（计算机应用技术专业论文）电信联机采集计费系统预处理模块的设计与实现.pdf

西南交通大学研究生学位论文第1 页 摘要 随着电信业务的发展和服务质量要求的提高，向广大电信客户提供客观、 公正、准确、及时的计费服务变得越来越重要。同时市场竞争日趋激烈，电信 运营商要随时掌握各类客户的信誉，以提供不同的优惠政策；电信运营商要按 客户和业务量增减通信设备和通信线路。为了满足这些要求，必须实现联机实 时计费，使电信业务运营者及时生成话单，掌握用户业务使用情况，及时对数 据进行统计分析，然后对用户的行为进行管理。 本论文根据a 市电信局的计费现状和详细需求，设计了一个联机采集计费系 统，并实现了其中一个十分重要的模块：汇集机预处理模块。 本人在论文中所做的主要工作如下： ( 1 ) 详细地设计了联机采集计费系统中的汇集机子系统，对子系统中的模块 功能、接口、界面均作了描述； ( 2 ) 在分析r s a 算法和a e s 算法的基础上，提出了一种性能更好的混合加解 密算法； ( 3 ) 在分析a x e i o 、e w s d 、s 1 2 4 0 交换机文件的基础，提出了一套适用于 解析任何交换机文件系统的设计方案，为系统的升级及扩展提供了广泛的空间： ( 4 ) 在分析用户提出的过滤规则的基础上，设计了一套实现复杂的过滤规则 的算法； ( 5 ) 在分析各种交换机数据格式的基础。e ，设计了一套完整的格式转换函 数，简化了整个分拣流程的处理： ( 6 ) 阐述了系统测试的步骤，并对测试结果进行了分析。 目前，本文设计的联机采集计费系统已经在实践中正式运行，事实证明， 联机实时采集准确度高、故障率低、劳动强度小、实时性强，将有利地推动电 信计费系统的发展。 关键词：电信；联机采集计费；预处理；分拣规则；交换机文件 西南交通大学研究生学位论文 第1 顷 _ _ _ 一 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft e l e c o mo p e r a t i o na n dt h ei m p r o v e m e n to fs e r v i c e q u a l i t y , i t i s g e t t i n gm o r ea n dm o r ei m p o r t a n tt op r o v i d ei m p e r s o n a l , j u s t ，e x a c ta n d t i m e l yb i l l i n gs e r v i c et ov a s tt e l e c o m c l i e n t a tt h es 锄et i m e m a r k e tc o m p e t i t i o ni s f u r r i e ra n df u r r i e r t e l e c o mc o r p o r a t i o n sp r e f e rt om a s t e r i n gc r e d i ts t a n d i n go fa l l k i n d so fc l i e n t si no r d e rt o p r o v i d e d i f f e r e n tf a v o u r a b l ep o l i c i e s a n dt e l e c o m c o r p o r a t i o n s w i l li n c r e a s eo rd e c r e a s ec o m m u n i c a t i o n e q u i p m e n t s a n d c o m m u n i c a t i o nl i n e sa c c o r d i n gt ot h en u m b e ro fc l i e n t sa n do p e r a t i o n s i no r d e rt o m e e tt h e s e n e e d s ，i t i s n e c e s s a r y t or e a l i z eo n l i n er e a l t i m e c o u n t i n g a s a r e s u l t ，t e l e c o mc o r p o r a t i o n s w i l l g e tb i l l i n g d a t a si n t i m e ，m a s t e r c l i e n t o p e r a t i o n ，a n a l y s e t h eb i l l i n gd a t a si nt i m ea n dm a n a g eb e h a v i o ro f c l i e n t s a c c o r d i n g t oc o u n t i n ga c t u a l i t ya n dd e t a i l e dd e m a n do fa c i t y , t h et h e s i sd e v i s e s a no n l i n e c o