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北京邮电大学硕士研究生学位论文 c n g l0 0 s 管理系统中计费功能的研究与实现 c n g iq o s 管理系统中计费功能的研究与实现 摘要 随着i p 技术向各个领域的渗透，电信承载网逐步向i p 网络过渡， 下一代网络n g n n g i 和第三代移动通信3 g 网络等也都以p 作为承 载技术。由此可见，口将会是未来融合网络的核心技术，i p 网络将 从原来承载单一数据业务的网络向个承载多种业务的网络转变。 与此同时，i p 网络的迅猛发展使得、，4 暴露出自身的一些局限 性，比如，地址空间不足、不能保证服务质量( q o s ) 等。i p v 6 是取 代i p v 4 的下一代互联网协议，它在地址容量、服务质量、安全性以 及支持移动性等方面都有明显地改进。目前我国的i p v 6 网络建设正 在形成规模，各个运营商也都在关注i p v 6 的发展，考虑电信运营平 台如何由i p v 4 向i p v 6 过渡。电信业务需要严格的服务质量保证，现 有的i p v 4q o s 机制能否在一个新型的网络里继续实施，以及i p v 6 环 境下的q o s 如何保障，将是影响下一代网络发展的一个关键问题。 如何解决i p v 6 环境下的q o s 问题，正是c n g iq o s 课题研究的重要 内容。 目前，虽然主流厂商的网络设备都提供了不同程度的q o s 能力， 但是无法解决端到端的业务层次上的q o s 问题。c n g i 项目“c n g i q o s 机制和组网关键技术及实施方案的研究”致力于研究i p v 6 网络 环境下的服务质量管理问题，通过在网络上部署一套c n g iq o s 管理 系统，为用户端到端的业务应用提供o o s 保证。本文提出的新一代 互联业务计费机制是c n g iq o s 管理系统中的一个关键部分，它以新 型互联网产业链为依托，从当前互联网业务发展现状出发，阐述了各 方实体( 网络提供商、服务提供商内容提供商、终端用户) 在价值 链中所扮演的角色以及关注的焦点；并在分析借鉴现有计费方案的基 础上，提出了一种适用于新型产业链的计费方案，从而为各方实体在 新型产业链中的博弈提供了强有力的支持。 论文首先介绍课题的背景情况，然后对目前互联网业务计费方式 的研究现状和c n g iq o s 管理系统的整体结构进行了概要的介绍和 分析，并结合c n g iq o s 管理系统提出了一种符合互联网发展趋势的 互联网运营模式及其计费机制，最后阐述在c n g iq o s 管理系统中计 费子系统的实现过程，并对其进行集成测试和验证，然后总结了论文 北京邮电大学硕士研究生学位论文 c n g iq o s 管理系统中计费功能的堡塞皇望壁曼 的主要工作并对系统的不足和主要改进方法做了一些阐述。 关键词：新一代互联网：服务质量：业务差异性计费：内容计费：域间结 算 i j 北京邮电大学硕士研究生学位论文c n g iq o s 管理系统中计费功能的研究与实现 r e s e a r c ha n dd e v e l e p a 互e n to ns e r v i c e a c c o u n t i n go fn e x tg e n e ra t i o n 玳t e r n e t a b s t r a c t 黝t h ep e r v a s i o no fi pt e c h n o l o g yi n t ov a r i o u sf i e l d s 。t e l e c o m c a r r i e rn e t w o r kh a sg r a d u a l l yi n t e g r a t e di n t oi pn e t w o r k ，a n dt h en e x t g e n e r a t i o no f n e t w o r kn g n n g ia n dt h et h i r dg e n e r a t i o nn e t w o r ka r ea l l u s i n gi pa st h eb e a r i n gn e t w o r k t h e r e f o r e ，i pn e t w o r k w i l lb e c o m et h e c o r en e t w o r ki nt h ef u t u r e ，a n di tw i l lg r a d u a l l yt r a n s i t e sf r o mas i n g l e d a t an e t w o r kt oam u l t is e r v i c en e t w o r k a tt h es a m et i m e ，w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi pn e t w o r k ，i p v 4 p r o t o c o lh a se x p o s e dal o t o fd i s a d v a n t a g e s ，s u c ha s s h o r t a g eo fi p a d d r e s s e s ，d i f f i