VoIP系統實(shí)時(shí)計費功能研究及實(shí)現
南京理工大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)系 孫亞民
2004/12/14
一、計費系統框架結構
VoIP計費系統的設計遵循Internet實(shí)時(shí)計費的設計原則，具有實(shí)時(shí)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(hù)的需求及VoIP系統的業(yè)務(wù)特點(diǎn)。
系統的核心部分，包括中心數據庫、可互備份的實(shí)時(shí)計費服務(wù)器RTBS，以及向外部設備開(kāi)放的實(shí)時(shí)計費代理（RTBA）。通過(guò)RTBA向外部設備開(kāi)放實(shí)時(shí)計費的所有功能，RTBA提供了一套完整的功能接口A(yíng)PI，外部設備只需簡(jiǎn)單地調用這些函數就可以實(shí)現各種功能。從外部設備角度來(lái)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(diǎn)。外部設備與RTBA之間是函數調用關(guān)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(gè)計費系統的性能，RTBA與RTBS必須在有QoS保障的網(wǎng)絡(luò )上進(jìn)行通信。
系統中可以采用多個(gè)RTBS，RTBS之間可以互相備份，通過(guò)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(guò)三層架構，中間層用Microsoft MTS以提高數據庫訪(fǎng)問(wèn)的性能。
系統同時(shí)還提供Keep Alive機制，GK通過(guò)RTBA與RTBS保持Keep Alive通信，無(wú)論GK異常還是RTBS異常，對方都能在第一時(shí)間知道。
二、CDR格式
CDR就是呼叫詳細記錄（Call Detail Record），每個(gè)完整的呼叫都應有一個(gè)完整信息的CDR。IP電話(huà)中的CDR信息一般以?xún)煞N形式存放，一種是文件形式，可以是文本文件、二進(jìn)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(huà)系統后臺數據庫都有專(zhuān)門(mén)存放CDR的表。
CDR信息一般由GK收集。記錄CDR有兩個(gè)最主要的目的，一就是作為計費的依據，二就是用于客戶(hù)查詢(xún)審計。CDR中應該記錄哪些信息并沒(méi)有一個(gè)固定的要求，一般不同的IP電話(huà)系統根據業(yè)務(wù)的側重點(diǎn)不同會(huì )有不同的CDR格式，同時(shí)客戶(hù)最關(guān)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(yè)務(wù)特點(diǎn)和具體的客戶(hù)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(gè)字段及其含義。
三、資費策略的制定
資費策略是對各種服務(wù)進(jìn)行計費的一套完整方案，表明對于每種服務(wù)應該向誰(shuí)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(wù)費和罰款的設置。不同的供應商根據所實(shí)現業(yè)務(wù)的不同會(huì )有一套符合自身特色的資費策略，但都必須遵守一個(gè)原則，即費率的統一，一個(gè)服務(wù)在該資費策略下只能計算出一個(gè)費用值，不能出現有歧義的計費方法。
最常見(jiàn)的計費方法有：
（1）按服務(wù)時(shí)長(cháng)計費，這是使用最廣泛的一種計費方法；
（2）按服務(wù)次數計費；
（3）按數據流量計費，可能是上行流量、下行流量或總流量；
（4）按帶寬使用情況進(jìn)行計費；
（5）按服務(wù)質(zhì)量（QoS）參數計費；
（6）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(wǎng)關(guān)形式的IP電話(huà)業(yè)務(wù)，這種情況下費用的計算一般分為兩部分，即PSTN通話(huà)費用和IP內部服務(wù)費用。
數據在三段網(wǎng)絡(luò )中傳輸，第一段從用戶(hù)電話(huà)到IP接入網(wǎng)關(guān)，接入網(wǎng)關(guān)有接入號，這段費用是PSTN的費用。第二段從接入網(wǎng)關(guān)到接出網(wǎng)關(guān)，語(yǔ)音數據通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )傳輸，大IP電話(huà)運營(yíng)商一般都通過(guò)專(zhuān)網(wǎng)或專(zhuān)線(xiàn)傳輸，這是IP內部服務(wù)的費用。第三段從接出網(wǎng)關(guān)到被叫電話(huà)，收取的也是PSTN通話(huà)費用。第一段費用一般由主叫支付，相當于市話(huà)費用。第二、三段的費用就是用戶(hù)支付的IP 電話(huà)費用，由運營(yíng)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(huà)時(shí)長(cháng)來(lái)計費的。
IP電話(huà)資費策略中根據需要都會(huì )有折扣/優(yōu)惠策略，一般有時(shí)段優(yōu)惠、節假日優(yōu)惠和總量?jì)?yōu)惠等方式。
資費策略管理在VoIP業(yè)務(wù)中是很關(guān)鍵的，靈活的資費策略管理不僅有利于服務(wù)供應商的運營(yíng)和業(yè)務(wù)的擴展，也極大地保護了客戶(hù)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(shí)時(shí)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(yè)務(wù)模式外，還有收發(fā)Voice Mail、呼叫轉移等增值業(yè)務(wù)，所以可以把所有業(yè)務(wù)分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是與PSTN相通的，一類(lèi)是沒(méi)有PSTN費用的內部業(yè)務(wù)。