l l e c t i n g a n d c o u n t i n gs y s t e m a n dr e a l i z e sa v e r yi m p o r t a n t m o d u l e ：p r e t r e a t m e n tm o d u l e o f i n f u xc o m p u t e n i nt h et h e s i s ，ih a v ed o n es u c h t h i n g sa sf o l l o w s ( 1 ) d e s i g n i n g i n f l u x c o m p u t e rs u b s y s t e m o fo n l i n e c o l l e c t i n g a n d c o u n t i n g s y s t e ma n dd e s c r i b i n gm o d u l e sf u n c t i o n s ，s u r f a c e s ，i n t e r f a c e si nt h es u b s y s t e m ( 2 ) b a s e do na n a l y s i n gr s aa n da e sa l g o r i t h m i c ，b r i n gf o r w a r d i n gab e t t e r m i x e d e n c r y p t i o na n dd e c r y p t i o na l g o r i t h m i c ( 3 ) b a s e do na n a l y s i n gs w i t c hf i l e s s u c ha sa x e l 0 ，e w s da n ds 1 2 4 0 ，p u t t i n g f o r w a r das u i to f d e s i g n i n gp r o j e c tt h a ti s f i tt or e s o l v ea l ls w i t c hf i l e s s y s t e m a sa r e s u l t ，u p g r a d i n ga n de n l a r g i n g o f s y s t e m i sb r o a d ( 4 ) b a s e do na n a l s z i n gf i l t r a t i o nm l e so fu s e r , d e s i g n i n gas u i to fa l g o r i t h m i co f r e a l i z i n gc o m p l i c a t e d f i l t r a t i o nr u l e s ( 5 ) b a s e do na n a l y s i n gd a t af o r m a to fa l lk i n d so fs w i t e h s ，d e s i g n i n gas u i to f i n t e g r a t e df o r m a tc o n v e r s i o nf u n c t i o n ss ot h a te n t i r ep r o c e s si se a s y ( 6 ) d e s c r i b i n g t h es t e po f s y s t e m t e s t i n ga n da n a l y z i n gt e s i n gr e s u l t s a tt h ep r e s e n tt i m e ，t h eo n l i n ec o l l e c t i n ga n dc o u n t i n gs y s t e md e s i g n e di nt h e t h e s i sh a sr u ni nd u ef o r m t h ef a c t p r o v e st h a t d a t ai s t r u e r , f a i l u r ei sl e s s ，w o r k i n t e n s i o ni sl e s s ，r e a lt i m ei sb e t t e ri nt h eo n l i n ec o l l e c t i n ga n d c o u n t i n gs y s t e ma s a r e s u l t ，t e l e c o mc o u n t i n gs y s t e mi sg o i n gt od e v e l o pb e t t e r k e yw o r d s ：t e l e c o m ；o n l i n ec o l l e c t i n ga n dc o u n t i n g ；p r e t r e a t m e n t ；s w i t c hf i l e s 亘壹窒望查兰塑窒圭兰笪笙塞 篁! 