（计算机应用技术专业论文）校园一卡通系统的设计与实现.pdf

西南交通犬学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 爨藩各大学在校园卡疵援系统管理一k 存在诸多阕繇，主要表璇在跌下，l 个方面：由于忙应用的快速发展，校内各单位逐步建立起自已的卡应用系统， 露这些系统采用嚣技术与蕊菠不统一，逑残了各穆卡应用系统无法兼容，资 源不能合理酉己嚣和拭享：学生手中的学生证卡、食黛饭卡、图二姆馆借阅k 、 镊行瀵费卡以及电话卡等等，少则三、嚣张，多爨六、七张，绘学生矧卡带 来了不便：校园网建立较晚，使学校各单位管理不能统一。 套大学校霹网鲍建戏投入傻瘸，戈校园卡逶系统懿建立提爨了爵缝； 剁频i c 卡应用系统的同渐成熟为校园一卡通系统的建立提供了技术保障，校 嗣内实瑷一卡逶蛰竭! 已成为校园镑理发矮夔必然趋势。 本文所研究的校园一卡通系统就是针对目前校园中使用的证件繁多、管 理复杂戆1 跨猊蠢设罚4 瓣，力求改变以上溪搀诸多翊熬，综会先遴浆瓣额i e 卡技术及网络通讯披术实现“一卡在手，走遍校园”，给师生员工带来极大方 便。 本文首先介绍了一卡遇系统的研究现状及课题的选题背景和意义，然后 对梭霆一卡逶系统黪体系缝梅、凌能嚣墩、采耀戆数据库盍夔行了分耩；键滋 了校园一卡通系统的总体方案设计：包括卡的选择，卡上信息的存储，系统 懿嬲络结构设计，劳探讨了一释狯b f s 翱c i s 两释搂式稳结合佟务系统瓣较 f , l ：j i ：发模，；然后探讨了梭吲一卜通系统分前i 式数 l i ：肼：结构及数蛳分饥策懈， 潮述了分奄式数据库；| ；一一i c 逶r | ，办数据瘁和鑫予数据库之日瀚关系及其建：迸 方法，同时对分斫i 式数据库中的关键技术数据的一致性、并发性和安全 往淘廷滋行了讨论。最螽本文对各个应璃子系统的臻能迸幸亍了大致的稻述， 、详细地描述了管理结算中心子系统和机房管理予系统的功能及实现，并着重 介绍了弼卡过程的实现。 关键蔺：一卡通；分布式系统；分布式数据瘁；菲接触式 c 卡 廷南交通大掌硕士璎究擞学位论文簿i l 页 a b s t r a c t p r e s e n t l y , t h e r ea r em a n yp r o b l e m si nc a m p u so n e c a r d t h r o u g hs y s t e m i t m a i n l yb e h a v e s a sf o l l o w s ：f i r s t l y , w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ea p p l i c a t i o n o f c a r d ，e v e r yd c p a r t l n c n to fc a m p u sg r a d u a l l ys e t su pi t so w na p p l i c a t i o ns y s t e m o fc a r d b u t t e c h n i q u e s a n dc r i t e r i o n si n t r o d u c e di n t ot h e s es y s t e m sa r cn o t i d e n t i c a lw i t he a c ho t h e r a sa r e s u l t ，v a r i o u sa p p l i c a t i o ns y s t e m so fc a r da r en o t h a r m o n y w i t he a c ho t h e ra n dr e s o u r c e sc a n tb e r e a s o n a b l yc o n f i g u r e da n ds h a r e d ； n e x t ，e a c hs t u d e n th a sm a n yc a r d s ，f o re x a m p l es t u d e n tc e r t i f i c a t e ，t h ec a r df o r r e s t a u r a n t sa n dt e l e p h o n ea n ds oo n a n dt h e s em a n yc a r d sa r et r o u b l e s o m ew h e n t h e ya r eu s e d ；f i n a l l y , b e c a u s ec a m p u sn e t w o r kw a s s e tu p l a t e l y , t h em a n a g e m e n t o f v a r i o u s d e p a r t m e n t so f c a m p u s c o u l d n tb ei d e n t i c a lw i 疆e a c ho t h e r e v e r yu n i v e r s i t yh a ss e tu pi t so w nc a m p u sn e t w o r k s ，w h i c hm a k e si