基于虚拟化技术的实时电话计费系统的设计

东北大学信息科学与工程学院 王之坚 孟 霞 钱晓龙

基于虚拟化技术的实时电话计费系统的设计

东北大学信息科学与工程学院 王之坚 孟 霞 钱晓龙

针对国内星级宾馆的管理模式和特点及对后台计费帐务处理系统的需求，设计了基于CENTREX技术的实时电话计费系统。计费系统的基本构成主要包括数据采集系统和管理系统两部分。其中数据采集系统的功能是采集线路计费参数，交由管理系统完成计费； 管理系统的任务是对数据采集系统所采集的数据实行控制和管理。实现了将各部门、各房间所发生的电话费用实时、可靠、方便地传输给电话网络管理中心。同时为管理者提供功能强大的监测和统计功能。系统经过仿真测试，达到了设计要求。

虚拟小交换机；PMS协议；小交换机（PBX）；数据安全

电信计费系统是随着电信产业和计算机产业的发展而不断成长起来的，特别是随着交换机技术和计算机技术的不断进步而不断完善的。

电信计费系统[1]掌握庞大的电信企业数据和用户数据，这些数据隐含着许多市场信息，客户消费行为信息，经营决策信息等。随着高性能计算机技术和数据仓库技术的发展，以及数据分析、数据挖掘软件工具的采用，电信计费系统已突破原有的单纯的算费、计帐收费的概念，正朝着充分利用计费数据为企业提供经营决策支持的方向发展。

本文从实际应用需求入手，就系统所涉及到的CENREX技术、基于PMS协议的实时数据采集、数据库技术、实时数据管理系统以及计费系统的数据安全等技术分别作了详细的讨论，并对设计中的主要关键技术进行了深入分析，在此基础上提出了基于CENTREX技术的实时电话计费系统总体设计方案并编程实现了PMS协议接口驱动和电话计费管理系统。最后，讨论了系统的数据安全及保密问题，对此提出了建设性改进意见。

1.计费系统的总体功能指标

1.1 计费系统的基本构成

计费系统的基本构成主要包括数据采集系统和管理系统两大部分。

（1）数据采集系统

数据采集系统的任务是采集线路计费参数，利用内存的计费参数完成计费，话单汇总至管理系统；也可只采集线路计费参数，交由管理系统完成计费。

（2）管理系统

管理系统的任务是对数据采集系统实行统一控制和管理。根据数据采集系统设计的不同，具有或不具有计费功能。

1.2 计费系统的基本功能

（1）计费管理设备的动态显示功能

对于任意一路受管理的数据采集模块的当前状态，计费管理设备应能进行状态的显示。动态显示的内容应包括授权状态、用户电话状态、被叫电话号码、通话时长、话费、话路的开放或关闭状态等信息。

（2）费率管理功能

在进入费率功能进行计费参数的增加、删除和修改操作时应有单独的加密措施，能修改的各种计费参数包括：

国际、国内长途区号，本地网局号；

费率、附加费率；

服务费，包括百分比服务费和计次服务费；

计算话费使用的计次时长；

电信服务的各种优惠、折扣期的起止日期、时限及折扣率；

各种新增电信业务的收费标准。

（3）话务分类统计功能

计费管理设备应具有对所管理的数据采集模块的通话记录按关键字进行存储、分类、汇总、统计、查询、显示的功能。

（4）话单核查功能

计费管理设备对所管理的数据采集模块传送来的话单数据应能方便地调出，以备查询。

（5）安全性

从安全角度考虑，计费管理设备的软件必须有严格的加密措施，以防非法操作者介入。若计费管理设备具有费率管理功能，在进入费率管理功能进行计费参数的增加、删除和修改操作时就有单独的加密措施。

（6）计费系统在电信部门规定的各种话费优惠时间的区间到来和结束时，应具有自动转换的功能。

（7）计费系统在计费时，通话费率的判别中对呼叫号码能够判别至8位。

2.系统设计方案

为了达到系统基本设计需求，也为了减少系统实现的复杂度，同时考虑到软硬件的可重用性和面向对象的程序设计思想，将系统体系结构按功能模块划分，划分为CENTREX技术方案、基于PMS协议的实时数据采集、实时数据存储[2][3]、实时数据管理系统安全[4]四个功能设计部分如图1所示。

图1 系统功能分析图

2.1 基于CENTREX设计方案

CENTREX是一种集中交换业务，又称虚拟交换机，是数字程控交换机所具有的一种功能。本文从CENTREX定义出发，通过对多种小型组网设计方案的分析和比较，最终找到适合于电话实时计费系统数据传输的组网方式。

虚拟小交换机(CENTREX)与小交换机（用户交换机PBX）不同的是将所有内线电话全部升级为直线用户，再由局用交换机中将其在逻辑上划分为一个组（BCG），使内线电话兼具分机电话和直线电话的优点。虚拟小交换机的每部电话都具有两个电话号码，一个是公网电话号码（DN），即长号；一个是群内电话号码（PN），即短号。群内呼叫可以直拨短号，群外呼叫可以直拨长号，也可以通过话务台转接。从表1可以看出，与小交换机相比，虚拟小交换机具有明显的优势：

表1 虚拟小交换机与小交换机对比

由此，CENTREX组网方案设计由虚拟交换系统、上位机综合管理平台和集团用户分机三部分组成。交换系统从局用交换机或远端模块（JRSU）上任意划分出BCG用户，通过一根ISDN用户线连到CENTREX综合管理平台。