里 1 1 引言 第1 章绪论 随着中国信息产业的迅猛发展以及中国电信集团工司的成立，中国电信正 不断加大变革力度，积极迎接加入w t o 后所面临的挑战，同时电信计费作为电 信运营系统的一个重要部分，电信集团公司f 在全国范围内推动计费帐务系统 的改造工作，并进一步明确了联机采集计费的技术规范和建设目标“。 目前，国内大多数电信运营商已实现联机采集计费，但仍有少量的地、市 电信运营商采用传统的点对点脱机计费方式。这种点对点脱机计费方式的工作 流程是：每月出账时，由机房现场的维护人员将计费文件复制到各种可以运输 的存储介质上，送至相应本地网计费中心进行分拣、划价及帐务处理。显然， 这种落后的方式已不再适应时代的发展i j 。 随着电信业务的发展和服务质量要求的提高，向广大电信客户提供客观、 公正、准确、及时的计费服务变得越来越重要。同时市场竞争日趋激烈，电信 运营商要随时掌握各类客户的信誉，以提供不同的优惠政策；电信运营商要按 客户和业务量增减通信设备和通信线路；对出现异常和恶意话费的客户，电信 企、l k 应及时发出提醒和警告，乃至强行停止服务，以最大程度地减少损失。为 了满足这些要求，必须实现联机实时计费，使电信运营者及时生成话单，掌握 用户、眦务使用情况，及时对数据进行统计分析，然后对用户的行为进行管理。 脱机采集计费联机采集计费 计费人员的工作强 度 非常大非常小 计费准确性较好非常好 计费时延几天几分钟 用户反馈情况不满意非常满意 同行业竞争力很弱很强 表卜l 脱机采集计费方式与联机采集汁费方式对照表 西南交通大学研究生学位论文 第2 页 由表卜1 我们可以看出，联机采集计费方式相对丁- 脱机采集计费方式优势 明显，因此，各大电信运营者采用联机采集计费势在必行。 1 2 课题背景与研究内容 目前一部分电信公司本地网的计费方式为点对点脱机采集计费处理方式， 即每个数据采集源( 端局、汇接局、长途局) 通过脱机方式将话单传送至光盘 或磁带等存储介质，再送至电信公司计费中心进行分拣、划价及帐务处理，形 成统一格式的数据再由此产生一定格式的详细话单。但脱机采集计费方式在当 前电信网规模越来越大，电话业务日益增多的情况下，面临的问题越来越多， 如不能及时向用户提供业务使用情况报告和全方位的查询功能；难以保证数据 的准确性；对于错误话单没有统一的处理办法等等。 基于以上各种原因，电信公司亟需建设一套汇接局联机采集计费系统，进 行区间通话的实时详细计费，并最终建成整个本地网的联机计费采集系统。 本课题按照a 市电信公司的需求，设计并实现了a 市的联机采集计费系统。 主要的研究内容如下： ( 1 ) 分析了联机采集计费系统与脱机采集计费系统的差别，阐述了联机采集 计费系统存在的优点； ( 2 ) 介绍了a 市的计费现状，对用户需求进行了调奄，为系统的下一步设计 打下峰实的基础： ( 3 ) 设计了联机采集计费系统中的汇集机子系统，对子系统中的模块功能、 接口、界面作了描述； ( 4 ) 在分析r s a 算法的基础上，结合用户，提出的解密需求，设计并实现了解 密程序； ( 5 ) 在分析a x e i o 、e w s d 、s 1 2 4 0 交换机文件的基础上，提出了一套适用于 解析任何交换机文件系统的设计方案，为系统的升级及扩展提供了广泛的空间； ( 6 ) 在分析用户提出的过滤规则的基础上，设计了一套实现复杂的过滤规则 的算法： ( 7 ) 在分析各种交换机数据格式的基础e ，设计了一套完整的格式转换函 数，简化了整个分拣流程的处理： ( 8 ) 阐述了系统测试的步骤，并对测试结果进行了分析。 西南交通大学研究生学位论文 第3 页 1 3 论文组织结构 本论文是按如f 方式组织： 第1 章绪论，概述了当前电信公司的计费现状，并说明了本课题的背景和 研究内容。 第2 章计费现状与需求分析，介绍了a 市的计费现状，对用户需求进行了 调奄。 第3 章系统总体设计，简单介绍了本系统的设计原则，并采用软件工程和 面向对象的方法，将各个部分设计成具有独立功能的子模块。 第4 章预处理模块的详细设计与实现，给出了预处理模块的详细设计与实 现方法，主要包括主控调度、进程监控、数据解密、话单解析、分拣处理、格 式转换等。 第5 章系统测试，介绍了系统的测试环境和测试的步骤，并对测试结果进 行了分析。 最后对论文的工作进行了总结，归纳了本文的理论与实践结论，提出存在 的问题和改进建议。 西南交通大学研究生学位论文 第4 页 第2 章计费现状与需求调查 2 1a 市电信网的基本框架 图2 1a 市电信网的基本框架 如图2 - 1 可知，a 市电信网的基本框架的基本构成元素为：电话机、本地回 路、端局、准长途干线、汇接局、很高宽带的中心长途干线、长途局。 两个a 市的用户打电醋，可分为以下三种情况： 1 两个位于同一个端局的用户通话时，他们的通话将通过端局的交换机进 行，话单记录也将储存在该交换机上； 2 当两个位于同一个汇接局但不同端局的用户通话时，他们的通话将通过 各自端局的交换机以及汇接局的交换机进行，话单记录将储存在汇接局的交换 机卜： 3 当两个位于同一个长途局但不问汇接局的用户通话时，他们的通话将通 过各自端局的交换机、各自汇接局的交换机以及长途局的交换机进行，话单记 录将储存在长途局的交换机上。 