李 強

北京第二外國語學院網(wǎng)絡與信息中心 北京 100024

為提高實驗室的開放效率和管理效率，推動實驗室由傳統(tǒng)管理模式向數(shù)字管理模式轉(zhuǎn)變，近年來，高校在實驗室、多媒體機房等公共教室的門禁管理方面普遍采用校園一卡通門禁系統(tǒng)，其優(yōu)點是利用學?，F(xiàn)有的校園一卡通，開門方便、安全，可聯(lián)網(wǎng)，有開門記錄，可實現(xiàn)雙向控制，卡片很難被復制。但該系統(tǒng)需要門禁控制器、門禁讀卡器和電控鎖3種主要硬件設(shè)備，投入成本較高，同時，在設(shè)備安裝時需穿墻打孔，施工復雜度也較高[1,3]。

為克服以上缺點，提出了基于共享理念的二維碼門禁系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅具備現(xiàn)有校園一卡通門禁系統(tǒng)開門方便安全、存儲開門記錄、雙向控制的優(yōu)點，而且該系統(tǒng)的硬件設(shè)備只需要智能電子鎖，在施工上也不需穿墻打孔，與校園一卡通門禁系統(tǒng)相比，大大降低了高校在門禁系統(tǒng)上的投入成本和施工復雜度，同時豐富了門禁系統(tǒng)的考勤管理功能，以一種更經(jīng)濟、便捷的手段實現(xiàn)了高校實驗室門禁的智能化管理。

1 二維碼門禁系統(tǒng)架構(gòu)

設(shè)計了一種基于云端的二維碼門禁系統(tǒng)，師生通過掃描二維碼，實現(xiàn)門禁開鎖和上課考勤功能。根據(jù)各模塊在整個系統(tǒng)中的運行位置和使用環(huán)境進行劃分，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 二維碼門禁系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)主要包含用戶移動端、智能電子鎖和云端管理系統(tǒng)3個模塊，智能電子鎖上貼有存儲電子鎖信息的二維碼，用戶移動端負責掃碼操作，各模塊之間通過校園無線網(wǎng)通信，完成認證、掃碼、解鎖、存儲記錄等功能。本系統(tǒng)可與學校移動平臺、微信企業(yè)號、數(shù)字化校園、數(shù)據(jù)中心等平臺對接，完成統(tǒng)一身份認證、門禁授權(quán)、課程考勤等功能[2]。為適應門禁系統(tǒng)復雜的外部環(huán)境，本系統(tǒng)采取聯(lián)網(wǎng)指令開鎖和斷網(wǎng)動態(tài)密鑰開鎖2種方式，確保門禁系統(tǒng)的正常運行。

2 二維碼門禁系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 用戶移動端

用戶移動端是門禁系統(tǒng)的前端掃碼應用，完成智能電子鎖二維碼信息的識別，同時與云端管理系統(tǒng)進行交互，發(fā)送認證請求、開鎖請求和接收認證結(jié)果、開鎖結(jié)果等信息。用戶移動端提供多種形式的接口，可與學?，F(xiàn)有的微信企業(yè)號、移動APP平臺進行應用集成[4,8]。

2.2 智能電子鎖

智能電子鎖是一種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，近年來，智能電子鎖在共享單車行業(yè)已經(jīng)廣泛應用，在民用市場上，智能電子鎖的舞臺不只是局限在出行領(lǐng)域，在賓館、住宅的門禁領(lǐng)域，其應用更加廣泛[5]。目前，基于Wifi，GSM網(wǎng)絡或者藍牙的智能電子鎖是國內(nèi)外的主流選擇，為了節(jié)約成本，二維碼門禁系統(tǒng)采用基于Wifi技術(shù)的電子鎖，通過校園網(wǎng)與門禁云端管理系統(tǒng)進行交互。智能電子鎖上配有電子顯示屏和觸摸鍵盤，顯示屏實時顯示動態(tài)二維碼，二維碼更新頻率可設(shè)置，防止遠程掃描照片，觸摸鍵盤支持斷網(wǎng)后密碼輸入，密碼管理采用“聯(lián)網(wǎng)即焚”技術(shù)，即智能電子鎖一旦恢復聯(lián)網(wǎng)，則之前斷網(wǎng)時使用的密碼立即失效，新密碼將與門禁云端管理系統(tǒng)同步。為了消防安全，本系統(tǒng)的智能電子鎖默認設(shè)置為斷電開門狀態(tài)[6]。

2.3 云端管理系統(tǒng)

云端管理系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心，該系統(tǒng)分為用戶管理模塊、電子鎖管理模塊和信息管理模塊，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 云端管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.3.1 用戶管理模塊

