基于虛擬化技術的實時電話計費系統的設計

東北大學信息科學與工程學院 王之堅 孟 霞 錢曉龍

基于虛擬化技術的實時電話計費系統的設計

東北大學信息科學與工程學院 王之堅 孟 霞 錢曉龍

針對國內星級賓館的管理模式和特點及對后臺計費帳務處理系統的需求，設計了基于CENTREX技術的實時電話計費系統。計費系統的基本構成主要包括數據采集系統和管理系統兩部分。其中數據采集系統的功能是采集線路計費參數，交由管理系統完成計費； 管理系統的任務是對數據采集系統所采集的數據實行控制和管理。實現了將各部門、各房間所發生的電話費用實時、可靠、方便地傳輸給電話網絡管理中心。同時為管理者提供功能強大的監測和統計功能。系統經過仿真測試，達到了設計要求。

虛擬小交換機；PMS協議；小交換機（PBX）；數據安全

電信計費系統是隨著電信產業和計算機產業的發展而不斷成長起來的，特別是隨著交換機技術和計算機技術的不斷進步而不斷完善的。

電信計費系統[1]掌握龐大的電信企業數據和用戶數據，這些數據隱含著許多市場信息，客戶消費行為信息，經營決策信息等。隨著高性能計算機技術和數據倉庫技術的發展，以及數據分析、數據挖掘軟件工具的采用，電信計費系統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據為企業提供經營決策支持的方向發展。

本文從實際應用需求入手，就系統所涉及到的CENREX技術、基于PMS協議的實時數據采集、數據庫技術、實時數據管理系統以及計費系統的數據安全等技術分別作了詳細的討論，并對設計中的主要關鍵技術進行了深入分析，在此基礎上提出了基于CENTREX技術的實時電話計費系統總體設計方案并編程實現了PMS協議接口驅動和電話計費管理系統。最后，討論了系統的數據安全及保密問題，對此提出了建設性改進意見。

1.計費系統的總體功能指標

1.1 計費系統的基本構成

計費系統的基本構成主要包括數據采集系統和管理系統兩大部分。

（1）數據采集系統

數據采集系統的任務是采集線路計費參數，利用內存的計費參數完成計費，話單匯總至管理系統；也可只采集線路計費參數，交由管理系統完成計費。

（2）管理系統

管理系統的任務是對數據采集系統實行統一控制和管理。根據數據采集系統設計的不同，具有或不具有計費功能。

1.2 計費系統的基本功能

（1）計費管理設備的動態顯示功能

對于任意一路受管理的數據采集模塊的當前狀態，計費管理設備應能進行狀態的顯示。動態顯示的內容應包括授權狀態、用戶電話狀態、被叫電話號碼、通話時長、話費、話路的開放或關閉狀態等信息。

（2）費率管理功能

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

國際、國內長途區號，本地網局號；

費率、附加費率；

服務費，包括百分比服務費和計次服務費；

計算話費使用的計次時長；

電信服務的各種優惠、折扣期的起止日期、時限及折扣率；

各種新增電信業務的收費標準。

（3）話務分類統計功能

計費管理設備應具有對所管理的數據采集模塊的通話記錄按關鍵字進行存儲、分類、匯總、統計、查詢、顯示的功能。

（4）話單核查功能

計費管理設備對所管理的數據采集模塊傳送來的話單數據應能方便地調出，以備查詢。

（5）安全性

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

（6）計費系統在電信部門規定的各種話費優惠時間的區間到來和結束時，應具有自動轉換的功能。

（7）計費系統在計費時，通話費率的判別中對呼叫號碼能夠判別至8位。

2.系統設計方案

為了達到系統基本設計需求，也為了減少系統實現的復雜度，同時考慮到軟硬件的可重用性和面向對象的程序設計思想，將系統體系結構按功能模塊劃分，劃分為CENTREX技術方案、基于PMS協議的實時數據采集、實時數據存儲[2][3]、實時數據管理系統安全[4]四個功能設計部分如圖1所示。

圖1 系統功能分析圖

2.1 基于CENTREX設計方案

CENTREX是一種集中交換業務，又稱虛擬交換機，是數字程控交換機所具有的一種功能。本文從CENTREX定義出發，通過對多種小型組網設計方案的分析和比較，最終找到適合于電話實時計費系統數據傳輸的組網方式。

