电信业务计费账务云化处理技术方案研究

李福庆，杜志涛，牛 军（中讯邮电咨询设计院有限公司，北京100048）

0 前言

计费账务系统是电信运营商业务支撑系统的核心系统之一，它主要负责对用户使用的各种电信服务进行计费，为电信运营商的业务收入提供保障。同客户关系管理、客户服务、渠道管理等面向前台客户的管理型系统相比，计费账务系统属于面向后台的生产型系统，它对系统的实时性、可靠性、高效性等具有较高的要求。

云计算是目前流行的IT技术，本文尝试从云计算角度浅谈电信业务计费账务系统的架构演进以及相关注意事项。

1 电信业务计费账务现状

根据付费方式及信用控制方式不同，目前电信业务计费账务系统共分为后付费计费账务系统和预付费计费账务系统。

a）后付费计费账务系统。主要为后付费用户提供计费账务处理，系统以定时批量处理为主，月末及月初时为系统处理高峰期。

b）预付费计费账务系统。主要为预付费用户提供计费账务处理，系统以实时计费处理为主，需保证24 h可靠运行。

1.1 后付费计费账务系统

后付费主要是面向信用度较高的用户，允许先使用业务后付费（付费周期按月），并且当用户余额不足时允许用户透支一定额度。后付费计费账务系统主要处理来自网元的批量话单，平时只对用户话单进行计费批价，月底统一对用户的当月话单进行出账。所以后付费系统以批量处理为主，系统运算高峰期在每月底出账时段。

后付费计费账务系统主要包括采集、预处理、计费、账务、信控等模块。

1.2 预付费计费账务系统

预付费主要是面向信用较低的用户，用户必须先缴费后使用业务，用户一边使用业务一边计费，当余额不足时及时停止用户业务使用。预付费计费账务系统主要处理来自网元的实时计费请求，实时进行计费批价处理，并反馈网元处理结果，网元根据计费账务系统的处理结果控制用户使用业务。预付费系统为实时计费处理，无明显的高峰期，系统需要保证24 h稳定可靠运行。

预付费计费主要包括基于智能网的系统和基于运营支撑的系统。

1.2.1 基于智能网的计费系统

最初的预付费业务由智能网SCP提供，称为PPS业务，当PPS用户的呼叫请求接续到MSC时，MSC根据事先的签约信息将用户呼叫触发至SCP，由SCP完成对预付费业务的计费。

基于智能网SCP虽然实现了预付费计费，但是存在以下几个局限性。

a）支持的业务种类较少，只支持语音业务，不支持数据、增值业务。

b）智能网架构较封闭，系统升级调整周期较长，无法适应市场的快速变化。

c）智能网一般只负责计费，为了实现“一单清”，需要由运营支撑系统进行统一合账，不便于用户统一管理。

由于以上原因，出现了基于运营支撑系统的预付费计费系统。

1.2.2 基于运营支撑的计费系统

基于运营支撑的预付费计费系统主要是把预付费的计费功能从智能网SCP中剥离出来，在运营支撑系统中新建预付费计费账务系统，实现预付费的计费功能，智能网SCP中仅保留基本的接续控制功能。

当预付费用户的呼叫请求接续到MSC时，MSC根据事先的签约信息将用户呼叫触发至SCP，SCP再将计费请求触发到运营支撑系统中的预付费计费账务系统，实现预付费的实时计费。

基于运营支撑的预付费计费系统可以与多套SCP对接，从而实现全省预付费业务的集中计费，同时通过与后付费计费系统的互通，可以实现预后互转、统一出账等一些基本的融合业务计费功能。

2 电信计费账务系统融合

2.1 计费账务系统的发展

计费账务系统的发展大致经历了以下几个阶段。

a）专业计费阶段。早期的计费系统主要处理后付费计费，系统以专业为导向，根据专业的不同，分为短信计费系统、GSM计费系统、CDMA计费系统、GPRS计费系统、CDMA1X计费系统等多套专业计费系统。

b）综合计费阶段。鉴于专业计费系统管理复杂，为了提高效率、统一管理，提出了综合计费账务系统，将各专业计费系统综合在一起统一进行采集、预处理、计费、账务处理，实现用户办理的“一单清、一台清”，目前各大运营商的计费账务系统都处于这个阶段。

c）融合计费阶段。综合计费账务系统仅实现后付费业务的综合处理，运营支撑体系还存在后付费、预付费2套计费系统，下一步的工作就是实现预后付费的融合计费。

2.2 计费账务系统的融合

融合计费账务系统主要包括融合计费、余额及计划量管理、账务处理、账务管理几个模块。

融合计费实现预后付费的融合计费，负责在线消息的实时信用控制和离线话单批价累账功能。在线计费系统功能包括接收省分转发的在线消息，进行在线消息的格式转换、路由分发、批价（包括正算和反算）和实时账务优惠等，进行预留、扣费等操作，对用户进行实时信用控制。离线计费系统功能包括接收省分上传的离线话单，对离线话单进行批价和实时账务处理，并进行话单入库处理。

