基于NFC近場通信技術的考勤系統

陳 剛 萬 昊

基于NFC近場通信技術的考勤系統

陳 剛 萬 昊

本文簡明介紹了NFC近場通信技術，并結合了目前常見的學生考勤方法，將NFC近場通信技術引入學生考勤領域。這種新的考勤方法將減輕教師的工作負擔，解決了考勤機考勤難以區分遲到和早退的問題，降低了學生考勤的復雜程度和成本，更有效直觀地將考勤信息展現給學生。

NFC近場通信技術是由非接觸式射頻識別（RFID）和互聯網通技術的集成和演變而來，在一個單芯片上結合的感應讀卡器，感應卡和點對點的特點，在短距離與兼容設備進行識別和數據交互。工作頻率為13.56MHz。但使用這種方案，用戶必須更換一個特制的手機。目前，該技術廣泛應用于日本和韓國。通過手機支付功能，用戶可以通過全國：他們的手機可以用于機場登機驗證，大廈門禁鑰匙，交通卡一卡通，信用卡，支付卡等。然而隨著具有NFC功能手機的普及，將NFC技術引入學生考勤領域，這種新的考勤方法將減輕教師的工作負擔，解決了考勤機考勤難以區分遲到和早退的問題，降低了學生考勤的復雜程度和成本，更有效直觀地將考勤信息展現給學生。

NFC技術

NFC近場通信技術基本介紹

NFC近場通信，又可以叫做近距離無線通信。它屬于一種能夠在短距離內使用的高頻無線通信技術。電子設備間通過這項技術可以進行非接觸式的點對點數據交互以及數據傳輸（在0.1m以內）。該技術是由免接觸式射頻識別（RFID）技術經過一些演化而形成的技術，并且該技術可以向下兼容射頻識別技術。它的主要是用來給智能手機等手持設備中提供M2M的通信，而這項技術最早開發成功的公司是索尼公司和飛利浦公司。

NFC技術與射頻識別技術對比

雖然NFC信息的傳遞方式與射頻識別技術同樣都是頻譜中無線頻率部分的電磁感應耦合，但是它們之間還是有比較大的區別。首先，可以與已有非接觸智能卡（比如NFC標簽）技術兼容的NFC，現在已經成為了正式標準從而得到越來越多主要廠商所支持。 其次，NFC是一種可以提供安全、輕松、迅速的通信的無線連接技術，射頻識別技術的傳輸范圍比它大很多，射頻識別技術可以有數米、甚至數十米的傳輸范圍。而采用了獨特的信號衰減技術的NFC，相比于射頻識別技術，它具有近距離、高帶寬、低能耗等特點。然后，作為一種近距離連接協議的NFC，可以提供各種設備之間安全、輕松、迅速的通信。因此，和射頻識別技術相比，NFC是一種近距離的較為私密通信方式。

NFC技術基本工作原理

支持NFC的設備交換數據的模式一般為兩種，第一種是主動模式，第二種是被動模式。基于NFC近場通信技術的考勤系統主要用到的是被動模式，在該模式下，NFC發起設備可以用相同的連接和初始化過程檢測NFC標簽，然后可以與它建立聯系。而NFC標簽類型格式有兩種標準，分別是ISO14443的A與B類型、SONY FeliCa。前者是非接觸式智能卡的國際標準，而后者符合ISO18092被動式通訊模式標準。在基于NFC近場通信技術的考勤系統中，智能手機（啟動NFC通信的設備）會在整個通信過程中提供射頻場。它可以將數據以一定的傳輸速度發送到NFC標簽。NFC標簽不需要產生射頻場，而使用負載調制技術，即可以相同的速度將數據傳回智能手機。

最基本的NFC技術的系統構成

一個最基本的NFC技術的系統是由NFC手機，相關NFC讀寫軟件與具備NFC功能的其他媒介三部分構成。

1.NFC手機：具有NFC功能的手機一部（目前三星、諾基亞、摩托羅拉、HTC等品牌最近上市的手機幾乎都具備NFC功能，如：三星 I9300 、摩托羅拉 XT862、HTC Z710t、諾基亞N9等）。