c u l t yo fp r o v i d i n gq o s ，e t c i p v 6i st h en e x tg e n e r a t i o n p r o t o c o lw h i c hw i l lr e p l a c ei p v 4 ，g r e a t l yi m p r o v e st h ea d d r e s ss p a c e ， q o s ，s e c u r i t y , m o b i l i t y n o w a d a y s t h ei p v 6n e t w o r ki sb e i n gw i d e l y d e p l o y e di no u rc o u n t r y ，e v e r yn e t w o r kp r o v i d e ra l lf o c u s e so nt h e 口v 6 d e v e l o p m e n t ，c o n s i d e r i n gt h et r a n s i t i o no ft h e i rn e t w o r kp l a t f o r mf r o m i p v 4t oi p v 6 t e l e c o ms e r v i c en e e d ss t r i c ta s s u r a n c eo fq u a l i t yo fs e r v i c e w h e t h e rt h ec u r r e n ti p v 4q o sm e c h a n i s m sc a ns t i l lb eu s e di nt h en e w n e t w o r ke n v i r o n m e n ta n dh o wt op r o v i d eq u a l i t yo fs e r v i c ei nt h ei p v 6 n e t w o r ka r et h ek e yi s s u e sw h i c hw i l li m p a c tt h ed e v e l o p m e n to fn e x t g e n e r a t i o nn e t w o r k h o wt os o l v et h eq o sp r o b l e mi ni p v 6e n v i r o n m e n t ， t h i sr i g h tt h ek e yr e s e a r c hc o n t e n t so f t h ec n g iq o sp r o j e c t p r e s e n t l y , d i f f e r e n tq o sa b i l i t i e sa r ep r o v i d e db ym a i ni pn e t w o r k e q u i p m e n tv e n d o r s ，b u tt h e ys t i l l c a n ts o l v et h ee n d t o e n dq u a l i t yo f s e r v i c e c n g ip r o j e c t “r e s e a r c ho nc n g iq o sm e c h a n i s m ，k e y n e t w o r k - c o n s t r u c t i n gt e c h n i q u ea n dc o r r e l a t i v ei m p l e m e n t i n g ”f o c u s e s o nh o wt op r o v i d eq o si nt h ei p v 6e n v i r o n m e n t i ta i m sa tp r o v i d i n g e n d - t o - e n dq o ss e r v i c ef o rt h ea p p l i c a t i o n sb yd e p l o y i n gac n g iq o s m a n a g e m e n ts y s t e m o v e rt h e p h ) 7 s i c a ln e t w o r k s 髓en e wi n t e r a c t s e r v i c ea c c o u n t i n gs c h e m ei so n eo ft h ei m p o r t a n tp a r t so ft h ec n g i q o ss y s t e m b a s e do nt h en e wi n d u s t r yv a l u ec h a i na n dt h ed e v e l o p i n g 1 1 1 北京邮电大学硕士研究生学位论文 o q o lq o s 管理系统中计费功能的研究与实理 t r e n do fi n t e r n e t ，a n de x i s t i n ga c c o u n t i n gs c h e m e s ，ac o m p o u n dn e w a c c o u n t i n gs c h e m ei sp r o p o s e d t h en e wa c c