校园一卡通技术方案.docx
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校园一卡通技术方案
校园一卡通技术方案
一方案简介
校园百事通系统设计方案是在校园一卡通的基础上结合RF-UIM手机的无线射频识别技术和通讯运营商的综合优势而设计的最新系统解决方案。
本方案的内容主要包括方案概述、系统总体设计、系统详细设计、安全性及突发事件应对措施设计、扩展/兼容/对接实现方案等几个部分。
本方案总结了数年来大量具有共性化、个性化的成功和失败的案例，充分考虑了“校园百事通”项目的需求，对各类数字信息流的入口、传输、存储、出口等环节进行了系统的分析和设计。
因为本次方案是将传统一卡通与先进的RF-UIM手机相结合。
因此，我们充分考虑了传统的一卡通和RF-UIM手机的各自利弊，做到1+1>2，而不是简单的叠加。
例如，考虑到RF-UIM手机的消费过程需要手机电源的支持及特殊环境下的不适用性等，我们采用了“主副卡”的概念。
正常环境下RF-UIM手机作为主卡使用，特殊环境下（手机没电及洗浴等环境）使用普通M1卡作为副卡使用。
我们希望通过此方案的实施能够进一步实现学校的数字化管理，解决学校现有各应用子系统之间的互通/兼容的问题，在有效的安全机制及合理的规范的保障下，实现学校管理的进步与提高同时，进一步方便学生、教师、员工的学习、教学、工作。
真正实现“一机走遍全校”的目的，并为将来学校的全面数字化校园建设打下一个坚实的基础。
2、系统设计特色
通用的一卡通设计各成熟厂家都大同小异，我们就不做详叙，这里只介绍我们特色的设计理念：
2.1软件开放性设计
开放性是软件设计的一个流行的主题，也是与信息化现代化接轨的保证。
在我公司的百事通平台中，设计上充分考虑到了用户新功能的增加，所以采用三层结构，应用服务器选用热部署的应用服务器软件，可以由用户在应用服务器上开发出自主的中间层软件，并映射到中心数据库服务器，真正实现用户应用软件的定制功能。
2.2业务应用模块化、功能化的体系结构
在整个百事通系统中，我们所采用的开发方式是完全的功能化、模块化的方式，不仅仅是对整个应用系统可以进行应用的组合，而且对于每一个应用全部可以进行随机的功能组合。
整个系统采用模块化设计，可以根据用户的不同需要进行不同方式的整合，也可根据不同的用户权限进行不同的组合，极大地方便了用户的使用。
而对于中心平台来说则只有一个中心管理控制平台，完全实现了百事通的定义：
即在一个中心平台的统一管理控制下，达到数据高度共享，实现商务消费、身份认证的功能，同时为学校的管理者提供实时、详尽的参考数据实现统一管理，降低管理的难度，提高管理的效率。
2.3数据访问及操作三（多）层结构
整个平台系统的数据访问及操作采用完全意义上的三层结构，关键的操作在中间层统一控制，关键的算法完全封装，只对用户或客户暴露其接口，这样大大的降低了系统的维护难度，对于第三方应用的接入时只要双方商定系统的数据接口就可以进行方便的对接。
2.4百事通系统平台跨操作平台、跨数据库
宝石公司百事通系统管理控制平台采用的开发语言为JAVA，JAVA是一个跨操作系统平台的开发语言，无论用户选择UNIX或LINUX或WINDOWS2000都能很好的实现百事通平台的管理控制。
在对数据库的选择方面，业务应用及数据同步部分采用O/RMapping——HIBERNATE技术，实现数据库平台的无关性，完全支持目前的主流数据库。
2.5联机为主脱机为辅的消费方式
出于对百事通系统数据安全性、及时性考虑，我们核心的消费采用了联网消费形式，采用以“数据库为主，卡片效验”的方式。
最大的限度的保证了数据安全、杜绝透支、挂失/解挂及时生效。
由于学校系统的特殊性及百事通系统对于学校校园网的依赖，网络不通或不顺畅的情况是一定存在的，但对于学校的一些业务应用如餐饮系统在这种情况下是不能够停止使用的。