tp o s s i b l e t oe s t a b l i s h c a m p u so n e c a r d - t h r o u g hs y s t e m ；t h e g r a d u a l l ym a t u r i n g o f a p p l i c a t i o ns y s t e mo fr a d i of r e q u e n c yi cc a r dp r o v i d e st h et e c h n i q u eg u a r a n t e e f o rt h ee s t a b l i s h m e n to f c a m p u so n e c a r d t h r o u g hs y s t e m s ot h ei m p l e m e n t a t i o n o fm a n a g e m e n tf o ro n e c a r d t h r o u g hi nc a m p u sb e c o m e sa ni n e x o r a b l et r e n df o r t h ed e v e l o p m e n t o f c a m p u sm a n a g e m e n t t h ec a m p u so n e c a r d t h r o u g h s y s t e mr e s e a r c h e di n t h i sp a p e ra i m sa tt h e d e s i g n a t i o no fac a r dt o s o l v et h ep r o b l e mt h a tt h e r ea r em a n yc e r t i f i c a t ei n c a m p u sa n dt h em a n a g e m e n ti s t o oc o m p l e x t h ea d v a n c e dr a d i of r e q u e n c yi c t e c h n i q u e sa n dn e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h n i q u e sa r eu s e dt or e a l i z et h ed r e a m o f u s i n g o n ec a r dt h r o u g hc a m p u sw h i c hc a ns u r e l yb r i n gm a n yc o n v e n i e n c e st o s t u d e n t sa n dt e a c h e r s ， f i r s t l y , t h ep a p e rm a k e sa ni n t r o d u c t i o no fd e v e l o ps t a t u s ，d e f i c i e n c ya n di t s b a c k g r o u n do fo n e c a r d s y s t e m s e c o n d l y , e x p a t i a t i o ni s d o n eo nl h es y s t e m s t r u c t u r ea n df u n c t i o nr e q u i r e m e n t so f c a m p u s o n e - c a r d t h r o u g hs y s t e m ，f o l l o w e d b yad e s e r i ! c t i o no f t h ea p p r o p r i a t ed a t a b a s es u i t a b l et oc a m p u s o n e - c a r d - t h r o u g h s y s t e m ；t h i r d l y , t h ep a p e rp u t s f o r w a r da no v e r a l l p l a n o f c a m p u s o n e c a r d t h r o u g hs y s t e mi n c l u d i n gt h ec h o i c eo fc a r d ，t h es t o r a g eo f i n f o r m a t i o n i nt h ec a r d ，t h ed e s i g no fn e t w o r ka r c h i t e c t u r eo ft h es y s t e m ，m o r e o v e r , t h ep a p e r s t u d i e sas o f t w a r er e s e a r c hm o d e b yc o m b i n i n g b r o w s e r s e r v e ra n dc l i e n s e r v e l f o u r t h l y , t h ep a p e re x p l o r e s t h ed i s t r i b