余额及计划量管理包括统一余额管理和统一计划量管理，统一余额管理负责预后付费用户余额的统一管理，对预后付费计费模块提供统一数据视图，提供预付费余额预占、扣除、取消，后付费余额变更服务。统一计划量管理负责预后付费用户资源账本的统一管理，负责资源的生产、使用、扣除，提供预付费资源的预占、扣除、取消，后付费资源变更服务。

账务处理负责预后付费的统一账务处理，在账期末或接收热账请求后，系统对每个账户本账期发生的一次性费用、周期性费用、使用费进行计算汇总，并进行优惠、费用转移、补退费处理、调账处理，生成账务数据和客户化的账单。

账务管理负责预后付费的详单、账单、收费、欠费、发票等统一管理。

3 电信计费账务系统云化技术

3.1 云计算概述

云计算是网格计算、分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等传统计算机和网络技术发展融合的产物。它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算能力，最终计算能力就像煤气、水电一样可以作为一种商品进行流通，取用方便，费用低廉。

云计算包含3种不同服务类型，即软件即服务（SaaS）、平台即服务（PaaS）、基础架构即服务（IaaS）。本文主要讨论基于IaaS技术的云计算技术，IaaS指的是以服务形式提供服务器、存储和网络硬件。

3.2 云计算带来的好处

目前，各电信运营商的运营支撑系统的基础设施普遍面临着以下问题。

a）硬件厂家较多，不便管理。

b）硬件更新换代快，硬件供应商为了促进新一代设备的销售，往往对新设备的销售给予较高的折扣，而旧设备的扩容及维护成本居高不下，导致电信运营的基础设施建设不得不紧跟硬件供应商的脚步。

c）运营支撑系统的集中式架构对基础设施的配置要求越来越高，随着业务量的增长，服务器主机必须不断扩容，业务处理能力受限于单台服务器主机的最大能力，如果需要更强的业务能力，必须采用更高处理能力的服务器主机。

IaaS服务可以对运营商现有的基础设施进行整合，通过提供虚拟化的服务器、存储和网络，实现运营支撑系统的一体化部署。通过采购高集成的刀片服务器替换现有昂贵的小型机，可以大幅降低硬件采购成本和维护成本，有效地解决了硬件厂家多、更新成本高的难题。

由于IaaS通过虚拟化方式提供无限的虚拟服务器节点，它要求应用系统具备水平的扩展性和伸缩性，因此现有运营支撑系统的集中式架构无法适应IaaS。为了实现云化部署，必须对运营支撑系统的架构进行改变。

3.3 应用服务器的云化

应用系统的云化首先要实现系统的分布式部署，这里所说的分布式部署不是简单Web服务器+应用服务器+数据库服务器的3层模式，而是将应用系统进行更加细小切割，每个切片都可以独立部署，单独切片的停机不影响系统的运行，应用系统的性能扩展通过横向增加切片数量进行，理论上这种切割可以是无限的。

本文尝试从计费账务系统的架构入手，分析各个层面云化的相关技术。

电信运营计费账务系统的总体架构分为4层。

a）网元接口。负责与网元接口，接受网元发送的计费信息，预付费接口为DCC实时接口，后付费接口为话单批量接口。

b）计费账务应用。负责融合计费、统一余额管理、统一账务的应用逻辑处理。

c）内存数据库。为了提高实时处理速度，计费账务系统一般将数据从磁盘数据库加载到内存数据库中，所有计算均在内存数据库中进行，以提高处理效率。

d）磁盘数据库。负责数据的最终持久化存储。

由于网元接口模块和应用模块都是无状态的，可以方便地实现横向分布式部署，通过增加主机的数量获取更高的处理性能。

3.4 数据库服务器的云化

3.4.1 基于数据库系统软件的云化部署

内存数据库和磁盘数据库都可以通过现有数据库系统软件的多机集群功能实现分布式部署，磁盘数据库的性能和吞吐量较低，无法满足大并发的访问，不建议在磁盘数据库进行多机集群，根据测试情况，内存数据库性能一般是磁盘数据库的5倍以上，所以建议在内存数据库上进行多机集群。

应用向一台数据库主机写入数据，数据系统软件自动复制到其他数据主机上，保证多台主机上数据库中的数据一致。如果其中任一主机出现故障，则其他任一主机都可接管业务，实现不间断业务服务。

