基于DCC协议在线计费数据业务的高可用性方案.docx

       基于DCC协议计费数据业务的高可用性方案                     摘 要：为实现基于DCC接口协议数据流量的高可用性计费系统（OCS），提出新的解决方案首先针对总体方案进行了介绍，然后针对数据业务类型、网络延迟、异常余额控制造成的对系统高可用性进行了难点分析提出的解决方案是对现有DCC协议实现的一种拓展，应用效果显示，大大降低了系统压力关键词：计费，数据业务，DCC协议1、引言及问题提出随着3G移动网络的普及，以及无线接入终端数据业务处理能力的提高，数据业务在移动运营商中的业务收入呈指数级上升但在业务收入高增长的同时，也带来巨大的欠费风险，采用离线计费的数据流量业务欠费日益严重目前电信运营商比较主流的做法是在核心网和计费支撑网进行升级和改造，对业务进行OCS（online billing）也称实时计费控制本文介绍基于DCC接口协议的数据业务架构及应用分析随着新的接入技术的引入和移动网络的快速扩容，对AAA协议提出了新的要求，使得传统的RADIUS结构的缺点日益明显目前3G网络正逐步向全IP网络演进，不仅在核心网络使用支持IP的网络实体，在接入网络也使用基于IP的技术，而且移动终端也成为可激活的IP客户端。

这就需要采用新一代的AAA协议——DiameterDiameter基础协议为各种认证、授权和计费业务提供了安全、可靠、易于扩展的框架以此为基础定义Diameter应用，只需要定义应用协议的应用标识、参与通信的网络功能实体、相互通信的功能实体间的消息内容以及协议过程，就可以完全依赖Diameter基础协议完成特定的接入和应用业务Diameter协议克服了RADIUS的许多缺点，在ITU，3GPP／3GPP2等国际标准组织中，都已经正式将DIAMETER协议作为NGN，WCDMA和CDMA2000等未来通信网络的首选AAA协议Diameter协议具有如下特性：(1) 拥有良好的失败机制，支持失败替代(failover)和失败回溯(faiback)；(2) 拥有快速检测到对端不可达的能力；(3) 拥有更好的包丢弃处理机制，Diameter协议要求对每个消息进行确认；(4) 可以保证数据体的完整性和机密性；(5) 支持端到端安全，支持TLS和IPSec；(6) 为每个会话进行认证/授权，以保证安全性；DCC（Diameter Credit Control）协议是在Diameter基础协议上扩展的应用协议，定义了针对预付费用户的计费机制，采用信用额度控制实现了基于会话及事件的计费，解决了对于预付费的计费需求。

当用户使用数据业务时，由GGSN判断用户是否是OCS用户，对OCS用户通过DCC协议转发到OCS系统进行计费鉴权，OCS将计费鉴权结果发送给GGSN实现对用户数据业务流量使用的控制DCC详细规范了正常业务使用、多业务会话、初始余额不足、通信过程余额不足及重定向等对个业务流程的控制，但是在某些应用场景上，没有规范OCS自身的控制策略，造成OCS与GGSN之间连接无法有效释放，系统压力高居不下，也造成用户预分配余额无法有效释放相关论文在余额分配控制方面对系统压力的影响进行了研究，范典华(2010)曾对OCS系统技术架构进行了分析，并提出采用规范字段Service-Identifier进行数据业务种类的区分控制预留余额片段同样，匡振国(2010)也对OCS系统在用户规模上进行了分析,并提出按历史平均用户量、历史滑动窗口使用量均值和引入遗忘因子权重迭代滑动窗口对余额分配设计的方法在DCC的实际应用中，随数据业务海量消息的增长，发现数据业务种类差异性，用户生命周期状态对交互量的增加亦不断造成系统瓶颈，为解决这一系统问题，下面对GGSN与OCS系统间的DCC协议的应用提出分析方案2、DCC协议架构的应用分析业务量的分配策略控制着GGSN和OCS系统的期望交互次数，从而影响到OCS系统的并发压力，而且会影响到用户业务使用结束后期望剩余业务可用量，继而影响到用户账户金额的利用率，即影响到用户订购的业务对账户金额的有效共享。

