автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Исследование и разработка эффективных отказоустойчивых биллинговых систем для традиционной и IP-телефонии

Введение.з

Глава 1. Биллинговые системы в телекоммуникационной отрасли.

1.1. Обычная и IP-телефония.

1.2. Роль и задачи биллинговых систем.и

1.3. Основные принципы биллинга.

Общая схема.

Методы получения CDR.

Тарификация.

Биллинговые отчеты.

1.4. Классификация биллинговых систем.

Выводы.

Глава 2. Анализ факторов, определяющих выбор биллинговой системы.

2.1. Определение объема информации, обрабатываемого биллинговой системой.

2.2. Пример расчета нагрузки.

2.3. Выбор СУБД.

2.4. Формализация выбора биллинговой системы.

Критерии анализа.

Анализ функциональности.

Анализ производительности.

Анализ интерфейса.

Выводы.

Глава 3. Архитектура и компоненты биллинговой системы.

3.1. Общая концепция.

3.2. Подсистема сбора CDR.

3.3. Подсистема маршрутизации.

3.4. Подсистема управления коммутаторами.

3.5. Подсистема построения аналитических отчетов и экономический анализ.

3.6. Подсистема построения технических отчетов.

Выводы.

Глава 4. Практическая реализация биллииговой системы.Ю

4.1. Описание архитектуры системы.

4.2. Программная реализация.

4.3. Оптимизация производительности.

Выводы.

Актуальность темы диссертационного исследования обусловлена, с одной стороны, многообразием представленных на рынке биллинговых систем и вытекающей отсюда задачей выбора из них наиболее подходящей; и, с другой стороны, наличием в существующих системах ряда концептуальных недостатков, которые требуют изучения и поиска путей их устранения.

В настоящее время на российском рынке представлен ряд продуктов для телекоммуникационных компаний, начиная от простых offline-тарификаторов, таких, как «WinTariff» до комплексных систем, например, «АСР CBOSS». Однако в ряде случаев ни один из этих продуктов не является приемлемым. В частности:

Представленные на рынке продукты не являются универсальными с точки зрения поддержки сложной аппаратной реализации сети телекоммуникационного оператора: они предназначены либо для традиционной, либо для IP-телефонии, либо для сотовых операторов. Полностью интегрированных и универсальных продуктов в настоящее время на российском рынке нет, а продукция зарубежных фирм-производителей такого уровня недоступна большинству российских операторов из-за высокого уровня цен.

Инструменты технического анализа и управления реализованы в виде самостоятельных продуктов, изолированных от биллинговых систем. Однако часто технические параметры оборудования необходимы для биллинга, и наоборот, результаты биллинга используются для переконфигурирования оборудования. Интеграция инструментов повышает надежность системы и снижает эксплуатационные издержки. Существующие биллинговые системы имеют низкий уровень надежности; время восстановления после программных и * аппаратных сбоев недопустимо велико.

Объектом исследования являются биллинговые системы для телекоммуникационных операторов со сложными гетерогенными сетями коммутационного оборудования.

Целями исследования являются:

Разработка архитектуры биллинговой системы, предназначенной для использования операторами, имеющими сложные гетерогенные телекоммуникационные сети, сочетающие оборудование традиционной и IP-телефонии и рассчитанные на предоставление широкого спектра услуг телефонии как на оптовом, так и на розничном сегментах рынка: пропуск 1 транзитного операторского трафика, выделенные линии, карточная платформа.

Поиск методики выбора эффективной биллинговой системы для данного телекоммуникационного оператора.

Создание методики автоматизированного расчета таблиц маршрутизации.

Разработка эффективных подходов к надежному резервированию основных компонентов системы, минимизирующих ущерб от различного рода сбоев.

Разработка алгоритмов генерации отчетов, содержащих исчерпывающую информацию для финансового и маркетингового анализа.

Для достижения этих целей были сформулированы и решены следующие основные задачи:

• разработка единого универсального подхода к тарификации трафика обычной и 1Р-телефонии;

• задача формализации выбора эффективной биллинговой системы для данного телекоммуникационного оператора;

• разработка стандартного программного интерфейса для организации подачи CDR с коммутаторов разных типов;

• разработка архитектуры, обеспечивающей чрезвычайно высокую степень сохранности исходного CDR, а также значительно автоматизированный механизм восстановления после сбоев;

• разработка алгоритма автоматизированного составления таблиц маршрутизации в сложных сетях;

• определение методик формирования отчетов для финансового и маркетингового анализа, создание эффективного метода отслеживания маршрутизации звонков в сложных сетях, создание технических опПпе-отчетов о состоянии каналов и системы уведомления операторов о сбоях.

Информационная база исследования включает техническую документацию на различные модели коммутационного оборудования, технические описания имеющихся на рынке биллинговых систем, литературу по основам телефонии, документацию Oracle, а также данные, полученные в результате практических экспериментальных исследований.

Методологической и теоретической основой исследования явилось использование гипотетико-дедуктивного и опытно-экспериментального методов научного познания. При решении вышеперечисленных задач использовались методы математического анализа, линейного программирования, а также технологии создания и управления базами данных и приложениями Oracle.

