（信息与通信工程专业论文）电信pos系统的研究与开发.pdf

摘要 摘要 电信p o s 系统集成计算机软硬件技术、网络通信技术、系统工程技术实现了 电子化电信费用自助交费平台。系统以计算机局域网主机为核心，配置高可靠性 的软硬件和数据库并行服务器技术，通过p s t n 网络、d d n 网络和a t m 网络将多家 电信运营商帐务系统、银行和数百台p o s 终端集成在一起，为电信用户提供了全 天候自助银行卡划帐交费业务。同时，作为唯一获得银行认可，以账号和主密码 进行联机实时交易的非金融系统，系统首创国际领先的软硬件混合随机加密模式， 在不同的交易的过程中采用不同的加密参数对通信信息采用d e s 技术进行加密处 理，确保用户账号与密码在传输过程中的安全性与可靠性。系统现在高峰期日处 理能力达到1 0 万笔交易，并设有自动冲正机制和电子对帐系统，确保各环节的严 密性与帐务的准确。这种全新的交费方式简单快捷在不到3 0 秒的时间内即可完成 交费流程，电信p o s 系统方便了用户，减轻了营业厅收费压力，节约了人力物力 和时间上的投资，每月回收超过1 7 亿电信费用，自系统推出之初便深受广大用 户欢迎。三年多的运作表明电信p o s 系统完全达到了设计目的，产生了极好的经 济和社会效益。 本文详细地论述了电信p o s 系统的需求分析，分析了电信p o s 系统的网络组 成、系统结构、通信规范、安全管理等技术及相关的业务流程，并对其中的关键 技术进行了认真的研究与探讨，对p o s 系统中的主要硬件性能特性进行了技术介 绍。论文主要包括： 对于电信p o s 系统的业务需求、处理能力需求、网络通信需求、安全管理等 进行详尽的预测和分析。 介绍了系统主机服务器包括数据库服务器、应用服务器的软硬件构成，重点 分析了如何利用主机系统的群集技术和数据库并行服务器技术为系统提供的 高可靠服务。 深入探讨了系统网络通信结构包括p o s 系统与各帐务系统和银行系统的互联 技术，以及p o s 终端与p o s 系统通信技术，重点介绍了x 2 5 、s d l c 网络技术， 详细分析了t c p i p 与s d l c 协议在p o s 终端接入应用中的优劣。 分析系统的通信规范。主要介绍了i s 0 8 5 8 3 包的应用，并介绍了系统的安全 管理手段和d e s 加密技术，主要研究了密钥的使用和管理。 详细地分析了p o s 系统与各互联系统之间包括p o s 系统到终端、p o s 系统到帐 务系统、p o s 系统到银行系统的交易流程。 最后对系统的效益和成果进行了总结，并探讨了p o s 系统的未来发展。 华南理工大学工程硕士学位论文 关键词：网络；通信协议：数据安全：p o s 系统：i s 0 8 5 8 3 a b s t r a c t a b s t r a c t t h et e l e c o m m u n i c a t i o np o s s y s t e mi sa ni n t e g r a t i o no f t h et e c h n o l o g i e ss u c ha s c o m p u t e rh a r d w a r ea n ds o f t w a r e ，n e t w o r kc o m m u n i c a t i o na n ds y s t e me n g i n e e r i n g “s u p p l i e s t h e p l a t f o r m f o ra l lt h et e l e c o mu s e r st o p a yt h e b i l l b y e l e c t r o n i c a l s e l f s e r v i c e t h es y s t e mc o n s i s t so fm i n ic o m p u t e r si nl a n ，w h i c hb ec o n f i g g e d w i t hh i g ha v a i l a b i l i t ys o f t w a r ea n dh a r d w a r ea n dd a t a b a s ep a r a l l e ls e r v e r i tb u i l d sa n e t w o r kb yp s t n ，d d na n da t m a n di tc a nm a k eu s e r sp a yt h e i rb i l lb yc r e d i t c a r d2 4h o u r sad a y t h ep o si st h eo n l yo n es y s t e ma u t h o r i z e dt h eb a n d su pt on o w i no u rc o u n t r y ，b yw h i c ht h ec u s t o m e r sc a nv i s i tt h e i ra c c o u n ta n dp a yt h e i rb i l l s w ep r e s e n tan o v e le