所以我公司设计的所有终端设备产品都具有联机/脱机两种模式，采用“联机为主、脱机为辅”，即使在脱机的状态下也不会影响学校应用系统的正常使用，为学校师生员工提供极大的便利。
2.6系统实时性
百事通系统主要应用功能为商务消费及身份识别，其中的商务消费更是重中之重，为防止透支情况的发生，我公司所设计的百事通系统为完全实时的系统，在终端POS与后台管理工作站连接正常的情况下，以后台的卡片帐户数据信息为基础进行交易，并修正卡中的数据。
并且消费数据在网络连通的情况下，能实时的响应到每一个消费网点，在消费的同时对数据库中的用户余额及卡片余额实时扣款，保证卡与库数据的同步统一。
2.7主卡为手机卡副卡为射频卡的灵活应用机制
RF-UIM手机卡在校园内的应用尤其独到的优势，因其采用2.4G的无线通讯技术，可以实现近到10厘米（可以应用在食堂消费、超市购物、图书借阅、机房上机、门禁考勤等应用中），远到10米（可以应用在公寓进出、校门管理等应用中）的多距离认证，并通过结合手机及电信运营商的无线网络通讯技术（短信服务及电信增值服务等）可以再校园内的90%以上的应用场所进行使用。
但校园内同样存在部分手机不太方便使用的地方如宿舍不能携带收、图书馆需要证件照片校对时等，这就要求在技术上有一个灵活的补充。
在我公司的方案中，采用手机为主卡进行校园内的绝大多数业务，并以射频智能IC卡作为副卡可以打印照片及在宿舍这种恶劣环境下进行使用，也可以在同一业务中即使用RF-UIM手机卡也可以使用射频智能IC卡。
方案总体设计
本部分内容主要针对学校所提出的需求进行分析整理，而设计的满足学校实际情况和需求的百事通系统总体方案。
内容主要包括设计的总体目标、设计的总体框架、主要功能、性能指标及百事通系统中所应包含的软、硬件的总体设计方案；这一部分内容将学校的实际需求规划出一个框架，所有百事通系统的实现都将在这个框架的指导下进行。
1.总体目标
指导思想
“校园百事通系统”的建设的原则为：
“立足现状、面向发展、统筹规划、分期实施、先进实用、安全可靠、平稳过渡、灵活扩展”。
“校园百事通系统”以校园网为基础进行建设，作为整个数字化校园的核心应用项目，设计上必须符合数字化校园的整体设计思想。
因此，系统不仅仅具有消费及身份认功能，还要具备管理功能，要与学校管理信息系统结合起来，不仅要考虑IC卡的类型，还要考虑功能是否适合百事通系统，更重要的是能适合未来的学校管理信息系统，能给学校管理信息系统提供更完善的服务。
在学校进行校园百事通系统建设期间，将遵循下面的原则进行实际的建设：
1.1、扩展性：
●要求系统平台软件可以跨平台布置，且要具有伸缩性，如可能客户端也要求可以跨平台布置；
●教育体制改革的深入进行，学校的管理形式可能发生变化，所以要求系统功能的增减相对容易，系统的软件升级和硬件扩展相当方便，可以根据需要灵活配置；
●随着信息化的发展，数字化校园是一个学校信息化的一个发展方向，而且校际联网已经成为一种可能，所以在设计百事通系统时要充分考虑到向数字化校园方向的功能扩展，并在考虑数据化校园的基础上为校际联网即校际合作提供操作的可能性。
1.2、兼容性：
学校已经自建或与其他方合作建立了大量的校园应用系统，并且这些系统一直能够平稳运行，本着节约的原则，要求在百事通系统设计的同时考虑与学校已建系统的兼容，学校自建系统可提供原码帮助，其它系统可由学校与供应商协商，但不保证提供完全的技术支持。
1.3、安全性：
●由于本系统所使用的网络环境是学校的校园网，众所周知，由于学校的特殊性，在校园网上存在各种各样的攻击，使得校园网相对于校园网络来说不是十分的安全，所以要求所有在校园网上进行传输的数据能够在不安全的网上实现安全的传输；