o u n t i n gs c h e m ew i l lb e c o m e ag o o dt o o lf o ra l ls o r t so fe n t i t i e si nt h ei n t e m e t ，s u c ha sn e t w o r k p r o v i d e r , s e r v i c ep r o v i d e ra n dc o n t e n tp r o v i d e r , t og e ts u c c e s s f i s t l yt h ea r t i c l ei n t r o d u c et h eb a c k g r o u n do f t h ep r o j e c tb r i e f l y , t h e n f o e l l so nt h er e s e a r c hs t a t u so ft h ei n t e m e ts e r v i c ea c c o u n t i n gs e h e ! i l l e a n dt h ec n g iq o sm a n a g e m e n ts y s t e m b a s e do nt h eb a c k g r o u n da n d r e s e a r c hs t a t u s ，t h ea r t i c l ep r o p o s e san e wi n t e m e ts e r v i c ea c c o u n t i n g s c h e m ew h i c hc o m b i n e sc l o s e l yw i t ht h et r e n do fi n t e m e td e v e l o p m e n t f i n a l l y , i n t r o d u c eh o w t h ea c c o u n t i n gs y s t e mi sd e v e l o p e da n di t st e s t i n g a n dv e r i f i c a t i o np r o g r e s s k e yw o r d s ：n e w g e n e r a t i o ni n t e r n e t ；q u a l i t y c h a r g i n g b a s e do nd i f f e r e n c eo fs e r v i c e s ； i n t e r - d o m a i nb a l a n c e i v o f s e r v i c e ( q o s ) , c o n t e n t c h a r g i n g ； 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽襄所知，除了文中特别加以标注和致谢中所列出的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含曾经为了获得北京邮电大学 或其他教育机构的学位或证书所使用过的学术材料。参与本项目的同志对本论文 所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任 本人签名： 蒸篷盎 日期：狻2 ：芝! 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定， 即：研究生在校攻读学位期问论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅 和借阅：学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或 其它复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 五参店、 同期：竺立i ：22 日期： 7 址 北京邮电大学硕士研究生学位论文c n g q o s 管理系统中计费功能的研究与实现 1 1 课题背景 第1 章绪论 随着i n t e m e t 技术的飞速发展，原有的i p v 4 技术显嚣出一些重大的局限性， 例如，地址空间有限、地址空间复杂低效导致网络路由复杂、安全性差、难以为 网络承载的业务提供有效的服务质量保障。i p v 6 技术有效解决了地址空间和路 由表管理的问题，在安全性上有了很大的改进，但是仍然没有改变i p 网络面向 非连接、“尽力而为”传送的本质。面对i p 技术向各个领域的渗透，3 g 、n g n 等电信技术都以职作为承载技术。然而，现有i p 网在可控制、可管理以及商业 模式方面均存在大量问题，因而需要研究适于n g i ( 或n g n ) 的可控制、可管 理i p 网的体系结构。 通过对下一代互联网组网机制及实施方案的研究，我们可以提出一种具有 o o s 能力的互联网业务管理系统，从而解决互联网的q o s 保证问题，并最终解 决互联网开展各种高性能业务的支撑性问题。本课题就是在这种背景下提出的。 1 2 课题研究工作 1 2 1 课题目标 “c n g iq o s 机制和组网关键技术及实施方案的研究”项目是c n g i ( 中国 下一代互联网) 示范工程中的一个研究课题，它的总体研究目标是为了满足下一 代互联网差异化、个性化应用的管理需求；满足电信业网络融合、业务融合以及 i p 网络运营和维护管理的需求；以及满足其他行业网络的应用管理精细化的需 求。