2.2 基于PMS协议的实时数据采集

数据采集是计费的基础，研究数据采集是掌握各种通信系统计费原理和设计计费系统的核心内容之一。程控交换机为用户提供了这种服务，以电话为例，从用户开始通话到本次通话结束，交换机以复式计次方式完成计费参数采集，交换机将主叫、被叫、通话时长、开始通话时间等参数进行实时记录。

本文以C＆C08交换机[5]为基础，研究其通信协议，掌握其消息传输格式，为后台计费帐务处理奠定坚实的基础。以酒店计费系统为例，进行分析研究。

一般星级酒店，都有一套酒店资产管理系统（PMS），用于客人的入住/退房、客人资料、客人状态、客人在酒店内的饮食娱乐消费等费用管理工作。交换机通过PMS接口连到此PMS系统上，将客人的电话记录、客房房态、Mini吧消费信息等传到管理系统上，而管理系统将客人的入住/退房情况、电话相应等级、开启/关闭留言灯的信息、客人姓名、设置或取消免打扰、叫醒及其语音邮箱等信息传到交换机。这样通过酒店的前台终端即可以完成从入住到退房结帐的所有工作，减少了程序，提高了效率，降低了成本，而客人也免除了除登记、结帐外的其它手续，收到的帐单上也包括全部费用，从而对酒店的服务感到满意。

PMS接口的实现，目前提供了两种方式。一种方式是通过RS232链路，通过串口进行通信，可以有一个或多个串口（最多三个）；另一种方式是通过网络的文件共享的方式进行通信。

2.3 数据存储模块的设计

实时数据及历史数据的处理是整个系统的核心。实时数据处理面向实时采集或分析计算产生的实时数据，其处理过程要求很强的时效性和可靠性[6][7]。由于实时数据和历史数据的数据量可能很大，而处理时间又是有限的（最长不超过40秒），决定了存储模块所要完成的功能是在尽量短的时间内完成大量数据的存储。

经过多种方案的研究和比较，本系统采用关系数据库产品来存储数据。围绕着数据库的一系列工作包括创建表、视图、存储过程、触发器等；另一方面，数据库端的设计完成后，通过建立实时数据存储和历史数据存储算法，将上一级模块（实时数据源文件解析模块）传递来的参数值存入数据库中。

2.4 计费系统的数据安全

计费系统数据的安全性非常很需要，一旦发生问题会造成无法弥补的恶性后果。计算机病毒、计算机犯罪、误操作、电源不正常和硬件故障等因素都会威胁到计费数据的安全[8]。整个系统的安全机制分为三级，即系统级、数据库级和功能模块级。系统级的安全保护通过WindowsNT操作系统本身的安全控制和系统操作规程实现。SQLServer在安全性方面做了许多改进工作，本系统主要使用的特性有：数据库定期自动备份、数据库维护例程自动进行数据库统计分析，以保障数据库的运行性能和安全性能。此外，在应用系统设计各功能模块实现时，进一步考虑了安全保密性。

3.系统实际应用及总结

本系统适用于酒店，企事业单位，应用前景广阔。在系统实际使用运行过程中也发现了一些新的问题，就目前来看，本套系统功能还不够全面，用户除了要求满足电话计费系统的基本功能外，对系统提出了更高的要求，如用户提出要有话费信息电话语音查询功能，欠费语音自动催交功能，还有在交费方式上希望更灵活多样，可提供银行卡交费方式等等，这些需要可以在以后的使用维护中不断完善。本系统具有易扩充，易维护，各功能模块可独立运行的特点，系统调试与维护时较方便。本人在系统开发和程序编写过程中，感到对于电话计费系统下面几方面是非常重要的，在开发类似系统时应充分重视。

（1）计算的准确性，要充分了解当前的各电信运营商的收费标准，系统必须考虑各种通话类型的节假日及平时不同时段的优惠政策，及跨时段通话的计费策略。保证收费的准确性。

（2）数据的完整性，数据采集时，注意协议的选择，保证采集数据的正确性；存贮时，要完整，可支持多种形式的检索，另外，数据保存的历史周期要长。

（3）数据的安全性，建立完善的口令系统，建立严密的计费数据安全制度与操作规程。

（4）系统的易维护性及可扩展性，系统的所有设计应遵循国际上现行的标准进行，以提高系统的开放性，方便以后业务的扩展和系统扩容，便于软、硬件的维护、升级等，使系统能适应企业未来的需要。

（5）操作简便性，系统操作简单容易，操作人员只需经过少许培训即可胜任工作。

（6）用户功能完整性，在编程前，充分考虑用户的要求，掌握使用该系统应达到的功能，确保程序完成时，功能上的完整性。

4.结束语

文中研究的基于虚拟小型交换机技术的实时电话计费系统，已开发完成，并在2004年2月正式运行。系统稳定性较好，计算准确，给使用单位节约了人力、物力，产生了很好的经济效益。

[1]聂敏/裴昌幸编著.现代通信系统计费原理[M].北京:电子工业出版社.

[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]王德强,张锐,谢立,宁娇.数据库安全的研究与进展[J].计算机科学,2002,12:26-30.

[5]王新权.专网计费管理系统与程控交换机的配合[J].电信技术,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]张新跃,沈树群.基于策略的网络安全资源系统设计与实现[J].数据通信,2004,3:16-19.

王之坚（1959—），男，吉林长春人，学士，工程师，主要研究方向为自动控制、网络监控、电子技术等。

国家自然科学基金资助项目（11273001）；中国航天科技集团公司卫星应用研究院创新基金，2014-CXJJ-TX-11。

钱晓龙（1966—），男，博士，教授，主要研究方向为复杂工业建模与控制等。