2 2a 市计费现状 亘堕窒堡查兰塑窒竺兰焦堡壅 兰! 里 图2 2a 市计费流程图 由图2 2 可知，每月计费的流程是，每个数据采集源( 端局、汇接局或跃途 局) 的技术员从交换机的控制台上发命令，程控交换机将内部积累的原始计费 数据生成文件写入与程控交换机相连的磁带机上，工作人员再将下载有数据的 磁带或光盘卸下，然后送到计费中心进行分拣，形成标准格式的数据，再根据 不同的业务、如计费、结算、统计、查询，产生对应格式的详细话单2 1 。 2 3 系统需求调查 a 市电信局考虑到本地电信网全部实现联机采集计费项目过大、成本太高， 所以首先提出了实现计费中心与各汇接局问的联机采集计费，其流程为：首先 由各汇接局将交换机中的计费数据及时采集至采集器内，然后采集器将计费数 据加密，通过d c n 网将加密文件上传到计费中心的汇集机上，汇集机再对计费数 据进行分拣处理，形成的标准格式文件再提供给后端应用子系统，后端应用予 系统根据业务的不同对标准格式文件做不同的处理 3 7 】【4 5 。整个系统的流程图如 2 3 。 l 加密ll 加密 标准格 匿耻塑6 d 馕p 甄 图2 3 联机采集计费系统流程图 2 3 1 采集机子系统需求调查 采集机子系统应根据国家电信集闭运维部本地联机计费采集系统技术要 求关于数据采集功能的规定，实现对于汇接局交换机的计费采集”。 对于交换机详细计费话单数据的采集，采集方式应采用f t a m c m i s e 协议， 西南交通大学研究生学位论文 第6 页 并依据运用文件传输、访问与管理( f t a m ) 协议和公共管理信息服务元素 ( c m i s e ) 进行联机计费数据传输技术规范进行采集。系统应能实现对交换机 计费数据的实时查询，采集和本地存储。系统应包括以下功能：计费文件的自 动采集、计费文件的人丁：采集、采集机子系统用户管理、采集机子系统监控。 2 31 1 计费文件的自动采集 该功能应能根据用户的要求对计费文件实行定时采集，如每半个小时一次 将交换机中的数据采集至本地采集器。采集的数据种类可以是交换机中正在计 费的文件，也可以是等待采集的文件，或者是这两种文件的集合。用户应能选 择自动采集的文件种类设定定时采集的时间间隔7 1 。 23 1 2 计费文件的人工采集 系统应包括以_ f 多个功能： 1 根据用户的采集命令采集某一个指定的计费文件； 2 查询计费文件所在的计费文件池的当前信息； 3 设置计费文件池的告警参数； 4 设置交换机提供的关于联机计费输出的告警信息； 5 获得交换机提供的关于联机计费输出的告警信息； 6 查询计费文件池中当前处于某个状态的所有文件情况 7 查询某个计费文件所有参数的具体情况； 8 设置、修改某个计费文件的文件状态。 2 3 1 3 采集机子系统用户管理 采集机子系统用户管理软件用来对分布在远端的各个交换机在线计费采集 器及采集器卜的计费文件进行集中峪控和管理。系统采用c l i e n t s e r v e r 结构， 通信协议采用以太网协议。 系统管理应包括以下丰要功能： 1 设定和修改各接口性能参数，主要有链路类型、链路网络地址、采集机 西南交通大学研究生学位论文 第7 页 网络地址以及交换机相关属性以及通信协议选择等； 2 用户自定义计费文件下载计划，包括数据采集周期、数据传送周期，数 据传送量等参数； 3 计费文件存储管理，包括选择文件服务器的硬盘、选择存储方式、备份 方式、存储容量等参数； 4 设置计费文件预处理的相关参数，包括设定和修改查错的内容、发现错 误的处理方式等参数； 5 提供完整的几志管理，包括查询、统计、打印的功能： 6 记录计费采集器对某一网元计费文件的采集情况和历史信息： 7 管理当前存在于计费采集器上的所有原始计费文件的相关参数信息； 8 系统可以通过直观的方式，显示各个采集机当前的状态以及通讯链路的 状态，当监n - n 接口故障时产生告警信息，并将记录告警时问、所属采集机名 称、端口名称和故障现象等主要信息。如果系统采用主备用方式工作的接口可 自动进行倒换，并输出倒换信息。 述管理功能应符合电总运维部本地联机计费采集系统技术要求对于 系统维护操作的要求。 2 314 采集机子系统监控软件 根据电总运维部本地联机计费采集系统技术要求对于系统集中监控的 要求，系统应提供以f 监控功能： 1 系统软件的集中操作维护，维护的内容包括参数设置、软件增容和软件 告警等； 2 系统硬件运行情况的集中监控，包括采集机的运行状态、文件服务器的 运行状态以及其他设备的运行状态等： 3 系统的版本管理； 4 系统的性能管理，包括采集计费文件的下载性能、计费文件预处理的性 能、以及文件存储的性能管理等。 2 315 数据加密 用安全的数据加密算法对数据进行加密，要保证数据的安全。 西南交通大学研究生学位论文第8 页 2 3 2 汇集机子系统需求调查 根据需求，汇集机子系统主要功能包括：数据解密、数据分拣处理、用户 管理软件、存储管理。 2 3 2 1 数据解密 前端采集机子系统将采集的原始话单文件加密后，通过d c n 网按目录分别传 入汇集主机中。传入的加密文件的目录结构为：总目录交换局代码年月日 。解密后的原始话单文件的存入同一位置，并删除此加密文件。 