基于射頻識別技術的校園一卡通設計研究

廣州工商學院 馮雪蘭

基于射頻識別技術的校園一卡通設計研究

廣州工商學院 馮雪蘭

隨著高校進入大眾化教學階段，傳統(tǒng)證件和卡片管理模式在校園管理難度、效率、成本等方面的缺陷逐漸顯現(xiàn)，為提升校園管理的精細度和針對性，部分高校開始探索以射頻識別技術為基礎的校園一卡通管理模式，即利用射頻識別卡的功能，保證學生在校園范圍內(nèi)生活消費、學籍管理、設施應用、身份驗證等均可以通過統(tǒng)一的校園卡實現(xiàn)，通過提升校園管理信息化水平，簡化校園管理復雜環(huán)節(jié)。在此背景下，本文針對基于射頻識別技術的校園一卡通設計問題展開研究，為高校提升校園管理信息化水平提供借鑒。

射頻識別技術；校園一卡通；設計

前言

射頻識別技術又名無線射頻識別，是一種在沒有識別系統(tǒng)和特定目標建立機械或光學接觸的前提下，直接利用無線電訊號就可以對特別目標進行識別和相關數(shù)據(jù)讀取的通信技術。分布在特定目標上的應答器和專項讀取應答器的閱讀器是射頻識別技術實現(xiàn)的主要基礎結(jié)構(gòu)，要發(fā)揮射頻識別技術的整體功能，需要應用層軟件進一步針對收集的數(shù)據(jù)進行處理。技術原理和構(gòu)成決定射頻識別技術具有掃描迅速、形式靈活、耐久性突出、可重復應用、穿透性強、數(shù)據(jù)記憶容量大、安全性高等優(yōu)勢，以射頻識別技術為基礎進行校園一卡通設計，基本可以滿足校園信息管理的需要。

1 基于射頻識別技術的校園一卡通整體設計

1.1 設計原則

首先，在設計的過程中，要綜合的實現(xiàn)壓縮成本、優(yōu)化管理、便于系統(tǒng)后期優(yōu)化升級和功能擴展等效果，必須堅持一體化原則，即在設計過程中保證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)平臺、管理平臺、終端平臺、卡片規(guī)劃平臺等統(tǒng)一[1]。其次，為使設計的校園一卡通不受校園內(nèi)部地域的限制，而且在應用的過程中，可以符合“一個總部，多個分部”的校園管理模式的需要，在設計的過程中，應堅持選擇“1+多”的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即采用平臺化設計思路，讓所有終端設備以統(tǒng)一的硬件平臺為基礎，但各自具備的應用程序可以靈活的調(diào)整，然后通過卡片功能、終端設備、菜單功能對應的管理器，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)滿足實際需要。再次，為保證校園一卡通在應用的過程中，實現(xiàn)公平，要對系統(tǒng)的交易模式進行統(tǒng)一，現(xiàn)階段主要應用以集中式數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)為依據(jù)的聯(lián)機交易模式和以卡片錢包數(shù)據(jù)為依據(jù)的脫機交易模式兩種[2]。另外，考慮到校園一卡通在應用的過程中，可能在網(wǎng)絡層面受到惡意攻擊，也可能因?qū)W生個人丟失被他人惡意應用，影響一卡通的使用安全，所以在設計的過程中，要通過含有主密鑰、個人密碼密鑰、扇區(qū)種子密鑰、卡片扇區(qū)密鑰等多種密鑰的金融密鑰體系對一卡通信息進行安全保護[3]。

1.2 設計思路

多校區(qū)辦學已經(jīng)成為現(xiàn)代高校發(fā)展的常見形式，但學生學習、生活地點的多變性，在一定程度上提升了校園管理的難度，利用以射頻識別技術為基礎的校園一卡通可以滿足跨校區(qū)學生日?？记?、身份認證、基礎教學資源使用等多方面的實際需要，而且使校園管理的實時性和穩(wěn)定性得到優(yōu)化，所以在高校校園管理中應用具備可行性和必要性。在設計的過程中，筆者認為除堅持上文提到的設計原則外，要從兩種設計思路同時進行設計，一種是，系統(tǒng)應包含以下三個部分，首先是校園一卡通數(shù)據(jù)庫構(gòu)成的數(shù)據(jù)服務層，保證校園一卡通內(nèi)的信息可以及時、準確的被存儲，為后期查詢提供資源；其次是中心管理、實時處理、第三方接口等子系統(tǒng)構(gòu)成的業(yè)務邏輯層，使校園一卡通的具體功能可以按照實際需要進行靈活的調(diào)整；再次是消費系統(tǒng)、卡務中心等構(gòu)成的用戶表現(xiàn)層，其主要功能是為一卡通的使用提供條件和管理等，三個部分在相互獨立的同時又均由上一層專項管理，使系統(tǒng)整體在發(fā)揮現(xiàn)需功能的同時具備功能擴展的空間[4]。另一種是，在校園網(wǎng)基礎設施建設、校園網(wǎng)用戶權(quán)限管理系統(tǒng)建設的前提下，校園一卡通系統(tǒng)，既要接受校園信息集中與信息發(fā)布平臺的統(tǒng)一管理，又要為網(wǎng)上社區(qū)、數(shù)字圖書館、網(wǎng)上教育平臺、虛擬實驗室系統(tǒng)、輔助辦公系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)以及教務、教學、科研、財務、行政、總務、人事等校園管理系統(tǒng)對校園一卡通拓展應用提供可能。

