CN1620017A - 宽带网络接入服务器的计费缓存系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信系统中的计费系统，公开了一种宽带网络接入服务器的计费缓存系统及其方法，使得出现网络或NAS故障时，计费信息依然能正确保存。这种宽带网络接入服务器的计费缓存系统及其方法对NAS中的用户计费信息实行内存和物理介质两级保护，当计费服务器无法正常工作时，将用户计费信息保存在内存中，并在计费服务器恢复正常后重新发送这些缓存的用户计费信息；此外，定时保存当前用户计费信息到物理介质，当NAS从故障中恢复时从物理介质中读取保存的信息并继续处理。

Description

宽带网络接入服务器的计费缓存系统及其方法

技术领域

本发明涉及宽带接入系统中的计费系统，特别涉及宽带网络接入服务器中保障计费信息安全的系统及其方法。

背景技术

从1995年开始，因特网(Internet)的热潮在我国掀起。据统计，截至2001年7月，我国上网总人口已达2650万，其中，宽带上网的人数成几何级数的增长。随着宽带城域网建设的发展，宽带业务也越来越丰富，计费方式也越来越多样化，从以前单一的包月方式到现在的根据上网的不同群体进行分段包月，如包月60小时、90小时、120小时和无限时包月等。当前现有的宽带业务进一步向公众网扩展的过程中需要更多的计费方式来解决各种需求的用户接入。面对如此众多的计费方式的同时，如何保证计费信息的宽带接入上网费用的不丢失，充分保证运营商和用户的切身利益，自然被提升到一个非常重要的位置。

目前，用户的计费信息由网络接入服务器(NETWORK ACCESSSERVER，简称“NAS”)采集，并由NAS传递给计费/认证中心，然后根据费率生成帐单。NAS与计费/认证中心之间采用的是远程认证拨号接入用户服务协议(Remote Authentication Dial In User Service，简称“RADIUS”)。

RADIUS协议是当前流行的验证、授权、计费协议(Authentication、Authorization、Account，简称“AAA”)。它采用客户/服务器结构，以用户数据报协议(User Data Protocol，简称“UDP”)作为传输协议。RADIUS客户端通常运行于NAS上，它的任务是将用户信息发送到指定的服务器上，然后根据服务器的不同响应进行处理。计费服务器位于计费/认证中心，其任务是接收客户端发来的请求，验证用户权限，记录计费信息等。

在现实的宽带网络运营中，一般是通过NAS采集用户上网时间、流量等必要的计费信息，再通过RADIUS协议交给计费服务器进行后台计费。其中NAS负责实现用户的宽带上网业务需求以及对用户上网数据的采集和上报。通常NAS，在用户下线后会将用户的计费信息发送给计费服务器，当网络不通或计费服务器发生异常时，只会按照协议重发几次，如果计费服务器仍然无法正常做出响应，NAS按照协议要求，就会将用户计费信息丢弃。

由此可见，当前的计费系统存在着各种不稳定因素。

首先，传输过程中有可能出现丢包。因为作为RADIUS的传输协议UDP是一种典型的不可靠传输。它是面向非链接的，没有错误控制机制，包的到达顺序也不一定。尽管在RADIUS协议中也定义了一些关于报文如何进行重传的保证机制，但这些都无法完全避免报文的丢失。尤其在实际网络中，通常为了便于业务的开展，经常是计费服务器放置在异地，如北京；而NAS被放置在端局，如深圳，从而更加增加了报文传输的不可靠因素。

