智慧燃氣物聯網燃氣表圈存機的實現

屈博 楊沙沙 徐新源 李博

摘要：IC卡燃氣圈存機著眼于“智慧燃氣”的理念，本著“方便生活，方便社區”的初衷設計實現，主要應用于IC卡燃氣表的寫卡操作。整個系統采用B/S架構，利用JavaEE技術平臺，采用身份自動驗證登錄系統、預加載技術、消息互鎖機制以及數據加密等多項技術，具有更強的可移植性、可靠的安全性、更好的體驗性。

關鍵詞：圈存機;預加載;IC卡;JavaEE;消息互鎖;智慧燃氣

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2019）05-00-02

0 引 言

伴隨網絡帝國的崛起、移動技術的融合發展以及創新的民主化進程，智慧城市已經滲入到人們生活的各個方面，“互聯網+燃氣”的新式理念融入到大江南北。本文提出的燃氣IC卡圈存機針對普通IC卡燃氣表設計，聯合中國銀行，使IC卡表普通居民用戶、工商業用戶可以24小時隨時隨地購買天然氣，大大提高了用戶體驗，降低了燃氣公司的運維成本。

1 圈存機設計思路

燃氣繳費一直以來只能在燃氣公司或代理機構進行辦理，燃氣IC卡圈存機的出現完全摒棄了這種模式，用戶只需在手機網絡繳費后，在就近的燃氣IC卡圈存機上將氣量寫入IC卡，便可繼續正常使用燃氣。

1.1 圈存機網絡結構

圈存機的網絡結構以最簡應用為主，同時具備數據傳輸安全、訪問速度快的特點。交換機與各終端節點間采用易維護、配置靈活、故障隔離檢測容易、網絡傳輸數據快的星型結構，主干線路選用10/100 Mbit/s到桌面，100 Mbit/s連接到主機的快速以太網[1]。另外，公司及各營業廳可通過VPN連接到中心交換機。網絡拓撲結構如圖1所示。

整個結構自頂向下，數據庫居于頂端，是整個網絡的核心;Web服務器主要負責應用系統的發布，以及售氣點終端機對系統進行訪問的管理;各營業廳售氣終端通過Web服務器對系統進行操作，完成客戶檔案管理、售氣等管理業務;售氣終端即圈存機，放置于社區、燃氣公司、銀行等公共場所，方便用戶使用。

1.2 軟件系統架構

軟件系統主要采取開源的iBatis持久層框架，圈存機通過互聯網與燃氣表服務器連接，兩者之間傳輸的數據均經過加密。燃氣表服務器與中國銀行服務器間利用VPN（虛擬專用網絡）專線實現，確保支付及充值確認碼的安全[2]。軟件系統架構如圖2所示。

1.3 系統業務流程

圈存機的充值實現需要由燃氣公司、中國銀行、燃氣表廠家共同參與，進而完成向IC卡充值，滿足“讓網絡數據多跑路，讓群眾少跑路”的智慧城市建設要求。用戶可直接在中國銀行手機銀行上進行繳費，輸入燃氣表對應的14位燃氣卡號，核對信息無誤后輸入要購買的氣量或金額，繳費成功后會收到充值確認碼。用戶可在就近的圈存機上進行寫卡操作，寫卡時核對信息無誤后，輸入充值確認碼，點擊寫卡，成功后便可插入自家燃氣表內，正常使用天然氣。圈存機寫卡業務流程如圖3所示。

圈存機除了寫卡外，還可進行讀卡操作，以便用戶進行信息查詢。正確插入燃氣IC卡，點擊屏幕上的“讀卡”，會出現如圖4所示的用戶信息。

2 關鍵技術的使用

本文系統主要實現以下功能：

（1）通過預加載技術，提高用戶操作的體驗度

圈存機在設計時專門添加預加載技術，在網頁全部加載之前，對一些主要內容進行加載，以提供給用戶更好的體驗，減少等待時間[3]。用戶在使用圈存機時，后臺將所需資源提前請求加載到本地，需要用到時直接從緩存提取資源，避免了頁面內容過于龐大，而未使用預加載技術的頁面就會長時間地展現為一片空白。