应用程序可以采用以下几种方式实现数据库多机集群。

a）读写分离方式。指定1台或少数几台主机专门用来写入数据，其他主机只用来读。这种模式需要应用系统能够区别读写操作，增加了应用系统的复杂度，但是可以大大的提高访问效率，解决了大规模数据在高并发环境下的高效读写问题。

b）读写不分离方式。每台可同时进行读写，不区分读写操作，这种模式应用系统较简单，但是集群的效率较低，不适应大规模的数据访问。

基于系统软件本身提供的集群功能虽然可以实现数据库的集群，但是依然存在很多问题。

a）系统规模受限。根据目前的应用情况，数据库集群的规模一直受限，而且随着主机的增多性能下降较快。

b）价格因素。商业数据库系统软件的价格较高，不符合云计算廉价的目标。

在应对大规模的海量数据计算方面，目前业界较常见的方法是数据库切割，通过对数据库进行水平及垂直切割降低数据规模，从而获得理想的访问效率。

3.4.2 数据库切割及部署

传统的计费数据库采用集中式部署，随着用户规模的增长，数据库必须不断地扩容或升级，数据库的最大容量受限于单台数据库主机的能力。通过对计费账务系统的数据库进行切割，将数据库分布到多台数据库主机上部署，可以支持数据库的平滑扩容，理论上没有最大用户上限。

计费账务系统的垂直切割方法如下：

a）按照数据使用频率，实时性数据和非实时性数据分离部署。

b）按照功能模块划分，融合计费、账务处理、余额管理等功能模块分离部署。

数据库水平切割方法如下：

a）数据分省部署，按客户维度分布实现分布式部署，一个客户下的账户，用户信息必须处于同一数据库中。

b）一个省的数据分布于一到多个数据库，两个省的数据不会混放于一个库。

c）一个省内多个本地网数据分散到省内的多个数据库中，不同本地网不同内存库，对于用户容量较小的本地网可合并到一个内存库。

d）数据库以省为单位扩展。具体应用部署如图2所示。

图2 数据库部署架构

如图2所示，计费账务系统的数据库包括2个层面：物理数据库和内存数据库。物理数据库全省共享，负责保存变动较小的基础信息，可以纵向切割为资料库、参数库、详单库、统计查询库等，物理数据库负责与其他运营支撑系统的接口；内存数据库负责保存实时的计费信息，包括融合计费、账务处理、余额计划量管理3个库，每个库对应一个功能模块。初始时，内存数据库从物理数据库初始化参数、资料等基本信息，系统运行后，内存数据库计费的话单、详单等最终计费信息同步到物理数据库，账务处理内存库负责向物理资料库同步账务处理中间结果、实时账单、月底账单，批销记录，余额管理内存数据库负责向统计查询库同步账本信息。

通过数据库分割降低了数据库规模，实现了数据库的平滑扩容，但是还存在一些问题。当一笔业务操作跨越多个分库时，需要解决分库之间交互的问题。

3.4.3 分布式数据库代理

对于分布式数据库，一般采用分布式数据库代理实现分布式数据访问的路由，从而屏蔽应用程序对底层数据库的感知，简化应用程序开发，便于应用程序的扩展。

分布式数据库代理主要由SQL语句解析、数据路由2部分组成。

SQL语句解析功能主要对客户端发起的SQL语句进行解析，分析该语句是否涉及到跨数据库操作。如果不涉及跨数据库操作，则直接将SQL请求转发到相应的数据库；如果涉及到跨数据库操作，则需要将SQL语句进行拆分，并分别将拆分后的SQL语句路由到对应的分布数据库中，当分布数据库返回结果时，需要将结果合并在一起，返回给客户端。

数据路由负责从分布数据库中查找用户数据，根据数据库切割原则，一个客户下的账户信息必须处于同一数据库中，数据路由算法的核心是依靠客户ID寻址，即寻找围绕客户的业务数据。

4 结束语

本文从系统架构角度初步探讨了计费账务系统的云化技术，通过将计费账务系统部署到云平台上，使得计费账务系统摆脱了昂贵的小型机平台，可以大大节约基础设施投资、提高硬件的利用率。本文虽然通过数据切割、数据路由等手段初步实现了计费账务系统云化部署，但是目前还无法实现云计算的高可靠性、位置无关等重要特性，希望本文能够为云计算在计费账务系统中的应用提供思路。

［1］中国联合通信有限公司.中国联通IT系统在线计费系统规范，2009.

［2］陈龙.电信运营支撑系统［M］.2版.北京：人民邮电出版社，2007.