为了达到以上目标，就需要开发了一套适应于c n g i 环境的、可控制的、可 管理的、可运营的q o s 管理系统，在下文中我们将这个系统称作c n g iq o s 管 理系统。 c n g i q o s 管理系统应该具有如下特性： 具有高扩展性和高性价比，能够适于跨域大规模网络，并与现有承载网络兼 容、最终提供端到端的q o s 解决方案和组网技术。 支持p v 4 和i p v 6 分组的有效传输 根据业务带宽和优先级进行资源配置和q o s 等级划分，为多种业务类型( 语 音数据图像视频多媒体流媒体等) 、终端类型( 固定无线移动终端) 提供差异性服务。 第j 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文 c n 3 1q o s 譬理系统中计费功能的研究与实现 支持资源独立的v p n 业务和可控组播业务 1 2 2 课题研究内容即关键技术研究 课题主要的研究内容组要包括以下几方面： 可控的、可管理的q o s 管理系统体系结构的研究。包括q o s 管理系统的研 究、软件设计结构的研究和物理网络部署的研究 具有o o s 保证的业务的签订、部署、性能监测以及计费等机制的研究。包 括通用的、可扩展的、用户易于理解和使用的多业务类型服务质量需求描 述s l a 模板的设计、端到端的业务签订和部署的设计、业务q o s 性能的实 时监测以及网络告警机智的设计、基于用户实际获得q o s 性能的计费实现、 基于用户购买服务内容的计费实现、以及对如何支持大型网络和跨域操作 的研究 网络资源的管理和控制。包括服务等级的划分与映射机制的研究、资源规 划、资源分解和精细化管理机制的研究、接纳控制机制的研究和支持大型 两络跨域资源管理机制的研究 物理网络上q o s 机制的配置和部署方案的研究 为移动口业务提供q o s 保证机制的研究 为资源独立的v p n 业务提供q o s 保证机制的研究 为可控组播业务提供q o s 保证机制的研究 1 3 本文研究工作 本论文课题作为“c n o iq o s 机制和组网关键技术及实施方案的研究”的一 个子课题，主要工作内容如下： 深入了解耳前互联网中比较流行的几种计费方式，并对其进行分析。 分析新型互联网产业链的特点及当前产业链中各方实体所采用的计费方 案的优缺点，为新型互联网业务计费机制的提出奠定理论依据。 设计并实现c n g iq o s 管理系统中的计费子系统，该系统可以为网络运 营商、服务提供商内容提供商提供更加适应新型产业链运营模式的业务 计费方案。 组织系统的联合调试，设计系统演示业务内容和演示流程。 第2 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文 c n g io o s 管理系统中计费功能的研究与实现 1 4 论文结构 后续论文各部分内容安排如下： 第二章主要分为两个部分，前一部分是对现有网络中计费方式的分析和总 结，目的在于对现有比较流行的几种计费方式有一个初步的了解，并将其作为研 究新型互联网业务计费机制的借鉴和参考。然后，第二部分主要从宏观上对c n g i q o s 管理系统进行概述，目的在于对c n g io o s 管理系统的整体结构有一个比较 清晰的认识，为论文的后续展开奠定基础。 第三章首先介绍了互联网产业链的发展趋势，然后对国内外网络运营商所采 用的业务计费现状进行介绍和分析，并指出其不足之处，最后通过对新型互联网 产业链中用户费用的构成进行分析，给出了一个新型的互联网业务计费方案。 第四章详细介绍了如何在c n g iq o s 管理系统中实现第三章给出的新型互 联网业务计费方案，包括需求分析，概要设计和详细设计，最后对其进行了功能 测试。 第五章介绍了c n g iq o s 管理系统的实验网络拓扑结构设计、系统集成测试 的方案以及业务对比演示的步骤及结果。 第六章对全文进行了总结，提出了下一步改进和完善的建议，最后还列出了 本人在硕士研究生阶段的工作情况和成果。 第3 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文c n g iq 0 8 警理系统中计费功能的研究与实现 第2 章互联网计费背景及c n g iq o s 项目概述 2 1 互联网计费背景概述 2 1 1 计费相关术语定义 i e t f 在r f c2 9 7 5 f 】中将“a c c o u n t i n g ”定义为使用资源的相关数据的采集 流程，同时，“a c c o u n t i n g ”也可以用来表示对用户计费过程中的所有操作。包 括数据采集( c o l l e c t i o n ) ，计算费用( c h a r g i n g ) 和营账( b i l l i n g ) 三个子过程。 在本文中，“a c c o u n t i n g ”采用后者的解释，即指对用户计费的全部操作。表2 1 给出了本文中一些关键术语的定义。 