Наиболее существенные результаты и научная новизна состоят в выработке теоретических подходов и успешном создании на их основе работоспособного промышленного образца универсальной биллинговой системы для телекоммуникационных операторов, эксплуатирующих сложные сети с оборудованием разных типов. Вывод о достоверности научных выводов сделан на основе опыта успешного внедрения и эксплуатации разработанного промышленного образца в ряде российских телекоммуникационных компаний, а также сравнении эксплуатационных характеристик данного образца с аналогичными продуктами. Теоретические исследования и их практическая апробация привели к следующим результатам, содержащим, по мнению автора, элементы научной новизны:

1. Разработана методика выбора эффективной биллинговой системы на основе методов оценки эффективности инвестиционных проектов. Под эффективностью биллинговой системы будем понимать ее способность поддерживать всю необходимую с точки зрения бизнеса функциональность при приемлемом уровне затрат на разработку или закупку, внедрение и эксплуатацию и достаточной производительности. Данная методика, в отличие от применяемых качественно-эмпирических подходов, позволяет значительно уменьшить влияние субъективности суждений производящих оценку лиц. Она позволяет количественно оценить потенциальную эффективность внедрения новой биллинговой системы и проанализировать влияние различных факторов на величину эффективности.

2. Разработана более отказоустойчивая, по сравнению с применяемыми в настоящее время, архитектура подсистемы сбора CDR биллинговой системы, обеспечивающая более высокую степень сохранности исходного CDR и автоматизированный механизм восстановления после сбоев. Здесь под отказоустойчивостью системы будем понимать, с одной стороны, малое время простоя системы из-за программных и аппаратных сбоев и, с другой стороны, обеспечение системой высокой степени сохранности исходного CDR даже в случае временной утраты ею части функциональности в результате аварий той или иной природы. Результаты проведенного моделирования и оценок эффективности позволяют утверждать, что применение предлагаемой архитектуры вызывает снижение потерь CDR, по сравнению с существующими системами, на 75-90%, в зависимости от типа коммутационного оборудования.

3. Разработанная новая архитектура подсистемы сбора CDR, использующая медиаторы (Mediation), позволяет сделать биллинговую систему универсальной с точки зрения подключаемого оборудования и сделать процесс включения поддержки нового оборудования в биллинговую систему более простым и эффективным.

4. Разработана комбинированная методика автоматизированного построения таблиц маршрутизации, использующая данные таблиц LCR, показатели качества передачи голоса, данные о пропускной способности и себестоимости каналов. Предложенная методика качественно отличается от существующих формализацией данного процесса, делающей возможной его автоматизацию.

Теоретическая значимость исследования состоит в том, что оно выявило ряд концептуальных недостатков представленных на рынке биллинговых систем, повышающих расходы и снижающих эффективность их эксплуатации, а также в том, что в результате исследования были разработаны и практически проверены пути преодоления этих недостатков. Полученные результаты могут быть использованы при разработке биллинговых систем для телекоммуникационных операторов со сложными гетерогенными сетями коммутационного оборудования. Кроме того, следует отметить, что сфера применения биллинговых систем шире, чем телекоммуникационная отрасль, и, соответственно, результаты данной работы могут быть использованы при разработке биллинговых систем для других отраслей народного хозяйства: электроэнергетики, коммунального хозяйства и других.

Практическая значимость исследования состоит в создании действующей универсальной высоконадежной биллинговой системы, лишенной концептуальных недостатков, присущих большинству имеющихся на рынке продуктов данного ценового класса. Целесообразность практического использования результатов обусловливается коммерческой востребованностью подобного продукта и его конкурентоспособностью на рынке; это подтверждает успешный опыт внедрения созданного программного обеспечения.

Апробация результатов исследования произведена тремя докладами автора по основным положениям диссертации и дискуссиями по ним на Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ (19-28 февраля 2003 года) и VI всероссийской научно-технической конференции «Новые информационные технологии» (23-24 апреля 2003 года), а также публикациями в российских журналах по биллингу - «Компьютерная телефония. Биллинг», программированию — «Программист» и связи - «Сети и системы связи», «Информост -Радиоэлектроника и телекоммуникации».

- 134-Выводы

В данной главе описана архитектура и особенности программной реализации разработанного с учетом материала предыдущих глав промышленного образца биллинговой системы. Приведено обоснование использованных проектных и программных решений.

Наиболее критичными компонентами, с точки зрения необходимости обеспечения бесперебойности их работы, являются подсистемы сбора CDR и центральной базы данных. Для них на базе обоснованных в предыдущих главах моделей разработана архитектура, обеспечивающая непрерывность и бесперебойность работы.

Важной частью данной главы являются теоретически обоснованные и проверенные экспериментально методы оптимизации биллинговой базы данных. Этап тюнинга СУБД является одним из важнейших при разработке и развертывании биллинговой системы, поскольку специфика ? решаемых задач предъявляет очень высокие требования к производительности СУБД. Вместе с тем, в силу специфичности решаемых задач, зачастую традиционные универсальные (т.е. в определенном смысле «усредненные») методы настройки производительности оказываются малоэффективными, что и обусловливает актуальность данного исследования.

