摘要：支付清算系统是国家金融市场和经济运行的核心基础设施，随着银行卡交易量的逐渐增多，银行卡跨行清算系统成为其中较为重要的一个部分。本文着重从我国银行卡跨行清算系统的特点、演进过程和技术特点三个方面进行分析，在全面认识和分析我国银行卡跨行清算系统的基础上，阐述了我国银行卡第二代跨行清算系统的技术特点，提出了清算系统未来的研究方向。
关键词：银行卡；跨行清算系统；演进历程：技术特点
JEL分类号：C30；G10 中图分类号：F830.91 文献标识码：A 文章编号：1006-1428(2012)02-0080-03
一、引言
支付清算业务是为了完成客户之间的转账支付结算委托而发生在金融同业之间的再结算。安全和高效的支付清算系统是经济金融最重要的基础设施之一。目前对支付清算系统的研究主要集中在以下几方面：一是对国外某些清算体系和制度的介绍，对中外支付清算体系进行比较；二是对我国支付清算体系进行分析：三是介绍某种支付系统的技术体系结构和业务功能。但现有研究对于提高清算系统效率的技术研究较少。
银行卡跨行清算系统是支付清算系统的重要组成部分，其安全和效率对于经济金融运行和社会发展具有重要意义。中国银联跨行清算系统在我国银行卡清算系统中处于核心地位。自中国银联成立至今，该系统经历了一系列的变化过程，逐步形成了一套安全、高效的清算系统，为我国银行卡产业的高速发展提供了坚实基础保障。本文在研究分析我国银行卡跨行清算系统主要特点和演进过程的基础上，提出了几项提高清算效率的技术方法。这些方法已在中国银联的清算系统中得以实现。取得了良好的效果。
二、我国银行卡跨行清算系统的特点
在国际银行卡市场上，按核心企业提供服务的方式不同，分为封闭式系统(如美国运通卡)和开放式系统(如Visa卡和万事达卡)。我国银行卡跨行交易系统属于开放式系统，但与市场结构相适应，我国银行卡跨行清算系统具有如下特点：
1、服务范围与清算方式：我国银行卡跨行清算业务的服务范围包括ATM取现、POS消费等传统支付渠道以及基于银行卡的水、电、气，航空、铁路售票，缴税等行业渠道，网上支付、移动支付等新兴支付领域。清算系统采用多边日终净额清算制，主要功能：一是跨行交易资金清分，二是会计核算，三是资金划拨。
2、分级清算：清算系统分为两级(如图1所示)，一级清算完成发卡行和收单行之间的同业清算，二级完成收单行／结算行与商户之间的结算。
3、参与者众多：一般国际银行卡公司与每个成员机构仅有一个清算节点且不介入商户和第三方清算。而国内参加清算系统的机构，除了有全国性商业银行总行，还有全国性商业银行各地分行、城市商业银行和农村商业银行、第三方机构以及商户，拓宽了“金融同业之间再结算”的范畴。
4、交易量快速增长：随着我国经济社会的快速发展和用卡环境持续改善，银行卡跨行交易量快速增长。2010年跨行交易笔数达到80亿笔，交易金额11万亿元。
5、创新业务不断涌现：人们对零售支付的多样化需求以及技术创新促进了新型支付渠道和支付领域不断涌现，收费方式和分配方法呈现多样化。
以上特点对清算系统效率性提出了要求：一是集成处理两级清算；二是具备强扩展性；三是高效灵活的数据处理方式；四是高效的清算算法。
三、我国银行卡跨行清算系统的演进过程
从清算系统演变历程看，清算系统经历一代清算系统和二代清算系统两个重大阶段。一代系统应用架构采用两级清算方式(此处的分级指技术平台划分层面，本文第2节的划分指业务层面，两者不尽相同，存在部分交叉)，按技术平台进行分类，系统划分为“一级清分平台”和“统一二级清分平台”两个层次，两层次的耦合关系是数据文件。第一个层次处理异地交易，第二个层次处理同城交易。第一层次的清算对象仅限于成员机构总行，第二层次的清算对象包含成员机构分行、商户和第三方机构。第一层次的技术特点是交易量大、机构数少、计费方法较为统一，效率较高。第二层次的技术特点是交易量小、清算对象多、计费方法灵活。清算系统的“一次清分平台”运行在一台物理主机上，不具跨机调度功能，系统性能的扩展主要依靠主机资源如CPU或内存横向扩展。清算模式采用日终一个批次净额清算。一代清算系统经过多次改进，增加了新的计费功能模块，改进了清算算法，大大提高了执行效率。
