(xiàn)行的標準進行，以提高系統(tǒng)的開放性，方便以后業(yè)務(wù)的擴展和系統(tǒng)擴容，便于軟、硬件的維護、升級等，使系統(tǒng)能適應(yīng)企業(yè)未來的需要。

（5）操作簡便性，系統(tǒng)操作簡單容易，操作人員只需經(jīng)過少許培訓即可勝任工作。

（6）用戶功能完整性，在編程前，充分考慮用戶的要求，掌握使用該系統(tǒng)應(yīng)達到的功能，確保程序完成時，功能上的完整性。

4.結(jié)束語

文中研究的基于虛擬小型交換機技術(shù)的實時電話計費系統(tǒng)，已開發(fā)完成，并在2004年2月正式運行。系統(tǒng)穩(wěn)定性較好，計算準確，給使用單位節(jié)約了人力、物力，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效益。

[1]聶敏/裴昌幸編著.現(xiàn)代通信系統(tǒng)計費原理[M].北京:電子工業(yè)出版社.

[2]John A.Stankovic.Misconceptions About Real-time computing-A Serious Problem for Next-Generation Systems[J].IEEE Computer,1998,21:10-1.

[3]John A.Stankovic. Misconceptions About Real-time computing-A Serious Problem for Next- Generation Systems[J].IEEE Computer,1998,21:10-12.

[4]王德強,張銳,謝立,寧嬌.數(shù)據(jù)庫安全的研究與進展[J].計算機科學,2002,12:26-30.

[5]王新權(quán).專網(wǎng)計費管理系統(tǒng)與程控交換機的配合[J].電信技術(shù),2002,5:90-92.

[6]M Ansari,L ness,M rusinkiewiez,A.Sheth.Using Flexible Transactions to Support Multisystem Telecommunications[C].Proceedings of the 18th International Conference on VLDB, Auguest,1992:22-26.

[7]Haritsa, Jayant R,Ramamritham, Krithi. Real-time database systems in the new millennium[J].Real-Time Systems,2000,19:205-208.

[8]張新躍,沈樹群.基于策略的網(wǎng)絡(luò)安全資源系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].數(shù)據(jù)通信,2004,3:16-19.

王之堅（1959—），男，吉林長春人，學士，工程師，主要研究方向為自動控制、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、電子技術(shù)等。

國家自然科學基金資助項目（11273001）；中國航天科技集團公司衛(wèi)星應(yīng)用研究院創(chuàng)新基金，2014-CXJJ-TX-11。

錢曉龍（1966—），男，博士，教授，主要研究方向為復雜工業(yè)建模與控制等。