n c r y t i o na l g o r i t h mw h i c he m p l o y sb o t hs o f t w a r ea n dh a r d w a r e e n c r y t i o nm a c h e n i s m t h et e c h n i q u ei s i n l e a d i n gr o wi nt h ew o r l d u s i n gt h i s m e t h a d ，t h ed a t ao ft h ed e a l o p e r a t i o n a r e e n c r y p t e db y d e sw i t hd i f f e r e n t p a r a m e t e r s ot h et r a n s m m s i o no ft h ea c c o u n ta n dp a s s w o r di sv e r ys a f e n o wt h e p o ss y s t e mm a ys e t t l eu pm o r et h a n1 0 0t h o u s a n dd e a l i n gad a yw h i l et h es y s t e mi s i nt h er u s ht i m e t a k i n gt h ec o r r e c to fb i l l o p e r a t i o ni n t oa c c o u n t ，w es e tu pt h e a u t o m a t i cr e v e r s a la n dc o m p a r i s o ns y s t e m t h i ss e r v i c ec a nf i n i s ht h ed e a l i n gw i t h i n 3 0s e c o n d s oi ti s v e r yc o n v e n i e n tf o rc u s t o m e rt op a yt h et e l e c o mb i l l a n di t m a d et h et e l e c o mc o m p a n yc u ts h o r tt h ec o s tf e a s i b i l i t y ，t h es y s t e mh a sw o r k e df o r m o r et h a n3y e a r s ，a n di tf u l f i t st h ep u r p o s eo fb u i l d i n gp r o j e c t n o wt h es y s t e m c o u l ds o l v eo n eh u n d r e ds e v e n t ym i l l i o ny u a nd e a l i n gam o n t h a l lt h ef a c tp r o v e p o s s y s t e m i sb e n e f i tf o rb o t hc o m p a n ya n dc u s t o m e r s ， t h i s p a p e r h a s a n a l y z e d t h e a n a l y s i s o ft h ep o ss y s t e m l s r e q u i r e m e n t i t i n t r o d u c e st h ep o s s y s t e m sn e t w o r k ，s y s t e mc o n s t r u c t ，c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d s ， s e c u r i t ym a n a g e m e n t a n dt h er e l a t i v eb u s i n e s sf l o w a n di ts t u d i e st h e k e y t e c h n o l o g yi np o ss y s t e m ，a n di n t r o d u c e st h em a i nh a r d w a r e sc h a r a c t e r t h em a i n w o r ka r ea sf o l l o w s ： p r e d i c t sa n da n a l y e st h a tp o ss y s t e m sr e q u i r e m e n to nb u s i n e s s ，o p e r a t i o n ， n e t w o r kc o n n e c t i o na n ds e c u r i t ym a n a g e m e n t i n t r o d u c e st h es o f t w a r ea n dh a r d w a r eo ft h em i n ic o m p u t e r s ，i n c l u d i n