●系统的设备、卡片、数据库、授权等方面都要有严密的安全机制的考虑，并且在整个系统的各个重要环节，如充值、IC卡、设备、密钥系统、管理中心等方面，都建立一套严格的管理制度，保证整个系统的稳定、安全；
●在百事通系统中，要求对所有可使用的硬件设备及使用人员全部进行认证，从根本上杜绝非法用户及硬件设备的介入。
1.4、稳定可靠性：
●系统设计要求采用联机/脱网互备份型设计，确保系统的稳定可靠运行。
在相关网络部件出现故障的情况下，系统会自动进入脱网状态运行，所有的数据将会保存在各个终端中，一旦网络恢复，所有数据将会自动回送至系统管理中心；
●所有终端均具有智能判别和智能诊断功能。
即使在脱网状态下，各个终端均可根据从卡中读出的数据进行智能判断并执行相应的操作。
1.5、技术先进性：
●要求百事通平台的设计方法、整体架构采用目前比较先进的思想，可以保证学校百事通在一经使用之后，在五年内能够保证技术不处于落后的状态。
●功能完善，使用方便；
●系统软件要求提供先进的管理功能，对于各种异常情况，如硬件故障、收费操作失误、黑名单等的处理办法，均要做出详尽的考虑和设置，并且系统要求对所有的硬件设备进行监控，如发现故障实时报警；
●在使用方面，要求设计充分考虑到以人为本的原则，对于本系统的使用用户可以不受时间、地点的限制，只要有计算机（可上Internet）就可以随时查询到自己的个人信息；
●要求系统具有实时性。
当数据发生时，有关部门及个人可以实时得到相关的数据变化信息；
1.6、报表详尽：
系统提供齐全、准确的统计分析和管理报表，包括所有的发卡数据、消费数据、结算对帐、学籍数据、图书借阅数据、出入数据、医疗数据、学生信息等，并且可以按时间段、操作地点、操作人员、操作类型、所在单位等信息灵活的进行单项或组合查询分析。
2、总体结构示意图
2.1百事通功能示意图
2.2功能逻辑图
3.专用硬件产品设计
3．1智能卡消费POS
产品概述：
智能卡消费POS分挂式和卧式两种.PD600系列产品是最新研制开发、适合于计次消费的射频卡应用机具。
集常年的开发经验与用户的实际需求，开发出的这套售饭产品，非常适用于简单的售饭流程。
在使用的过程中，它的方便性和实用性会逐渐的显现出来。
产品特点：
卧式机产品特点：
●机翼流线型设计，美观，呈全新时代气息；
●不锈钢边框结构，新颖，是画龙点睛之笔；
●弧形大屏幕显示，清晰，效果是一目了然；
●微平面梯形键盘，舒适，符合人体学原理；
●自带防滑式底座，周到，操作使用更安全；
●采用密封防潮、防油污结构，适合食堂恶劣环境；
●可选配后备电池，断电后可持续工作12小时；
●终端采用抗干扰措施，有效屏蔽误操作；
●新型存储器件，工作安全可靠；
●采用硬件看门狗，单机故障不会波及网络。
主要功能：
●机号设置功能，机号设置可采用拨码开关硬设置或键盘软设置；
●上电自检功能，上电后自检，消费终端机屏幕显示过程与结果；
●脱网运行功能，当网络出现故障或需要时，终端机可转换成单机运行；
●交易方式，可使用计算器、编号、固定价格等多种交易方式；
●通讯方式，消费终端与网络控制器之间采用实时网络通讯；
●掉电保护功能，可靠保存数据时间10年；
●消费限制功能，使用密码限制，可有效防止持卡人丢失卡片后造成的损失；
●身份设置功能，就餐者可以多种形式进行身份设置，更易于管理；
●扩展功能，预留微打印借口，外引微键盘接口，为功能扩展留有充分空间；
●可与用水、用电、考勤、门禁、公寓管理、图书管理、上机管理和公交通勤等系统实现百事通用；
技术指标：
●重量：
2.6千克（卧式），1.8千克（挂式）
●尺寸：
330ｍｍ×205ｍｍ×140ｍｍ（卧式）
230ｍｍ×120ｍｍ×175ｍｍ（挂式）
●功耗：
＜6W
●环境条件:
工作温度：
-30℃～50℃，工作湿度：
10％～90％RH
●电源电压：
AC220V±10％