表2 1 关键计费术语定义 术语英文中文含义和解释 a c c o u n t i n g 计费 指用户计费的所有操作，包括c o l l e c t i o n ，c h a r g i n g 和b i l l i n g c o l l e e t i o n采集 收集反映资源使用情况的计费数据的动作 c h a r g i n g 算费根据采集的数据，服务费率和用户信息，以货币单位计算成本的功能 b i l l i n g 营账根据费用计算结果更新用户账单，并提供给用户的动作 p r i c i n g 定价从成本和市场分析的角度来决定服务的费率的过程 2 1 2 计费方案的评价标准 一个计费方案的优劣受多方面因素的影响，其中技术因素和经济因素是两个 最主要的决定性因素【2 1 ，具体来说有以下几项标准： 1 技术实现的可行性 一般来说，任何计费方案都需要底层设备的支持，例如数据采集等。因此， 在设计计费方案时必须考虑该方案是否与现有体系结构相适应，以现有的技术能 力是否可以达到方案的设计需要，如果答案是肯定的，那么方案的成本和复杂性 都是可以接受的，否则，该方案会因为过于复杂而不能被市场所接受。 2 需要采集的参数 计费数据采集是任何计费系统中必不可少的一个环节，因此，考察计费方案 的采集参数是衡量该计费方案复杂性的一种简单有效的方法。例如：按时长计费 只需要收集用户上网的时间长度即可，而按流量计费不仅需要收集用户上网时 间，而且还要收集用户的收发流量等等，这就意味着需要更复杂的网络监测，和 第4 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文c n g iq o s 管理系统中计费功能的研究与实现 更多的存储空间，这样必然会增加计费方案的复杂性，加重网络负载，增加运营 成本。 3 是否具有拥塞控制的功效 研究表明，网络的使用在一天中可以划分为忙碌时段和空闲时段，例如上午 9 ：0 0 1 0 ：0 0 和晚上9 ：0 0 1 0 ：0 0 是一天中网络流量比较大的时间段。因此， 好的计费方案可以通过价格杠杆影响用户在使用网络时主动避开网络流量的高 峰时段，从而闯接实现拥塞控制。 4 是否有利于网络利用率的提高 网络运营商希望网络的运营效率能保持在一种较高的水平上，这样能够尽快 地收回成本；但从用户的角度来看，高利用率的网络意味着网络可用资源数量的 减少，所以用户都希望网络相对空闲。 5 ，用户可接受性 计费方案的最终目标是在不伤害用户利益的同时谋取运营商利益的最大化， 因此在设计计费方案时需要充分考虑用户的整体利益，力争做到使用户的运营商 都能够接受。 2 1 3 现有计费方案分析 目前，对互联网计费的研究可以分为两类：静态费率计费和动态费率计费 2 1 1 3 1 。所谓静态费率计费是指业务运行期间费率固定不变的计费方式：动态费率 计费是指业务运行期间费率会根据各种不同的情况动态改变的计费方式。在各种 计费方式中比较典型的是以下几种计费方式： 平滑计费 平滑计费是目前i p 网中被运营商所广泛采用的一种业务计费方式，它是以 时间( 小时、分钟、秒) 作为计费依据，按照用户上网时间长度向用户收取一定 的费用 平滑计费最大的特点，也是其最大的优点就是简单，因此获得了大多数网络 运营商的青睐。然而，平滑计费方式并不考虑用户实际使用的网络资源情况。由 于不考虑实际使用量，平滑计费方式间接刺激了用户流量的增加，容易造成网络 拥塞，给网络运营商带来更大的成本压力。 巴黎地铁计费 巴黎地铁计费( p a r i s m e t r op r i c i n g ) 简称为p m p 计费 4 1 ，是参考巴黎地铁 的运营模式制定的，并且可以看作是对平滑计费方式的一个演进。巴黎地铁在运 营时将全线划分为一些不同的地区，不同的地区收取不同的费用，这样就可以有 效地控制客流量，在高价地区客流量就会比较小，在这一地区乘坐地铁的乘客就 第5 页 北京邮电大学顽士研究生学位论文 c n g iq o s 管理系统中计费功能的研究与实现 可以享受到相对较好的乘坐感受。p m p 计费方式按照这种思想，将网络划分为 几个逻辑子网，在每个子网中提供的仍然是尽力而为的传输服务，但用不同的价 格进行区分。在高定价的子网中，网络利用率较低，用户获得质量较高的服务。 巴黎地铁计费方式的优势和不足之处与平滑计费基本一样。它简单方便，与 现有的礤网络技术相适应。在p m p 计费模型中，网络运营商只需要记录用户对 逻辑子网的选择，而不需要关心用户的实际网络资源使用情况。然而，与平滑计 费方式相比，它支持用户根据自身的需求和经济状况选择逻辑子网，虽然在每个 逻辑子网中采用的依然是平滑计费方式，但给予了用户选择服务的权利，因此仍 然具有很好的用户可接受性。p m p 计费方式通过为不同的子网赋予不同的费率， 从而通过价格杠杆造成各个子网之间的流量差异，阔接的实现了流量控制功能。 边缘计费 边缘计费方式( e d g ep r i c i n g ) 1 5 1 不需要在核心网中建设计费系统，而是在网 络的边缘，根据网络预期的拥塞成本和路由距离进行计费，实现起来比较简单。 从本质上来说，边缘计费只规定了计费的位置，并没有规定如何计费。边缘计费 不仅简单，而且对于用户来说还具有透明性，这是因为用户只需要和接入提供商 签订服务等级约定( s e r v i c el e v e la g r e e m e n t ，s l a ) ，而各个网络运营商之间的 成本和收入的结算对于用户来说是透明的。 