gd a t a b a s e s e r v e r sa n da p p l i c a t i o ns e r v e r s t h ep a p e rf o c u so nt h et e c h n o l o g yo fc l u s t e r a n dd a t a b a s ep a r a l l e ls e r v e r ，w h i c hm a d et h es e r v e rh i g ha v a i l a b i l i t y s t u d i e st h e t e c h n o l o g yt h a ti n t e g r a t e t h ep o ss y s t e m ，p o st e r m i n a l s ，b i l l n l 华南理工大学工程硕士学位论文 s y s t e ma n db a n ks y s t e mi n t oan e t w o r k e s p e c i a l l y ，t h ep a p e ri n t r o d u c e sx 2 5 a n ds d l c ，a n dt h ec o m p a r i s o na b o u tt c p i pa n ds d l ci nt h ep o sn e t w o r k i n t r o d u c e st h ei s 0 8 5 8 3m e s s a g ef o r m a t d e se n c r y p tm e t h o da n dt h ee n c r y p t k e y sm a n a g e m e n t a n du s e i n t r o d u c e st h ef l o wf r o mp o ss y s t e mt ob i l l s y s t e ma n db a n ks y s t e m a n d t h e f l o wf r o mp o ss e r v e rt op o st e r m i n a l s f i n a l l yd e s c r i b e dt h es y s t e m sb e n e f i t a c h i e v e m e n ta n df u t u r e k e y w or d ：n e t w o r k ；p r o t o c o l ：d a t as e c u r i t y ：p o ss y s t e m ：i s 0 8 5 8 3 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进 行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 二一， 作者签名：f 窜刊产 日期： 2 0 0 3 年月乙几 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规 定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密囤。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：蕊毒比 刷磁氢冯锄 瑚氧碜砌 日期：钐乃年7 月z y 日期：知乃年，月乙日 第一章绪论 1 1 电信p o s 系统简介 第一章绪论 随着科技日新月异的发展，货币电子化的趋势正在现代化的城市不断普及， 不单是银行及金融界、公共事业以至各行各业商户，为增强竞争力都先后推出各 项以r c 卡或磁卡为基础的增值服务。内容也不斯攘陈出新。p o s ( p o i n t0 fs e l l ， 电子收款机系统) 己成为商家提高自身竞争力的营商利器，它的优点在于： l 、成本效益：p 0 s 系统能大幅节省营运成本，减省人手以作资源调配； 2 、效益和效能：p o s 系统处理每宗交易需时少节省时间，可避免人为错误： 3 生产力：p o s 系统可在任何室内外环境提供2 4 小时不停服务： 4 、安全：电子交易可免除现金交易的风险： 5 、弹性：p o s 系统可通过遥距软件程式强化或更新应用，提供灵活多样的电子交 易服务； 6 、增值服务：通过p o s 系统可提供缴交其他公用事业服务费，售卖其他公用事、世 票务的服务，增加业务收入； 7 、形象：p o s 系统的使用能大幅提升公司声誉， 电信p o s 系统是利用计算机软硬件技术、网络通信技术、系统工程技术开发 实现的一种公共电子化交费系统。它以计算机局域网主机为核心，主机采用了 c o m p a q 公司具有高性能、高可靠性的小型机e s 4 0 系统，并采用了具有较强的开 放性u n i x 操作系统组成群机系统进一步确保了主机的运行稳定。