一代清算系统是中国银联清算系统的最初始阶段，系统建设主要以功能的完备性、系统的可靠性、运维的安全性为出发点，在应用架构上是一种松耦合系统，系统内部数据处理流程较为直观，生产问题易于分析解决，运维的技术难度相对较低，虽然在系统处理时效以及算法特点上和二代清算系统的技术处理手段有一定的差距，但是在当时的业务背景下，出色地完成了其对各类服务对象的基础设施功能。
二代清算系统通过对清算应用架构、进程调度方式、数据流处理方式、清算算法等方面的重大改进，清算系统在性能、时效、服务流程等方面达到了较高水平，大大提高了清算系统的效率。一是实现了两级清算方式的集成处理：二是进程调度实现了跨机调用。提高了性能扩展能力；三是通过日间数据多批次转换、应用多批次处理、日终清分修正等策略实现了日间多批次清算。四是通过传统交易和创新交易清算拆分、计费解释器等高效清算技术提高了执行效率。
四、我国银行卡第二代跨行清算系统的技术特点
基于我国银行卡跨行清算系统的特点，为了提高清算系统处理效率，二代清算系统在进程数据流处理方式、清算算法方面采用了全新的设计理念。
1、采用跨机调度技术提高系统性能：二代清算系统突破了单机范畴。首先将多种任务调度方式(如单机同步，多机同步／多机强制同步／单机异步／多机异步等)预定义，跨机调度机制将这些任务贯穿起来，形成一套完整的流程，流程上支持按步骤分组的并发。以及支持多层嵌套子流程。通过这种机制，在未使用任何中间件技术情况下，实现多机均衡或非均衡性负载，达到系统资源利用的最大化，而调度策略本身的负载很低，可以忽略不计。这种方式在架构上允许使用不同架构的主机；在灵活性上，跨机调度可以配置为单机调度，也可以配置为多机调度。在可用性上，当部分节点失效时，经过简单配置可快速把任务转到其他节点上。
2、数据处理时段的重大变革：二代清算系统采用了日间多批次净额清算的方式。其核心思路是日间数据多批次转换、应用的多批次处理、日终后的清分修正策略。这个策略可以灵活地、不受时间段长短限制地划分多批次，分批内的交易量多少和分批的数量均不受限制。而通过修正策略修正关联交易状态、清算明细、清算结果、流水文件等由于多批次引入的一系列问题。
3、传统交易和创新交易的清算拆分：传统业务交易量大、计费统一，而创新业务具有交易量较少、计费方式灵活的特点。二代清算系统充分考虑到这个特 点，设计了一个完全独立的创新业务清算模块(简称lego清算)，与传统清算模块完全并行，后者重点关注高性能和并发能力，前者重点提升其灵活度，这样系统既满足安全稳定运营要求。又具备快速的变化能力。
4、参数的高效性设计：二代清算系统在参数设计上进行了精心设计。首先，针对商户参数的数据结构进行了深化设计，采用商户信息、计费信息、计费决定信息等关键字段索引化设计，大大减少了数据库空间，减少了清算内存使用量。基于这种复杂的数据结构研发出通用的解析算法，支持每笔交易多个清算角色和多种交易计费要素排列组合，支持复杂的多元化价格模式。其次，运用统计学方法分析清算业务生产参数，构建模型对清算业务参数包含的业务信息进行抽取、挖掘、归并，大大缩减生产计费参数量，优化清算业务参数结构，使之清晰、合理，高可维护性大大增强。同时，由于业务参数的规整，参数量的降低也间接使得清算系统中经常用到的搜索算法更加高效。
5、均匀数据分块技术：在聚集索引商户代码配置上研制了按照基于哈希定位的均匀分块策略技术。每个分块包里的数据量几乎完全相同，每个分块的处理时间基本一致，该哈希算法在解决明细分块的同时也解决了清分汇总时对汇总结果表的频繁更新操作的问题。在二代清算系统的交易清分、文件生成、数据备份、报表汇总等处理模块中均采用了这种技术，处理性能得到很大提升。