●结算时间：
≤0.5s
●断电数据保护时间：
10年
●信号接收器寿命：
〉200万次
●通讯方式：
RS-485
●通讯距离：
≤1200ｍ，经“中继器”可扩展通信距离，网络版无距离限制
3．2控水POS
产品概述：
智能卡控水POS系统是本公司近两年来，集公司所有用户的需求，基于原餐饮系统的基础上，融汇了控水市场各家系统的优点，集中公司内所有软、硬件开发人员，共同开发出来的；是百事通系统的重要组成部分。
智能卡控水POS系统采用了自动识别输入技术、单片机技术、网络技术和计算机及软件技术等。
产品将成熟技术和先进技术相结合。
单片机及网络控制器以公司成熟的餐饮消费终端产品为基础，并采用了先进的抗雷击、抗干扰新技术和光纤网络实时通讯等技术。
控制部分：
自主开发的专用单片机系统、网络控制器及计算机，采用ISO14433A质量标准的MF射频卡读写器。
软件部分：
自主开发的专用管理软件。
电源部分：
采用符合国家标准的小功率开关电源。
执行机构：
采用符合国家标准的球形阀或流量阀。
产品特点：
●采用密封防潮、防水结构，适合水房、宿舍等高湿度环境；
●控水终端大屏幕数码显示，直观清晰；
●使用者按需用水，科学计费，有效节约宝贵水资源；
●刷卡供水计费，再刷卡停水结帐，准确快捷；
●非接触式射频卡刷卡控水，方便可靠；
●安全电压供电，确保人身安全；
●可独立使用，使用范围广阔；
●可接入任何百事通网络系统，充分保护用户资源；
●终端采用抗干扰措施，有效屏蔽误操作；
●新型存储器件，工作安全可靠；
●卡片多重加密，保密性较高，杜绝伪卡现象；
主要功能：
●卡错误报警功能
●上电自检功能，上电后自检，控水POS机屏幕显示过程与结果；
●身份设置功能，可对使用者进行多种形式身份设置，更易于管理；
●即可联网工作，又可脱机使用；
●软件进行方式、费率设定，费率修改灵活方便；
●通过计算机设定具有选定龙头放水功能，放出管中预存凉水；
●能够与射频卡售饭、考勤、门禁、等系统实现“百事通”；
技术指标：
●重量：
0.6kg
●尺寸：
198ｍｍ×90ｍｍ×45ｍｍ
●功耗：
＜5W
●电源电压：
DC15V±10％
●环境条件:
工作温度：
5℃～40℃，工作湿度：
20％～90％RH
●结算时间：
≤0.5s
●结算精度：
0.01元
●断电数据保护时间：
10年
●信号接收器寿命：
〉200万次
●单机最大POS容量：
1200台
●单机最大帐户容量：
100000人
●通讯方式：
RS-485
●通信距离：
≤1200ｍ，经“中继器”可扩展通信距离，网络版无距离限制
3．3网络控制器
产品概述：
网络控制器分内置式和外置式两种，内置式插在计算机主板的PCI插槽上，外置式置于计算机外部。
网络控制器通过串行口与PC机联接，所有账户管理功能可以实时生效，网络控制器可以临时脱离PC机运行。
产品特点：
●通讯系统可以分成八个通道，各通道之间互不影响，一个通道出现故障不会波及整个系统。
●集中式管理，实时性高，在网络控制器端就可以实时实现各种管理功能，方便、高效、安全。
●系统容量大，可以容纳239台终端，并且可以扩展，单机系统容量为4万人。
●容错性强，可以临时脱机运行。
●有自动开关机功能。
●多种状态指示灯，便于了解控制器工作状态及故障的判别；
主要功能：
●自动开关机功能（需ATX电源）：
通过软件设定，可按设置时间关闭和开启计算机；
●可以电话远程遥控。
（需PC机和电话语音卡）
●带实时时钟功能，方便用户实现实时功能；
技术指标：
●重量：
154g（内置），1.6kg（外置）
●尺寸：
145ｍｍ×120ｍｍ×20ｍｍ（内置）
265ｍｍ×150ｍｍ×80ｍｍ（外置）
●功耗：
＜2W
●电源电压：
内置（DC5V），外置（DC12V）
●温度：
-30℃～50℃
●湿度：