2.相關NFC讀寫軟件：手機從市場中下載NFC標簽讀取的APP應用（如NFC Task Launcher、N小木公交、NFC任務啟動器等）。

3.具備NFC功能的其他媒介：NFC標簽。

一個最基本的NFC技術是由NFC手機，相關的NFC讀寫工具和具備NFC功能的其他媒介三個部分組成。

系統介紹

目前常見的學生考勤方法為人工點名，學生很難直觀地看到自己的考勤情況。而有的學校用到了指紋考勤系統或IC卡考勤系統，這些考勤系統所用到的考勤機成本較高，而且很難區分遲到和早退狀態。隨著具有NFC近場通信功能手機的普及，將NFC近場通信技術引入學生考勤領域，這種新的考勤方法將減輕教師的工作負擔，解決了考勤機考勤難以區分遲到和早退的問題，降低了學生考勤的復雜程度和成本，更有效直觀地將考勤信息展現給學生。

本系統的網絡拓撲圖如圖1所示，智能手機掃描NFC標簽，將獲取的信息傳至考勤服務器。

功能實現

基于NFC近場通信技術的考勤系統主要分為NFC標簽的讀寫和考勤信息的傳輸兩部分。

NFC標簽的讀寫部分中，NFC標簽中信息的加密是非常重要的，手機獲取的信息是不可復制的。NFC標簽中寫入的是經過MD5加密的課程信息，而手機獲取的信息是NFC標簽中的加密信息以及NFC標簽的唯一ID。發送數據給服務器時，手機app將NFC標簽的加密信息與考勤時間、學生ID、NFC標簽的唯一ID拼成一串字符，這樣可以保證服務器收到的信息是唯一的、不可復制的。

考勤信息的傳輸部分中，客戶端通過JSON數據與服務器進行通信。服務器收到數據后，對信息進行解析，可以得到加密后的課程信息、考勤時間、學生ID、NFC標簽的唯一ID，然后將信息存入數據庫中。

本系統用到的是NDEF格式標簽。NDEFMessage信息結構如圖2。

NDEFMessage里的載荷就是實際的數據，其中NDEF文本格式如圖3。

圖1　網絡拓撲圖

圖2　NDEFMessage信息結構圖

檢測到標簽后的處理方法：首先在onCreate（）中獲取NfcAdapter對象，再在onNewIntent（）中獲取標簽對象或者NDEFMessage信息，也可以通過標簽創建NDEF對象等，以實現標簽的屬性和I/O操作。

標簽的讀取流程：首先在onCreate（）中獲取NfcAdapter對象，再在onNewIntent（）中判斷是否為NDEF格式標簽（ACTION_NDEF_ DISCOVERED），如果是NDEF標簽，則獲取NDEFMessage信息，最后對NDEFMessage對象進行解析，獲取相關的文本信息。

業務流程

圖3　NDEF文本格式圖

圖4　業務流程圖

基于NFC近場通信技術的考勤系統，包括通過NFC寫入工具將上下課信息分別寫入不同的NFC標簽中，手機考勤應用登錄，手機NFC標簽讀取，手機數據發送，服務器數據接收解析存儲，服務器分析學生考勤情況，手機考勤應用查詢學生考勤情況。其業務流程圖如圖4。

詳細的操作流程如圖4。

通過NFC寫入工具將加密過的上下課考勤信息分別寫入相應的NFC標簽中；

學生在手機考勤應用中，用自己的賬號登錄考勤系統；

上下課考勤時，學生通過手機讀取對應的上課或下課NFC標簽加密信息；

通過手機中的考勤應用將讀取的加密信息解析；

手機中的考勤應用發送學生信息及上課或下課信息到考勤服務器；

考勤服務器接收考勤應用發送過來的數據；

服務器端的程序解析發送過來的信息；

服務器端的程序判斷是否為上課或下課信息，如果是上課或下課信息，則將上課或下課信息、學生信息以及當前時間存入數據庫中；

若是教師推遲上課或提前下課，老師可以在課后修改該堂課的上下課時間；

服務器端的程序將存入的學生上下課時間和實際的上下課時間比較，可以得出學生是否缺席、遲到或早退；

學生可以通過考勤應用查看自己的考勤情況。

結束語

本文簡明介紹了NFC近場通信技術，并結合了目前常見的學生考勤方法，將NFC近場通信技術引入學生考勤領域。這種新的考勤方法將減輕教師的工作負擔，解決了考勤機考勤難以區分遲到和早退的問題，降低了學生考勤的復雜程度和成本，更有效直觀地將考勤信息展現給學生。由于數據是保存于數據庫中的，在推行數字化校園平臺的過程中，數據可以很輕松地與數字化校園平臺結合，應用前景比較廣闊。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.17.015