廣州工商學(xué)院 馮雪蘭

基于射頻識別技術(shù)的校園一卡通設(shè)計(jì)研究

廣州工商學(xué)院 馮雪蘭

隨著高校進(jìn)入大眾化教學(xué)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(xì)度和針對性，部分高校開始探索以射頻識別技術(shù)為基礎(chǔ)的校園一卡通管理模式，即利用射頻識別卡的功能，保證學(xué)生在校園范圍內(nèi)生活消費(fèi)、學(xué)籍管理、設(shè)施應(yīng)用、身份驗(yàn)證等均可以通過統(tǒng)一的校園卡實(shí)現(xiàn)，通過提升校園管理信息化水平，簡化校園管理復(fù)雜環(huán)節(jié)。在此背景下，本文針對基于射頻識別技術(shù)的校園一卡通設(shè)計(jì)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(shù)；校園一卡通；設(shè)計(jì)

前言

射頻識別技術(shù)又名無線射頻識別，是一種在沒有識別系統(tǒng)和特定目標(biāo)建立機(jī)械或光學(xué)接觸的前提下，直接利用無線電訊號就可以對特別目標(biāo)進(jìn)行識別和相關(guān)數(shù)據(jù)讀取的通信技術(shù)。分布在特定目標(biāo)上的應(yīng)答器和專項(xiàng)讀取應(yīng)答器的閱讀器是射頻識別技術(shù)實(shí)現(xiàn)的主要基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，要發(fā)揮射頻識別技術(shù)的整體功能，需要應(yīng)用層軟件進(jìn)一步針對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。技術(shù)原理和構(gòu)成決定射頻識別技術(shù)具有掃描迅速、形式靈活、耐久性突出、可重復(fù)應(yīng)用、穿透性強(qiáng)、數(shù)據(jù)記憶容量大、安全性高等優(yōu)勢，以射頻識別技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行校園一卡通設(shè)計(jì)，基本可以滿足校園信息管理的需要。

1 基于射頻識別技術(shù)的校園一卡通整體設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)原則

首先，在設(shè)計(jì)的過程中，要綜合的實(shí)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(kuò)展等效果，必須堅(jiān)持一體化原則，即在設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的校園一卡通不受校園內(nèi)部地域的限制，而且在應(yīng)用的過程中，可以符合“一個(gè)總部，多個(gè)分部”的校園管理模式的需要，在設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)堅(jiān)持選擇“1+多”的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即采用平臺化設(shè)計(jì)思路，讓所有終端設(shè)備以統(tǒng)一的硬件平臺為基礎(chǔ)，但各自具備的應(yīng)用程序可以靈活的調(diào)整，然后通過卡片功能、終端設(shè)備、菜單功能對應(yīng)的管理器，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)滿足實(shí)際需要。再次，為保證校園一卡通在應(yīng)用的過程中，實(shí)現(xiàn)公平，要對系統(tǒng)的交易模式進(jìn)行統(tǒng)一，現(xiàn)階段主要應(yīng)用以集中式數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)為依據(jù)的聯(lián)機(jī)交易模式和以卡片錢包數(shù)據(jù)為依據(jù)的脫機(jī)交易模式兩種[2]。另外，考慮到校園一卡通在應(yīng)用的過程中，可能在網(wǎng)絡(luò)層面受到惡意攻擊，也可能因?qū)W生個(gè)人丟失被他人惡意應(yīng)用，影響一卡通的使用安全，所以在設(shè)計(jì)的過程中，要通過含有主密鑰、個(gè)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(jìn)行安全保護(hù)[3]。