6、基于字符偏移的搜索算法：在搜索算法上，创建了基于字符偏移(BBO)的搜索算法。该算法能够指定多优先级查找，任意字段采用通配；支持多种数据类型的字段，支持数据库字段部分通配，支持多进程共享查找。二代清算系统针对业务发展的多样性，大量采用了多决定条件的参数表，这些决定条件数据类型和字段变化范围大、参数记录也很不均匀。该查找算法二代清算系统的参数具有很强的针对性，效率极高，基本与查找内容长度呈线性关系。另外，还有基于矩阵解析的搜索算法，支持所有属性都可通配的参数结构，可在参数区域里的任何最小非通配符集合矩阵结构中执行子二分查找，空间复杂度和参数量一致，无需构建其他内存空间，计算过程跟随参数内容自适应决定，时间复杂度的极限是[顺序查找，二分查找]，即在O(n)和log(n)之间。
7、清分、文件和报表处理引擎：二代清算系统设计了清分、文件和报表三个参数解析引擎。其中清分引擎完全基于复杂的业务参数配置实现高性能交易清分，处理过程中包含减少清分模块参数查找开销，汇总缓冲区采用二分排序及查找并且乱序提交，结果汇总维度灵活调整，基于时间戳定位进行高效修正清分等。而文件引擎是基于各类技术参数解析实现各类文件需求，内存使用方式也从一代的静态结构改为动态链表，内存使用得到最优化。高性能静态汇总报表引擎可根据不同参数获取不同数据源，并对相同的数据表集合做汇总操作。还可根据不同参数获取同一数据源的不同数据集合，并对相同的数据表集合做汇总操作；引擎使用基于消费效用理论的生产者一消费者结构模式，在做汇总操作时候无需等待，读源(生产者)和汇总(消费者)分开，使用共享内存作为读、写操作的中间桥梁；每个应用在做写入操作时使用多线程处理把对不同数据表操作的动作分开；该引擎可进行资源的参数化配置，有较高的扩展性。而报表引擎的工作基本上仅作为制作表样并读取静态业务汇总结果生成报表之用。使用这种设计后，报表生成的性能相比于一代系统有了质的飞跃。
8、汇总技术和文件切割技术创新：二代多批次清算系统在汇总、报表方面作了深入的技术研究，取得了非常显著的效果。主要有多批次汇总。为了避免直接使用清算明细大视图汇总造成系统资源不足、汇总性能不稳定等问题，将明细类汇总修改成多批次汇总；明细类报表汇总结果分表存储。该类报表既包含交易明细，又包含按某些口径汇总的统计数据，将交易明细和汇总统计数据分表存储，以增大汇总并发度、提高汇总性能；文件切割多线程化，对于明细类报表，采用多线程并行进行报表文件切割，大大减少报表文件生成时间。
五、结论
在成员机构和银联分公司业务规范化的背景下，中国银联顺利地完成二代清算系统的建设。二代清算系统通过复杂的技术手段。从架构上、数据流处理上、清算算法上均实现了高内聚、低耦合的优质特性，系统集中统一运营，减少运维成本，系统内配套服务完善，易于管理。在性能和实效方面，二代清算系统在系统内部各个环节的数据流程处理和算法理论上都进行了深入探索，相比于一代清算系统有了质的飞跃。二代清算系统对银联巩固和发展受理市场，加强银联自身的品牌化战略都具有重要的意义。
清算系统的技术研究和建设是较为综合和全面的课题。无法依赖个别算法就可以达到目标，需要不断地考虑系统运行的时效性、处理性能、资源利用、服务标准、运维流程、容灾能力等多方面的复杂问题，并且从系统架构、算法、数据库、流程等方面对这些问题进行研究，才能实现安全、高效的要求。
参考文献：
[1]欧阳卫民，我国支付清算系统的特点和发展趋势[J]，财经科学，2009；2：P34-40
[2]倪燕丽，基于中间件的电子银行清算系统的研究与设计，电子科技大学，硕士学位论文，
[3]何亚玲，支付清算系统的设计与实现，武汉理工大学，硕士学位论文
(责任编辑：昝剑飞)