边缘计费方式非常灵活，既可以对流量发送者计费，也可以对流量接收者计 费，可以很好地支持多播计费和接收方付费方式。边缘计费需要记录用户的实际 网络资源使用情况，但这些记录和测量只需要在边缘网络进行。 边缘计费与现有的差分服务d i f l s e r v 技术相适应，d i f f s e r v 对于网络边缘和 网络核心的概念有利于实现这种计费方式。在基于d i f f s e r v 的i p 网络架构中， 网络边缘节点能够获得每个业务的类型和具体性能参数，这样通过边缘节点就可 以将用户的业务与计费联系在一起。 响应式计费 响应式计费( r e s p o n s i v ep r i c i n g ) 6 1 主要根据网络的运营状况动态调整价格， 通过价格杠杆来约束用户行为，从而达到降低网络拥塞提高网络利用率的目的。 响应计费方式是一种动态实时计费，费率会根据网络的拥塞程度不断的变动。 响应计费方式之所以能够约束用户行为是因为当网络拥塞程度上升，价格也 会随之提高，此时用户会减少它们的业务流量；当网络利用率低时，价格也会随 之下调，此时会吸引更多的用户使用网络。通过这种动态反馈的方式不仅可以有 效地控制网络负载，而且也可以增加网络利用率，并在最大程度上保证用户的经 济效率。但是，这种计费方式的不足之处在于网络运营商需要保存非常详细的计 费记录，从而产生了大量的网络开销。 第6 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文 c n g iq o s 管理系统中计费功能的研究与实现 智能市场计费 智能市场计费方式与响应计费方式相似，也是通过反馈机制，动态的根据网 络状态调整费率，从而影响用户行为，达到控制网络负载，提高网络利用率的目 的。其主要思想是在网络拥塞时依赖于拍卖竞价机制决定分组的处理【”。用户在 使用网络之前必须声明愿意为每个分组支付的最高费用，即投标价格( b i d ) 。网 络运营商会根据当前网络的拥塞状况计算出接纳这个数据包需要收取的接纳费 用门限值，这个门限值反映了网络传送这个分组的成本。只有投标价格大于或等 于该门限值的分组才会被传送，而被传送的每个分组都会根据这个门限值( 不是 投标值b i d ) 进行计费。这样就能够保证用户在网络上传输分组的价格，总是等 于或低于用户愿意支付的价格。这种计费方法通过这种拍卖竞价机制，使得用户 在发送流量之前，必须先考虑到网络的运行状况和其它用户发送流量的意愿。 与前面几个计费方案不同，智能市场计费方式需要对现有的i p 网技术进行 很大的改变。拍卖竟价机制需要重新在网络边缘进行复杂的配置，需要设计新的 通信协议，修改网络设备，在客户端要支持向网络动态出价的机制，这些将会大 大加重网络运营的成本。智能市场计费虽然很好地控制网络拥塞的问题，但要求 用户必须具有动态出价的能力，根据网络状况不断做出调整，这种频繁的反馈机 制使得它的用户可接受性很差。 优先级计费 优先级计费方式是通过i p 包头的服务类型( t o s ，t y p eo f s e r v i c e ) 字段表示 分组的优先级，然后，路由器在转发分组之前会首先查看该分组的t o s 字段，然 后根据策略将分组放到不同的优先级队列中排队，按照优先级进行转发、延时转 发或者丢弃。这种计费方式要求用户在接入网络之前与运营商签订协议，并根据 业务流的需要选择不同的优先级以及相应的费率。 优先级计费的优势在予这种计费方式能够很容易的在现有路由器中获得支 持。因为现有的路由器基本都已经支持流量的优先级排队机制，因此，只需要修 改配置即可支持优先级计费。优先级计费方式需要网络对用户业务进行监测和记 录，以便以后能够根据用户业务的流量以及优先级信息对用户收取费用。此外， 优先级计费方式能够提高网络的运营效率：初始情况下，网络利用率不高，用户 即使选择了低优先级的业务也能得到较好的服务质量，这种低价优质的服务将会 吸引更多用户对于网络的使用。但随着用户数量的增多，网络利用率也随之提高， 此时用户为了获得更好的网络服务，则不得不考虑使用高优先级的服务。 优先级计费的不足之处在于，这种计费方案虽然可以提供服务质量保证，因 为在网络拥塞时高优先级的流量会被优先处理。但是，严格优先级排队在网络拥 塞的时候可能会造成低优先级业务的饿死的不公平现象。 第7 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文 c l q g iq o s 管理系统中计费功能的研究与实现 等效带宽计费 等效带宽计费方式的主要思想是在客户和业务提供商之间签订s l a ，并且 由用户负责声明约定中的业务流特性，要求用户用一组简单的数字( 如令牌桶参 数) 尽量准确地来描述业务流特征，然后根据这些参数估算等效带宽的近似值， 以此作为资源预留和计费的依据。 文献i 6 r 8 l 提出了几种等效带宽计费方式，利用不同的公式能够推导用户流量 的预期负载，并引导用户声明用于接纳控制中业务流的近似值( 平均速率和峰值 速率) 。基于等效带宽的接纳控制，可以保证到每个用户的q o s ，同时统计复用 效果可以获得更高的利用率。这种方案的测量要求相对简单，只需要记录用户发 生流量的时间和总流量，再结合等效带宽进行费用计算。 这种方案要求用户尽量熟悉本身业务流量的特征，并根据业务提供商提供的 经验平均值来估算某连接的等效带宽，估算越准确越有利于保证用户业务的q o s 性能。 