u t e dd a t a b a s ea n dt h em e t h o do fi t s 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i i 页 e s t a b l i s h m e n t ，t h ep a p e ra l s oa t t a c h e sg r e a ti m p o r t a n c et ot h ek e yt e c h n o l o g yo f d i s t r i b u t e dd a t a b a s e ，t h a ti s ，t h ec o h e r e n c e ，t h ep a r a l l e la n ds e c u r i t yo fd a t a b a s e l a s t l y , t h ep a p e r m a k e sa g e n e r a ld e s c r i p t i o n o ft h ef u n c t i o n so fv a r i o u s a p p l i c a t i o ns y s t e m s ，i l l u s t r a t e s c o n c r e t er e a l i z a t i o no fm a n a g e m e n tb a l a n c e s y s t e ma n dc o m p u t e v r o o mm a n a g e m e n ts y s t e ma n d t h ep r o c e s so fb r u s hc a r d k e yw o r d s ：o n ec a r dt h r o u g h ；d i s t r i b u t e ds y s t e m ；d i s t r i b u t e dd a t a b a s e ；r f i c 西南交通必学硕士研究擞学位论文笫l 页 第1 章绪论 t 一卡逐系统熬璜状羚挺 i c 卡是缀藏电辫一i ：- ( i n t e g r a t e dc i r c u i tc a r d ) 瀚麓文籀稼，稿! 肖l 辩逶家 或地区也称之为聪明卡、树能卡、灵巧“精、智慧卡甚至微 媳路一i - 、微芯纷k 等。籍一镦 毡子芯冀镶嵌予耱台i s o7 8 1 6 耘褰翦p v c ( 或a b s 等) 塑糕纂露 中，封装成外测尺寸与磁卞髅似的卡片形式，即制成张i c 卡。 叠1 9 7 6 年 e 卡靛溺毪| = ，i c 卡技本飞遮发菇，蠢绞形袋一渗及全球众多 落名电子巨头的新兴技术产妣。圈际标凇他组织与国麟电工委员会缎成的联 合技术蚕员会( j t c t ) 为之铡定了一系刭薅鼯耘漆、蔑熬，较走逮捺动了i c 一 的谚f 究和发臌。 罄静，i c 卡稳疲瑶已邃鼯全球。爨麓计，寝1 9 9 7 年，全球就发行| c 卡 9 亿牧，2 0 0 0 年为3 6 亿枚；2 0 0 3 年的预测则6 3 亿彼 我函的l c 卡应用起 步铰浚， 9 9 4i l 三奠嚣始，1 9 9 8 年、1 9 9 9 攀静年滚嚣羹滋分蹋这8 0 0 0 矗器l 。2 亿牧，2 0 0 1 坼越过了2 亿。小小”辩片与桐失设舔组成焱统，藏能为人类抛f 菲鬻丰富的缀努葫筑，产生濑憋不鬟静黼避，翻造崮诞犬翡经济散豁和社会 效菇。 出予跫卡具蠢匿大懿技术、褒霜後势，我鋈致瓣泌谈淡嚣笈袋t c 幸产 妲对加速我阁阐民经济信息优的鬟大作用；目前，已商大多数行蛾与国外有 关公司有基予弓l 避翎卡、谈卡设餐及应鹅先进技术的合作协议，并成立了有 关实体，加逡了我嗣i c 卡的应期。 当藤，一书逐系统麴藏嗣瑗获楚：缀多救锌公司郡歼茇了垂已躲产菇， 假受公司实力、市场拓展等诸多因素的限制，这些产晶大多数是周限于单一 功能，并不麓锨翻一卡通，觚丽给单位躺井缀、管理逡城缀多不缎，造躐设 舔鞠投资的浪赞；蕊市场上多数 l 勺赝谬“一卡逋”产品实球上是繁多鹰蜊 瓣系统，謦囊较琏熬蘸瘟掰主要褒公交方鬻，魏公共汽车、选镶、出裁霉霹 停车场等。这魑“一卡多用”系统往往存在以下问题； ( 1 ) 备为其敞，应蛹无互补憔，锫应用系统缺乏充分瀚可扩展性，雉以维护 _ 鞫舞级； 2 ) 系统建设不锈会实舔，黉霹逶孬瓣络建设，甚至露笈建设，系统蠖熊俊 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 格比低； ( 3 缺乏完罄、援莲蠢统一懿怠子馥安全策貉亵应矮安全幸筵利，系统闽兼容 性极麓； ( 4 ) 大多数系统采蠲蕈一线路，系统链戆稳迩经较麓； ( 5 ) 系统自适应性不强，潜客户的业务管理流程有较大改变，系统重置将非 褰臻绶； ( 6 ) 祷系统无统一归口管理、统一规划和统一发卡，提高了系统m 铃理j f i i 协 调减本。 真正的卡通系统应当是技术与管理相结合的统一体，同时系统的技术 疲援又楚管瑗豹基石，氇貔是说，系缝镑理方寨瓣大帮徐寝当逶避技术俸系 和技术管理策略来加以实现。