1.3 整體設計框架

按照以上設計原則和設計思路，筆者認為基于射頻識別技術設計的校園一卡通系統(tǒng)框架應如圖1所示。在框架中，數(shù)據(jù)中心的主要功能是存儲校園對一卡通性能的設置參數(shù)以及學生在應用一卡通過程中產(chǎn)生的具體數(shù)據(jù)；校銀財務系統(tǒng)的主要功能是在學生通過一卡通發(fā)生消費行為的同時，將學生的消費信息向管理平臺發(fā)送，并進行消費信息匯總、校驗的模塊，保證真實、實時的反映出校園一卡通應用過程中消費信息，并被有效的處理和應用[5]。身份認證中心的主要功能是識別持卡學生的具體身份，此功能模塊在校園一卡通發(fā)揮圖書館圖書借閱管理、校寢管理、基礎設施管理等方面功能的過程中具有重要作用。小額消費結(jié)算中心的主要功能是對接收的小額消費記錄進行認證，為判斷校園一卡通的使用安全性提供依據(jù)；而第三方加入系統(tǒng)的主要功能是對系統(tǒng)的用戶終端進行管理，使校園一卡通在使用規(guī)模、使用范圍、使用性能等方面滿足校園管理的實際需要。而校園一卡通專用網(wǎng)，是保證校園一卡通整體結(jié)構(gòu)實現(xiàn)信息共享的基本載體。

在采取此整體設計框架后，學?？梢酝ㄟ^校園一卡通，實現(xiàn)對學生校園學習、生活各項數(shù)據(jù)的采集和整理，進而了解學生的實時動態(tài)，通過對相關數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，完成學生管理過程；而學生可以通過校園一卡通，在順利實現(xiàn)校園活動的基礎上，進行校園一卡通信息的查詢、充值、掛失等，換言之學校和學生共同參與了校園管理過程[1]。

圖1 基于射頻識別技術的校園一卡通整體框架簡圖

2 基于射頻識別技術的校園一卡通具體設計

2.1 數(shù)據(jù)中心平臺和管理中心平臺設計

在基于射頻識別技術的校園一卡通整體框架結(jié)構(gòu)中，一卡通數(shù)據(jù)中心、校銀財務系統(tǒng)主要通過數(shù)據(jù)中心平臺實現(xiàn)，而身份認證中心、消費結(jié)算中心和第三方接入系統(tǒng)要通過數(shù)據(jù)中心和管理中心兩個平臺共同實現(xiàn)，所以在具體設計的過程中，筆者先針對數(shù)據(jù)中心和管理中心兩個平臺進行設計。

校園一卡通的數(shù)據(jù)中心應包括以下部分：首先，數(shù)據(jù)庫服務器，其主要功能是對校園一卡通系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行記錄、更新、備份、維護等；其次，應用服務器，其主要功能是對一卡通的相關應用業(yè)務進行處理，如信息門戶服務器、身份認證服務器、一卡通服務器等；再次，綜合前置機，其主要功能是對全局配置參數(shù)進行處理，對全系統(tǒng)進行安全管理等；然后，轉(zhuǎn)賬前置機，其主要功能是在與銀行前置機建立專項連接的基礎上，對校園內(nèi)部自動轉(zhuǎn)賬終端進行管理和監(jiān)控；另外，身份查詢前置機，其主要功能是對校園網(wǎng)內(nèi)的身份信息進行審核等處理[6]。以上結(jié)構(gòu)在應用的過程中，均要與校園網(wǎng)中心的主干交換機建立連接，保證校園一卡通管理中心接收的信息與學生手持校園卡記錄信息保持高度一致。

管理中心平臺應包括以下結(jié)構(gòu)：首先，綜合業(yè)務子系統(tǒng)，其主要功能是滿足學生群體的實際需要，例如掛失、轉(zhuǎn)賬、查詢、開戶等；其次，身份管理子系統(tǒng)，其主要功能是對學生個體的信息進行記錄、審核、維護等；再次，應用子系統(tǒng)，其主要功能是滿足學生商務消費、身份識別等方面的需要，需要注意的是在應用子系統(tǒng)的具體范圍發(fā)生改變的情況下，需要接受數(shù)據(jù)中心綜合前置機的授權(quán)，并在數(shù)據(jù)共享的前提下實現(xiàn)。以上結(jié)構(gòu)在應用的過程中，既要布置在高校各校區(qū)的核心位置，又要與對應小區(qū)的校園網(wǎng)二級交換機建立連接，以此保證通過校園一卡通可以對各校區(qū)學生進行統(tǒng)一的管理。