10％～90％RH
●断电数据保护时间：
10年
●最大负荷能力：
240台
●通道数量：
8路
●最大数据容量：
4M
●通讯方式：
串口232
3．4TCP/IPPOS机
产品概述：
TCP/IP网络窗口机主要是适合大中型校园或办公室与生产车间不在一起的校园，距离相距较远，而且单位综合布线已经基本完成，在这样的环境下，网络窗口机可以分配一个IP地址，直接通过TCP/IP协议传输数据，避免了布线的烦琐，并可在任意一台装有管理软件的机器上查询网络窗口机的状态，能够充分利用单位的网络资源。
TCP/IP网络窗口机具有信息准确可靠、实时更新数据库、数据不丢失、连接方便、迅捷的特点，并具有网页查询功能，可实时监测窗口机的状态，直观、便捷。
它是新一代的POS机，具有广阔的前景。
技术指标：
●显示：
5位*2排LED双面显示。
●输入：
20键键盘单面输入（可选双面输入）。
●读卡：
射频读写卡或只读卡。
●数据存储：
存储空间32K，数据有效保存时间1年。
●消费：
联网消费。
●通讯：
TCP/IP网络通讯。
●电源：
AC220V50Hz15W
●外观尺寸：
长210mm,宽160mm,高80mm。
●扩展：
可外接密码键盘，可外接串口打印机
组成：
●通讯方式：
（窗口机主动和被动方式）
窗口机主动：
刷卡：
窗口机发送取余钱指令，PC机收到指令后调用动态链接库返回卡余额信息。
结帐：
窗口机发送减余钱指令，PC机收到指令后调用动态链接库写流水。
●窗口机被动：
网页查询：
PC机发出查询指令，窗口机返回机号、末次消费信息、累计金额、累计人次、版本号等信息。
发送配置、食谱、黑名单、清数据等指令（待实现）。
3.5控水电源控制器
产品概述：
电源控制为控水POS机的电源供给设备，该系统由开关电源、漏电保护器、指示灯等单元组成，装配在标准机柜中。
系统稳定可靠，结构合理美观，完全可以满足控水POS机等设备的供电需求。
产品特点：
●使用开关电源，系统稳定可靠。
●采用可靠的接地及漏电保护措施，可有效避免对人身安全及设备的危害。
●面板使用指示灯显示，可清楚了解电源控制器的供电情况。
●整机轻巧，便于安装。
主要功能：
●为控水POS机终端提供电源供应。
●电压输出范围可调，用户可根据实际情况作适当调解。
技术指标：
●交流输入：
单相三线制
电压：
220V
频率：
50Hz
直流输出：
15V
●可调范围：
±15％
单项输出电流：
10A
单项功率:
150W
绝缘电阻：
>2MΩ
工作条件：
环境温度：
0oC-50oC
相对湿度：
≤90%
3．6RF-UIM卡
RFID-UIM卡是双界面智能卡（RFID卡和UIM卡）技术向手机领域渗透的产品，是一种新的手机UIM卡。
RFID-UIM卡既具有普通UIM卡一样的移动通讯功能，又能够通过附与其上的天线与读卡器进行近距离无线通信，从而能够扩展至非典型领域，尤其是手机现场支付和身份认证功能。
RFID-UIM支持接触与非接触两个工作接口，接触接口负责实现UIM卡的应用，完成手机卡的正常功能，例如：
电话、短信功能等。
于此同时，非接触界面可以实现非接触式消费、门禁、考勤等应用。
并且由于支持空中下载相关规范（OTA和WIB规范），RFID-UIM卡的用户能够通过空中下载的方式实时更新手机中的应用程序或者给帐户充值，从而使手机真正成为随用随充的智能化电子钱包。
RFID-UIM特点：
1、不需要换手机，现有手机换一张智能卡就成了类NFC手机；
2、外形和现有的UIM卡完全一样，但使用的是微型RF模块使用内置天线通讯，频率为2.4G，属于高频卡；
3、现在通用的行业标准是13.56M，包括银行、学校、商场的POS都是基于13.56M，如果进行推广最大障碍就在于POS机改造，成本昂贵，卡片成本高。
4.应用软件设计
4.1设计目标
