摘要：目前面向高校大型計算機公共實驗室或計算中心的基于校園“一卡通”的機房管理系統(tǒng)已推出。此類機房管理系統(tǒng)采用“即時付費”模式，存在上機流程長和容易造成交通擁堵等問題。為解決這些問題，本文提出了一種新的“預(yù)付費”模式的機房管理系統(tǒng)解決方案。本文最后介紹了“預(yù)付費”模式的實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：IC卡；一卡通；機房管理系統(tǒng)；開放實驗室

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

文章編號：1672-5913(2007)16-0063-04

1引言

隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，高校的大型計算機公共實驗室或計算中心已成為不可或缺的教學(xué)基礎(chǔ)實施，而其現(xiàn)代化的管理工具即機房管理系統(tǒng)已顯得越來越重要。近十幾年來，機房管理系統(tǒng)的研發(fā)取得了重大進展，從早期基于條形碼的管理、基于賬號和密碼的管理發(fā)展到基于IC卡的管理[1][2][3]。為順應(yīng)高校信息化建設(shè)和校園“一卡通”建設(shè)的熱潮，一種基于校園“一卡通”的機房管理系統(tǒng)已經(jīng)面世，其中有高校自主研發(fā)的管理系統(tǒng)[4]，也有商品化應(yīng)用軟件[5][6]。

本文首先分析當(dāng)前基于校園“一卡通”的機房管理系統(tǒng)主流產(chǎn)品的優(yōu)缺點，在此基礎(chǔ)上提出一種改進方案，最后介紹改進方案的實現(xiàn)。

2對當(dāng)前基于“一卡通”的機房管理系統(tǒng)的剖析

2.1基于“一卡通”的機房管理系統(tǒng)的管理模式

目前正在推廣的基于“一卡通”的機房管理系統(tǒng)軟件有多個[4][5][6]，盡管在實現(xiàn)方法上各有不同，但在管理模式上基本趨于一致，可以統(tǒng)一概括為“即時付費”模式。 “即時付費”模式即為第1次刷卡計時開始，第2次刷卡計時結(jié)束和立即扣費。采用這種模式的機房管理系統(tǒng)在本文中稱之為“即時付費”機房管理系統(tǒng)。

基于“一卡通”的“即時付費”機房管理系統(tǒng)的上機流程為：

(1) 學(xué)生進入機房先在門禁機上刷卡，身份認證通過后計時開始。這里的身份認證主要進行IC卡合法性檢查、賬號余額檢查和空余機位檢查等。如認證通過可進入機房，按時計費系統(tǒng)計時開始。

(2) 刷卡進入機房后學(xué)生可在任一臺空余計算機上開機登陸，這時需輸入賬號和密碼進行第二次身份認證。

(3) 下機注銷。下機時需正常關(guān)機，釋放資源，否則出門刷卡時會出錯。

(4) 出門刷卡結(jié)賬。此時計費系統(tǒng)計時結(jié)束，從卡上扣除本次上機的費用。

以上的上機流程可以概括為一個上機流程鏈，即進門刷卡－上機登錄－下機注銷－出門刷卡。

“即時付費”機房管理系統(tǒng)的上機流程如圖1所示。

2.2“即時付費”機房管理系統(tǒng)的優(yōu)缺點

基于“一卡通”的“即時付費”機房管理系統(tǒng)的主要優(yōu)點：

(1) 實現(xiàn)了校園“一卡通”

校園“一卡通”是指學(xué)生用一張IC卡兼具身份證明和消費卡功能，可取代現(xiàn)有的學(xué)生證，借書證，就餐卡，消費卡，上機證和醫(yī)療證等，多證合一，即所謂的“一卡在手，走遍校園”。 基于“一卡通”的機房管理系統(tǒng)成功采用IC卡取代了沿用多年的“上機證”，無疑是機房管理上的一大進步，也是對高校信息化建設(shè)和校園“一卡通”建設(shè)的一大貢獻。

(2) 實現(xiàn)了上機即時計費功能

高校的計算機房在學(xué)生自由上機時一般按上機時間計費。目前的上機費支付手段以學(xué)校內(nèi)部發(fā)行的上機票為多，采用IC卡刷卡支付實現(xiàn)了校園內(nèi)支付手段上的電子化。

“即時付費”機房管理系統(tǒng)的主要不足：

(3) 上機流程鏈長而緊密

此類系統(tǒng)所設(shè)計的上機流程構(gòu)成一個緊密的流程鏈，即進門刷卡－上機登錄－下機注銷－出門刷卡，環(huán)環(huán)相扣。如進門刷卡出錯，則不能上機登錄；如下機注銷出錯，則不能順利刷卡出門。如上機流程鏈斷裂，則整個上機流程中斷。對于一個每周開放7天的公共計算機實驗室，如此緊密的上機流程鏈勢必要求上機者操作必須規(guī)范和機房管理系統(tǒng)本身必須足夠的強壯。