2.2 基于射頻識別技術的校園一卡通圖書管理子系統(tǒng)設計

為對基于射頻識別技術的校園一卡通具體設計過程產(chǎn)生深入的了解，筆者以圖書管理子系統(tǒng)為例，對具體設計過程進行介紹。

在進行圖書管子系統(tǒng)進行設計的過程中，要保證校園一卡通具有對進、出個體身份進行識別和對學生借閱情況進行反映的功能，避免因非允許范圍內(nèi)的人員進入圖書館，威脅圖書館內(nèi)圖書和人員的安全，并快速及時的向?qū)W生提供所需要的信息，即在閱讀器對校園卡進行身份識別，獲取學生個人信息的同時會通過檢測學生提供書籍的標簽返回信息碼，進行書籍標簽號的識別，判斷圖書館內(nèi)是否具有該圖書，在判定沒有的情況下，直接發(fā)出出錯報警，在判定有的情況下，要進一步判斷學生所需要的書籍是否處于待借的狀態(tài)，如果是則對書籍的記錄信息進行更新，使書籍在改為已借狀態(tài)的同時與借書的學生建立借閱關系，如果不是則將一卡通中的相關書籍記錄信息中設置未借記錄，兩種記錄狀態(tài)均要在對應的計算機屏幕上顯示，供借閱的學生了解[7]。但在此功能發(fā)揮的過程中，會遇到三種情況，一種是學生并不具有借閱記錄，此時通過校園一卡通進行學生身份識別后，可以直接允許學生進入圖書館；一種是學生借閱和歸還均為一本圖書，通過閱讀器對學生提供的書籍應答器自身編碼信息接收、解碼等，可以直接完成對學生借閱信息的調(diào)整。另一種是學生同時歸還多本書籍，此時為避免一卡通系統(tǒng)在數(shù)據(jù)通信的過程中出現(xiàn)碰撞，要用ALOHA算法進行校園一卡通的管理，在具體處理的過程中，應先將系統(tǒng)上電初始化，然后調(diào)入校園卡數(shù)據(jù)庫，監(jiān)測書籍的標簽，如果是圖書館內(nèi)的書籍，要進一步判斷學生是否進入圖書館，如果進入則通過識別處理標簽子程序、屏幕顯示自動更新、保存信息、打開圖書館門閘等一系列處理，實現(xiàn)校園圖書館管理系統(tǒng)的存儲信息與學生手持一卡通內(nèi)圖書借閱信息相一致，而且進入圖書館內(nèi)的所有人員均在校園圖書館管理系統(tǒng)允許人群的范圍內(nèi)?？梢?，在對基于射頻識別系統(tǒng)的校園一卡通進行設計的過程中，要結(jié)合具體的應用業(yè)務需求和特點進行。

3 結(jié)論

綜上分析可知，現(xiàn)階段高校管理者已經(jīng)認識到用基于射頻識別技術的校園一卡通替代傳統(tǒng)紙質(zhì)證件或卡片管理模式，可以有效的提升校園管理的效率，降低校園管理的難度，并在實踐中有意識的結(jié)合射頻識別技術的實現(xiàn)原理和校園一卡通所要具備的性能等，進行校園一卡通的設計，這是現(xiàn)代高校管理信息化水平提升的具體體現(xiàn)，應在不斷優(yōu)化的基礎上積極推廣。

[1]李程龍.基于RFID技術的校園一卡通系統(tǒng)設計[D].黑龍江大學,2015.

[2]郭龍.基于無線射頻識別技術的智慧校園一卡通系統(tǒng)的研究與設計[J].物聯(lián)網(wǎng)技術,2016(03):93-95+99.

[3]杜宗福.基于射頻識別(RFID)技術的校園一卡通系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].自動化與儀器儀表,2016(08):128-129+131.

[4]封紅旗,王娟琳,李俊華,陶宇煒.射頻識別技術手機智能卡的校園一卡通模式研究[J].現(xiàn)代教育技術,2011(01):122-124.

[5]李成淵.基于射頻識別技術的校園一卡通設計[J].網(wǎng)絡安全技術與應用，2015(03):68-70.

[6]鐘淑蓉.射頻識別技術在校園一卡通中的應用[J].電子技術與軟件工程，2013(13):12-13.

[7]張玲,孫蓓雄,朱建華.基于射頻識別技術手機智能卡的校園一卡通系統(tǒng)構(gòu)建與探索[J].廣東外語外貿(mào)大學學報,2014(02):109-112.

馮雪蘭（1987—），女，廣東佛山人，學士學位，現(xiàn)供職廣州工商學院三水校區(qū)，主要研究電子信息技術在校園中的應用。