影响业务可用量分配的因素包括用户请求业务的支付账户余额、支付账户被用户订购业务的共享状况、用户消耗业务量的平均速度、业务控制网元和OCS系统之间的网络延迟、在账户余额不足以支付用户申请的多种业务时，OCS系统的并发压力还同运营商的运营策略相关可以说 “计费配额”的取定对于运营商来说是一个不小的课题2.1 基于用户消耗业务量的平均速度，区分不同GPRS业务的资源预留资源片也叫配额，是指基于会话的OCS控制流程中，每次授权得到的可使用资源的最大额度，可以是时长或者流量等业务使用过程中，OCS根据自身的余额分片预留策略，每次仅预留一个资源片余额给该业务使用，这部分余额仅允许用户使用一定的时长或流量（也称为资源片），当使用完后再重新预留一个资源片余额给用户使用，这个过程称为分片预留分片预留由于避免了一个业务独占全部余额的问题，可以实现多业务的并发计费，也可以实现在业务使用过程中，租费等其它的扣费任务的正常运行资源片的控制既可以由GGSN来控制，也可以由OCS系统来控制如果GGSN在初始化计费请求包或更新计费请求包中没有指定申请的资源片，则由OCS系统决定给予的资源片一般都是由OCS根据自身配置的资源片策略来给GGSN下发。

使用完毕后，GGSN发送结束请求包给OCS余额预留的大小配置，会导致GGSN和OCS间的交互消息增多，甚至引发计费引擎崩溃，因此在实施中需要根据不同业务的差异确定不同的预留策略，达到一个平衡点每次计费配额的取值过小，则对 GGSN 和 OCS 的处理能力显著增加；若每次的计费配额的取值过大，则影响计费的“实时性”在实现的方案设计中须考虑2G\3G业务带宽和用户使用的业务特点对于2G用户，数据业务的应用往往是流量网页、挂这种小流量业务，而3G用户，尤其是无线上网卡用户，一般是视频、下载流媒体业务根据用户业务特征，将2G用户的余额分片从100K调整为1M，3G用户的余额分片从1M调整为2M以同样下载4M数据为例，则取2G、3G用户各一个调整前后的，交互次数对比如下表：由表1可见，当分配额扩大一倍，则下载4M数据交互次数减少1/3甚至1/2随用户一次连接中下载量的增加，大配额的余额预留将大大降低交互次数由于2G和3G业务各运营商资费不同，锁定配额大小本例基本按照费率比例1:2进行配置，比较符合用户控费感知2.2 基于网络延迟的GGSN与OCS的异常会话控制当OCS给GGSN授权的配额即将耗尽，并且该配额是最后可用的配额时。

也即当出现OCS给GGSN授权的配额即将耗尽、已经到达授权量的有效使用时间（Validity-Time）、剩余配额低于流量门限或者时长门限值时，GGSN应该向OCS上报更新请求GGSN对异常会话的检测是根据其发出的消息在Tx定时器内没有收到返回的CCA来识别的OCS对异常会话的检测是根据创建的会话长时间不活动且到达Tcc定时器设置来判断的为了减少这些会话对系统资源的占用，OCS会对这些会话进行回收处理Tcc定时器超时后，OCS可以要求GGSN申请下一个资源片，也可以通过发出一个Re-Auth-Request (RAR)来发起重新认证/授权服务给GGSN例如初始授权的OCS可能需要确定用户是否还在使用这个服务如反复几次RAR消息仍然未收到GGSN回应，则断开本次链接从中国联通江西用户上网话单记录分析如下：抽取12月25日全天的56万用户流量行为统计数据分析发现，使用流量10-1000k（不足1M）占全天24小时统计话务模型都达到89%以上其中：① 使用流量10k占话务模型的51%② 使用流量10K-40k 占话务模型的21%③ 使用流量40-800k占话务模型的17%也就是说，用户在24小时内消费流量小于800K的用户占比为89%以上。