其次，计费服务器或相关网络有可能出现故障。在这种情况下，其结果为对计费请求包无响应。

最后，RADIUS客户端所在的NAS有可能出现故障。在这种情况下，其结果为无计费请求包，正在计费的会话无法停止。

针对以上情况，如何保证宽带用户计费信息不被丢失，充分保障运营商和用户的利益，对一个NAS设备来说是一个非常重要的技术难题。

图1反映的是当前NAS的架构。如图所示，NAS由用户信息采集模块10、通信处理模块20、状态机处理模块30组成。

用户信息采集模块10用于对用户上网过程中产生的计费信息进行采集。这里的计费信息包括上线流量、时长、物理信息等等。

通信处理模块20用于发送用户计费信息，即对用户认证、计费信息按通信协议进行打包、发送到计费服务器，另外接收来自计费服务器的响应信息并发送给状态机处理模块30。

状态机处理模块30用于上线用户的状态调度。该模块中保存有所有上限用户的状态信息，并根据需要通过通信处理模块20与远程的计费服务器进行通信，例如发送用户认证、计费信息，接收认证结果的回应等等。

当用户下线后，由状态机处理模块30通知用户信息采集模块10采集用户计费信息，采集计费信息完成后，交由通信处理模块20进行发包处理，此时状态机处理模块30已经释放用户信息。此时如果NAS或计费服务器或它们之间的网络出现故障，自然就丢失了用户的计费信息。

在实际应用中，上述方案存在以下问题：第一、NAS或计费服务器或它们之间的网络的故障均会导致计费信息的丢失；第二、随着NAS中用户数的增加，计费信息因太多而未能及时到达计费服务器导致丢失。

造成这种情况的主要原因在于，当前的NAS的没有对计费信息进行有效的缓存，并且没有在NAS和计费服务器之间建立起有效的流控机制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种宽带网络接入服务器的计费缓存系统及其方法，使得出现网络或NAS故障时，计费信息依然能正确保存。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种宽带网络接入服务器的计费缓存系统，包含状态机处理模块和通信处理模块，

所述状态机处理模块用于上线用户的状态调度；

所述通信处理模块用于将来自所述状态机处理模块的用户认证、计费信息发送到远程的计费服务器，接收来自所述计费服务器的响应信息并发送给所述状态机处理模块，所述系统还包含：

用户信息内存管理模块，用于对来自所述状态机处理模块的用户计费信息在内存中进行存储管理，当所述计费服务器无法正常计费时对所述用户计费信息在内存中进行缓存，并在所述计费服务器恢复正常计费后将缓存的所述用户计费信息发送到所述计费服务器。

其中，所述系统还包含计费信息物理介质管理模块，用于对来自所述状态机处理模块的所述用户计费信息在物理介质中进行存储管理，定期向物理介质保存所述网络接入服务器中当前的用户计费信息，在所述网络接入服务器从事故中恢复后，从所述物理介质读取保存的所有正在计费状态的所述用户计费信息，并发送到所述计费服务器。

所述物理介质包含硬盘、磁带机、闪速存储器中的任意一种及其组合。

所述系统还包含服务器状态检测机制模块，用于检测所述计费服务器是否正常，如果所述计费服务器异常，则通知所述状态机处理模块将所述用户计费信息发送到其他可以正常工作的计费服务器。

所述服务器状态检测机制模块还用于根据上一个单位时间间隔内收取的来自所述计费服务器的响应报文的数量，确定下一个单位时间间隔内所述状态机处理模块向所述计费服务器可发报文数的上限。

所述可发报文数的上限是所述响应报文的数量的固定倍数。

所述通信处理模块和所述计费服务器之间以远端接入拨号用户服务协议通信。

本发明还提供了一种宽带网络接入服务器的计费缓存方法，包含以下步骤：

当计费服务器无法正常计费时，在内存中对用户计费信息进行缓存；

当所述计费服务器恢复正常计费后，将缓存的所述用户计费信息发送到所述计费服务器，并在发送成功后清除缓存的所述用户计费信息。

其中，所述方法还包含以下步骤：

定期向物理介质保存所述网络接入服务器中当前的用户计费信息；

在所述网络接入服务器从事故中恢复后，从所述物理介质读取保存的所有正在计费状态的所述用户计费信息，发送到所述计费服务器，并在发送成功后将所述物理介质中保存的所述用户计费信息标记为完成状态。

