VoIP系統實時計費功能的研究及實現

2019-11-03 08:59:31

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供稿：網友

南京理工大學計算機科學與技術系孫亞民

　　摘要：本文介紹了針對Voip業務的實時計費系統的框架結構，以及該計費系統中的兩個關鍵問題：CDR的制定和資費策略的制定，最后文中詳細介紹了VoIP實時計費的主要業務。關鍵詞：VoIP系統 CDR 費率計費系統

　　一、計費系統框架結構

　　VoIP計費系統的設計遵循Internet實時計費的設計原則，具有實時性、穩定性、可靠性、可移植性、可擴展性等特性，功能的設計既考慮了Internet計費系統的基本功能，又考慮了用戶的需求及VoIP系統的業務特點。

　　系統的核心部分，包括中心數據庫、可互備份的實時計費服務器RTBS，以及向外部設備開放的實時計費代理（RTBA）。通過RTBA向外部設備開放實時計費的所有功能，RTBA提供了一套完整的功能接口API，外部設備只需簡單地調用這些函數就可以實現各種功能。從外部設備角度來看，計費系統的內部細節是透明的，因此系統可以方便地移植和集成。RTBA的設計是本系統的一大特點。外部設備與RTBA之間是函數調用關系，RTBA與RTBS之間則是在標準TCP/IP上的相互通信，可以是在LAN上，也可以是在WAN上。為了保證整個計費系統的性能，RTBA與RTBS必須在有QoS保障的網絡上進行通信。

　　系統中可以采用多個RTBS，RTBS之間可以互相備份，通過RTBS的冗余可以明顯提高系統容量，還提高了系統的穩定性和可靠性。后臺數據庫采用Oracle，在RTBS 與數據庫之間，仍然通過三層架構，中間層用Microsoft MTS以提高數據庫訪問的性能。

　　系統同時還提供Keep Alive機制，GK通過RTBA與RTBS保持Keep Alive通信，無論GK異常還是RTBS異常，對方都能在第一時間知道。

　　二、CDR格式

　　CDR就是呼叫詳細記錄（Call Detail Record），每個完整的呼叫都應有一個完整信息的CDR。IP電話中的CDR信息一般以兩種形式存放，一種是文件形式，可以是文本文件、二進制文件或CSV格式文件；另一種是存放在數據庫中，這也是最常用的形式，IP電話系統后臺數據庫都有專門存放CDR的表。

　　CDR信息一般由GK收集。記錄CDR有兩個最主要的目的，一就是作為計費的依據，二就是用于客戶查詢審計。CDR中應該記錄哪些信息并沒有一個固定的要求，一般不同的IP電話系統根據業務的側重點不同會有不同的CDR格式，同時客戶最關心的一些信息一定要記錄到CDR中。CDR格式是根據系統的具體業務特點和具體的客戶需求制定的，除了一些必須有的信息字段外，還有一些特殊字段。表1是CDR中每個字段及其含義。

　　三、資費策略的制定

　　資費策略是對各種服務進行計費的一套完整方案，表明對于每種服務應該向誰收費、怎樣收費，主要包括正常費率的設置、折扣費率的設置、固定服務費和罰款的設置。不同的供應商根據所實現業務的不同會有一套符合自身特色的資費策略，但都必須遵守一個原則，即費率的統一，一個服務在該資費策略下只能計算出一個費用值，不能出現有歧義的計費方法。

　　最常見的計費方法有：

　?。?）按服務時長計費，這是使用最廣泛的一種計費方法；

　?。?）按服務次數計費；

　?。?）按數據流量計費，可能是上行流量、下行流量或總流量；

　?。?）按帶寬使用情況進行計費；

　?。?）按服務質量（QoS）參數計費；

　?。?）混合計費，如結合帶寬和流量的計費。

　　目前許多ITSP主要提供PSTN＋IP網關形式的IP電話業務，這種情況下費用的計算一般分為兩部分，即PSTN通話費用和IP內部服務費用。

　　數據在三段網絡中傳輸，第一段從用戶電話到IP接入網關，接入網關有接入號，這段費用是PSTN的費用。第二段從接入網關到接出網關，語音數據通過IP網絡傳輸，大IP電話運營商一般都通過專網或專線傳輸，這是IP內部服務的費用。第三段從接出網關到被叫電話，收取的也是PSTN通話費用。第一段費用一般由主叫支付，相當于市話費用。第二、三段的費用就是用戶支付的IP 電話費用，由運營商核算綜合成本后給出費率計算得到。這樣的系統絕大多數都是按通話時長來計費的。

　　IP電話資費策略中根據需要都會有折扣/優惠策略，一般有時段優惠、節假日優惠和總量優惠等方式。

　　資費策略管理在VoIP業務中是很關鍵的，靈活的資費策略管理不僅有利于服務供應商的運營和業務的擴展，也極大地保護了客戶的利益。好的資費策略管理應該支持費率的預定制和費率的回溯，支持實時費率，能夠提供多種費率的核算和比較。

　　VoIP除了基本的PC to PC、PC to Phone、Phone to PC、Phone to Phone四種業務模式外，還有收發Voice Mail、呼叫轉移等增值業務，所以可以把所有業務分為兩大類，一類是與PSTN相通的，一類是沒有PSTN費用的內部業務。

