Построение автоматизированной системы расчетов за услуги электросвязи на основе многоуровневой распределенной архитектуры

В настоящее время одной из наиболее интенсивно развивающихся отраслей является отрасль телекоммуникаций. В связи с этим, к автоматизированным системам расчетов за услуги электросвязи, как к основному инструменту управления бизнесом предприятий, предоставляющих услуги связи, предъявляются все более высокие требования.

В области традиционной фиксированной связи системы учета длительности переговоров и расчета стоимости существовали с момента появления первых узлов связи [70]. Данные системы не имели качественных отличий от финансовых расчетных систем, используемых в смежных отраслях (банковских, бухгалтерских, складских и пр.).

Развитие автоматизированных системы расчетов за услуги электросвязи (в дальнейшем АСР) как отдельного класса систем связано с появлением сотовой связи. Специфика развития сотовой связи определяют качественно новый набор требований, предъявляемых к автоматизированным системам расчетов. К числу таких требований можно отнести: необходимость оперативного доступа к информации, возможность предоставлять непосредственный доступ абонентам, гибкие возможности интеграции с другими информационными системами, высокая отказоустойчивость и другие [63,66,111].

Автоматизированные системы расчетов за услуги электросвязи стали объектом научного исследования с появлением в 1998 году Общих технических требований к автоматизированным системам расчетов, которые регламентировали функциональность данных систем [108]. Первая монография «Методы разработки и моделирования биллинговых систем» [81] была опубликована в 2002 году и затрагивала вопросы создания «универсальной» системы расчетов. В этой работе акцент делался на функциональную структуру биллинговой системы, выделялось ядро системы, рассматривалась реляционная схема данных СУБД автоматизированной системы расчетов. Остальные специализированные монографии [70, 103] затрагивали исключительно экономические аспекты эксплуатации АСР. Таким образом, архитектура построения автоматизированных систем расчетов за услуги электросвязи представляет собой новый предмет научного исследования.

Анализ тенденций развития современных автоматизированных систем расчетов за услуги электросвязи позволяет сделать вывод, что данные системы развиваются в направлении универсализации, интеграции и переходу к интерактивному обслуживанию абонентов. Тенденция универсализации выражает переход к унифицированной системе расчетов за предоставленные услуги связи. Интеграционная тенденция отражает увеличение степени связности АСР и других систем, функционирующих в корпоративной информационной среде оператора связи, а также увеличение степени взаимодействия АСР с системами операторов — партнеров. Последняя из перечисленных тенденций — тенденция перехода к интерактивному режиму обслуживания абонентов заключается в постепенной передаче абонентам интерфейсов самообслуживания, позволяющих абонентам оператора связи самостоятельно управлять состоянием своих лицевых счетов.

Анализ результатов сертификационных испытаний автоматизированных систем расчетов за услуги электросвязи [65] показывает, что в настоящее время большинство данных систем проектируется и реализуется на основе двухуровневой архитектуры клиент-сервер. Основные преимущества клиент-серверной архитектуры заключаются в обеспечение многопользовательской работы, транзакционной обработке данных, поддержке целостности данных и т. д. [2]. Это позволило архитектуре клиент-сервер занять прочное положение в качестве базовой архитектуры при построении систем обработки информации и управления в различных отраслях промышленности, в том числе, при построении автоматизированных систем расчетов за услуги электросвязи.

Однако архитектура клиент-сервер обладает существенными недостатками, такими как низкая отказоустойчивость системы, большая стоимость программного и аппаратного обеспечения серверов СУБД, высокая трудоемкость перехода на новые версии клиентских приложений при большом числе рабочих мест, невозможность динамического изменения конфигурации системы без останова процесса обслуживания, отсутствие гибкости в разграничении прав доступа пользователей и др. [18,6,140].

Помимо двухуровневой архитектуры клиент-сервер, в настоящее время интенсивное развитие получили системные архитектуры, включающие в себя три и более уровней [5,101,136]. В частности, трехуровневая архитектура подразумевает наличие трех уровней абстрагирования: презентационного уровня, уровня бизнес-логики и уровня доступа к данным [34]. Развитием трехуровневого подхода является использование архитектур с более чем тремя уровнями обработки данных [93,60,135]. При этом промежуточное положение между клиентом и сервером занимают мониторы транзакций [1,92], а также сервера приложений и балансировки нагрузки [59,61]. Перечисленные системные архитектуры позволяют в целом улучшить масштабируемость системы и снизить нагрузку на сервер СУБД. Применение данных архитектур особенно эффективно при* построении мультиагентных систем в гетерогенных средах. Однако сами по себе перечисленные подходы не решают наиболее актуальных задач построения автоматизированных систем расчетов, таких как задачи обеспечения отказоустойчивости, интерактивного многоканального абонентского доступа к данным и задачи динамического изменения конфигурации системы без останова процесса обслуживания.