2 3 2 2 数据分拣处理 数据分拣处理是对解密后的原始话单文件进行分拣处理，生成的标准格式 文件供后端应用系统使用。其功能为： 1 数据的分拣规则应由两部份组成：数据过滤规则和话单元素选用规则， 并且这两种规则可由用户动态配置： 2 数据过滤规则可有复杂的逻辑表达式组成，如、! 、l 、 、 、! = 等 符号均可出现在逻辑表达式中； 3 分拣处理应将原始话单文件分为4 种话单文件：即有效话单文件( 即标 准格式文件) 、无效话单文件、错误话单文件、过滤话单文件； 4 在分拣处理时，应对各种情况记录i i = _ f 志，如错误f ：_ _ f 志、分拣处理r 志、 记录数目f 1 志等； 5 生成的标准格式文件必须l j 用户提供的格式完全相司； 6 分拣处理具有容错能力。当处理程序正在对个原始话单文件进行处理 的过程巾而终止时，重启程序( 进程) 后，能自动恢复重新对此文件正确处理。 2 3 2 3 用户管理软件 用户管理软件是汇集机子系统的。个用户界面，其功能为： 1 用户可通过程序界面向数据库中录入、修改、删除系统参数： 2 系统对操作权限有严格限制，对不同的操作员，漫置不同的使用权限， 西南交通大学研究生学位论文第9 页 各使用权限所能使用的模块按要求自由组合，由系统管理员统一维护管理 3 应根据用户的需求，提供各种日志的查询： 4 提供各种报表的查询、修改和打印输出； 2 3 2 4 存储管理 话单文件以及数据库都是十分熏要的资源，存储管理就是面向他们的一些操 作，起功能包括： 1 汇集主机存贮管理使用配置门限的方式对存贮空间的使用情况提供可能 的报警提示。当存贮空间的使用已超过配置的门限值时提示操作员转贮数据文 件后删除文件，以便汇集主机有足够的空间来接收原始话单文件： 2 当操作员通过程序界面对过期文件执行删除操作时，让操作员在确认后 刁真f 执行。当操作员要删除6 个月之内的数据文件时，应让操作员反复确认 后才可执行删除操作： 3 备份功能通过程序实现。以h p 磁带机进行备份。能对备文件进行恢复。 2 3 3 后端应用子系统需求调查 此子系统用户已成功开发，此处不再叙述。 西南交通大学研究生学位论文 第l0 页 第3 章系统总体设计 要设计一个联机采集计费系统是一项相当复杂的工程，前端采集机子系统 与汇集机子系统怎样通信、数据分拣处理应该怎样处理、怎样做到各种交换机 数据解析流程基本一致、过滤规则的设计等等都将对整个系统的性能产生重大 的影响。 本章首先分析了系统的可行性，然后介绍了系统的设计原则，最后给出了 联机采集计费系统的总体设计。 3 1 系统的设计原则 1 规范性：参照中国电信总局有关的业务规范、技术要求进行设计、实施； 2 系统完整性：合理地综合分析各地交换机、网络、本地计费账务中心所 提供的资源，并充分考虑整体的可扩展性，使整个应用系统达到最佳配置，满 足电信业务不断发展的要求； 3 数据征确性：数据的正确性贯穿整个联机采集系统的各个环节，数据采 集、数据传输要有相应的数据校验，并保证其准确性； 4 先进性：在构架联机采集系统时必须采用先进、成熟的技术，确保系统 的整体先进性； 5 安全可靠性： ( 1 ) 用高可靠性和高可用性的采集设备； ( 2 ) 程序要具备一定的异常和错误处理能力，能够自动发现系统中的硬、 软件故障，以及数据错误等，能及时告警，并能自动地或是由操作人员手工 地排除故障； ( 3 ) 全面监视采集、分拣处理，以图像、声音等手段向用户提供告警信息： ( 4 ) 所有处理必须可逆； ( 5 ) 系统应能阻止非授权用户的非法访问，并将所有操作记入同志； ( 6 ) 丌放性：系统应有很强的可移植性，可在多种硬件平台、网络和操 作系统环境工作；系统能非常方便地同其它系统集成到一起； 6 经济性：要充分利用现有的网络系统及其他系统。 西南交通大学研究生学位论文 第1 1 页 3 2 系统总体设计 3 2 1 系统流程 联机采集计费系统流程如由图2 - - 3 所示，联机采集计费系统可分解为三个 子系统，采集机子系统、汇集机子系统、后端应用子系统，下面将分别介绍这 三个子系统”。 3 2 2 采集机子系统 采集机子系统的主要功能是：采集交换机上的原始话单文件，并对其加密 通过d c n 网络将加密文件传送到汇集机上。 3 2 3 ；e 集机子系统 3 2 3 1 汇集机子系统概述 汇集机子系统的主要功能是：对前端采集机子系统传送过来的加密文件进 行解密和分拣处理，生成的标准格式文件提供给后端应用系统使用。 汇集机子系统山h p 机主控调度模块、h p 机解密和分拣处理模块、h p 机存 贮管理模块、h p 上i n f o r m i x 数据库模块、p c 工作站管理模块构成。 西南交通大学研究生学位论文 第12 页 图例 图3 1 汇集机子系统处理流程图 表示进程调度管理关系 表示程序间有双向的消息传送 表示程序问有单向的消息传送 表示数据输入输出关系 注：大方框外的两个模块( 系统监控模块和采集机文件上传模块) 均为采 集机子系统中的模块。虚线内的模块都是本人实现的，由丁：这些模块的主妻功 能是对原始话单文件进行预处理，生成的标准格式文件再提供给后端应用系统 耄一 西南交通大学研究生学位论文 第13 页 使用，所以将这些模块合称为预处理模块。 