В данной главе изложена технология тюнинга, определяемая последовательностью: тестирование приложения — тюнинг запросов -правильный выбор аппаратной конфигурации сервера - тюнинг установленной СУБД.

Заключение

К основным результатам данной работы можно отнести следующее:

1. Проведена классификация представленных на российском рынке биллинговых систем по функционально-ценовым группам.

2. Предложены методы решения задачи выбора эффективной биллинговой системы. Изложены общие методы оценки эффективности инвестиционных проектов и методика их применения к задаче внедрения биллинговой системы. Проведен сравнительный анализ эффективности закупки готовой и создания собственной биллинговой системы. Предложена методика оценки специфичных для биллинговых систем характеристик и методика формализации учета этих показателей.

3. Предложен единый универсальный подход к тарификации трафика обычной и IP-телефонии и методика построения биллинговой системы, реализующей данный подход. Проведена практическая проверка данного решения.

4. Обоснована целесообразность использования mediation-систем для разрешения проблемы многообразия форматов и алгоритмов обработки CDR различного оборудования. Проведен сравнительный анализ решений с их использованием. Выявлены недостатки существующих подходов и приведено описание лишенной этих недостатков архитектуры.

5. Проведен анализ факторов, влияющих на процесс принятия решений о маршрутизации трафика. Построен алгоритм расчета таблицы маршрутизации. Предложена комбинированная методика определения качества: формализованное тестирование операторами тестирования в сочетании с автоматическим расчетом ряда показателей. Описана технология составления таблицы маршрутизации с учетом LCR, оценки качества, пропускной

- неспособности и себестоимости каналов. Для решения задачи контроля разработан эффективный метод отслеживания маршрутизации звонков в сложных сетях.

6. Решены задачи обеспечения отказоустойчивости и высокой производительности:

• Предложены методы резервирования и обеспечения непрерывности работы наиболее критичных компонентов биллинговой системы.

• Разработана архитектура подсистемы сбора CDR, обеспечивающая чрезвычайно низкую вероятность потерь исходного CDR, а также автоматизированный механизм восстановления после сбоев;

• Предложена методика оптимизации биллинговой базы данных.

7. На основе разработанных методов и алгоритмов создана биллинговая система «УТП». Произведено внедрение данной биллинговой системы в международной компании - операторе связи n-Telecommunications, ООО «СофтСервисТрэйд». Система внедрена в эксплуатацию в 2000 году и используется по настоящее время. Результаты, полученные в процессе эксплуатации, подтвердили верность теоретических выводов диссертационного исследования.

1. AMR Consulting», 2001. http://www.AMRConsulting.com.

2. George Demarest. «Kicking the Windows habit: Oracle 9i vs. SQL Server», http://searchwindowsmanageability.techtarget.com, 2002.

3. Елена Рыцарцева. «Не свистите по сотовому». Журнал «Эксперт», №4/2003.

4. M.Corey, М.Abbey, D.Dechichio, I.Abramson. «Огас1е8 Tuning». «The McGraw-Hill Companies, Inc», 1998.22. «Meridian 1. Call Detail Recording. Description and formats». «Northern Telecom», 1996.23. «Cisco ACS Secure server», www.cisco.com.

5. Ю. Павлюков. «Начинаем работать с Oracle». Журнал «Программист», №2/2003.

6. C.McConnel, S.Brue. «Economics. Principles, Problems and Policies». 14th Edition. Irwin McGraw-Hill, 1999.

7. А.С.Баканов. «Годовая отчетность коммерческой организации». «Бухгалтерский учет», Москва, 2000.

8. Л.Донцова, Н.Никифорова. «Комплексный анализ бухгалтерской отчетности». «Дело и Сервис», Москва, 2001.

9. А.Шеремет, Р.Сайфуллин. «Методика финансового анализа». «ИНФРА-М», Москва, 1999.

10. Валерий Власюк. «Округлениями при тарификации можно и нужно управлять!». Журнал «Компьютерная телефония. Биллинг», №6/2002.

11. Олег Балихин, Валентин Лобанов. «Платформа Fastcom Mediation -передовая разработка «Форс»». Журнал «Компьютерная телефония. Биллинг», №2/2002.

12. Ольга Калашникова. «Тест: Тарификационные программы». www.tsoft.ru/131.html.

13. Л.В.Голомшток, Е.С.Запасская. «Результаты сертификационных испытаний биллинговых систем». Журнал «Компьютерная телефония. Биллинг», №3/2001.

14. А.Г.Морозов. «Переход от операционного обеспечения к аналитическим системам следующий шаг в развитии информационных технологий для операторов связи». Журнал «Компьютерная телефония. Биллинг», №1/2002.36. «Geneva The Product». «Geneva Billing», 2002.

15. С.Архипенков. «Аналитические системы на базе Oracle Express OLAP». «Диалог-МИФИ», Москва, 2000.38