Таким образом, существует противоречие между требованиями, предъявляемыми к автоматизированным системам расчетов, тенденциями их развития и системной архитектурой клиент-сервер, традиционно применяемой при проектировании систем данного класса. Выявленное противоречие определяет актуальность исследований, направленных на решение проблемы разработки архитектуры построения автоматизированных систем расчетов, позволяющей эффективно преодолевать недостатки свойственные архитектуре клиент-сервер и учитывающей функциональные и эксплуатационные особенности характерные для данных систем. Для решения указанной проблемы предлагается использовать при построении автоматизированных систем расчетов за услуга электросвязи многоуровневую распределенную архитектуру. Необходимо заметить, что концепция многоуровневых систем была предложена еще в трудах М. Месаровича по общей теории систем [99,100]. Таким образом, в данной работе делается попытка применить указанную N концепцию в новой предметной области.

Объектом исследования в настоящей диссертационной работе является автоматизированная система расчетов за услуги электросвязи.

Предмет исследования — архитектура построения автоматизированных систем расчетов за услуги электросвязи.

Целью работы является построение автоматизированной системы расчетов за услуги электросвязи на основе многоуровневой распределенной архитектуры. Данная цель предполагает решение следующих задач:

1. Разработка математической модели функционирования автоматизированной системы расчетов за услуги электросвязи на основе многоуровневой распределенной архитектуры;

2. Разработка метода построения автоматизированной системы расчетов за услуги электросвязи на основе многоуровневой распределенной архитектуры;

3. Разработка комплекса алгоритмов функционирования автоматизированной системы расчетов за услуги электросвязи на основе многоуровневой распределенной архитектуры;

4. Проектирование и реализация программного комплекса «Центр самообслуживания» на основе многоуровневой распределенной архитектуры.

Для достижения поставленной цели в работе использовались методы математического моделирования с использованием аппарата теории графов, теории вероятностей и теории систем массового обслуживания, а также методы математической статистики.

Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту:

1. Математическая модель функционирования автоматизированной системы расчетов за услуги электросвязи на основе многоуровневой распределенной архитектуры;

2. Метод построения автоматизированных систем расчетов за услуги электросвязи на основе многоуровневой распределенной архитектуры;

3. Комплекс алгоритмов функционирования автоматизированной системы расчетов за услуги электросвязи на основе многоуровневой распределенной архитектуры;

4. Система «Центр самообслуживания», спроектированная и реализованная на основе многоуровневой распределенной архитектуры. Научная новизна положений, выносимых автором на защиту, раскрывается в следующих тезисах:

1. Предложенная математическая модель функционирования автоматизированной системы расчетов за услуги электросвязи' на основе многоуровневой распределенной архитектуры отличается * учетом многоканальности доступа пользователей к системе, учетом кластерной топологии системы и множественного представления пользовательских интерфейсов. Это позволяет более эффективно подойти к, выбору аппаратного обеспечения (как в качественном, так и в количественном аспекте) на этапе синтеза;

2. Метод построения автоматизированной системы расчетов за услуги электросвязи является новым. Впервые проектирование и реализацию автоматизированной системы расчетов за услуги электросвязи предложено проводить на основе многоуровневой распределенной архитектуры.

3. Алгоритм управления пользовательскими сессиями отличается возможностью динамического переключения сеанса работы пользователя между узлами в кластере серверов приложений, что позволяет устранить отказ в обслуживании при возникновении программных или аппаратных сбоев на серверах приложений. Алгоритм фильтрации и преобразования запросов отличается использованием механизма регулярных выражений, что обеспечивает простоту и наглядность правил преобразования запросов, а также позволяет достичь функциональной изолированности WEB серверов и серверов приложений.

4. Система «Центр самообслуживания» отличается тем, что проектирование данной системы впервые было выполнено на базе многоуровневой распределенной архитектуры, что позволило качественно улучшить основные эксплуатационные характеристики системы и расширить ее функциональные возможности.

Научная значимость работы состоит в том, что впервые для построения автоматизированных систем расчетов за услуги электросвязи предлагается использовать многоуровневую распределенную архитектуру, а не архитектуру клиент-сервер, традиционно используемую для построения таких систем.