通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的区别在于，对NAS中的用户计费信息实行内存和物理介质两级保护，当计费服务器无法正常工作时，将用户计费信息保存在内存中，并在计费服务器恢复正常后重新发送这些缓存的用户计费信息；此外，定时保存当前用户计费信息到物理介质，当NAS从故障中恢复时从物理介质中读取保存的信息并继续处理。还有，增加了一个发送报文队列，根据上一个单位时间段内收到的响应报文数确定下一个单位时间段内可发报文数的上限，以此进行NAS到计费服务器的流控。

这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即首先，采用了二级保护的计费信息保护措施，将网络、计费服务器、NAS因故障而对计费信息造成的影响降至最小限度，充分保障了运营商和用户的利益，完善了NAS的计费信息保障功能。

其次，增加了一个发送计费信息报文的队列，这样使得宽带接入设备又具有一个充分保障控制通道利用率的功能，从而令NAS到计费服务器之间的交互报文达到一个最佳的工作状态。

附图说明

图1是当前NAS架构示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的NAS计费缓存系统的结构示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的NAS计费缓存方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

为了充分保证用户的计费信息不会因为计费服务器工作不在状态或NAS自身异常而丢失，同时又要保证NAS的工作性能，本发明采用了两级备份的方式实现用户计费信息的丢失防护。现参照图2，描述根据本发明的一个实施例的采用两级备份架构的NAS。

如图2所示，本实施例的NAS由用户信息采集模块10、通信处理模块20、状态机处理模块30、用户信息内存管理模块40、计费信息物理介质管理模块50以及服务器状态检测机制模块60组成。

总的来说，用户信息采集模块10、通信处理模块20、用户信息内存管理模块40、计费信息物理介质管理模块50、服务器状态检测机制模块60分别单独与状态机处理模块30相连接，其中通信处理模块20又通过Internet与计费服务器相连接。

由于用户信息采集模块10、通信处理模块20以及状态机处理模块30已在图1中说明，现进一步描述其余模块。

用户信息内存管理模块40用于对用户计费信息在内存中进行存储管理，负责对用户计费的相关信息，诸如上线流量、时长、物理信息等，进行必要的读、写操作。它应用于两级备份架构中的第一级保护：在用户上线后，将用户的信息放入内存中进行临时保存，同时定时获取用户的流量信息，保证用户的上网时长、上网流量能够得到实时更新，保证计费信息的准确性。

计费信息物理介质管理模块50用于对拨号用户计费信息在断电后能长期保存的物理介质中进行存储管理，负责对用户计费的相关信息，诸如上线流量、时长、物理信息等，进行必要的读、写操作。它应用于两级备份架构中的第二级保护：NAS配置一个诸如硬盘、磁带机、闪速存储器(FlashMemory，简称“FLASH”)之类的可以在断电后长期保存用户信息的物理介质，同时设定一个写物理介质的时间，本实施例中缺省为300秒。每隔一个写物理介质时间，就将当前用户信息定时写入物理介质进行保存，保证物理介质中的用户信息也得到实时更新。值得注意的是，此时写入物理介质的用户计费状态为正在计费状态。熟悉本领域的技术人员可以理解，物理介质可以为硬盘、磁带机、FLASH等中的一种或几种的组合，写物理介质时间也可为任意值，而不影响本发明的实质和范围。

最后说明图2所示的服务器状态检测机制模块60。它用于检测对端计费服务器的工作状态是否正常，如果预先用户选择的计费服务器异常，则需要选择一个通信正常的服务器，然后将计费、认证的用户信息传递给通信处理模块20。

通常对于一个需要发送过多计费信息的宽带接入，因为认证、计费请求与计费服务器给其的响应报文必须是一一对应的，故在与计费服务器实现对接的时候，如果出现计费服务器性能过低不能够及时处理信息的情况，将会致使大多数设备发出的请求无法收到与之匹配的来自计费服务器的响应报文，这将会导致设备按照协议要求不停的重发请求。造成信息丢失或网络通道拥塞。严重的会导致设备认为计费服务器工作不正常，进而利用服务器状态检测机制模块60，进行服务器切换。