大量用户仅为挂、流量网页类小流量链接应用，这样GGSN和OCS之间交互次数及等待时长，在应用设计上尤为重要Tx定时器长短的设置可以大大减少GGSN和OCS之间的在挂等类似小流量业务应用期间的交互量，尤其避免对OCS计费引擎发送“雪崩”式请求访问实际应用中从900秒可调整为3600秒RAR的发送次数及等待时长也可以减少异常交互量，实际应用中调整RAR发送数量，将4个调整为1个；延长调整RAR发送时间间隔为600秒在发生消息交互瓶颈时，此类参数设置过大，则更加重OCS和GGSN系统间交互量，直接引发“雪崩”式请求访问2.3 基于账户余额不足申请多业务的会话控制机制在DCC协议中GGSN和OCS约定了一个特殊的返回码4012（DIAMETER_CREDIT_LIMIT_REACHED 余额不足），当余额不足时，OCS在CCA中携带该代码给GGSN，GGSN收到后中断业务图1描述了用户在通信过程中余额不足一个最小计费单元情况下余额申请的会话流程，其中CCA(MSCC(Update Result-Code=4012), Result-Code=2001)的消息， 外层的RC用于控制整个PDP会话，内层的RC用于控制业务会话, GGSN收到CCA后，根据MSCC(Result-Code=4012)拒绝业务使用请求并释放资源。

而在实际场景中，智能一旦得到GGSN的拒绝，则会发起新的连接申请，尤其是智能上多个上网守护进程，造成瞬间并发大量连接，消耗GGSN和OCS系统资源此流程控制在实际应用中意义十分重大，对于生命周期处于无免费资源的欠费期、锁定期、删除期用户，卡长时间放在智能李，智能频繁发起网络链接，即内外层MSCC(Result-Code)均返回4开头的消息，运营商可以根据自己的策略提出优化方案，在GGSN侧进行控制，对于此类用户不允许发起新的Initial连接而只保持此CCA Update链接,以降低系统开销在OCS侧，OCS针对余额不足类消息，不会再发起RAR等待GGSN应答，以至超过Tx计时器，而是选择直接清理连接，释放资源对于月初扣月租后，大量余额不足OCS用户进入充值期后，其智能频繁链接网络，占用系统资源进行了优化控制3、结论文中针对电信运业中基于Diameter协议的OCS系统，提出按承载的数据业务特点、欠费用户规模进行高可用性控制的一些关键点，是一种可行性较强的系统方案，随数据业务应用的广泛推广，数据业务的种类也不断增多，共享余额的业务模式也不断广泛应用，OCS和GGSN之间的交互量和时长将越来越成为制约系统高可用性的因素。

参考文献：[1] IETF RFC 4006: Diameter Credit-Control Application[2] 3GPP 32.296:online Charging System (OCS) applications and interface[3] 091-2008 中国联通IT系统 BSS系统域 OCS系统接口规范 第五分册：GGSN接口V2.0-20110624.doc [EB/OL].(2008-12-15)[4] 匡振国、倪宏.基于用户业务量的OCS方法研究[J].微计算机信息(管控一体化), 2010(26):17-19[5] 路鹏飞、李俊.计费系统中余额分配算法的优化[J].计算机工程,2011(07):282-284[6] 范典华.数据流量业务的一种OCS方案[J].通信技术,2013(03):36-38作者简介：黄瑛，工程师，硕士研究生，工作单位：中国联合通信有限公司江西分公司，主要研究方向为面向4G网络的计费系统；黄巍，工程师，硕士研究生，工作单位：中国。