“卡通”系统虚具有的主要功能包括： ( ) 绫一耱调豹管理c 挚心帮分_ 蠢式层次管理； ( 2 ) 系统和系统增艇的应用管理与协调； ( 3 ) 分布式系统豹数据维护管瑗： ( 4 ) 黑名单管理和在线追踪； ( 鄂辩需处淫与浚途後鬣： ( 6 ) 分布式数据下载和传输的完蹩性校验： ( 7 ) 端舀帮系统异常情况豹楚瓒： ( 8 ) 交易的逖皮控f j j | l ： ( 9 ) 分布式系统酌稳定梭秘可靠往策精； ( 1 0 ) 实时处肌等。 1 2 课题背景及意义 鹾# 各大学在按圆卡废鼹系统管理上存在诸多翘题，主要表现在戬下强 个方面： ( 1 ) 淡予卡应用鲶快速发展，较内各单位逐步建立越是己豹卡应翅系统，嚣 这些系统采用的技术与规范不统一，造成了各种卡应用系统无法兼容，资源 不能合理配爱鄹，参； ( 2 ) 学生手中的学生证卡、食堂饭卡、图书馆借阅卡、银行消费卡以及电话 卡等等，少则三、嚣张，多赆六、七张，给学生题卡带寒了不便； ( 3 ) 校园网建立较晚，使学校各单位管理不能统一。 西南交通太学硕士研炎缴学位论文笫3 页 瓣f 舐各人学校鬻鲻瓣建成投入翊，为校园“和通系统瀚建立斑 j 了 可能，射频i c 卡应用系统的f l 澎成熟为校园一卡透系缆的建立挺董| i m 技术镍 障，校园内实现一卡通管濮已成为校醐管理发展的必然趋籍。 较密一避悉缓跫针对馥藤铰霹r p 锬鼹瓣涯譬| 二繁多、警瑾繁杂骢键鞋氆； 设诗瀚，蠲卡 弋替学校秘蒋使霜懿箨种诋俘( 瞧殛擎生 正、_ i 作证、氆 书证、医疗、 b 入证等) 。烟尘员工趣学校各处出入、办枣、滔渤和淄赞均 只凭遮张校矧卡便可进于亍，实现“一卡您遍校网”，给师生员工带来檄大方便。 遥过攀铰魏校疆嬲，逐步将各处戆邀瓣骥成一个 较大熬数据弱，实璎全嫒 蠢炎数据的统一毪酾蕊范髅，怒学校逶囱萃车擎纯、蕊代纯警理的黧黉象征。 建设校网墨通系统，2 够绘学拨港来多方 i f 瓣雯 处： ( 1 ) 翰化学校f 1 常管理，促进校j x l 校纪建设，极大地提高学校的锚；矬水3 卜t = f | j 篱建效率。 ( 2 ) 太范潮两采麓圣 算桃设备，提高了学校器础设施建设秽次，为学校褥立 了良好的形聚。 ( 3 ) 学生和家长f | 常接触淄新技术，能够形成一个良好的氛围，培养学生对 滔今鞭鼓懿兴趣，对学生攀习建透豹秘攀文凭甄谈麓裂羧辍薛链滋箨瑙。 。3 本论绽懿主要内密 零文主嚣按照系统分瓣、系凌设诗及系缓实褒辩一般习：发步骤，结合校 团譬通系统的丌发过程，进行会绍。 本文首庇对校园一卡灏系统进行了系统分析，镪捂系统需求分析，系统 模块盼划分，数据寤方蒙分褥及系统的慰艘等；提出了饺黧一一孓遽系统欺总 傣方寨设诗，惫捂卡蘸遴撵，卡主存链蘩惑静竣诗，系统较锌开发模式瓣设 计，以及系统嘲络架构的没计等；然斌对校因一卡邋系统所采用嬲分粕式数 凇痒进行了分析，包括数瓣侔管理系统、数掰的分稍方案的选择，数掘模翻 瓣建立，数搬的一致牲与并发悭硬究等；最聪禽绍了管理结算中心子系统积 帮t 房餐理予袭绞药实凌，著整重奔绍了器l 卡遮程静赛瑷。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 2 1 系统需求分析 第2 章系统分析 目前学生手中持有的各剃咔( 包括学生证卡、饭卡、图书馆借阅卡、沈 衣卡、上机卡等) ，少则有三、四张，多则有六、七张，给学生用卡带来了不 便；同时，校内各个部门分别建立起自己的应用系统，造成资源的重复与浪 费。所以，希望通过建立校园一卡通，实现以下功能，以实现“一卡在手， 走遍校园”的构想： ( 1 ) 作为电子钱包，实现食堂就餐，校方可以管理及查询； ( 2 ) 电子门锁，实现宿舍、阅览室、实验室、办公室等场所的门禁控制； ( 3 ) 对重要的门锁开启智能设置： ( 4 ) 身份确认，实现会议签到、考勤； ( 5 ) 学生、教师进出学校管理及查询； ( 6 ) 按权限查询各种信息； ( 7 ) 作为借书证，图书馆及图书借阅管理，配合电子钱包，实现超期罚款， 丢损赔偿： ( 8 ) 学校公共物品借记管理： ( 9 ) 医疗收费及电子病历； ( 1 0 ) 办公用品、福利用品等物品的领用管理： ( 1 1 ) 学校机房上机及收费管理： ( 12 ) 学校小卖部刷卡购物； ( 1 3 ) 学生宿舍用水、用电控制； ( 1 4 ) 学生澡i ：沈澡，洗农机上沈农等； ( 1 5 ) 学校停车场箭理收费； ( 16 ) 实现与银行进行自动转帐功能。 2 2 系统模块的划分 根据上述需求，经过详细的研究分析，系统可分为以下予系统 ( 1 ) 管理结算“t 一1 3 , 子系统 嚣悫交嚣大学矮研究生学位论文纂5 耍 ( 2 ) 消赞静， ! 子系统 ( 3 ) 食嫩协饭管理予系统 ( 4 ) 鹫书铤管理予系统 5 ) 税痨篱理予系统 ( 6 ) 医疗铃理子系统 ( 7 ) 电子阅览室管理予系统 ( 鼙会议考蘩营理子系统 彩学籍管理予系统 ( 10 ) 信息巍询子系统 ( 1 1 ) 门黎管理子系统 2 ) 滋晶领耀蓉理予系统 ( 3 ) 物豁借记管理予系统 ( 14 ) 停率炀篱理子系统 ( 5 ) 银行转帐子系统 辩羟电，控承管莲予系统 在整个校园一卡通系统中，管耀结算中心予系统为核心豁分。管理结算 中心子系统管理学校人塌的基本信息，负责卡的发行、挂失、解挂、注销投 存款等财务的管理。其它予系统在使用时，首先读墩卡的信息，验证卡的祷 散缝，著通过夔证，戴避孬梗应兹簸壤，卡中戆有美蔫塞遣瓣之浚交，并避 行记录，然厢把数据上传到一卡通中心数掘库服务器。