另外，在服务器状态检测机制模块60中，有一个发送认证、计费信息报文的队列，用于缓存待发送的数据。该队列将根据计费服务器处理报文的能力进行报文流量控制。一般是根据每秒接收到响应报文的个数，进行发送报文数调整，报文调整的参数通常为发送报文数等于接收到的响应报文数的固定倍数，例如1.25倍，每秒钟都动态进行调节。这样使得发送报文与接收报文始终保持一个有效的收敛比，当网络负载繁重时，设备能够收到的响应报文就少，此时就减少发送报文的个数。同理，当网络负载小时，设备就可以将发送的报文个数放大，增加报文收发能力。对于由于报文流量控制，暂时不能够发送出去的用户数据，我们就必须使用计费缓存机制进行计费缓存。对于报文流量控制机制，举例如下：某时刻我们收到10个来自计费服务器的响应报文，那么我们在下一时刻，我们最大能够发送请求报文的个数为10*1.25＝12.5个。这样灵活的根据网络负载、计费服务器处理性能，动态调节向计费服务器发送计费信息的个数，使得NAS到计费服务器之间的交互报文达到一个最佳的工作状态。熟悉本领域的技术人员可以理解，发送报文之于接收的响应报文的倍数可以为其他合理的值而不影响本发明的实质和范围。

下面进一步说明NAS的动态工作过程。

如果NAS、计费服务器以及相关网络均处于正常工作状态，则NAS中的状态机处理模块30会通知用户信息采集模块10用户的状态信息，用户信息采集模块10将根据用户状态采集计费信息。然后通信处理模块20把计费信息按RADIUS协议打包。最后利用服务器状态检测机制模块60中的发送队列把信息发送出去。

如果当NAS与计费服务器之间网络发生异常或计费服务器发生宕机的情况下，导致NAS无法将用户计费信息安全发送到计费服务器，为了确保计费信息不被丢失，我们使用第一级保护措施，利用用户信息内存管理模块40将用户计费信息暂时存放在内存空间中。在网络通讯恢复之后或计费服务器恢复正常后，从内存中取出存放的用户计费信息，将其发送到计费服务器进行计费，然后在NAS上清除内存中用户计费信息，释放内存空间。

如果NAS，在工作的过程中由于自身异常，发生复位、宕机等情况，将内存中所有的用户计费信息都完全丢失。由于设备采用了第二级保护措施，计费信息物理介质管理模块50定时将内存中的用户计费信息写入了物理介质，使得NAS在重新复位恢复工作正常后，可以从物理介质中获取所有正在计费状态的用户计费信息，将其发送到计费服务器，从而完成用户的计费。然后将物理介质中的用户计费状态标记为计费完成状态。这样在很大程度上挽回了用户的计费信息，将计费信息的损失降低到最小。

最后，结合附图3进一步说明NAS计费缓存方法的流程。

当NAS运作时，就进入步骤300。在步骤300中，NAS每隔一段固定时间，将计费信息写入物理存储介质，此实施例中，时间设定为300秒。这里的物理存储介质，是指诸如硬盘、磁带、FLASH之类的断电后能长期保存信息的设备。只要NAS工作正常，就必须维持此操作，它属于第二级保护，用于在NAS自身故障时，保存计费信息。

然后进入步骤310，判断是否出现故障，如果否，即一切工作正常，则返回步骤300；如果是，则进入步骤320。

在步骤320中，进一步判断故障的原因，看是否属于计费服务器或网络故障，如果是，则进入步骤330；如果不是，说明属于NAS自身故障，则进入步骤370。

先说明属于计费服务器或网络故障的情况，即进入步骤330。在步骤330中，计费信息暂时存入NAS的内存中；然后进入步骤340，即在故障恢复后，NAS从内存读出计费信息；在步骤350中，将计费信息发送至计费服务器；最后NAS清除内存信息，释放内存空间。步骤330至步骤360属于第一级保护。由于在这种情况下，故障来自NAS外部，即NAS处于正常工作状态，因此NAS可以利用自身的内存暂存计费信息。