　　資費策略中除了上述對收費方法的規定外，還需要設置PSTN通話費率和優惠策略。

　　四、計費系統主要業務實現

　　1. 時鐘同步

　　時鐘同步在分布式應用中是很關鍵的，尤其是在VoIP系統中對時間的一致性更為重視，設備之間時鐘誤差不能超過1s。系統中所有設備都以中心數據庫所在的機器時鐘為基準時鐘，提供一個時鐘同步函數，每隔一段時間系統中各設備調用該函數，對本地時鐘進行校對。

　　2. 登錄/認證

　　在此以一個終端（Terminal）的登錄為例，介紹本計費系統的認證過程。

　　（1）終端向指定的頂級 GK發GRQ（Gatekeeper Request）。頂級 GK給終端回GCF（Gatekeeper Confirm）報文，給終端分配初級 GK，讓終端向指定的初級GK注冊。

　?。?）在GCF消息中頂級GK把初級GK的IP、Port返回給終端。

　?。?）終端向初級GK發RRQ（Registration Request）消息，帶上用戶ID、用戶密碼等參數。

　　（4）初級GK調用RTBA提供的請求認證的API函數。

　　（5）RTBA向RTBS發RADIUS的認證請求（access-Request）消息。

　?。?）RTBS查詢中心數據庫的用戶ID—密碼對，如果相同給RTBA返回RADIUS中的Access-Accept消息。

　?。?）RTBA的API函數返回認證確認結果給初級GK。

　?。?）初級GK得到認證通過的結果后，向終端發RCFv（RegistrationConfim）消息，接受用戶登錄。

　　如果在第6步中用戶ID、密碼不符，RTBS向RTBA返回Access-Reject消息。則在接下來的第7步中API返回認證拒絕結果，并且在第8步中初級GK向終端發RRJ（Registration-Reject）消息，拒絕用戶登錄。

　　3. 呼叫請求

　　用戶得到驗證后，就可以進行呼叫操作。當一個終端要向另外的終端發起呼叫時，GK在建立呼叫前要通過計費系統確認該用戶是否能夠得到發起這個呼叫的授權。呼叫請求過程和呼叫建立過程從略。

　　4. 檢查點

　　在很多計費系統中，只在服務開始和服務結束這兩個時間點進行計費處理。例如在一個呼叫開始時通知一下計費服務器，然后在呼叫結束時再通知一下計費服務器，然后計費服務器一次性計算該呼叫的費用。這種處理方法比較簡單，但不可靠，如果呼叫開始并進行了較長時間的通話，而這時候GK發生異常，不能通知計費服務器呼叫結束，那么計費系統就無法對這個呼叫進行計費，對客戶對供應商都是一種損失。為了避免這種損失，我們在計費系統中啟用了檢查點（Checkpoint）機制，即在每個呼叫過程中設置檢查點，檢查呼叫情況，檢查系統運行情況，并做如下處理：

　?。?）更新客戶最新費用信息；

　?。?）寫最新狀態的CDR。

　　通過Checkpoint機制可以最大程度地減少損失，利用Keep Alive可以在第一時間發現異常，并做相應處理。系統中可能出現的異常情況很多，在這里舉兩個例子，并介紹相應的處理方法。

　　如果GK發現一個RTBS異常，由于該RTBS負責多路呼叫的計費處理，那么這時候GK要做的就是將該RTBS上負責的所有呼叫遷移到其他RTBS上，而且要避免費用的重復扣除，因為在過去的Checkpoint點已經扣除了呼叫前一段時間的費用。處理的方法，并不是將最新的呼叫狀態也遷移過去，讓RTBS從遷移時開始重新計費，而是將呼叫的最原始信息，如呼叫開始時間T0，該用戶的原始費用balance0轉移到新的RTBS， RTBS可以計算出T0到當前時間的費用cost1，用原始費用balance0減去cost1就得到該客戶的最新余額，而不管前一個RTBS對該呼叫做了多少個Checkpoint操作。

　　如果RTBS發現GK異常，在GK異常時系統有其他方法將GK所負責的呼叫拆除，所有RTBS可以把發現GK異常的時間作為呼叫的結束時間來處理，這樣這種異常情況下的處理就顯得簡單。RTBS計算出這段時間的費用更新到客戶賬戶上，并記錄到目前為止的CDR信息中。

　　5. 最后一分鐘通知

　　RTBS實時監測每個呼叫的最大通話時間，在通話費用結束前1min通知GK，要求GK主動拆除該呼叫，這是保證客戶不透支費用的關鍵。在GK得到最后1min通知后會把這個信息通知到終端，并在1min后拆除該呼叫。

　　6. 呼叫結束處理

　　呼叫結束，表示完成一個服務。這之后要對這個服務進行完整的記錄，同時計算該服務的準確費用。

　　五、結束語

　　本文從Internet計費的基本理論出發，研究了針對VoIP業務的計費系統所應具有的功能以及計費系統中的一些關鍵問題，并結合一個VoIP系統的模型，著重介紹了一個實時計費系統的實現方法及其關鍵業務。

　　參考文獻

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----《中國多媒體視訊》