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），使內線電話兼具分機電話和直線電話的優點。虛擬小交換機的每部電話都具有兩個電話號碼，一個是公網電話號碼（DN），即長號；一個是群內電話號碼（PN），即短號。群內呼叫可以直撥短號，群外呼叫可以直撥長號，也可以通過話務臺轉接。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勢：

表1 虛擬小交換機與小交換機對比

由此，CENTREX組網方案設計由虛擬交換系統、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協議的實時數據采集

數據采集是計費的基礎，研究數據采集是掌握各種通信系統計費原理和設計計費系統的核心內容之一。程控交換機為用戶提供了這種服務，以電話為例，從用戶開始通話到本次通話結束，交換機以復式計次方式完成計費參數采集，交換機將主叫、被叫、通話時長、開始通話時間等參數進行實時記錄。

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

一般星級酒店，都有一套酒店資產管理系統（PMS），用于客人的入住/退房、客人資料、客人狀態、客人在酒店內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系統上，將客人的電話記錄、客房房態、Mini吧消費信息等傳到管理系統上，而管理系統將客人的入住/退房情況、電話相應等級、開啟/關閉留言燈的信息、客人姓名、設置或取消免打擾、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、結帳外的其它手續，收到的帳單上也包括全部費用，從而對酒店的服務感到滿意。

PMS接口的實現，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絡的文件共享的方式進行通信。

2.3 數據存儲模塊的設計

實時數據及歷史數據的處理是整個系統的核心。實時數據處理面向實時采集或分析計算產生的實時數據，其處理過程要求很強的時效性和可靠性[6][7]。由于實時數據和歷史數據的數據量可能很大，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完成大量數據的存儲。

經過多種方案的研究和比較，本系統采用關系數據庫產品來存儲數據。圍繞著數據庫的一系列工作包括創建表、視圖、存儲過程、觸發器等；另一方面，數據庫端的設計完成后，通過建立實時數據存儲和歷史數據存儲算法，將上一級模塊（實時數據源文件解析模塊）傳遞來的參數值存入數據庫中。

2.4 計費系統的數據安全

計費系統數據的安全性非常很需要，一旦發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據的安全[8]。整個系統的安全機制分為三級，即系統級、數據庫級和功能模塊級。系統級的安全保護通過WindowsNT操作系統本身的安全控制和系統操作規程實現。SQLServer在安全性方面做了許多改進工作，本系統主要使用的特性有：數據庫定期自動備份、數據庫維護例程自動進行數據庫統計分析，以保障數據庫的運行性能和安全性能。此外，在應用系統設計各功能模塊實現時，進一步考慮了安全保密性。

3.系統實際應用及總結

本系統適用于酒店，企事業單位，應用前景廣闊。在系統實際使用運行過程中也發現了一些新的問題，就目前來看，本套系統功能還不夠全面，用戶除了要求滿足電話計費系統的基本功能外，對系統提出了更高的要求，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。本系統具有易擴充，易維護，各功能模塊可獨立運行的特點，系統調試與維護時較方便。本人在系統開發和程序編寫過程中，感到對于電話計費系統下面幾方面是非常重要的，在開發類似系統時應充分重視。

（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，系統必須考慮各種通話類型的節假日及平時不同時段的優惠政策，及跨時段通話的計費策略。保證收費的準確性。

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

（3）數據的安全性，建立完善的口令系統，建立嚴密的計費數據安全制度與操作規程。

（4）系統的易維護性及可擴展性，系統的所有設計應遵循國際上現行的標準進行，以提高系統的開放性，方便以后業務的擴展和系統擴容，便于軟、硬件的維護、升級等，使系統能適應企業未來的需要。

（5）操作簡便性，系統操作簡單容易，操作人員只需經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，掌握使用該系統應達到的功能，確保程序完成時，功能上的完整性。

4.結束語

文中研究的基于虛擬小型交換機技術的實時電話計費系統，已開發完成，并在2004年2月正式運行。系統穩定性較好，計算準確，給使用單位節約了人力、物力，產生了很好的經濟效益。

[1]聶敏/裴昌幸編著.現代通信系統計費原理[M].北京:電子工業出版社.

[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.數據庫安全的研究與進展[J].計算機科學,2002,12:26-30.

[5]王新權.專網計費管理系統與程控交換機的配合[J].電信技術,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.基于策略的網絡安全資源系統設計與實現[J].數據通信,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、網絡監控、電子技術等。

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

錢曉龍（1966—），男，博士，教授，主要研究方向為復雜工業建模與控制等。