各予系统定时与管璐 结算中心予系统进行财务上的结算。 2 。3 数据库方寨麴努耩 在数据库分机方案的选择上主要考虑集中式数掘库和分御代数据库。糟 聚援集t p 式数耀簿，将璜露翡数据都移放在r p 心数熬痒滋务稳上。这转虽然 有翻予数掇瓣维护和绦持它翡一致毪，毽一釜串心数据痒爱垒了散漳，整个 系统都将瘫痪。 而近糟千年以来，计辫机系统巴趋向于通过网络连接起球形成的分砸i 式 诗舞祝系统。数攥瘁技术、诗算捺随终接求不鼗茨壤键逡了在数摄疼瘟鬟系 统孛分糍式数疆痒结搦秘疵爰，采瘸分布式数蓊霹缩擒豹理幽搿如下死点： ( 1 ) 目前些数据库成用已具有分稚斌特色。许多数据库应用融经被自然地 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 分布在不同位莆j 二。如一个公司在多个城市设立分公司，一个高校有不i n l f i j 校区或院系，地理分机较广等等。分嘶j 式数抛厍技术在这些应1 1 i i i 畦i i 然u 将它分布在其相应位置上。t ：k ! f i j ，大多数局部用户只在他们所在地存取数据， 而有些全局用户( 如：公司董事长，校集团领导) 可能要查询存储在多个场 地上的相应的数据。 ( 2 ) 增加了可靠性和可用性，这是分粕式数据库最有i 吸引力的优点。可靠性 是说系统在特定时刻能达到的能力，而可用性是既在一定时m m 隔内系统继 续能用的能力。j _ 数据和软, f , l ：g ) - , f l i , ( i - j l 个场地j t l l , i ，某个( 或儿个) 场地 1 5 ( | i 啦，j 它场地仍i 1 继续操作j n j 从- f j 出敝i 雌的场t 也j _ - 的数 ：i i ：币ij 软什4 j 舱仃般 或操作，这就可以改善系统可靠性和可用性。如果数据和软件能冗余地放置 在多个场地卜，其改善的效果会更好。对于集中式系统，单个场地i t i 敝i 婚则 所有用户对挫个系统都无法使用。 ( 3 ) 提供局部自治的数据共享。在采用分布式数据库结构的系统中，希望局 部数据库有一定的自治权，这种基于局部自治的数据共享在整个分砷i 式管理 信息系统中相当重要。 ( 4 ) 改善系统性能。当一个大型数据库分布在多个场地上时，在每个场地上 只有较小的数据库了。由于其规模较小，在单个场地上的局部查询和事务处 理会有较好的性能。此外，单个场地事务执行数比起将所有事务均提交给一 个集中式数掘库会少得多。对事务而言，可以调用多个场地上的数据，在不 同场地上平行处理以减少响应时间。 通过以上的分析并结合本系统的具体情况，出于各予系统在地理上足分 离的，r i s e n 食常售饭管理子系统安装在食堂医疗管理子系统安装在医院， 为了保证各子系统高效协调工作，系统的数据库采用分布式数据库结构。 各应用子系统都有相应的子数据库，安装在各自局域网的本地数据库服 务器上，在学校的一卡通中心数据库服务器上有总的数据库，用网络把分散 在各个结点上的数据库连接起来，形成一个大的、分前j 式的数据库。在卜 通中心数据库上有各个子数据库的副本，对各个子数据库的修改操作( 如 i n s e r t 、u p d a t e 、d e l e t e 等) 都要对一卡通中心数据库进行相应的操作， 保持数据的一致性。在各个应用服务器上，还应充分考虑到各t i ! i j 户访问j i g 的 访问冲突。如粜一个部门婴对另一个部门进行查询，不是直接访刚该f r i l l j 子 数据库，而是转为对一卡通中心数据库的查询，以减轻网络负载。在应用服 务器和客j 二机l 安装应用程序，实现各个管理予系统要求的功能。在实现上， 系统应具有可伸缩性，以适应学校发展带来的系统的扩展。 舀淹交涟犬学硪士磺究垒学绞论交第7 茭 关于分相式数据库结构，将在后嘲第四章进行介绍。 2 。4 系统缀成 整个系统救_ i | c 功：i i 划分，生盟山以h l 个f ；f 1 1 分纰成： 。疑遵。p 心数据艨擞务器 卡邋中心数掇霹黻务器楚熬个系统豹孩心，务令瘦臻子系统敬数攥酃 强寥 存德在此黻务器上。 2 僭理结算中心子系统 管理缡算中心孑系统楚整个卡遴系统斡罄璎捩心，它蛰瑷学接天爨的 基本穗息，受赛卡魏发行、挂失、瓣糖、注镇及稃款等黠务翡管理，荠蜜瑶 与各予系统弼务上酌维辩。 3 网络传输部分 主要完艘数据舱健羧任务，楚生撬愈令下黢、终螭数捺袋煞酌媒奔。该 部分可戳利弼珑有煎耐络，也霹戳秘獭需要采弼剐瓣联网方式，j 炙体实瑷 牵筏豁子系绕瀚不鞫孵不溺。 4 备应用子系统 庭羁予焱统是援嚣爨螺浆需要遴簿设立，竞戏掰要魏凌钝，势量可殴谈 据需要进行扩展。 器南交通大学颈士碳究生学位论文第8 爽 第3 章系统总体设计 校园卡通系统，留在运用智能卡技术，以先进的管理理念为指导，以 方便学生的学习、生活和提升学校的现代化管理水平为重点，集多种功1 1 j 。( i 二 一卡，使学生亲身体会科技给他们带来的便利，从而激发他们学习现代科举 文讫技零豹热绩，大力疆毫学校熬管理东平，粪疆实魂“一卡在手，走遮绞 园”的构想。 由于系统所采用的i c 卡不仅要超到身份识别的作用，同时又要具有电子 钱包的功能，所以采用灵活丽开放的设计原则，以使系统结构疑商良好的开 敖瞧秽扩骚藐力酶弱辩，又要注意令久张户及系统数据戆安全。 