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(huà)費率和優(yōu)惠策略。
四、計費系統主要業(yè)務(wù)實(shí)現
1. 時(shí)鐘同步
時(shí)鐘同步在分布式應用中是很關(guān)鍵的，尤其是在VoIP系統中對時(shí)間的一致性更為重視，設備之間時(shí)鐘誤差不能超過(guò)1s。系統中所有設備都以中心數據庫所在的機器時(shí)鐘為基準時(shí)鐘，提供一個(gè)時(shí)鐘同步函數，每隔一段時(shí)間系統中各設備調用該函數，對本地時(shí)鐘進(jìn)行校對。
2. 登錄/認證
在此以一個(gè)終端（Terminal）的登錄為例，介紹本計費系統的認證過(guò)程。
（1）終端向指定的頂級 GK發(fā)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。
（2）在GCF消息中頂級GK把初級GK的IP、Port返回給終端。
（3）終端向初級GK發(fā)RRQ（Registration Request）消息，帶上用戶(hù)ID、用戶(hù)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(fā)RADIUS的認證請求（Access-Request）消息。
（6）RTBS查詢(xún)中心數據庫的用戶(hù)ID—密碼對，如果相同給RTBA返回RADIUS中的Access-Accept消息。
（7）RTBA的API函數返回認證確認結果給初級GK。
（8）初級GK得到認證通過(guò)的結果后，向終端發(fā)RCFv（RegistrationConfim）消息，接受用戶(hù)登錄。
如果在第6步中用戶(hù)ID、密碼不符，RTBS向RTBA返回Access-Reject消息。則在接下來(lái)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(fā)RRJ（Registration-Reject）消息，拒絕用戶(hù)登錄。
3. 呼叫請求
用戶(hù)得到驗證后，就可以進(jìn)行呼叫操作。當一個(gè)終端要向另外的終端發(fā)起呼叫時(shí)，GK在建立呼叫前要通過(guò)計費系統確認該用戶(hù)是否能夠得到發(fā)起這個(gè)呼叫的授權。呼叫請求過(guò)程和呼叫建立過(guò)程從略。
4. 檢查點(diǎn)
在很多計費系統中，只在服務(wù)開(kāi)始和服務(wù)結束這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行計費處理。例如在一個(gè)呼叫開(kāi)始時(shí)通知一下計費服務(wù)器，然后在呼叫結束時(shí)再通知一下計費服務(wù)器，然后計費服務(wù)器一次性計算該呼叫的費用。這種處理方法比較簡(jiǎn)單，但不可靠，如果呼叫開(kāi)始并進(jìn)行了較長(cháng)時(shí)間的通話(huà)，而這時(shí)候GK發(fā)生異常，不能通知計費服務(wù)器呼叫結束，那么計費系統就無(wú)法對這個(gè)呼叫進(jìn)行計費，對客戶(hù)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(diǎn)（Checkpoint）機制，即在每個(gè)呼叫過(guò)程中設置檢查點(diǎn)，檢查呼叫情況，檢查系統運行情況，并做如下處理：
（1）更新客戶(hù)最新費用信息；
（2）寫(xiě)最新?tīng)顟B(tài)的CDR。
通過(guò)Checkpoint機制可以最大程度地減少損失，利用Keep Alive可以在第一時(shí)間發(fā)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(gè)例子，并介紹相應的處理方法。
如果GK發(fā)現一個(gè)RTBS異常，由于該RTBS負責多路呼叫的計費處理，那么這時(shí)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(guò)去的Checkpoint點(diǎn)已經(jīng)扣除了呼叫前一段時(shí)間的費用。處理的方法，并不是將最新的呼叫狀態(tài)也遷移過(guò)去，讓RTBS從遷移時(shí)開(kāi)始重新計費，而是將呼叫的最原始信息，如呼叫開(kāi)始時(shí)間T0，該用戶(hù)的原始費用balance0轉移到新的RTBS， RTBS可以計算出T0到當前時(shí)間的費用cost1，用原始費用balance0減去cost1就得到該客戶(hù)的最新余額，而不管前一個(gè)RTBS對該呼叫做了多少個(gè)Checkpoint操作。
如果RTBS發(fā)現GK異常，在GK異常時(shí)系統有其他方法將GK所負責的呼叫拆除，所有RTBS可以把發(fā)現GK異常的時(shí)間作為呼叫的結束時(shí)間來(lái)處理，這樣這種異常情況下的處理就顯得簡(jiǎn)單。RTBS計算出這段時(shí)間的費用更新到客戶(hù)賬戶(hù)上，并記錄到目前為止的CDR信息中。
5. 最后一分鐘通知
RTBS實(shí)時(shí)監測每個(gè)呼叫的最大通話(huà)時(shí)間，在通話(huà)費用結束前1min通知GK，要求GK主動(dòng)拆除該呼叫，這是保證客戶(hù)不透支費用的關(guān)鍵。在GK得到最后1min通知后會(huì )把這個(gè)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(gè)服務(wù)。這之后要對這個(gè)服務(wù)進(jìn)行完整的記錄，同時(shí)計算該服務(wù)的準確費用。
五、結束語(yǔ)
本文從Internet計費的基本理論出發(fā)，研究了針對VoIP業(yè)務(wù)的計費系統所應具有的功能以及計費系統中的一些關(guān)鍵問(wèn)題，并結合一個(gè)VoIP系統的模型，著(zhù)重介紹了一個(gè)實(shí)時(shí)計費系統的實(shí)現方法及其關(guān)鍵業(yè)務(wù)。
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