然后说明故障来自NAS自身的情况，此时进入步骤370。由于NAS在出现故障前，每300秒均将计费信息写入物理存储介质，所以在步骤370中，当NAS故障恢复时，NAS可以从物理存储介质中读取计费信息。虽然会损失部分计费信息，但限制在300秒内。然后进入步骤380，NAS将计费信息发送至计费服务器；最后在步骤390中，将物理存储介质中的物理信息标记为完成，此操作的目的是为了避免计费信息的重复发送。至此，第二级保护完成。

虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种宽带网络接入服务器的计费缓存系统，包含状态机处理模块和通信处理模块，

所述状态机处理模块用于上线用户的状态调度；

所述通信处理模块用于将来自所述状态机处理模块的用户认证、计费信息发送到远程的计费服务器，以及接收来自所述计费服务器的响应信息并发送给所述状态机处理模块，其特征在于，所述系统还包含

用户信息内存管理模块，用于对来自所述状态机处理模块的用户计费信息在内存中进行存储管理，当所述计费服务器无法正常计费时对所述用户计费信息在内存中进行缓存，并在所述计费服务器恢复正常计费后将缓存的所述用户计费信息发送到所述计费服务器。

2.根据权利要求1所述的宽带网络接入服务器的计费缓存系统，其特征在于，所述系统还包含计费信息物理介质管理模块，用于对来自所述状态机处理模块的所述用户计费信息在物理介质中进行存储管理、定期向物理介质保存所述网络接入服务器中当前的用户计费信息、并在所述网络接入服务器从事故中恢复后，从所述物理介质读取保存的所有正在计费状态的所述用户计费信息，并发送到所述计费服务器。

3.根据权利要求2所述的宽带网络接入服务器的计费缓存系统，其特征在于，所述物理介质包含硬盘、磁带机、闪速存储器中的任意一种及其组合。

4.根据权利要求2所述的宽带网络接入服务器的计费缓存系统，其特征在于，所述系统还包含服务器状态检测机制模块，用于检测所述计费服务器是否正常，如果所述计费服务器异常，则通知所述状态机处理模块将所述用户计费信息发送到其他可以正常工作的计费服务器。

5.根据权利要求4所述的宽带网络接入服务器的计费缓存系统，其特征在于，所述服务器状态检测机制模块还用于根据上一个单位时间间隔内收取的来自所述计费服务器的响应报文的数量，确定下一个单位时间间隔内所述状态机处理模块向所述计费服务器可发报文数的上限。

6.根据权利要求5所述的宽带网络接入服务器的计费缓存系统，其特征在于，所述可发报文数的上限是所述响应报文的数量的固定倍数。

7.根据权利要求1至6中任意一条所述的宽带网络接入服务器的计费缓存系统，其特征在于，所述通信处理模块和所述计费服务器之间以远端接入拨号用户服务协议通信。

8.一种宽带网络接入服务器的计费缓存方法，其特征在于，包含以下步骤：

当计费服务器无法正常计费时，在内存中对用户计费信息进行缓存；

当所述计费服务器恢复正常计费后，将缓存的所述用户计费信息发送到所述计费服务器，并在发送成功后清除缓存的所述用户计费信息。

9.根据权利要求8所述的宽带网络接入服务器的计费缓存方法，其特征在于，所述方法还包含以下步骤：

定期向物理介质保存所述网络接入服务器中当前的用户计费信息；

在所述网络接入服务器从事故中恢复后，从所述物理介质读取保存的所有正在计费状态的所述用户计费信息，发送到所述计费服务器，并在发送成功后将所述物理介质中保存的所述用户计费信息标记为完成状态。

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