Практическая значимость работы подтверждена успешным внедрением системы «Центр самообслуживания» на предприятиях, предоставляющих услуги связи в стандарте GSM. Система «Центр самообслуживания» была успешно внедрена у операторов связи стандарта GSM «Мегафон-Москва» (ЗАО «Соник Дуо»), «Мегафон-Самара» (ОАО «Мобильные Системы Связи-Поволжье»), МТС-Красноярск (ООО «СибЧелендж»), МТС-Норильск (ООО «СибЧелендж») и МТС-Томск (ООО «Томская сотовая связь»). Также на основе предложенной архитектуры была спроектирована и реализована система «Интегрированное биллинговое решение», обеспечивающая функции распределенного приема платежей между операторами связи «МегафонНижний Новгород» (ЗАО «Мобиком-Центр»), «Мегафон — Ростов» (ЗАО «Мобиком-Кавказ»), «Мегафон — Владивосток» (ЗАО «Мобиком-Хабаровск»), «Мегафон — Новосибирск» (ЗАО «Мобиком-Новосибирск»), «Северо-Западный филиал ОАО «МегаФон» и «Мегафон — Екатеринбург» (ЗАО «Уральский Джи Эс Эм»),.

По материалам исследования автором опубликовано шесть печатных работы [53,54,56,55,56,57]. Основные результаты работы докладывались автором на конференции «Компьютерные технологии и телекоммуникации», проводимой в рамках ежегодного политехнического симпозиума (Санкт-Петербург, 2003).

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, включающего 140 наименований. Основная часть работы изложена на 130 страницах машинописного текста. Работа содержит 43 рисунка и 11 таблиц.

5.7 Выводы по главе 5.

На основе многоуровневой распределенной архитектуры была спроектирована и разработана система «Центр самообслуживания», предназначенная для предоставления интерфейсов интерактивного управления лицевыми счетами абонентам оператора связи. Данная системы была успешно внедрена в сети оператора сотовой связи стандарта GSM «Мегафон-Москва».

Система обеспечивает доступ абонентов оператора связи к функциональным интерфейсам автоматизированной системы расчетов оператора по четырем физическим каналам доступа: IVR, WAP, WEB и STK. В сети оператора «Мегафон-Москва» данная система носит название «Сервис-Гид». Ознакомится с описанием функциональных возможностей системы можно на сайте оператора www.megafonmoscow.ru.

Анализ статистики по работе системы позволяет сделать вывод, что данной системой пользуются более 90% абонентов оператора, количество которых по состоянию на 1 января 2004 превысило 400 тысяч. Максимальное количество сессий открытых пользователями системы за сутки достигло отметки в 170 тысяч, а среднее число сессий открываемых одним пользователем системы в сутки увеличилось в два раза, что свидетельствует о росте популярности данной системы у абонентов оператора.

Экономический эффект от ввода в эксплуатацию системы «Центр самообслуживания абонентов» заключается в снижении нагрузки на центры обслуживания абонентов, что является существенным фактором в условиях постоянного увеличения абонентской базы оператора связи.

Опты успешной реализации и внедрения данной системы позволяет сделать вывод о эффективности использования многоуровневой распределенной архитектуры при построении автоматизированных систем расчетов за услуги электросвязи.

Заключение

.

В диссертационной работе были рассмотрены вопросы построения автоматизированных систем расчетов за услуги электросвязи.

Проанализированы требования предъявляемые к данным системам и общие тенденции развития таких систем. На основе проведенного анализа предложена архитектура построения автоматизированных систем расчетов за услуги электросвязи, позволяющая решать задачи обеспечения высокой производительности, отказоустойчивости и гибкости результирующих систем. Получены следующие основные результаты:

1. Предложена математическая модель функционирования автоматизированной системы расчетов за услуги электросвязи на основе многоуровневой распределенной архитектуры;

2. Разработан метод построения автоматизированной системы расчетов за услуги электросвязи на основе многоуровневой распределенной архитектуры;

3. Разработан комплекс алгоритмов функционирования автоматизированной системы расчетов за услуги электросвязи на базе многоуровневой распределенной архитектуры;

4. Спроектирована и реализована система «Центр самообслуживания». Впервые при проектировании такой системы была применена многоуровневая распределенная архитектура. Система была успешно внедрена в сетях операторов сотовой связи «Мегафон-Москва», «Мегафон-Самара» и других.