1.2 設(shè)計(jì)思路

多校區(qū)辦學(xué)已經(jīng)成為現(xiàn)代高校發(fā)展的常見形式，但學(xué)生學(xué)習(xí)、生活地點(diǎn)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(shù)為基礎(chǔ)的校園一卡通可以滿足跨校區(qū)學(xué)生日常考勤、身份認(rèn)證、基礎(chǔ)教學(xué)資源使用等多方面的實(shí)際需要，而且使校園管理的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性得到優(yōu)化，所以在高校校園管理中應(yīng)用具備可行性和必要性。在設(shè)計(jì)的過程中，筆者認(rèn)為除堅(jiān)持上文提到的設(shè)計(jì)原則外，要從兩種設(shè)計(jì)思路同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，一種是，系統(tǒng)應(yīng)包含以下三個(gè)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(wù)層，保證校園一卡通內(nèi)的信息可以及時(shí)、準(zhǔn)確的被存儲，為后期查詢提供資源；其次是中心管理、實(shí)時(shí)處理、第三方接口等子系統(tǒng)構(gòu)成的業(yè)務(wù)邏輯層，使校園一卡通的具體功能可以按照實(shí)際需要進(jìn)行靈活的調(diào)整；再次是消費(fèi)系統(tǒng)、卡務(wù)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(gè)部分在相互獨(dú)立的同時(shí)又均由上一層專項(xiàng)管理，使系統(tǒng)整體在發(fā)揮現(xiàn)需功能的同時(shí)具備功能擴(kuò)展的空間[4]。另一種是，在校園網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、校園網(wǎng)用戶權(quán)限管理系統(tǒng)建設(shè)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(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)、輔助辦公系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)以及教務(wù)、教學(xué)、科研、財(cái)務(wù)、行政、總務(wù)、人事等校園管理系統(tǒng)對校園一卡通拓展應(yīng)用提供可能。

1.3 整體設(shè)計(jì)框架

按照以上設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思路，筆者認(rèn)為基于射頻識別技術(shù)設(shè)計(jì)的校園一卡通系統(tǒng)框架應(yīng)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(shè)置參數(shù)以及學(xué)生在應(yīng)用一卡通過程中產(chǎn)生的具體數(shù)據(jù)；校銀財(cái)務(wù)系統(tǒng)的主要功能是在學(xué)生通過一卡通發(fā)生消費(fèi)行為的同時(shí)，將學(xué)生的消費(fèi)信息向管理平臺發(fā)送，并進(jìn)行消費(fèi)信息匯總、校驗(yàn)的模塊，保證真實(shí)、實(shí)時(shí)的反映出校園一卡通應(yīng)用過程中消費(fèi)信息，并被有效的處理和應(yīng)用[5]。身份認(rèn)證中心的主要功能是識別持卡學(xué)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(chǔ)設(shè)施管理等方面功能的過程中具有重要作用。小額消費(fèi)結(jié)算中心的主要功能是對接收的小額消費(fèi)記錄進(jìn)行認(rèn)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(jìn)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(shí)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(shí)現(xiàn)信息共享的基本載體。

在采取此整體設(shè)計(jì)框架后，學(xué)?？梢酝ㄟ^校園一卡通，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生校園學(xué)習(xí)、生活各項(xiàng)數(shù)據(jù)的采集和整理，進(jìn)而了解學(xué)生的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，通過對相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，完成學(xué)生管理過程；而學(xué)生可以通過校園一卡通，在順利實(shí)現(xiàn)校園活動(dòng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行校園一卡通信息的查詢、充值、掛失等，換言之學(xué)校和學(xué)生共同參與了校園管理過程[1]。

圖1 基于射頻識別技術(shù)的校園一卡通整體框架簡圖

2 基于射頻識別技術(shù)的校園一卡通具體設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)中心平臺和管理中心平臺設(shè)計(jì)

在基于射頻識別技術(shù)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(cái)務(wù)系統(tǒng)主要通過數(shù)據(jù)中心平臺實(shí)現(xiàn)，而身份認(rèn)證中心、消費(fèi)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(gè)平臺共同實(shí)現(xiàn)，所以在具體設(shè)計(jì)的過程中，筆者先針對數(shù)據(jù)中心和管理中心兩個(gè)平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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

