实时计费系统中负载均衡算法研究

摘要

信息技术和信息产业高速发展对国民经济和个人生活都产生了巨大的影响。特别是随着智能终端普及，和移动网络3G、4G以及家庭宽带业务的推广，不可避免的涉及到计费问题，如使用在线购物、电信计费和电能量计费等。人们对于计费系统的实时性的要求日益提高。
　　以电信系统为例，目前国内外的电信计费系统都已经普遍从离线计费模式升级到准实时计费模式。由于公司的业务是全球性的，在公司的客户的更新计划中，部分客户已经开始或者准备开始从准实时计费系统升级到实时计费系统，在电信行业，这已形成一个必然的趋势。
　　目前对于计费系统的研究主要集中于准实时计费系统中，也有一些在云计算中讨论实时计费系统负载均衡的文献，但在已有的CNKI文献和IEEE文献中，针对非云计算环境下的实时计费系统的负载均衡，特别是能够结合工程应用案例方面的探讨和测试相对欠缺。因此有必要就负载均衡算法在实时计费系统中的设计和应用进行探讨。
　　针对实时计费系统中的负载均衡算法的设计，本文首先研究了两种静态算法，轮循算法和加权轮循算法，两种动态算法，加权最小连接算法和最快响应算法在实时计费系统中的应用，然后，分析了四种算法在理想的负载均衡系统中的逻辑和流程。考虑到实时计费系统在实际使用过程中会遇到各种各样的问题，如多个客户端、服务器性能差别大等。论文中对这些问题分别提出解决办法，在加入了对复杂场景的考虑后再次实现了这四种算法。
　　本论文的重点是设计了两种新的适用于实时计费系统的负载均衡算法。一种是自定义算法，该算法是根据用户的特殊需求进行设计。论文中列举出几种特殊案例，例如根据手机号码的奇偶性质，特殊时间段特殊服务器处理，或者特定用户指定特殊服务器处理等，并给出相应的实现代码。另一种是基于JGroups的分布式算法。利用JGroups工具在计算机集群中实现相互通信，避免在负载均衡器中的复杂配置，也能够做到平均分摊服务器负载，并实现服务器数据的相互备份。该分布式算法对服务器异常情况能作出灵活响应，在配合物理服务器和内存服务器的使用下，可保证会话不间断的前提下也能避免出现某台服务器过载的情况。该算法支持在服务器恢复或者集群中加入新服务器的情况下，可在短时间作出反应，对数据再次进行分配以达到新的负载均衡效果。
　　论文最后对新提出的基于JGroups的分布式负载均衡算法，利用DCC meter工具和数台服务器进行实际测试，从数据延迟、CPU占用、内存占用和系统 I/O等待时间等方面验证该分布式负载均衡算法的可行性，并说明其性能。测试结果表明，该分布式负载均衡算法能够比较好地达到预期的负载均衡效果。

目录

第一章 引言

1.1课题研究背景、现状及意义

1.2 课题研究对象

1.3 本文研究内容

1.4 论文的组织结构安排

第二章 AAA协议和负载均衡技术

2.1 AAA协议

2.2 负载均衡技术

2.3 本章小结

第三章 简单场景中的负载均衡算法

3.1 负载均衡器

3.2 算法实现

3.3 本章小结

第四章 复杂场景中的负载均衡算法

4.1 复杂场景

4.2 算法实现

4.3 本章小结

第五章 新的负载均衡算法

5.1 自定义算法

5.2 基于JGroups的分布式算法

5.3 本章小结

第六章 测试

6.1 测试对象

6.2 测试工具

6.3 测试环境

6.4 测试数据和结论

6.5 本章小结

第七章 全文总结

7.1 主要结论

7.2 研究展望

参考文献

英语缩略语表（附录1）

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

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