模块名称输入功能输 出 监控a g e n t 模 读配置文件参数调度运行主控调度模块， 和数据库配置的并向系统监控模块报警。 块 参数 主控调度模块读数据库配置的调度运行数据解密模块、 ( 含监控线参数分拣处理模块，并向监控 程)a g e n t 模块报警。 解密模块加密文件对加密文件进行解密原始话单文件 原始话单文件、 标准格式文件、 分拣处理模块分拣处理原始话单文件错误无效记录文 数据库配置参数 件 i n f o r m t x 数据分拣处理模块的管理汇集机子系统的数 库模块相关结果和日志据库 数据库相关数据 原始话单文件、记磁带备份数据，删除过备份的磁带数据 标准格式文件、期文件数据 存贮管理模块错误无效记录文 件、数据库备份 文件 p c 工作站管理原始话单文件、系统配置管理、操作员权打印输出报表、 模块标准格式文件、限管理、统计报表、浏览文本格式的本地 错误无效记录详查询功能话单文件 单文件、数据库 数据 表3 1 汇集机子系统各模块功能描述 在h p 主机上，正常的数据转换工作卜，系统启动时自动运行监控a g e n t 模 块，监控a g e n t 模块读配置文件参数和数据库配置的参数，调度主控调度模块 的运行，主控调度模块再依据数据库系统的参数配置自动调度解密模块和分拣 处理模块。这些模块的正常运行均要求数据库系统的正确运行【1 。 p 卡机上的存贮管理模块是一独立的运行模块，它的运行只与数据库系统 有关，不依赖于其它运行模块。 p c 工作站管理模块，是运行于p c 工作站上的独立软件孵! 序，它要求p c 机 i ：运行w i n 9 8 或w i n 2 0 0 0 系统，它的j f 确运行也要求h p 主机上的i n f o r m ix 数 据库系统的f 确运行j 。它并不依赖于其它运行模块。 西南交通大学研究生学位论文 第14 页 323 2 汇集机子系统接口设计 1 外部接口 ( 1 ) 用户界面 模块名称界面说明 监控a g e n t 模块 h p u x 独立运行进程，命令形式，无其它界面 主控调度模块 h p u x 独立运行进程，命令形式，无其它界面 解密模块 主控调度进程中的一个线程，命令形式，无其它界面 分拣处理模块 主控调度进程中的一个线程，命令形式，无其它界面 i n f o r m i x 数据库模块后台数据库，无界面 存贮管理模块 h p u x 独立运行进程，典型的u n i x 字符菜单界面形式 p c 工作站管理模块g u i 菜单驱动方式界面，每菜单功能有独自的窗口界面 表3 2 汇集机子系统各模块用户界面 ( 2 ) 软件接口 汇集主机软件的外部软件接口有三个： 解密模块与采集机上传文件模块的接口。此接口为数据文件加密传输接 口，由的端机上传文件模块传入汇集机指定的文件目录中，由汇集机轮询访问 即可； 监控a g e n t 模块与联机采集计费系统的监控模块的接i _ _ 1 。此接口是d s g ( d i s t r i b u t es y s t e mg e n e r a t o r ) 环境下的分布计算通信接口，以传递报警 信息； 分拣处理模块与电信的四种后端应用系统的接口。此接l _ _ ： 是标准格式文 件使用接口，标准格式文件放在汇集机中配置的同定目录下，由后端应用系统 自己取用。 ( 3 ) 硬件接口 采集机子系统采集的文件通过d c n 网向汇集书机传输。需要d c n 。p c 工作 西南交通大学研究生学位论文 第15 页 站与汇集主机的运行方式应属于c s 模式，因此p c 与汇集主机要有相关网络环 境支持。 ( 4 ) 通讯接口 文件传输大量使用f t p ，p c 工作站与汇集机也要使用t c p i p 通信以及f t p 、 i n f o r m ix 数据库访问支持。 2 内部接口 监控a g e n t 模块与主控调度模块之问具有软件通讯接口，监控a g e n t 模块 调度主控调度模块的运行 主控调度模块与解密模块和分拣处理模块这两个模块之间具有软件通讯接 口，主控调度模块调度解密模块和分拣处理模块运行。 解密模块生成的原始话单文件向向存贮管理模块和p c 工作站管理模块提供 数据接口。 分拣处理模块生成的标准格式文件和错误无效记录文件向存贮管理模块和 p c 工作站管理模块提供数掘接口。 数据库模块以数据表的方式为监控a g e n t 模块、主控调度模块、分拣处理 模块、存贮管理模块和p cv t 作站管理模块提供接口。 3 2 4 后端应用子系统 后端应用予系统的主要功能是：按照四种不同的应用，即计费、结算、统 计、查询，对汇集机子系统生成的标准格式文件分别进行处理，以提供不同的 应用。 西南交通大学研究生学位论文 第16 页 第4 章预处理模块的详细设计与实现 预处理模块的功能是：主控调度模块调度话单解密模块与分拣处理模块的 运行，话单解密模块对前端采集机子系统传过来的加密文件进行解密，分拣处 理模块再按照数据库中的配置，对原始话单文件进行解析，剔除话单文件中的 错误记录、无效记录，对有效的记录按用户设定的分拣规则分拣生成后端系统 所需要的标准格式文件。 