管理中心平臺應(yīng)包括以下結(jié)構(gòu)：首先，綜合業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，其主要功能是滿足學(xué)生群體的實(shí)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(xué)生個(gè)體的信息進(jìn)行記錄、審核、維護(hù)等；再次，應(yīng)用子系統(tǒng)，其主要功能是滿足學(xué)生商務(wù)消費(fèi)、身份識別等方面的需要，需要注意的是在應(yīng)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(jī)的授權(quán)，并在數(shù)據(jù)共享的前提下實(shí)現(xiàn)。以上結(jié)構(gòu)在應(yīng)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(yīng)小區(qū)的校園網(wǎng)二級交換機(jī)建立連接，以此保證通過校園一卡通可以對各校區(qū)學(xué)生進(jìn)行統(tǒng)一的管理。

2.2 基于射頻識別技術(shù)的校園一卡通圖書管理子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為對基于射頻識別技術(shù)的校園一卡通具體設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)過程進(jìn)行介紹。

在進(jìn)行圖書管子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，要保證校園一卡通具有對進(jìn)、出個(gè)體身份進(jìn)行識別和對學(xué)生借閱情況進(jìn)行反映的功能，避免因非允許范圍內(nèi)的人員進(jìn)入圖書館，威脅圖書館內(nèi)圖書和人員的安全，并快速及時(shí)的向?qū)W生提供所需要的信息，即在閱讀器對校園卡進(jìn)行身份識別，獲取學(xué)生個(gè)人信息的同時(shí)會通過檢測學(xué)生提供書籍的標(biāo)簽返回信息碼，進(jìn)行書籍標(biāo)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(cuò)報(bào)警，在判定有的情況下，要進(jìn)一步判斷學(xué)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(jìn)行更新，使書籍在改為已借狀態(tài)的同時(shí)與借書的學(xué)生建立借閱關(guān)系，如果不是則將一卡通中的相關(guān)書籍記錄信息中設(shè)置未借記錄，兩種記錄狀態(tài)均要在對應(yīng)的計(jì)算機(jī)屏幕上顯示，供借閱的學(xué)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(xué)生并不具有借閱記錄，此時(shí)通過校園一卡通進(jìn)行學(xué)生身份識別后，可以直接允許學(xué)生進(jìn)入圖書館；一種是學(xué)生借閱和歸還均為一本圖書，通過閱讀器對學(xué)生提供的書籍應(yīng)答器自身編碼信息接收、解碼等，可以直接完成對學(xué)生借閱信息的調(diào)整。另一種是學(xué)生同時(shí)歸還多本書籍，此時(shí)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(jìn)行校園一卡通的管理，在具體處理的過程中，應(yīng)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(biāo)簽，如果是圖書館內(nèi)的書籍，要進(jìn)一步判斷學(xué)生是否進(jìn)入圖書館，如果進(jìn)入則通過識別處理標(biāo)簽子程序、屏幕顯示自動(dòng)更新、保存信息、打開圖書館門閘等一系列處理，實(shí)現(xiàn)校園圖書館管理系統(tǒng)的存儲信息與學(xué)生手持一卡通內(nèi)圖書借閱信息相一致，而且進(jìn)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(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，要結(jié)合具體的應(yīng)用業(yè)務(wù)需求和特點(diǎn)進(jìn)行。

3 結(jié)論

綜上分析可知，現(xiàn)階段高校管理者已經(jīng)認(rèn)識到用基于射頻識別技術(shù)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(shí)踐中有意識的結(jié)合射頻識別技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理和校園一卡通所要具備的性能等，進(jìn)行校園一卡通的設(shè)計(jì)，這是現(xiàn)代高校管理信息化水平提升的具體體現(xiàn)，應(yīng)在不斷優(yōu)化的基礎(chǔ)上積極推廣。

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

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馮雪蘭（1987—），女，廣東佛山人，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)供職廣州工商學(xué)院三水校區(qū)，主要研究電子信息技術(shù)在校園中的應(yīng)用。