(4) 不適合有突發(fā)性人流量的場合

此類系統(tǒng)采用門禁系統(tǒng)，學(xué)生上、下機需刷卡2次。如上、下機人流量沒有高峰，系統(tǒng)的運行應(yīng)該是沒有問題的。問題是高校的計算機實驗室上機人流量是突發(fā)性的。目前高校的課時安排一般以2節(jié)課為一單元，每天至少有2次換課高峰，此時的突發(fā)性人流量會很大。如筆者所在的高校計算中心有720臺計算機，換課高峰時的人流量有1440人次。如此大的人流量在短短十幾分鐘內(nèi)要完成刷卡，在門禁系統(tǒng)處必然會形成交通瓶頸，擁堵的情況將不可避免，而且每天如此。如果學(xué)生下機操作有誤或機房管理系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則后果更為嚴重。

3 “預(yù)付費”機房管理系統(tǒng)方案的設(shè)計

“即時付費”機房管理系統(tǒng)上機流程鏈長而緊密，在換課高峰時會產(chǎn)生交通壓力，其根源是學(xué)生進、出機房時要求2次刷卡。若放棄門禁系統(tǒng)，學(xué)生進、出機房時無需刷卡，問題就迎刃而解了。基于此，我們設(shè)計了一種新的“預(yù)付費”模式取代“即時付費”模式。

“預(yù)付費”機房管理系統(tǒng)不設(shè)門禁系統(tǒng)，摒棄“即時付費”模式改而采用“預(yù)付費”模式，即學(xué)生預(yù)先刷卡在計算中心的個人賬戶上預(yù)存入若干上機費，之后上機所發(fā)生的費用直接在個人賬戶中扣除。只要個人賬戶中有一定的余額，學(xué)生上機登錄時即能通過賬戶檢查。由于“預(yù)付費”模式不設(shè)門禁系統(tǒng)，上機學(xué)生自由進、出機房，交通擁堵的情況不再發(fā)生。至于平時個人賬戶的刷卡充值可隨時分散進行，不會形成交通壓力。

“即時付費”機房管理系統(tǒng)有既定的上機流程，即進門刷卡－上機登錄－下機注銷－出門刷卡，環(huán)環(huán)相扣。而“預(yù)付費”機房管理系統(tǒng)的上機流程只取必要的兩環(huán)，即上機登錄－下機注銷，上機流程鏈短，對系統(tǒng)本身強壯性要求大大降低。

采用“預(yù)付費”模式后，原“即時付費”模式中門禁系統(tǒng)的相關(guān)功能可以進行分解和轉(zhuǎn)移。其中賬號檢查功能可轉(zhuǎn)移至上機登錄時進行；空機位檢查功能可放棄，由上機學(xué)生自行目測進行；IC卡合法性檢查在刷卡充值時進行；而計時和扣費這兩項功能則由機房管理系統(tǒng)的計費系統(tǒng)按上機登錄時間和下機注銷時間自動進行。

“預(yù)付費”機房管理系統(tǒng)上機流程圖如圖2所示。

4基于RF卡的“預(yù)付費”機房管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

“預(yù)付費”機房管理系統(tǒng)的研發(fā)基于筆者現(xiàn)有的采用上機票支付方式的機房管理系統(tǒng)。

(1) IC卡和讀卡器的選擇

目前IC卡中的尖端產(chǎn)品為接觸式CPU 卡和非接觸式IC智能卡(內(nèi)建MCU，ASIC)，其中非接觸式IC智能卡又稱為RF卡(射頻卡)。目前這兩類IC卡均得到了廣泛的應(yīng)用。鑒于RF卡在使用上的方便快捷，我們選用RF卡。在RF卡產(chǎn)品品牌的選擇上，由于筆者所在的高校后勤服務(wù)系統(tǒng)已率先選用了金龍卡[7]，為實現(xiàn)校園“一卡通”，我們也選用了金龍卡。

本系統(tǒng)所選用的RF卡通用讀卡器的型號為DKQ－115SU[7]，其主要參數(shù)為：

感應(yīng)頻率:13.56MHZ\\感應(yīng)距離:2.5CM\\工作狀態(tài):讀/寫\\通信接口:RS232/USB\\電源:DC5V\\取電方式:計算機取電，無需外接電源\\工作溫度:-30～70℃\\工作濕度:5～95%RH\\安裝方式:臺式\\外型尺寸(CM):9.5×8×2.5。

(2) 讀卡器數(shù)據(jù)采集程序

讀卡器的數(shù)據(jù)采集程序主要利用通用讀卡器的API函數(shù)進行VC++數(shù)據(jù)庫編程。編程中用到的主要函數(shù)有：OnButtonBegin()和OnButtonWrite()。