第8 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文c n g iq o s 管理系统中计费功能的研究与实现 2 2c n i gq o s 管理系统概述 2 2 1 c n g iq o s 管理系统应用场景 图2 - 1 应用场景示意图 如图2 - 1 所示，系统中包含多种角色： 基础网络服务提供商( n e t w o r kp r o v i d e r ，n _ p ) ，提供承载各种应用业务 的骨干网络，实现的是网络传输和服务质量保证的功能。 服务提供商内容提供商( s e r v i c ep r o v i d e r ，s p c o n t e n tp r o v i d e r ，c p ) ， 是n p 的一种特殊用户，独立于n p 运营，利用n p 的网络向终端用户提 供各种网络服务和内容服务，并利用n p 提供的各种q o s 机制来保障其 用户业务的服务质量。 终端用户( e n du s e r ，e u ) ，通过n p 的网络使用s p 提供的各种业务， 同时享受各种q o s 保障，并支付与之相应的费用。 系统中各个角色之间的关系如图2 2 所示： 第9 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文 c n g iq o s 管理系统中计费功能的研究与实现 量终用户( e n d - u s e r ) 图2 - 2 角色关系图 2 2 2 c n g iq o s 管理系统体系结构 图2 - 3c n g iq o s 管理系统体系结构 如图2 - 3 所示，c n g iq o s 管理系统在系统设计上采用分层结构： 网元管理层一网络设备控制和信息采集 网元管理层采用网元代理的概念，每一个路由器都与一个逻辑代理相对应， 由逻辑代理负责对路由器进行控制、配置和各种信息的采集。高层系统只需要与 第1 0 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文c n g lq o s 管理系统中计费功能的研究与实现 逻辑代理进行交互，雨不必直接操作底层设备。通过这种逻辑代理的方法可以有 效的屏蔽底层网络设备的差异性，最终达到底层设备透明化的目的。 网络管理层一网络配置、拓扑管理、性能监测、故障告警 位于整个c n g iq o s 管理系统的中间，能够为高层( 业务管理层资源管理 层) 与网元管理层之间提供数据交换，起到承上启下的作用：向下，包括对网元 设备的控制、q o s 机制的配置、监测任务的部署等，向上，包括网元节点性能信 息和监测信息的上报。具体来说网络管理层具有以下功能：网络拓扑管理功能、 网络网元节点性能监测功能、业务性能监测功能和网络告警故障处理功能。 资源管理层一n p 内部资源的统一管理、控制、分配和规划 提供系统内统一的资源管理、分配和控制，维护全网的资源状态，对网络资 源的合理分配。主要包括两个功能：接纳控制功能负责限制流入网络的流量，减 少网络内部出现拥塞的概率，以保证不同等级业务的服务质量；资源规划功能负 责统计网络中资源的使用状态，以便对网络资源进行优化的分配和使用。 业务管理层一业务签订撤销、调度和部署 业务管理层提供与业务及q o s 相关的高层控制和管理功能，主要包括业务 签署功能、业务调度功能、移动i p 业务支撑功能、跨域间业务协商和签订功能 和业务计费功能。 需要说明的是，在整个体系结构中本文所讨论的计费子系统主要包括两部分 功能( 在图中用深色表示) ：n p 计费功能和s p 计费功能。n p 计费功能主要从 网络运营商的角度对在网络中运行的各种业务按其获得的服务质量进行计费，即 q o s 计费；s p 计费功能主要从服务提供商内容提供商的角度对用户订购的各种 业务按业务的内容进行计费。其中具体的计费方式将在第三章中进行详细的阐 述。 第1 1 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文c n g i q o s 管理系统中计费功能的研究与实现 2 2 3c n g iq o s 管理系统功能结构 c n g iq o s 管理系统 物理网络 图2 - 4c n g iq o s 管理系统功能结构图 。 如果2 4 所示，整个管理系统分为n p 管理系统和s p 管理系统，n p 向s p 提供网络q o s 服务，由s p 面向最终用户提供具体的业务。s p 管理系统和n p 管 理系统之间的接口采用w e bs e r v i c e 接口。整个n p 管理系统主要包括业务管 理、资源管理、配置管理、拓扑管理、性能测量监测、计费和里现七大功能子 系统。业务管理子系统通过与s p 进行s l a 协商和定购，对网络资源进行管理部 署，实现端到端的业务部署：性能测量监测子系统进行网络性能、故障监测， 结合业务特征整合为s l a 监测，反馈给资源管理子系统以实施网络控制，同时 根据计费系统的特殊需求，将监测数据反馈给q o s 计费系统以完成策略计费。 2 2 4c n g iq o s 管理系统工作流程 c n g iq o s 管理系统典型的工作流程可以描述如下： 1 ) 用户访问服务提供商( s p ) 提供的一个站点，例如是v o d 服务。 