实际上，主控调度模块就是一个进程，解密模块与分拣处理模块是它的主 线程。另外，主控调度模块会建立一个监控线程，监控程序负责监视解密与分 拣程序是否正常运行，并定时向监控a g e n t 报告。 4 1 预处理模块的详细设计 预处理模块是运行在h p 机u n i x 平台的后台事务处理进程，应具有在异常 中断后重启的恢复机制。预处理模块采用模块化设计，由于有三种交换机 ( s 1 2 4 0 、e w s d 、a x e 一1 0 ) 的原始话单文件需要处理，应尽量减少对原始话单文 件依赖的模块数量，使大部分代码能够共用，在今后增加交换机类型的情况只 需要修改少量代码。 4 1 1 主控调度模块 主控调度模块即进程中的m a i n 函数： i n tm a j 1 3 ( i n ta r g c ，c h a r * a r g v ) ，运行时带入参数中，a r g v 1 是交换 机i d ，a r g v 2 是与监控a g e n t 模块的通信端口号。 由于监控a g e n t 模块与主控调度模块运行于同台机器e ，通信时i p 地址 使用本机地址，处理流程如下( 对所有交换机均相同) ： r 程序开始、 毒 取m a i n 函数 中的参数 0 创建监控i 线程 1 l 建立与数据 库的连接 j 储存交换机i d 并取 交换机配置参数 上 完成上次未完成的 解密事务 i l l 7 储存交换机i d 并耿 交换机配置参数 0 查找上次未完成或者需 重新分拣的事务，将处 理标志设蜀为未处理 i 调用函数查找未处理的分 拣事务，并判断返回值类型 是原始十文件蹦i 雹r 文件 没有未士文件 i 调用分拣处 写h 志、告警并将事调用解密 理模块务设置为已处理标志模块 图4l 主控调度模块流程图 备注： 西南交通大学研究生学位论文 第18 页 1 在储存交换机i d 并取交换机配置参数这一步中，将调用子函数保存交换 机i d ，同时通过此i d 在数据库中查找该交换机的配置。交换机的配置包括该交 换机的f t p 路径( 上传的加密话单文件存放路径) 、原始话单文件路径( 解密后 的原始话单文件存放路径) 。由于交换机的配置可以动态该变，此部分工作会被 反复执行。 2 在完成上次未完成的解密事务这一步中，如果没有上次为完成的解密事 务，则什么也不做。 4 1 ，2 监控线程 监控线程v o i d * c o m t h r e a d ( v o i d * a r g ) 监控线程负责创建与监控a g e n t 模块通信的s o c k e t ，与监控a g e n t 模块的通 信使用u d p 协议进行单向的消息发送，向a g e n t 发送的消息分为两类，一类是 定时向监控a g e n t 模块通告进程运行正常， + 类是解密与分拣使用，向监控 a g e n t 模块发送告警信息。监控线程检测进程是否正常采用简单的共享内存方 式，由监控线程定时检测某全局变量是否发生变化，当发生变化时则认为进程 运行正常，在连续多次检测都无变化时则认为进程运行出现问题，停止向监控 a g e n t 模块通告运行讵常消息，在停止通告期间多次检测全局量仍无变化则认为 进程已死亡，监控线程终止运行，监控a g e n t 模块会自动重启进程) 。监控线程 流程如下： 西南交通大学研究生学位论文 第19 页 ( 程序开始 ) 上 (1 l 创建s o c k e t ，填写监 l 控a g e n t 地址与端口 f 检测标识进程活动的 全局变量，统计其连 续无变化次数t 叉、 x 7 7 l y ，7 仆、l 囱鉴蝗鲤掣三。鐾誉l 、 m ，) 进程运行f 常消息j 7 。 n r1 r 监控线程终止 调用s l e e p 函数，线程 运行体眠一定时问 1 1r 程序结束、 、 图4 - 2 监控线程流程图 备注： 检测标示进程活动的全局变量时，有可能进程运行正常，但这个变量还要 等个时问片才变化，所以要连续检奄n ( n 值可配置) 次，当t ( n 认为进 程运行难常，当t ) n 时，任检查t 的值，如果t ) m ( m 值可配置) 则表示 进程已停止运行，监控线程退出，临控a g e n t 模块会重启进程。 堕塑奎塑奎兰堕窒竺兰篁笙塞 塑! ! 里 4 1 3 解密模块 413 1 公开密钥密码体制的特点 公开密钥密码体制的概念是由s t a n f o r d 大学的研究人员d i f f i e 与h e l l m a n 于1 9 7 6 年提出的。所谓公开密钥密码体制就是：使用不同的加密密钥与解密密 钥，是一种由已知加密密钥推导出解密密钥在计算上是不可行的密码体制。 在公开密钥密码体制中，加密密钥p k 是公丌信息，而解密密钥s k 是需要 保密的。加密算法e 和解密算法d 也都是公丌的。虽然秘密密钥s k 是由公开密 钥p k 决定的，但却不能根据p k 计算出s k 1 2 1 。 公丌密钥算法的特点如下： 1 发送者用加密密钥p k 对明文x 加密后，在接收者用解密密钥s k 解密， 即可恢复出明文。