电信p o s 系统通 过p s t n ( p u b l i cs w i t c h e dt e t e p h o n en e t w o r k ，公众交换电话网络) 采用 s d l c f s v n c h r o n o u sd a t al i n kc o n t r o l ，同步数据链路控制) 协议连接p o s 终端，通 过d d n ( d i g i t a ld a t an e t w o r k ，数字数据网络) 网采用t c p i p 协议和x 2 5 协议 将各运营商的帐务中心、商业银行集成在一起，采用现代电子商务中通用的 s 0 8 5 8 3 技术规范及对称密钥体系加密算法对数据通信进行加密控制，从而保证 了电信p o s 系统的数据安全，实现了公共交费资源的充分共享，是中国第一个最 具电子化特征的公共收费网络。同时作为唯一获得银行认可，以账号和主密码 进行联机实时交易的非金融系统，它首创国际领先的软硬件混合随机加密模式， 每次操作均采用不同的加密参数，确保用户账号与密码在传输过程中的安全性与 可靠性。该系统具有日处理1 0 万笔交易的能力。并设有自动冲正机制和电子对帐 华南理工大学工程硕士学位沦文 系统，保证了每个环节的严密性与帐务的清晰准确。这种全新的交费方式简单快 捷，无需任何手续和额外费用，在不到3 0 秒的时间内即可完成整个流程，因此自 l 9 9 9 年5 月推出之初便深受“大用户欢迎，被誉为真正的便民服务工程，并获得 9 9 年度广东电信科技进步一等奖、广州电信科技进步特等奖的殊荣，各大媒体如 北京青年报、广东通信报、羊城晚报、广州日报、粤港信息报、香港 大公报、电子商务、广州电视台、广东电视台、商业电视台等纷纷对之给予 极大好评，山东、大连等省市电信和银行部门领导也慕名前来参观考察。 1 2 电信p o $ 系统产生背景和现状 电信p o s 系统当初的推出是基于当时广州电信2 0 0 多万的电话用户其中有 7 0 的用户选择了现金交费。而用户群的交费趋势是集中于欠费停机前后的一两天 内，从而造成了交费高峰期各大电信营业厅人满为患，在高峰期平均每天的交易 数量超过2 0 万笔，令广大用户不得不饱受排长队之苦，营业厅的营业员也不得不 忙碌地工作以应付用户的需求，即使如此高峰期间个别用户因磨擦而发生争吵乃 至破坏性事件时有发生，此现象被用户和媒体戏称为交费难。正是有见及此，广 州电信适时地推出了2 4 小时全天候的电信自助交费p o s 系统( 交费易) 有效地疏 导高峰期的交费用户，为用户节省了在营业厅排队时间，也为企业及早收同资金 提供了高速而有效的途径。 为更好地解决“交费难”的问题，广州电信的技术人员和业务人员跑遍广州 市区和城乡结合部，积极勘察装机，让近4 0 0 台电信p o s 系统( 交费易) 自助终端 广泛分布在广州的各个街道和小区并在从化和增城等市郊也安装了部分终端。 这些终端服务时间长，为广大市民提供了随时就近刷卡自助交费的方便，深受市 民欢迎。 电信p o s 系统经过近年来的发展已经从原来单一地服务于广州电信的收费系 统，发展到今天面向中国移动、中国联通等不同运营商的收费系统，收费种类涵 盖长市话费、移动话费、l 6 3 1 6 9 上网费、1 8 l 寻呼台费、信息费等项目，近期还 将增加更多的收费种类。从系统投产初期只能通过四大专业银行的银行卡交费到 现在覆盖各大商业银行的银行卡都能交费，目前系统联网银行也发展到包括中国 银行、中国工商银行、中国农业银行、中国建设银行、中国交通银行、招商银行、 一东发展银行、深圳发展银行、华夏银行、邮政储蓄、中信实业银行、民生银行、 中国农村信用合作社、光大银行等十四家主要的银行。目前系统的每月的成功缴 费交易数量达到7 0 万条以上，最高交易记录( 含交费、查询及失败交易) 曾达9 l 万多笔交易，每月回收超过1 7 亿的话费金额，真正地实现了交费易的目标。 第一章绪论 广州电信并没有满足于已经取得的成就，2 0 0 0 年6 月2 8 日他1 r 又推出了“网 上交费易”这一新的业务，满足了现代人“网络化生存”的需求，再次向电子商 务迈出了坚实的一步。“网上交费易”利用现有资源拓展“交费易”业务，进一步 方便了用户，减轻了营业厅收费压力，节约了人力物力和时间上的投资，可以说 是用户、电信运营商双赢的成功决策。广州电信深深知道对用户的服务是没有止 境的，为了彻底解决交费难的问题，广州电信又与相关银行合作，利用电信p o s 系统( 交费易) 平台开发了银行联机批量代扣等收费模式，以方便用户能定期自动 从银行存折中扣除电信费用。用户只要到电信局营业前台办理了代扣话费业务申 请，就可以不再操心缴纳电信费用的事情，更不会有忘交电话费而导致停机的忧 虑，因为电信p o s ( 交费易) 系统将按月请求银行在用户账户上扣取电信资费。三 年多的运作表明电信p o s ( 交费易) 系统完全达到了设计目的，产生了极好的经济 和社会效益。 1 3 小结 电信p o s 系统工程规模大，涉及的技术面广，本文主要就整体的系统结构与 设计的研究进行论述，详细介绍工程涉及的如下内容： l 、p o s 系统的需求分析： 2 、主要设备( 包括主机系统、网络接入控制设备、协议转换设备、p o s 终端设备 等) 性能、技术规范； 3 、工程涉及到d d n 和p s t n 的通信技术和数据安全控制技术： 4 、p o s 系统的交易实现流程( 包括查询、交费、冲正、测试等流程) ： 5 、p o s 系统的存在问题和进一步扩容方案。 