該模塊分為用戶認證管理和用戶授權(quán)管理。認證管理通過用戶移動端發(fā)送的認證請求信息，利用JSON格式與學校現(xiàn)有的認證平臺等系統(tǒng)進行統(tǒng)一身份認證；授權(quán)管理通過與學校教務系統(tǒng)對接，根據(jù)課表實現(xiàn)實驗室門禁按人員、按時段、按日期的自動授權(quán)管理，同時，提供手工授權(quán)功能，以便于對實驗室管理人員進行授權(quán)。

2.3.2 電子鎖管理模塊

該模塊分為電子鎖信息管理、電子鎖開鎖管理和電子鎖監(jiān)控管理。電子鎖信息管理實現(xiàn)電子鎖基礎(chǔ)信息(如名稱、位置、開放時間、動態(tài)密鑰等)的增加、修改、刪除以及導入導出，支持以電子鎖唯一標識為主鍵的用戶授權(quán)檢索功能，支持動態(tài)密鑰異地備份。電子鎖開鎖管理是整個系統(tǒng)的核心，其利用開鎖算法完成整個門禁系統(tǒng)的開鎖流程。電子鎖監(jiān)控管理通過預設(shè)頻率定期與電子鎖進行聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)等信息同步，對出現(xiàn)異常問題的電子鎖，及時向門禁系統(tǒng)管理維護人員發(fā)送故障信息[7]。

2.3.3 信息管理模塊

該模塊分為記錄管理、課堂考勤管理和通信管理。記錄管理主要向?qū)W校管理人員提供多種查詢條件的門禁記錄報表檢索功能，同時，可向?qū)W?，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)提供門禁原始數(shù)據(jù)記錄，便于做進一步的數(shù)據(jù)建模，有利于學校管理層的決策分析。課堂考勤管理根據(jù)教務課表數(shù)據(jù)和學生掃碼記錄完成考勤認證，為防止學生拍照后掃描照片，電子鎖二維碼算法采取動態(tài)顯示策略。通信管理是整個系統(tǒng)的橋梁，實現(xiàn)系統(tǒng)信息的接收、傳遞和發(fā)送工作，主要包括認證請求接收、開鎖請求接收、電子鎖狀態(tài)接收、認證信息傳遞、開鎖信息傳遞、電子鎖狀態(tài)傳遞、動態(tài)密鑰變更傳遞、認證結(jié)果發(fā)送、解鎖信息發(fā)送、解鎖指令發(fā)送、動態(tài)密鑰發(fā)送等。

3 系統(tǒng)相關(guān)算法

3.1 開鎖算法

系統(tǒng)的核心模塊為云端管理系統(tǒng)的電子鎖開鎖操作，其算法如下。

(1)給出掃碼用戶工號TeacherID，電子鎖唯一標識LockID，電子鎖授權(quán)集合；

(3)標識為LockID的電子鎖聯(lián)網(wǎng)，將開鎖成功信息寫入Res，goto(5)；否則，DynKey ADD Res，執(zhí)行下一步；

(4)執(zhí)行ChangeDynKey (LockID)，更新動態(tài)密鑰；

(5)執(zhí)行SendToUser(Res)，發(fā)送開鎖結(jié)果信息。

3.2 考勤算法

信息管理模塊中課堂考勤功能采取二維碼動態(tài)認證策略，其考勤算法如下。

Checkin (StudentID，LockID，DateTime，QRCode，，Res)

(1)給出掃碼用戶學號StudentID，電子鎖唯一標識LockID，掃碼時間DateTime，動態(tài)二維碼信息QRCode，課表集合；

(2)Decode QR(QRCode)解密并認證動態(tài)二維碼信息，如果TRUE，執(zhí)行下一步；否則，將二維碼認證錯誤信息寫入Res，goto(5)；

(3)如果LockID IN cj，StudentID IN cj，DateTime IN cj，cj，執(zhí)行下一步；否則，將課表與學生不匹配信息寫入Res，goto(5)；

(4)To_DataCenter(StudentID, DateTime, cj)，將考勤數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)中心；To_TeacherApp(StudentID,DateTime, cj)，將考勤成功名單發(fā)送到教師客戶端；

(5)執(zhí)行SendToUser(Res)，發(fā)送考勤結(jié)果信息。

4 結(jié)語

提出的二維碼門禁系統(tǒng)是在共享理念基礎(chǔ)上建立的一個智能化、數(shù)字化的門禁系統(tǒng)，該系統(tǒng)可通過掃描二維碼完成高校實驗室的門禁管理，不僅實現(xiàn)門禁資源的共享，還能通過門禁記錄實現(xiàn)課堂考勤，使實驗室管理走向規(guī)范化、制度化和智能化，進一步解決了高校門禁系統(tǒng)投入成本高、施工復雜和管理功能單一等缺點，以一種更經(jīng)濟、便捷的方式成為高校實驗室管理手段現(xiàn)代化的強有力載體。