百事通系统是在统一平台的调度下进行统一、协调工作的一套复杂的应用系统的集成，其实现目标为：
●加快数字化校园建设，提高工作效率；
●提供数据挖掘功能，提高学校的科学化、自动化管理水平；
●实现统一财务结算，实现财务统一管理；
●数据共享，百事通用。
4.2软件结构设计
三层体系结构
三层体系结构是指百事通中心数据管理平台的体系结构所采用的方法。
三层的体系结构所采用的技术主要有COM/COM+/DCOM组件技术及CORBA为核心的分布式结构及EJB技术、WebService技术等，其中前两种方法主要体现在纯三层结构上，而EJB及WebService两种技术则支持多层的体系结构，我公司在充分考虑将来学校百事通系统向数据化校园建设过渡的需求，采用EJB及WebService做为三层体系结构的核心技术。
在百事通中心管理平台采用三层结构有如下的优点：
●真正意义上实现软件模块化；
●更加安全可靠的网络数据传输机制；
●实现同时兼容多数据库平台；
●实现跨操作系统平台的要求；
●系统的安装、维护、升级方便；
●提供更广阔的扩展性方案。
模块化、功能化设计
百事通系统的定义为在统一平台的整体调度下，以校园网为传输媒体、以卡片为信息载体，在学校内实现商务消费、身份识别、社会应用等功能，配合校园的数字化建设，扩展教学、教务、办公自动化（OA）、校园管理（MIS）等应用领域的应用，使得校园的管理方面在最大程度上实现信息数字化，处理自动化，同时给持卡人在工作、学习、生活上带来极大的方便。
由于百事通系统涉及的范围非常广，同时不同的用户群，所需要的应用不尽相同，不同的用户所需要的功能也不尽相同，所以我公司采用模块化、功能化的设计方案来满足不同用户群、不同用户的特殊需求。
百事通系统的用户可以根据实际情况选择配置应用子系统，甚至要求专门开发特定的应用子系统,所以势必采用这种灵活组合的应用模式。
校园一卡通系统平台及其各子系统介绍
宝石校园百事通系统平台包括数据存储平台、应用支撑平台和数据传输交换平台。
数据存储平台是百事通系统的数据存储管理和数据逻辑处理的核心平台，用于集中存储系统账户信息、商户信息和系统公用信息，集中存储系统操作和终端的流水信息。
应用支撑平台是百事通系统平台的统一数据逻辑处理和调度控制中心，通过数据传输与交换平台统一向各个应用类系统的数据库发送账户的变更信息，通过数据传输与交换平台收集并处理系统终端的流水信息，保持账户信息的一致性；
数据传输与交换平台主要提供校园百事通数据存储平台与各个应用子系统之间的数据传输和交换功能。
1.应用支撑平台
应用支撑平台主要用于支撑百事通各个系统的安全稳定的运行，是校园百事通系统的最基础的平台。
应用支撑平台提供百事通体系内统一的数据存储，统一的数据逻辑处理和统一的信息标准，为学校的管理提供高效、共享的管理决策平台，为师生提供开放的个性化、数字化生活环境。
应用支撑平台是百事通体系能够顺畅运行的大脑和心脏，为百事通系统平台的可管理性、可扩展性、开放性、安全性和稳定可靠性提供了极高的保障。
1.1系统功能
校园百事通系统平台的主要功能包括：
●提供存储管理机制，实现中心数据库对账户信息、系统终端流水信息的集中存储；
●系统逻辑运算处理，进程调度控制；
●提供数据同步，实时上传和下发数据。
●实现商务消费类流水和操作类流水数据的处理与存储；
●每天对百事通系统内数据进行结算，统计汇总财务结算数据；
●为所有子系统提供统一的金额信息和身份认证信息；
●自动生成百事通系统信息发布，以供系统内账户进行查询与打印；
●实现与银行、移动等社会应用类系统进行数据传输和交换；
●提供丰富、完善的系统集成类接口；
●通过对操作数据、查询数据、历史数据的合理规划，
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