基于学校的经费有限和学校的需求是一个逐步拓展的过程，系统应该允 许学校对嬲个一卡通系统的各个子系统能自由组合。系统正式运行后，可分 阶段地摊广并扩大规模，逐步形成全校统一的管瑷行为，并可根据需要，参。 震其它蠢关校园l c 卡旋麓及管理系统。 3 1 系统设计原则 ( t ) 可靠性和稳定性 在系统设备选型、网络设计、软件设计等各个方面要充分考虑可靠性和 稳定性a 强设计方面，鞭采用容错设计。在设备选型方蕊，要保证软、硬件 嚣可靠愁，磐绥考虑采矮藏熬戆技零移产瑟。在设每逡登窝系统竣诗豹各个 方面都尽避减少故障的发生。 ( 2 ) 易竹理性 系统沙及面广，需要对系统进行实时控制和僚理。系统管瑚员要在不改 变系统运行懿溃撬下其镰对系统逶弦诞整戆麓力。 ( 3 ) 易维护性 易维护性是当今应用系统成功与否的重要因索，它包含两朦含义：故障 的易于排除，同常的管理操作简便。 ( 4 ) 惫逡瞧 在投资费用许可的情况下，威肖充分利用现代最新技术，墩可靠的成 果，以便使系统在尽可能长的时间内与社会发展相适应。从长远的观点，这 嚣鸯交遴大学硕士磷突生掌往论文蘩9 燹 也是最节钳经 6 1 的。先进性是系统建设期望达到的日标，但怒先进性而l l i i i f i ： 多不成熟的问题。因此，应视系统建设为一个系统工程，充分考虑现在和未 来，锬系统建燮与鲎务霞求同步璞陡。 ( 5 ) 整体性 系统的整体性，涉及到方方面丽，对于本系统这样的工程必须对这些因 素统筹考虑，以构成一个有机的智熊卡管理系统。 ( 6 ) 应瘸牲 设计本系统，应酋先考虑能满怒智能卡管域系统的功能舞求和实际应用 的需要。 ( 7 ) 歹隗女性 炎绦涯各筷建巍产磊静蛰弱运 亍，同薅考瘩爨投资者瀚长远利益，奉系 统必须魁刀：放系统，f ：缩合相关臼勺围际标准或工业标准执行。 ( 8 ) 规瓶讹 由于本系统是一个综合性系统，在系统设计秘建设初期威整手参考各方 瑟酌穰壤与蔑范，荠藏疲遴获该麓藏务顼技术麓定，并被好系统豹标准纯设 计与管理工作。 ( 9 ) 可扩充性 本系统考虑今后发展的需要，麟丽必须考虑系统产品系列、容量与缝毽 熊力等穷 纛；豹务。充与羧代豹胃缝，遮静扩充不仅究努傈护了簌有投资，露鼠 具有较商的综合性能价格比。 3 2 卡的设计 3 2 1 卡的选择 密予卡豹释类繁多，有磁卡、条形码卡、光电卡、接触式i c 卡和嚣接触 式i c 卡等，各种不同类型的卡，其诸如保密性、安全性、可靠性、加密与番、 容量大小、寿命长短以及卡的成本镣都是不一样的。每一种卡都有其最适含 使用的地方，为了正确选择一卡逶系绞藏鼹卡，疑大限度满足系统各个方嚣 的要求，溺对尽量降低系统成本，虢需要对应蠲系统傲一个整体的分析。下 面将这几种卡的性能进行比较如表3 - 1 所示： 嚣赢交滋大学硕圭磷究生学位论文第l o 夏 表3 - 1 几种常用卡性熊的比较 技术性缝条形鹃光电卡磁卡接触i c 卡非接触i c 卡 资精豢鬣，j 、小较小大大 可否敷写否否可可可 一卡多用否否否可 可 保密弧茇茇藏始鼹 矮溺淹念筑 陡短较短汝 读写稳定性不商商不高不黼商 机械故障率低低高 。 商低 操作简便性一般一般一般一般简便 瓣覆瞧差努箍慈好 考虑到卡是选择用来作为一卡通系统使用的，而一卡通系统所涉及的予 系统又非鬻多，因此就蒙求这种卡必须是多分区，与分区密码校验，獒有多 弼洼、兼容往、安全瞧、可靠毪秘餐能卡，这是“一卡通”静藩提条锌。 通过对上面几种卡的比较，卡的选择范围就在接触i c 卡和非接触i c 卡 之间进行选择。但出于接触i c 卡是借助其机械触点进行信息传输的，其使用 寿命比较燧，机械故障帮较赢，在一憋要求较离的环境( 比如要求防水、黪污、 防静邀等) 中使瑶藏不怒那么合适。褥菲接融式i e 卡( c i c c - - c o n t a e t l e s s i n t e g r a t e d c i r c u i tc a r d ) 又称无触点集成电路卡、射频卡( r f c r a d i o f r e q u e n c yc a r d ) ，是i c 卡技术与起源于8 0 年代中期的射频识别( r f i d ) 技 术相结合验产镪，由予焚与读写器阕嚣机械接触， l 霉是借助“察越媒会”毫 磁波逶霉亍邋潺，敌在傈籍接触式智能卡原有优点的同时，又其舔如下诸多妖 处： ( 1 ) 操作恢捷便利 无嚣援拔卡，显茏方向性，专以锓意方囱掾避读写器表瑟，帮完成操终， 经用辍方便。 ( 2 ) 可靠能高、寿命长 卡与读写器问无机械接触，故不存在接触式读霹器可能出现的各种故障； 卡鞠读写嚣筠无援露皴纛，剐无矮搀心魅淼损嚣竣黢落鬟致之卡片失效；专 和读写器均为全封闭防水、防尘结构，既避免了静电、尘污对卡的影响，也 可防止粗黎插卡、异物捅入读写器插槽以及因读写器“吃卡”。遂些都将大大 提高卡乃童机具的可靠憔和使用寿命。 嚣南交通大学硕士磷究生学位论文第ll 贾 ( 3 ) 防伪性好 每张卡都有一个出制造商在产跽融厂前固化予芯片的3 2 位序列号，一量量 写a 帮不可受政，盈 | 圭癸难一。 ( 4 ) 安全性好 卡与读写器m 采用三次相互确认的双向验证机制，在读写器验证卡的合 法性的网对，卡也对读写器合法性遴章亍检验。