(3) 數(shù)據(jù)庫

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2000。對數(shù)據(jù)庫的操作訪問采用ADO技術(shù)，ADO是建立在OLE DB底層技術(shù)之上的高級編程接口，數(shù)據(jù)處理功能強。本系統(tǒng)有關(guān)數(shù)據(jù)庫的具體操作均在SQL數(shù)據(jù)庫中完成，由此可簡化服務(wù)接口程序。數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)按系統(tǒng)的功能要求確定，系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)項有：學(xué)生信息(學(xué)號、姓名、卡號、上下機時間、上機費余額、充值金額、充值時間、賬戶鎖定、課程預(yù)定、課程類型、上機類型等)；管理員信息(超級管理員、上機費管理員、監(jiān)控管理員、一般管理員、口令等)；機器狀態(tài)信息(機房號、機器號、MAC地址、上機學(xué)生姓名、學(xué)號、卡號、使用日期、時間、費用、機器空閑狀態(tài)等)；其他信息(必修課預(yù)定、設(shè)定；選修課預(yù)定、設(shè)定；自由上機預(yù)定、設(shè)定；處罰設(shè)定、機器故障設(shè)定、課程上機缺課學(xué)生名單、上機費匯總、上機數(shù)據(jù)匯總、各機房機器配置信息等)。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫具有每天自動備份功能，可根據(jù)需要隨時恢復(fù)數(shù)據(jù)庫。

(4) 數(shù)據(jù)加密

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)加密算法采用IBM的MARS算法[8]。該算法是1999年8月美國國家標準技術(shù)研究所(NIST)為征求新的加密標準AES(Advanced Encryption Standard)從眾多的算法中篩選出的5個候選算法之一，在安全，效率，易用和靈活等諸多方面性能優(yōu)良。IBM的MARS算法為對稱分組密碼，支持128位分組和可變密鑰長度。MARS算法的明文加密步驟為：前向混合，密碼核、E-Fun操作，后向混合和密文輸出。其密文解密步驟為：前向混合，密碼核，后向混合和明文輸出。本系統(tǒng)采用VC++編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的MARS加密。數(shù)據(jù)在服務(wù)端和客戶端之間通信時需調(diào)用MARS函數(shù)對數(shù)據(jù)包進行加密和解密處理。

(5) 系統(tǒng)功能描述

我們研發(fā)的“預(yù)付費”機房管理系統(tǒng)具有如下主要功能：學(xué)生個人賬號的刷卡充值；賬號查詢；上機登錄、身份認證和注銷；實驗課表自動執(zhí)行；自由上機自動計費和上機數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析等。

5結(jié)束語

本文分析了目前已推出的基于“一卡通”的機房管理系統(tǒng)，其主要特點是“即時付費”，其主要缺點是上機流程鏈長而緊密和容易產(chǎn)生交通壓力。為此我們提出了“預(yù)付費”模式的機房管理系統(tǒng)解決方案。研發(fā)結(jié)果表明，“預(yù)付費”模式的上機流程簡潔合理，可用性高，對系統(tǒng)本身強壯性要求低，能從根本上解決換課高峰時計算機房的交通擁堵問題。

基于“一卡通”的“預(yù)付費”機房管理系統(tǒng)也適用于其它的基于計算機的公共服務(wù)實施，如電子閱覽室和外語學(xué)習(xí)室等。

The Design and Implementation of a New Computer Laboratory Management System on “All in One Card”

Feng Xiao ming

(School of Communication Technology， Nanjing University of Posts and Telecommunications， Nanjing 210003， China)

Abstract: Now Computer Laboratory Management Systems (CLMS) on “All in One Card” have issued， these systems are designed for large scale computer public laboratory or computer center of universities. These CLMSs adopt “payment instantly” mode， the problems are its procedure flow of using computer is too long and there is a traffic jam. To find a solution to the problems this paper gives a new “payment in advance” mode for CLMS. This paper introduces the implementation of “payment in advanced” mode in the end.

Keywords: IC card; “All in One Card”; Computer Laboratory Management Systems (CLMS); open laboratory

參考文獻：

[1] 那銳，王晨，姜楠. IC卡機房管理系統(tǒng)的設(shè)計[J]． 哈爾濱師范大學(xué)自然科學(xué)版，2001，17(5):54-59．

[2] 侯立群，袁森龍． IC卡機房管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]． 杭州師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2001，18(4):25-27．

[3] 戴紅毅，張修如． 非接觸IC卡機房管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]． 信息技術(shù)，2004，28(1):72-74．

[4] 清華大學(xué)計算機與信息管理中心． 清華大學(xué)計算機開放實驗室綜合管理系統(tǒng)簡介[EB/OL]．http://friend.cic. tsinghua.edu .cn/sysca/sys7.asp．

[5] 北京泰利德科技有限責(zé)任公司． 泰利德機房三劍客系列－管理劍客[EB/OL]． http://www.bjtld.com/ykt-if.htm．

[6] 武漢博思特電腦科技有限公司． 博思特機房管理系統(tǒng)[EB/OL]． http://www.whbestsoft.com/example/example_index1.htm．

[7] 新中新集團．金龍卡上機管理系統(tǒng)[EB/OL]. http://www.synjones.com.cn．

[8] 吳真. VC知識庫文章－IBM的MARS加密算法實現(xiàn)(上)[EB/OL]． http://www.vckbase.com/document/viewdoc/?id=401．

作者簡介：

馮小明(1960－)，女，重慶人。南京郵電大學(xué)傳媒技術(shù)學(xué)院計算中心主任，工程師。主要從事計算機應(yīng)用研究和計算中心的建設(shè)、運行和管理工作。