本人在电信p o s 系统工程中主要负责计算机体系结构、通信网络结构，备系 统间通信规范的整体性方案规划和设计，以及计算机服务器、网络设备、数据库 等软硬件的安装、凋试及优化工作。因为此系统中的软件编程属于另一开发组的 工作，在工程实施及以后维护中本人并末参与软件开发工作。所以本文中主要就 整体性的规划、设计及p o s 系统网络中特殊的通信协议、传输方式进行详细论述， 而对软件的编写不作详细论述。 本文一开始就简介电信p o s 系统的概况，使读者产生整体的概念，再分析p o s 系统的总体需求。然后根据需求分析的结果介绍p o s 系统的系统结构，并进一步 对p o s 系统中的各主要组成和实现流程进行详细研究和分析。以下是各章的主要 内容： 电信p o s 系统的需求分析：本章对系统建设的必要性进行分析，并科学地预 华南理工大学工程硕士学位论文 测系统业务需求根据业务需求确定系统所必须具备的处理能力和网络通信的组 网方式及各子系统之间通信协议的选择，并分析了系统安全方面的需求。 p o s 系统结构简介：概括地描述了系统的整体结构及与外部系统的通信连接 方式。对系统的各部分功能进行了扼要的介绍，简述了p o s 系统的交易流程。 p o s 主机系统的构成：介绍系统的数据库服务器和应用服务器设备选型及数 据库软件选型的原则及结果，分析了小型机e s 4 0 和数据库o r a c l e 8 的性能和特点， 针对设备和软件中的高可用应用进行详细研究。最后介绍了系统中所选用的三种 p o s 终端的性能。 p o s 系统网络通信接口的实现：分析了p o s 系统内部联网的实现方法，与外 部系统通信的方式及协议的选用原则，并详细介绍了联网设备的性能。本章重点 研究了d d n 技术、x 2 5 技术和p o s 终端与p o s 系统通信方式。 p o s 系统接口通信安全的实现：分析并研究了 s 0 8 5 8 3 标准中的包信息类型 和包格式。介绍系统通信采用的d e s 加密技术的原理。分析系统中密钥的管理和 使用。 p o s 系统交易流程的实现：本章详细地介绍了p o s 终端、p o s 系统与电信运营 商帐务系统、p o s 系统与银行系统三个方面各自的交易流程。 结论：分析了系统的运行结果和系统的成果与效益。对系统存在问题进行探 讨，对系统的未来发展进行了分析。 4 第二章电信p o s 系统的需求分析 第二章电信p o s 系统的需求分析 2 1 业务需求分析 电信p o s 系统在容量和性能上应能满足5 年( 即到2 0 0 4 年底) 的业务需要，还 需要充分考虑到系统的可扩充性，结合应用软件的设计来满足未来的需要，系统 未来的扩展和丹级要做到尽量平滑。系统在实现过程中需遵循的技术原则： l 、开放性：基于业界开放式标准，为未来的业务发展奠定基础： 2 、灵活性与可扩展性：能通过平滑的方式方便地扩展设备容量和提升设备性能； 具备支持业务处理的灵活配置，业务功能重组与更新的灵活性； 3 、安全可靠性：提供良好的安全可靠性策略支持多种安全可靠性技术手段，制 定严格的安全可靠性管理措施： 4 、先进性：采用先进的成熟的设备和技术，确保系统的技术先进性，保证设各投 资的有效性和延续性。 2 1 1 电信交费状况分析 由于电信业务的氏途话费、市内通话话费、移动话费、r 几c e r n e t 上网费等 业务的汁费以月为单位，交费时间及欠费停机时间相对集中，持别是在电信p o s 系统建设的时期即1 9 9 9 年电信与移动的收费时间都是从每月的1 日到2 5 日， 2 5 目后若用户欠费则采取欠费停机的措施，因此每，e 的2 0 目到2 7 目部是电信费 用回收的高峰期( 即欠费停机的前j 天和停机后的2 天，2 0 0 2 年电信和移动部分 别修改了缴费期限和欠费停机时间，电信交费周期按自然月进行，所以高峰期变 为当月2 5 目到次月2 日：而移动交费周期为每月5 日到2 0 目，高峰期为l5 日到 2 2 日) 。随着近年来的电信费用大幅下阔和取消电话初装费，电信市场竞争异常 激烈，导致电信用户数量成倍增长，至2 0 0 2 年底电信用户己接近3 6 0 万，数据用 户接近5 万，移动及联通的手机用户总数也超过3 5 0 万。基于中国人的传统消费 观念和习惯，在电信用户群中直接通过现金缴纳话费的用户占眉户总数的7 0 以 上，因此在高峰期缴交电话费难的矛盾也日益尖锐。这一一现象不仅给用户带来极 大的不便，而且增加电信营业窗口的压力和运营成本甚至导致用户与运营商间 不必要的纠纷。 华南理工人学_ l 程硕士学位论文 2 1 2 电信p o s 系统建设的必要性和定位 在现在激烈的电信市场竞争中，电信用户对电信服务提出了更多更高的要求。 急用户所急，想用户所想是电信企业从垄断走向竞争所必须面对的新挑战。如何 增加用户的忠诚度，挖掘用户的潜在消费的关键在于企业的服务，只有得到用户 满意和认可的服务才能争取用户，才能在市场上战胜竞争对手。电信费用是电信 企业生存和再发展的资金来源，资金的回收越早对于企业的运营越有利。为了满 足用户的要求，也为了及早回收资金，广州电信不断地通过改善内部的业务支撑 系统来提升自身的服务质量去赢得市场的竞争。 