或写为： d 州( e 阿( x ) ) = x 解密密钥是接收者专用的秘密密钥，对其他人都保密。 2 加密密钥是公开的，但不能用它来解密，即 d p k ( e ，。( x ) ) x 3 在计算机上可以容易地产生成对的p k 和s k 。 4 从己知的p k 实际上不可能推导出s k ，即从p k 到s k 是“计算上不可能的”。 5 加密和解密算法都是公开的。 上述过程如图43 所示。 发送者接收名 明文x 厂r 密文y 2 e ，。( x ) 1 厂 明文x 加密算法r _ 叫解密算法- _ 叶 r 一+ 1 l ： 1 i l 解密密钏s k i 。 ： i i：加密密钥p k 密葫对1 产生源l 图4 3 公丌密钥密码体制 西南交通大学研究生学位论文 第21 页 4 1 3 2r s a 公开密钥密码体制 r s a 公开密钥密码体制所根据的原理是：根据数论，寻求两个大素数比较简 单，而将它们的乘积分解开极其困难。在这一体制中，每个用户有两个密钥： 加密密钥p k - e 。n ) 和解密密钥s k = d ，1 3 ) 。用户把加密密钥公开，使得系统中的 任何用户都可以使用，而对解密密钥中的d 则保密。这里，n 为两个大素数p 和q 的乘积( 素数p 和q 一般为1 0 0 以上的十进数) ，e 和d 满足定的关系( 下 面将介绍) 。当敌手已知e 和n 时，并不能求出d 。 1 加密算法 若用x 表示明文，用整数y 表示密文( x 和y 均小于n ) ，则加密和解密运 算为： 加密：y = x 。m o d r l 解密：x = y “m o dn 2 密钥的产生 现在讨论r s a 公开密钥密码体制中每个参数是如何选择和计算的。 ( 1 ) 计算r l 。用户秘密地选择两个大素数p 和q ，计算出n = p q 。n 称为r s a 算法的模数。 ( 2 ) 计算中( n ) 。用户在汁算n 的欧拉函数中( n ) = ( p - 1 ) ( q - 1 ) ，中( n ) 定义 为不超过n 并与n 互素的数的个数。 ( 3 ) 选择e 。用户从 0 ，西( n ) 1 中选择一个与由( n ) 互素的数e 作为公 开的加密指数。 ( 4 ) 计算d 。用户计算出满足下式的d e d = 1m o d 中( n ) 作为解密指数。 ( 5 ) 得出所需要的公开密钥和秘密密钥： 公丌密钥( 即加密密钥) p k = e ，n ) 秘密密钥( 即解密密钥) s k - f d ，n r s a 体制的保密性在于对大数进行凼数分解很花时i a j ：一个b 为二进制数n 的凶数分解大约需要的机器周期数为：e x p i n ( n ) i n ( i n ( r 1 ) ) ) 。若机器周期 为l u s ，则b 为不同数值时分解n - 2 ”所需时问见表4l 。 西南交通大学研究生学位论文 第22 页 b ( b i t ) 1 0 02 0 03 0 05 0 0 7 5 01 0 0 0 时间3 0 秒3 天 9 矩1 兆年2 x 1 0 ”釜 6 1 0 “年 表4 一1 分解n = 2 “所需时间( 机器周期为l u s ) r s a 算法的三位提出者用十进制数字作为其模数n ，并预占要经过4 0 1 0 ” 年方能攻破。然而最近一个世界范围的研究组在i n t e r n e t 上用1 6 0 0 台协同工 作的计算机仅用了8 个月就攻破了。这件事不是告诉我们r s a 不可靠，而是告 诉我们，在使用r s a 加密时，必须选择足够长的密钥。对于当前的计算机水平， 一般认为选择1 0 2 4 位长的密钥( 相当于约3 0 0 位十进制数字) 就可认为是无法 攻破的 4 0 】。 在本项目中，就采用了r s a 算法，r s a 算法具有以下优点： 1 、由图4 3 可知，r s a 在对密钥管理时，只由一方对一个解密密钥进行保 密管理就行了。 2 、由于加密密钥是公开信息，所以通信前不需要进行密钥的秘密发送，密 钥的更新只和一方有关。 4 1 3 3 加解密算法的改进 r s a 算法虽然具有上述的优点，但也存在一个致命的缺点：它加解密的速度 较慢，特别是在加密大批最的数据时速度会更慢。而在本项目中，加解密的数 据量是很大的，而且随着电信业务的发展，数据量有逐步增大的趋势。对于联 机采集计费系统，实时性是一个十分重要的因素。所以对加解密算法进行优化、 使加解密的速度加快是十分必要的。 下面介绍种新兴的加解密算法：a e s 算法。 a e s ( t h ea d v a n c e de n c r y p t i o ns t a n d a r d ) 是美国国家标准与技术研究所 在2 0 0 2 年5 月2 6 同建立的用于加密电子数据的规范。 a e s 是一个新的可以用于保护电子数据的加密算法。明确地说，a e s 是一 个迭代的、对称密钥分组的密码，它可以使用1 2 8 、1 9 2 和2 5 6 位密钥，并且 用1 2 8 位( 1 6 宁节) 分组加密和解密数据。与公共密钥密码使用密钥对不同， 对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。通过分组密码返回的加密