所露通讯数据均加密，以骆业 绩号截敬。卡凑各瘸送均有自己静搽作密鹳稻访翊条俘，势蜜孝亍芯冀传输密 码保护。 ( 5 ) 抗干扰能力强 具器防p 突( 防磁撼) 机制，阉一时间霹“同时”处理多张卡，薅不致啦 瑷葙蔓闽戆数摇手挠。 ( 6 ) 一常多用 用户可根据需要，灵活定义各存储扇区的密码和访问条件，以便互不影 响地分别满足不同场会、不同用途驰要求。 碧蒋，在邀赛替筑卡市场上主簧有三大晶辫：m i f a r e 、t e m i c 、l e g i t 。 它们各具特点，性能i i i 乜各具千秋。但由于l e g i c 和t e m i c 炎州的卡，容融 小，价格上也比较贵，性能也不如m i f a r e l 型i c 卡，因此就选择m i f a r e l 拟 射频l c 崇撂为校园一卡逶系统售怠载体。 下瑟来看一下m i f a r el 型i e 卡静系统结鞫及其工作原域。 3 2 2 系统结构及工作过程 圈3 * l 为系统框豳，由读写器、控制器和c i c c 构成。系统在1 3 5 6 m h z 工作频率下，以半双工方式进行读霹器与c i c c 问的双向数据传输。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 m 。删。 j 一接u f 岖塑m 巫酬塞功了 甚 瓣 i 存取l 卜 吐盈囹9 晒塑茎k 耍副 l 叫 能量 片内电源一 曲 幽3 - i 系统坌i l i 构框图 系统中c i c c 含天线和专用芯片两部分：天线多采用金属丝粘贴或嵌入、 腐蚀、印刷等工艺制成：专用芯片则出射频接口、存取控制和e e p r o m 三个模 块组成。数据保存在e e p r o m 中，存取控制模块负责控制对e e p r o m 的读写， 包括口令验证、读写权限控制以及一些加减运算和数据加密等。 系统的工作过程如下： ( 1 ) 读写器将要发送的信号编码后加载在频率为1 3 5 6 m h z 的载波信号上经 天线向外发送。 ( 2 ) 非接触卡进入读写器的工作区域后，接收到读写器发射的脉冲信号。 ( 3 ) 芯片中的射频接口模块由此信号生成电源电压、复位信号及系统时钟。 ( 4 ) ：卷片中的柏关l 乜路刈此脉冲信号进行解调、解码、解密。 ( 5 ) 根据解密信息判断读写器的命令请求及对应的密码和权限符合后，若为 读信息则控制逻辑电路从存储器中读取有关信息；若为修改信息则有关控制 控制逻辑启动内部电荷泵将工作电压提升，以便对e e p r o m 中的内容进行改 写：若对应的密码和权限不符则返回出错信息。 ( 6 ) 相关信息经加密、解码、调制后经卡内天线发送给读写器。 ( 7 ) 读写器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至后台计算机处理。 3 2 3 卡电路及原理 m i f a r e l 型卡含有1 0 2 4 8 b i t e e p r o m ，分为1 6 个区，每区4 块，每块 1 6 b y t e s ，都具有独特存取条件，如写保护、读保护、独立的密钥等，其功能 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 模块见图3 一z 。 m i f a r e l 型卡专_ l = j 集成电路 射 | | i i 接口数字部分 l 时问发生器卜骂自动复位 响麻电路控制与算术 e ； 上电复他电路i 挈化信0 单元 l ! 防冲突 ； 调制、编码 数据 电路 r r a m 0 e i 伊r o m 解啊、解码 一- 麻川选择 m l u 跚r o m 接 _ l u 澌i j ”生电路 电源 电路 口 一 认让与存取 加密单元 i b 电荷泵l 塑0 控制电路 路 | 鳘| 3 - 2m i f a r e l 型非接触式i c 卡的功能模块 1 、射频接口模块主要完成以下几个功能： ( 1 ) 卡本身无电源，需通过该模块中的电源产生电路并经整流、滤波、稳压 后，为芯片提供直流工作电压。 ( 2 ) 由时钟发生器提供芯片工作所需的系统时钟。 ( 3 ) 由上电复位电路提供芯片工作所需的初始化复位脉冲。 ( 4 ) 完成通讯过程。i j 的调制、解调和编码、解码。 ( 5 ) 由l 乜荷泵提供擦写e e p r o m 时所需的高压。 2 、芯片电路的数字部分中各块的功能是： ( 1 ) 复位响应电路在读写器对i c 卡进行上电复位时自动将卡的有关信 息传递给读写器，以便使读写器正确识别卡类型并对其进行相应操作。 ( 2 ) 防冲突电路当有多张卡进入读写器工作范围时，读写器先从中选择 一张作为处理对象，并通过防冲突电路使未选中的卡置于空闲模式以等待下 一次被选择，被选中卡的序列号将被返回。 ( 3 ) 应用选择电路由于m i f a r e l 型卡可“一卡多用”，它负责从存储区 中选择所需的应用。 ( 4 ) 认证与存取控制电路验证密码和访问权限以控制对e e p r o m 的访 问。 ( 5 ) 控制与算术单元对卡片系统进行配置、控制和对卡内数据进行加减 运算。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 4 页 ( 6 ) 加密单元对通讯数据进行加密解密等。 ( 7 ) e e p r o m 接口电路对e e p r o m 进行译码和读写擦除等操作。 ( 8 ) e i ! p r o m 存储数据。 3 3 卡上存储信息的设计 m i f a r e l 卡共有1 6 个区，由于具有较大存储容量和优良保密安全性能， 是当 j i f 应川域广泛的- - 矛1 感应i c 卡。卡上有1 6 个独立数据区，现刈各存储 区进行规划。 i c 卡内存储信息设计分为公共信息区和独立信息区两类。 ( 1 ) 公共信息区：包括厂商代码、发行商代码( 用于区别其它应用系统) 、 学校代码、卡号、卡型、系统密码、个人资料( 包括姓名、性别、年龄、个 人密码、身份证号等) 、发卡日期、卡有效期、卡中金额、注册信息、帐户状 态等公共信息。 ( 2 ) 独立信息区 学籍管理子系统信息区：包括身份属性( 是学生则记录学号，是教师则 记录编号) 、系别、子系统权限密文等。 图书馆管理子系统信息区；包括借书证号、身份属性( 决定允许借书总 数) 、借书数目、借书日期、子系统权限密文等。 机房管理子系统信息区：包括补贴有效期、上机标志、最后上机机房 编号、最后上机机位、最后上机时间、最后上机日期、卡上剩余补贴、累计 使用金额、累计使用时间、已上机分钟。 医疗管理子系统信息区：包括医疗证号、卡上剩余补贴、上次病历( 供 诊断时参考) 。 门禁管理子系统信息区：包括身份属性( 用以识别是否足合法的居住 人员) ，子系统密码等； 交易流水帐区：用于记录最近9 笔交易，包括应用号、交易数额、交 易时间、校验码等。 其它子系统，如果只用到电子钱包功能，在卡上就不用单独分区来写相 关信息，通过读取公共信息区的信息就可以了。 其它未用的扇区可以作为扩展信息区，以备以后的扩展使用。 西南交通丈学硕士研究生学位论文第15 贾 3 4 系统开发模式的设计 在没浊系统丌发模式时，考虑聚f _ 】c l s 模式秘b i s 模式楗结仑撵为校网 一卡通系统的平台。采用两种模式结奢的原因是b s 和c s 它们各自的优势 侧重波现予4 i 列躲方殛。 对于c s 模式而言，燕主簧特点为： ( ) 具蠢成热的设计开发方法莘爨工具。经j 耍多年魄磅究秘积累，基_ - i ：c s 模式的系统设计开发方法已被用户所熟悉和掌握，并且，众多的数据库和软 件生产厂离提供了务张可视化工具积编程语富寒支持它匏瑟发，蕊基鼹b s 模式的应用及其开发方法仍处于发展过程，特别是还不具备特别完善的外发 工具。 ( 2 ) 交互性强，界面友好。各个c l i e n t 机上运行的应用程序是针对特定的 矧j _ 秘任务淡渗，列越其鸯在线镪助鄹港罐挺示等糖秘功辘。这些谯势楚b 两 模式所不具豁的。 ( 3 ) 数搀逶信量小，安全挂裹。c s 模式中蘸露台传递魏仅仅是蜜专l l l 瀵求s q l 语句或查询结果。c s 模式在一定程度上可以满足系统对安全性的要求，而 b s 模式是一耱开放式熬结构，矮藏众多弱躅声，瑟镬采蹋陵必壤技零瞧琴 能完全屏蔽网络黑客和内部人员对系统的恶意侵袭。 砖b s 模式露言，其在逻辑上采矮了3 瑟结梅，宅在藩台8 r 0 鞋s 臻稷螽 台数据库s e r v e r 之阳j 增加了一个w e bs e r v e r 层，所有的成用程序模块都安 装在它上露。在b r o # s 踩上只嚣瀣装一令逶溺躲测熬箍软镁：( 懿i e 4 0 等) 。 因此，这种模式简化了客户端，使用户的操作更加方便，降低了系统的朋：发 秘维护开销。 錾于上硒的分析，在校园一卡通系统的故计r 1 1 采玎这两种模式牛u 绌仑 麓方式，并瓷分发撵各鑫饶点，构成校霆一卡逶系统熬系统软释嚣发模式。 将系统中i n t e r n e t 应用采用b s 模式，实现通过浏龅器进行信息的查询、浏 蓖，露对予梭霾各个部门零蘧弱躐阚瘦耀，蠢予其交互性穰安全稳要求商， 采用c s 模式，将其设计为基于局域网的c s 模式的管理信息子系统，这样 霹鞋在一定稷度上满足系统对安全往、箍理速度和钟对特定韭务交互褴强的 骠求。两种模式结合的系统结构示意如圈3 - 3 所示； 西南交通火学硕出研究生学位论文第1 6 顷 c ll e n t s e r v e r 部分 b r o w s e r s e r v e r 部分 嚣3 - 3c s 窝b 恁瓣辩模式殡会戆系绫结戆示意霆 3 。5 系统备功蘸模块关系圈 校蕊一卡通系统采孺分布式数据库缩构，释个应用子系统既可以与其它 予系统耀互协蠲分工，通过t c p i p 网络共同宠成学校管理、考勤、瀵赞等 功能，落可以筚独远行完成菜一个功能，极大蛾提高了系统的可扩展性。 校鼹卡通系统器个应用子蓉境的模块关系图女爨阁3 - 4 辫示； 嚣零爻遴大学矮疆究生掌往论文第l7 燹 k 堂售饭管理系统i 一陪理结算中心装统l 叫停车场管理系统i 翰晶镊露l 瓣理系缝l 一 下 秘t h 、挣承管理系统l 翰品僻砒管耸l ! 系统 _ 一 讯行转帐系统l i j i l 房管理系统k 1 一卡通中l - b 议考勤管胜系统i 臣怠盎逡系统 i 1 心数据艨1 1 妞藉转理系绕l h 禁管理系统l - 一 ll t 矿疗林i 蕾女 i ， 睹赞管理系统l 一 i h 予阕览室管理系统l- 瞳书馆管理系统l 圈3 4 校西一卡通各子系统