因此，广州电信着手电信p o s 系统的建设，它为电信用户提供一种全天候的 灵活的交费方式一一使用银行卡支付电信费用。广州电信p o s ( 交费易) 系统于 1 9 9 9 年5 月正式投入使用。为了提高系统知名度和实用性，同时也为了获得更大 利润并降低运行维护成本电信p o s 系统的建设规划定位为向所有电信运营商的 帐务回收服务，并进一步扩大服务范围到为所有社会收费系统服务。为了能使更 多用户能使用该系统，工程建设要求电信p o s 系统必须能接受社会上的绝大多数 银行卡的缴费交易。 为此，建成的电信p o s 系统将广州电信的电信帐务中心、广州联通的帐务中 心、广州移动的帐务中心和广卅i 电信1 8 i 寻呼台计费中心与中国工商银行、中国 农业银行、中国银行、中国建设银行等各大商业银行的账务处理中心通过计算机 网络平台集成在一起，使电信费用的支付能通过主流的银行卡进行转帐和结算。 2 1 3 电信p o s 系统的业务描述 用户使用本业务前，必须先在与电信p o s 系统合作的银行办理了借记卡、信用 ( 磁卡) 。用户利用银行卡在自助式p o s 交费终端上刷 ，输入交费密码后按确 认键，然后输入业务代码，再输入需要交费的电话号码，p o s 终端对该卡进行识 别后将有关数据打包后送往电信p o s 系统交费数据处理中心，交费数据处理中心 主机对数据的合法性( 卡、终端、银行帐号、电话号码及其它联机信息) 进行检查 后，再将数据送往相对应的电信运营商的帐务中心，帐务中心经过确认后将有关 交费数据传至数据处理中心，帐务中心数据处理中心将应交费金额传送至p o $ 系 统告之用户，用户确认后即可通过数据处理中心从联网发卡行扣除应交费金额， 与此同时电信的帐务中心应实时地对该用户做交费标志。p o s 系统交费数据处理 中心主机在得到银行及帐务中心确认后向p o s 终端传送交费确认信息，p o s 终端 向用户打印话费收据。 第二章电信p o s 系统的需求分析 2 2 系统处理能力需求分析 2 2 i 业务量预测 预计到2 0 0 4 年底，中国电信固网电话达到5 0 0 万用户，数据业务( 1 6 3 帐号、 a d s l 、l a n 等宽带用户) 达到5 0 万。移动与联通的手机用户数达到5 0 0 万用户。 寻呼台用户因为移动用户的普及将会大幅萎缩甚至消亡，所以其业务量对系统造 成的压力将会较少。业务需求主要以电信、移动及联通的用户作为估计对象。 i ) 假定中国电信的用户( 4 5 0 万固网电话+ 5 0 万数据用户) 有7 0 以上使用现金交 费，而其中有2 0 的用户使用电信p o s 系统进行交费，p o s 系统中电信用户的 估计使用量为： ( 4 5 0 + 5 0 ) 7 0 2 0 = 7 0 ( 万用户) 2 ) 假定移动、联通的用户中有6 0 的预缴费用户，其它4 0 交费用户中的7 0 使 用现金交费，这部分用户因移动、联通的营销服务及优惠政策其中可能只有 1 0 会使用电信p o s 系统，p o s 系统中移动用户的估计使用量为： 5 0 0 4 0 7 0 l o = 1 4 ( 万用户) 3 ) 按1 ) 和2 ) 对业务量的估算，每月电信p o s 系统的业务总量为7 0 万电信用户和 l 4 万移动用户共8 4 万笔交易。假定交费高峰期业务量最集中的两天内的业 务量占电信p o s 系统业务量的2 5 。高峰期每天的电信p o s 系统业务最为： ( 7 0 0 0 0 0 + t 4 0 0 0 0 ) 2 5 2 = 1 0 5 ，0 0 0 ( 笔交易) 4 ) 高峰期6 5 的交易集中在当天的6 个小时内成交，则交费高峰时每秒的交易量 为： l 2 6 ，8 7 5 6 5 6 3 6 0 0 = 3 1 6 ( 笔交易秒) j ) 假定查询和管理类( 后台维护和管理人员对p o s 系统进行的相关操作) 的交易数 量为交费交易的2 倍，则高峰期p o s 系统每秒要处理的交易总量为： 3 1 6 + 3 1 6 2 = t 0 ( 笔交易秒) 6 ) 每笔交费交易包括查询和付费两个子交易，这才是p o s 系统服务器必须处理的 实际交易，所以高峰期p o s 系统的t p s ( t r a n s a c t i o np e rs e c o n d ，每秒事务 数) 负荷为：1 0 2 = 2 0 ( t p s ) 。用户需求设计的目标应该为实际需求的1 5 倍以 保证系统有足够的处理余量和适应突发性的业务量增长因此业务处理需求 为：2 0 1 5 = 3 0 ( t p s ) 。 7 ) 因为电信p o s 系统的事务处理主要针对在线的数据，而且交易的数据量小、响 应速度要求高、事务处理频率大所以系统属于典型的o l t p ( o n l i f i e 华南理工大学工程硕士学位论文 t r a n s a c t i o np r o c e s s i n g ，在线事务处理) 应用。