ОПТИМІЗАЦІЯ АРХІТЕКТУРИ БАЗИ ДАНИХ АСР ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНОГО ОПЕРАТОРА ЧЕРЕЗ ПЕРЕХІД ДО NOSQL-МОДЕЛІ

Анотація

У статті досліджено шляхи вдосконалення архітектури баз даних автоматизованих системи розрахунків телекомунікаційних операторів в умовах постійного зростання інтенсивності запитів. Обґрунтовано, що традиційні реляційні моделі (зокрема, на базі системи керування базами даних MySQL) стикаються з проблемою блокувань вводу-виводу (I/O) під час запису логів трафіку, що призводить до затримок у 10-50 мс. Як альтернативу запропоновано перехід до NoSQL-системи MongoDB, що дає змогу скоротити час відгуку до 1-5 мс завдяки використанню рушія WiredTiger. Особливу увагу приділено розробленню гібридної моделі користувач-центричної події (User-Centric Event Model). Суть моделі полягає у впровадженні патерну «Документ-Агрегат», де вся необхідна для авторизації інформація (статус, баланс, параметри тарифу) зберігається в одному «супердокументі». Це мінімізує кількість запитів до диска та дає змогу приймати рішення про доступ за один запит із часом відгуку менше 1 мс.

У роботі детально описано застосування інноваційних механізмів системи керування базами даних MongoDB для оптимізації системи автоматизованих розрахунків. А саме: патерн Bucket – групування погодинних або щоденних логів трафіку в один документ, що зменшує кількість індексних записів у 60 разів та економить 40-60% дискового простору; атомарні оператори ($inc, $set) – зміна балансу та статусів без використання важких транзакцій, що запобігає «стану гонитви» (race condition); TTL-атрибути – автоматизація бізнес-логіки (наприклад, надання послуг обмежених за часом) без залучення сторонніх скриптів-очищувачів (cron-jobs); Change Streams – перехід від пасивного опитування бази даних до моделі реагування в режимі реального часу, що знижує навантаження на CPU та дає змогу миттєво відключати абонентів у разі обнуління балансу Результати аналізу свідчать, що запропонована модель забезпечує зростання швидкості відгуку у 2.5-3 рази та гарантує горизонтальну масштабованість системи в разі збільшення кількості абонентів понад 20000. Стаття має практичне значення для розробників білінгових систем та інженерів телекомунікаційних мереж.

References 

1.    Kleppmann, M. (2016). Designing Data-Intensive Applications. O’Reilly Media.

2.    Bradshaw, S., Brazil, E., & Chodorow, K. (2020). MongoDB: The Definitive Guide: Powerful and Scalable Data Storage (3rd ed.). O’Reilly Media.

3.    Kvet, M., Majerčiaková, L., Gibhardt, A., Miljković, L., & Bouhtout, W. (2022). Performance Analysis of the Database of Telecommunications. 2022 31st Conference of Open Innovations Association (FRUCT), 145–152. https://doi.org/10.23919/FRUCT54823.2022.9770929

4.    Eşanu, C.-S., Fotache, M., Cluci, M.-I., Pinzaru, C., & Rusu, O. (2025). OLAP Performance Analysis in Neo4j/Cypher Deployed on OpenStack: Challenges and Results for Medium-Sized TPC-H Data Sets. 2025 24th RoEduNet Conference: Networking in Education and Research (RoEduNet), 1–6. https://doi.org/10.1109/RoEduNet68395.2025.11208314

5.    Montolalu, B., Rochimah, S., & Siahaan, D. (2023). SQL And NoSQL Object Database Mapping to Support CRUD Operation. 2023 International Conference on Information Technology and Computing (ICITCOM), 279–284. https://doi.org/10.1109/ICITCOM60176.2023.10442056

6.    Lawal, B., Memon, M., Howard, C., & Anunobi, S. (2024). Optimizing Microservices Architecture: A Comprehensive Study on Resolving Complexity in Billing Systems. 2024 11th International Conference on Software Defined Systems (SDS), 72–79. https://doi.org/10.1109/SDS64317.2024.10883916

7.    Kirei, K. O. (2023). Improvement of the system of control, accounting and access to the Internet of subscribers of a telecommunications operator [Vdoskonalennia systemy kontroliu, obliku ta dostupu do merezhi internet abonentiv operatora telekomunikatsii]. Computer Science and Applied Mathematics, (1), 26–35.

8.    Kirei, K. O. (2024). Optimization of the authentication, authorization and accounting process using the RADIUS protocol [Optymizatsiia protsesu avtentyfikatsii, avtoryzatsii ta obliku z vykorystanniam RADIUS protokolu]. Nauka i tekhnika sohodni. Seriia: Tekhnika, (2), 818–828. https://doi.org/10.52058/2786-6025-2024-2(30)-818-828