2 ) 服务提供商( s p ) 将此次业务涉及的相关参数：用户的m 地址、v o d 服务 器的口地址、需要的带宽、与此业务相绑定的服务质量等级以x m l 方式传 递给网络提供商的服务质量管理系统( 即c n o iq o s 管理系统) 。 3 ) c n g iq o s 管理系统通过提供给服务提供商的w e bs e r v i c e 接口得到上述传递 第1 2 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文c n g iq o s 管理系统中计费功能的研究与实现 过来的信息，由s l a 管理子系统形成s l a 。 4 ) s l a 管理子系统将此s l a 请求传递给资源管理子系统进行业务接纳，当网络 此时没有足够的资源满足此次s l a 的要求时，则通过w e bs e r v i c e 接口向s p 返回业务请求失败信息。 5 ) 当网络里有足够的资源满足此次s l a 的要求时，即开始此次业务的相应部属 ( 即网络q o s 策略配置) ，同时启动监测任务，针对此次业务进行性能监测， 并启动对该业务的实时计费。 6 ) 经过上述步骤之后，用户即可享受到具有服务质量保证的v o d 服务。 2 3c n g io o s 管理系统中的计费子系统 在2 1 和2 2 节中分别对互联网业务计费机制的研究现状和c n g iq o s 管理 系统的整体概况进行了简要的描述。由于c n g iq o s 管理系统是运行在p 网络 环境中的一种新型业务管理系统，因此必不可少的需要业务计费功能的支撑( 从 2 2 2 节中的体系结构图中就可以看到这一点) 。那么如何在这样一个新型的业务 管理系统中提供业务计费功能就成为了一个亟待解决的问题。 本文后续各章节的内容主要以c n g iq o s 管理系统中业务计费功能的研究 和实现为中心，讨论如何在当前互联网快速发展和变革的背景下，实现一种以现 有各种计费方式为基础，而又不失创新的新一代互联网业务计费机制。该计费机 制应该具有如下特点： 1 符合互联网发展趋势，既能体现业务性能需求的差异性，也能体现业务内容 的差异性，最终对推动互联网业务的繁荣和发展具有积极的作用。 2 立足于现有的各项技术，力求做到实现和部署的方便高效。 3 能够在不增加网络负载的条件下，尽可能准确的反映业务特征。 4 具有良好的用户可按受性，计费方式清晰、合理、有效、透明。 5 具有良好的可扩展性和可控制性。 第1 3 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文 c n g iq o s 管理系统中计费功能的研究与实现 第3 章新一代互联网计费机制的研究 3 1互联网运营模式的改变及计费机制的探索 3 1 1新一代互联网运营模式的产生 近年来，中国的宽带用户数持续增长。截至2 0 0 5 年1 2 月3 1 日，中国上网 用户总数突破l 亿，为1 1 l 亿户，其中宽带上网人数达到6 4 3 0 万人。至此，中 国网民数和宽带上网人数均位居世界第二位【9 j 。可见，经过十几年的发展，我国 互联网已经颇具规模。人们正在工作、学习和生活中越来越多地使用互联网，整 个社会的运行都已经打上了互联网的烙印，互联网正从单一的行业发展成为深入 我国各行各业的社会大众的互联网。同时，随着互联网业务的发展，各种图形化 和多媒体应用越来越多，这几使得用户对接入带宽的需求越来越大，国内的各种 宽带接入技术因此应运而生并得到了稳步发展。宽带化已成为互联网发展不可逆 转的趋势。但是在这宽带“热潮”的背后，网络接入提供商i s p 服务提供商s p 的运营并非一帆风顺。 从2 0 0 1 年起，各大运营商纷纷抢占市场，在这一次人规模、大投入的宽带 基础建设中，各大运营商花费大量的财力、物力，把光纤引到了小区、写字楼等 在内的“最后一公里”，有的地方竟然出现了多家运营商同时将以太网布线到户 的情况。然而大规模的投入并没有换来大规模的回报，上网用户远低于预想目标。 痛定思痛，运营商面对“宽待热潮”带来的尴尬局面开始重新审视宽带网络市场， 通过分析现有运营模式，他们得出的结论是：用户申请开通宽带业务并接入宽带 网络后就能不受限制地享受任何免费的互联网内容和服务【1 0 1 。也就是说，i n t e r n e t 用户习惯了在为连接付费后，享受免费的服务。当遇到需要付费的服务，如网上 购物或购买特定资料、使用特定服务时，因为各s p c p 单独收费，用户需要在 s p c p 的网站进行注册，并通过付现金、办理预付费卡、网上银行支付等方式， 直接与s p c p 进行付费的交涉。如图3 一l 所示： 第1 4 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文c n g iq o s 管理系统中计费功能的研究与实现 图3 - 1 宽带网络运营模式 这种应该说完全沿袭了窄带互联网的运营模式，存在着弊端： 对最终用户而言：用户无法在统一缴费的情况下使用多种业务，分散式的缴 费方式使用户感到非常不便。 对s p c p 而言：s p c p ：提供给用户的内容服务基本上是完全免费的。由于网 络接入费用全部归了接入运营商，s p c p 只好选择通过不断炒作新的“网络 概念”来吸引网民眼球，获得投资，以期通过广告业务达到盈利的目