考虑到实际应用开发方式和数 据库与标准测试所采用的方式不同，借鉴国际公认的权威的事务处理性能测试 标准组织t p c ( t r a n s a c t i o rp r o c e s s i n gp e r f o r m a n c ec o u n c i l ，事务处理性 能委员会) 对o l t p 的测试标准，以每个t p s 折合4 个标准事务处理t p c c 估算。 t p c c 是t p c 组织专门用于o l t p 事务的性能评测标准，其评测单位为 t p m c ( t r a n s a c t i o n p e rm i n u t e ，每分钟事务量，c 是指t p c c 标准，t p c 组织 还有其它如t p c a 、t p c b 、t p c d 等针对不对应用范畴的评测标准) 。考虑到 系统性能的富余需求( 按4 0 估算) ，p o s 系统服务器每分钟的处理能力所要求 达到的峰值约为： 3 0 4 ( 1 + 4 0 ) 6 0 = 1 0 ，0 8 0 ( t p m c ) 2 2 2 服务器的性能需求 i 、对于服务器的硬件性能需求： l ) 由2 2 1 的需求估算，可知电信p o s 系统的主机服务器性能应该满足 l 0 ，0 8 0 t p m c 的事务处理能力。 2 ) 作为一个7 2 4 小时全天候为广大电信用户提供服务的重要系统，要求主机服 务器除了能提供高性能的服务外，还要求主机服务器能够满足高可靠性、高可 扩展性的需求。因此，服务器应该能支持服务器的集群( c l u s t e r ) 的功能，以 提高整体系统的高可用性减少停机时间。 3 ) 为了保证系统的数据完整性，避免出现系统的单点故障造成数据库的不可恢 复，服务器所连接的数据存储设备与集群内的每台主机连接应该提供至少两条 数据i o 通道。 4 ) 存储设备必须支持磁盘的r a i d ( r e d u n d a n ta r r a y0 fi n e x p e n s i v ed i s k s ，价 廉硬盘冗余阵列) 技术，能为服务器的数据存取提供r a i d o 、r a d 1 、r a i d 0 + l 、 r a i d 5 等磁盘冗余技术去提高磁盘数据的高可靠性。当然，存储设备的数据通 信应该有极高的i 0 性能，避免成为整个系统的瓶颈。 2 、以上是对于系统的硬件设备的需求，对于软件方面的需求如下： l ) 一个完善的系统应该具有良好的开放性、互联性和维护的简易性。 2 ) 选用的服务器必须能运行在一个开放的操作系统中，这样才能保证系统的开放 性、可移植性。系统的应用软件也必须具有较高的可移植性，以保证系统设备 或操作系统的更换或升级，只须对软件进行简单的编译工作，而不必对应用软 件进行大规模的重新设计和编程工作即可移植到新系统上。这一点对日后的系 统扩容及灾难恢复工作十分重要同时采用开放的操作系统和通用的应用编程 第二章电信p o s 系统的需求分析 软件便于与其它系统的互联，这样才能使整体系统易于趋向商品化以及进行市 场推广，对于减少系统日后的运行维护费用也有积极意义。 3 ) 操作系统的安全性也是必须考虑的因素。目前服务器端的操作系统主要是 w i n d o w sn t 2 0 0 0 与u n i x 系统之争。为了保证服务器的安全、稳定和高性能， 对于如此重要的电信服务系统，操作系统应该采用具有开放性标准的u n i x 操 作系统。因为u n i x 系统能提供较w i n d o w s 系统更高的安全性和稳定性。更重 要的是u n i x 系统比w i n d o w s 系统在支持多c p u 共同运作以及c p t j 的多线程的 技术上更加成熟、更加稳定，这对于p o s 系统的运行效率、处理能力等性能指 标非常重要因此p o s 系统应该选用u n i x 操作系统。 4 ) 因为电信p o s 系统是典型的o l t p 应用，所以对于系统的数据存储、处理及查 询应该采用通用的具有开放性的关系型数据库进行管理，采用标准的s q l 语言 进行业务处理，从而确保应用的标准性及可移植性。 2 3 网络通信技术需求分析 电信p o s 系统的功能和性质决定此系统是一个开放性互联系统。它必须通过 先进和可靠的网络通信技术把各运营商的帐务系统、银行系统及p o s 终端机有效 地集成起来为广大的用户提供方便、可靠、稳定的服务。 2 3 1p o s 系统应用层协议的选择 各系统之间的网络物理层、数据链路层甚至传输层通信协议可以不同，但作 为一个开放的电子商务平台，数据传输交换的应用层协议必须遵循目前在金融行 业中最主流、最通用的通信协议。而且此协议必须符合国际标准，它应该在现有 的电子商务中取得广泛的成功，能让各大银行统一接受和认可，尤其是各大银行 已经正式采用到实用系统中的标准协议。由此可见。此数据传输协议非 s 0 8 5 8 3 标准莫属。1 s 0 8 5 8 3 标准是金融数据报文标准， s 0 8 5 8 3 数据报文格式是现在银行 、所通用的报文交换格式。它描述了银行发卡机构与营销代理机构之间进行金融 事务通信交换信息的通用接口，包括信息结构、格式和内容、数据元素及其赋值 标准。1 s 0 8 5 8 3 规范对于交易报文通信的建立保持和结束步骤、报文代码发送的 方法和报文代码接收的方法有详细的规定。 # 南理工大学工程硕士学位论文 2 3 2 与电信内部系统连接的需求 作为一个由广州电信投资建设的p o s 系统首先要面对的主要服务对象必然是 广州电信的固话用户和数据用户。基于广州电信现已在全市范围内建设了高速的 骨干速率达到o c l 2 ( 6 2 2 m b p s ) 的a t m ( a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ，异步传输模 式) 广域网( w a n ，w i d ea r e an e t w o r k ) ，网络覆盖了电信帐务系统和1 8 l 寻呼台收 费系统。而且电信p o s 系统的机房与电信帐务系统机房位于广州电信的天河电信 大厦内的不同楼层，所以p o s 系统接入到广州电信的a t m 网络实现与帐务系统和 寻呼收费系统的互联就非常简单了。为了能提供快捷可靠的通信保证，同时又能 保证p o s 系统的相对独立，p o s 系统与广州电信的a t m 网络的连接应该采用p o s 系统中由若干台主机服务器组成的局域网( l a n ，l o c a la r e an e t w o r k ) 通过路由器 采用i o o m 以太网双绞线直接接入到电信帐务系统机房的a t m 交换机上，实现p o s 系统到帐务系统的高速互联，同时又能借助电信a t m 网络与寻呼收费系统实现宽 带互联。 随着互联网的迅速普及和流行，t c p i p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o l p r o t o c o i i n t e r n e tp r o t o c o l ，传输控制协议网际协议) 已经成为了计算机系统 互联的事实标准，虽然它与围际标准化组织( i s o 【n t e f n a t i o n a lo r g a n i z a t i o r f o r s t a n d a r d i z a t i o n ) 所定义的开放式系统互联参考模型( o s i o p e ns y s t e m 【n t e r c o n n e c tr e f e r e n c er o d e l ) 结构存在区别，但t c p i p 协议的结构简单，实 现方便，而且t c p i p 作为一种免费的专利融入到u n i x 操作系统，因为美国u n i x 操作系统广泛地受到学术界的青睐，因而t c p i p 得到了众多厂商的支持，使 t c p i p 在计算机系统的互联协议中占据了统治地位，从而成为事实标准。“广州 电信的a t m 网络是以a t m 交换技术为基础，实现各主机之间的t c p i p 协议的通信 的网络。由此可见，t c p i p 侨议理所当然地成为p o s 系统与电信内部网络互联互 通的通信协议。 2 3 3 与电信外部系统连接的需求 由上一节分析可知，t c p i p 协议已经是当今计算机系统互联的事实标准。因 此在与外部系统互联也应该尽量采取相同的通信协议，从而保证系统的开放性和 统一性。当然也必须考虑对方的网络系统结构，避免破坏对方的系统结构独立性 和完整性。 由性能的需求分析可知，在交费高峰期最高的处理交易数量为3 1 6 笔交易 秒。假定所有交易都是移动手机用户的交费交易，p o s 系统主机服务器向移动帐 o 第二章电信p o s 系统的需求分析 务中心发送的信息为4 笔交易( 3 1 6 取整) ，每笔交易的信息应为手机号码( 1 1 个 字节) 、交易类型( 1 个字节) 及其它辅助信息；移动帐务系统向p o s 系统返回的信 息为手机号码( 1 l 位字节) 、用户名称( 2 0 位中文字符，即4 0 个字节) 、应交金额( 小 于1 0 个字节) 及其它辅助信息。因为通信线路一般采用全双工通信方式，所以估 算线路的最大传输数据量只需考虑信息最大的一方即移动帐务系统发送的信息。 根据i s 0 8 5 8 3 协议的域定义，因为通信的信息量较少，所以大部分的私有域可以 少用或不用，而公有域的字节数不超过8 0 0 字节，由此可见每笔交易信息的最大 数据最应不超过l k 字节4 笔交易的数据量应小于4 k 字节，因此线路的传输速 率应大于4 k 8 = 3 2 k b i t s 即可满足高峰期的数据通信需要。 对于银行支付系统的交易，p o s 系统发送的信息有帐号( 2 2 个字节) 及辅助信 息，而银行向p o s 系统的返回信息为成功与否及辅助信息根据i s 0 8 5 8 3 协议的 定义此两项信息都在公有域中，因此通信线路的传输速率可低于p o s 系统与移动 帐务系统的线路速率。 因为在线路上传输的数据不但涉及用户的个人资料，更涉及到交易中的银行 信息( 包括帐号及密码) ，所以通信线路必须有良好的安全性和保密性。线路的选 择必然要选择独立的或私有的通信线路而不能在公开的网络( 如互联网) 上传送。 基于p o s 系统是由广州电信投资建设，而且广州电信的通信网络远比其它运营商 的网络要健全和完善，所以电信的专线成为p o s 系统与其它运营商、与银行支付 系统互联线路的必然选择。