（2）通過雙重身份認證，防止非法終端連接

安裝圈存機時，必須通過加密狗+授權文件雙重身份驗證完成注冊，缺一不可，一定程度上可防止非法終端的連接。圈存機利用Obj，DLL，Active控件提供操作軟件狗的接口函數，在應用函數中直接對其進行調用，一定程度上有效地阻止了潛在威脅。安裝圈存機所需的序列號、注冊碼以及注冊文件均通過AES的加密方式進行傳送。

（3）動態生成隨機數，保證寫卡安全可靠

動態口令使用便捷，且具有與平臺無關性，其優勢在于與各種業務系統快速無縫互操作，是一種較為穩定、高效、支持多種認證模式的身份認證技術，已應用于多種行業[4]。本文圈存機采用動態生成的方式，用戶繳費成功后，系統根據專門的算法生成一個不可預測的隨機數字組合（即充值確認碼）返回給用戶，用戶在圈存機上寫卡時，只有輸入正確的充值確認碼，方可進行寫卡操作。填寫充值碼界面如圖5所示。

（4）通過消息互鎖機制，防止多卡操作的問題

本文消息互鎖機制分同時間同卡號互鎖和不同時間同卡號互鎖兩種方式。圈存機系統采用多線程訪問機制，當一個線程訪問該類的某個數據時，系統進行自動檢索，若發現有相同卡號同時存在，鎖死該卡號使其不能再進行其他操作，進而防止出現非法盜用的現象。另外，若用戶的IC卡丟失，當用戶補辦后，系統會自動將原先的IC卡鎖死，不得再次使用。

3 圈存機特點

圈存機的設計實現了用戶就近充值寫卡，改變了之前必須去燃氣公司充值的局面，同時還具備以下特點：

（1）中國銀行便捷繳費充值

中國銀行手機APP與終端圈存機利用接口通信，IC卡用戶直接通過中國銀行手機銀行進行燃氣繳費，對于用戶、燃氣公司、銀行以及燃氣表廠家都是利好的事情，可謂“一舉四贏”。

（2）設備投入小、運營成本低

該系統可直接利用目前現有且成熟的內部網絡與相關設備，無需投入過多設備費用。用戶直接在圈存機上寫卡，省去了燃氣公司大量的人力、物力，降低了燃氣公司的運營成本。

（3）系統安全性高

所有的應用程序都在中心Web服務器上，不會暴露給客戶端，降低了程序與數據被篡改的可能性[5]。由于客戶端瀏覽器必須通過Web服務器，降低了非法訪問數據庫的可能性，成熟的Internet網絡以及VPN設備保證了網絡傳輸的安全性。

（4）客戶端維護方便

圈存機可實現繳費票據打印，為燃氣公司燃氣業務功能提供更多接口，方便業務擴展。

4 結 語

本文提出了智慧燃氣物聯網燃氣表圈存機應用系統，該系統采用B/S架構，利用JavaEE技術平臺進行搭建，聯合中國銀行，實現了用戶就近充值寫卡。據悉，第一批IC卡燃氣表圈存機已在閻良地區10個地方進行試點，目前效果良好，得到了廣大用戶一致好評。

參 考 文 獻

[1]任開銀，孔震，葉敏.通用數據交換系統架構設計與實現[J].電力系統自動化，2009，33（20）：62-66.

[2]王占京，張麗諾，雷波.VPN網絡技術與業務應用[M].北京：國防工業出版社， 2012.

[3]王玉標，文俊浩，趙瑞鋒，等.基于Web服務的異構數據庫共享及同步機制[J]. 計算機工程與設計，2009，30（24）：5774-5777.

[4]萬晨，高杰欣.高校一卡通微信充值技術探究[J].軟件導刊，2016，15（1）：149-150.

[5]戴英俠，連一峰，王航.系統安全與入侵檢測[M].北京：清華大學出版社，2002.

[6]沈瑾，林伯凝，沈浩.Redis技術在物聯網工商業燃氣無線抄表平臺的設計與應用[J].物聯網技術，2018，8（11）：83-84，86.

[7]劉惠萍，張丹.“互聯網+智慧燃氣”助力上海燃氣行業改革創新的思考[J].上海節能，2017（6）：306-312.

[8]崔倫，孫瀟，王明達.智慧燃氣及其發展方向探析[J].化工管理，2018（6）：57-58.

[9]朱劍.“互聯網+OA”助推智慧燃氣[J].城市燃氣，2016（8）：33-35.

[10]馬翔.“互聯網+城鎮燃氣用戶服務”模式研究[J].城市燃氣，2016（12）：23-27.