基于校園一卡通的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

董北偉

（咸陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西咸陽，712000）

1 校園一卡通簡(jiǎn)述

校園一卡通指的是在校園內(nèi)部，涉及到身份識(shí)別、票證、現(xiàn)金的地方利用采用卡來完成，比如門禁考勤、內(nèi)部財(cái)務(wù)、后勤收費(fèi)、機(jī)房收費(fèi)、圖書館管理、食堂收費(fèi)、通用查詢、教職工管理、校長(zhǎng)辦公、學(xué)籍管理、學(xué)生注冊(cè)等，其通過生物識(shí)別技術(shù)、射頻卡技術(shù)實(shí)現(xiàn)，可較大程度地提升學(xué)校的后勤管理、教學(xué)管理、學(xué)生管理效率，提升校園形象，為建設(shè)智慧校園奠定基礎(chǔ)。

2 一卡通系統(tǒng)相關(guān)分析

2.1 功能需求分析

校園一卡通在設(shè)計(jì)進(jìn)程中應(yīng)滿足以下功能需求：

（1）信息管理。校園一卡通屬于校園綜合管理系統(tǒng)，涉及到學(xué)生專業(yè)、出生日期、卡號(hào)、密碼、發(fā)放日期、姓名、性別、學(xué)號(hào)等各項(xiàng)資料管理。

（2）檔案管理。從學(xué)生入校之處辦理校園卡開始，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生各項(xiàng)資料的系統(tǒng)管理，提升檔案電子化水平，主要包括學(xué)生在校獎(jiǎng)勵(lì)、違紀(jì)處理、社會(huì)實(shí)踐與工作、畢業(yè)資料保存等內(nèi)容。

（3）財(cái)務(wù)管理。在學(xué)生入學(xué)報(bào)道時(shí)，需繳納學(xué)雜費(fèi)、住宿費(fèi)、學(xué)費(fèi)等，可通過一卡通來完成智能化處理；學(xué)生在校內(nèi)購買書籍、娛樂消費(fèi)、購物結(jié)算、餐飲消費(fèi)等可通過一卡通統(tǒng)一結(jié)算。

（4）圖書借閱管理。主要針對(duì)的是校園內(nèi)部的資料室、借閱室、圖書館等場(chǎng)所實(shí)施的借閱管理，包括數(shù)量、期限、有償與無償借閱控制等。

（5）電腦房、實(shí)驗(yàn)室管理。對(duì)校園內(nèi)的電腦房、實(shí)驗(yàn)室加以控制與計(jì)費(fèi)，使用人員憑借校園卡來充值與使用，再按照學(xué)校設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)來決定是否收費(fèi)或者收費(fèi)多少。

（6）宿舍、公寓管理。宿舍、公寓管理主要指的是對(duì)學(xué)生的住宿安排與調(diào)整，并記錄與管理其在宿舍與公寓中的行為；對(duì)住宿費(fèi)、網(wǎng)費(fèi)、水電費(fèi)等加以管理；對(duì)宿舍門鎖加以統(tǒng)一化管理。

（7）教務(wù)管理。主要涉及到以下多個(gè)方面：對(duì)學(xué)生學(xué)歷、專業(yè)、課程選修、成績(jī)、重修、重考；對(duì)學(xué)生的興趣愛好、學(xué)習(xí)狀況；計(jì)算機(jī)等級(jí)考試、四級(jí)考試等；成績(jī)、課表查詢等實(shí)現(xiàn)電子化管理。

（8）醫(yī)療管理。記錄學(xué)生在校期間各個(gè)階段的傷病情況，對(duì)產(chǎn)生的醫(yī)藥費(fèi)加以管理。

2.2 安全性分析

要發(fā)揮一卡通各項(xiàng)性能作用，需保證其整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠，確保各項(xiàng)通過一卡通來完成的數(shù)據(jù)交易機(jī)密性、完整性。從以下數(shù)個(gè)方面來分析如何構(gòu)建安全防護(hù)系統(tǒng)：

（1）搭建網(wǎng)絡(luò)安全管理體系。其一，保護(hù)校園局域網(wǎng)范圍內(nèi)一卡通免遭Internet用戶非法襲擊；其二，適時(shí)評(píng)估一卡通系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器的安全漏洞，并進(jìn)行修復(fù)、加固；監(jiān)控各項(xiàng)針對(duì)一卡通的網(wǎng)絡(luò)入侵行為并及時(shí)響應(yīng)防護(hù)；其三，通過必要的手段來防范計(jì)算機(jī)蠕蟲、病毒等對(duì)一卡通業(yè)務(wù)服務(wù)器的損害。

（2）密鑰設(shè)計(jì)。要求所有的一卡通在授權(quán)并激活之后才可在校園內(nèi)部使用。

（3）交易存取。一卡通交易通過卡片與終端程序加以相互認(rèn)證來實(shí)現(xiàn)，各種交易數(shù)據(jù)需雙方身份來加以校驗(yàn)與認(rèn)證，避免信號(hào)被截取，保證數(shù)據(jù)真實(shí)性、完整性。

（4）數(shù)據(jù)傳輸。在采集原始數(shù)據(jù)并傳輸至數(shù)據(jù)庫的進(jìn)程中，對(duì)涉及的數(shù)據(jù)包進(jìn)行加密處理，避免非法用戶隨意篡改與截取數(shù)據(jù)信息。

（5）數(shù)據(jù)庫管理。所有涉及到的數(shù)據(jù)提交、請(qǐng)求等皆借助中間層進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；加密處理客戶端、中間層的即時(shí)通信過程；定期備份數(shù)據(jù)庫中各項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并對(duì)備份數(shù)據(jù)加以保管與整理。

2.3 系統(tǒng)接口分析

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)接口。該接口主要涉及到：教學(xué)計(jì)劃、新生注冊(cè)、學(xué)號(hào)更新、學(xué)生基礎(chǔ)信息、招生信息、班級(jí)基礎(chǔ)信息等數(shù)據(jù)的導(dǎo)入。

（2）圖書管理系統(tǒng)接口。學(xué)校原本應(yīng)用的圖書管理系統(tǒng)大多是獨(dú)立的應(yīng)用系統(tǒng)，為保證一卡通的通用性，可將圖書證各項(xiàng)信息直接導(dǎo)入校園卡，使得學(xué)生在校園卡中可查閱關(guān)于圖書借閱的諸多信息。

（3）照片導(dǎo)入系統(tǒng)。主要用于將印卡照片、身份識(shí)別照片等導(dǎo)入到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)管理庫中，可隨時(shí)識(shí)別用卡人的身份，便于對(duì)其進(jìn)行權(quán)限管理。

（4）數(shù)據(jù)導(dǎo)出接口。通過EXCEL格式來直接導(dǎo)出校園課程、資源一覽表；通過EXCEL/PDF格式導(dǎo)出各個(gè)階段的教學(xué)進(jìn)度表。

（5）教材數(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出接口。數(shù)據(jù)導(dǎo)入：將系統(tǒng)資料直接導(dǎo)入一卡通，以EXCEL格式來保存教材數(shù)據(jù)，其中EXCEL文件數(shù)據(jù)項(xiàng)包括教材名稱、代碼、單價(jià)、征定代碼、出版社、版次、作者等；數(shù)據(jù)導(dǎo)出：將數(shù)據(jù)資料總表導(dǎo)出，并遵循課程表順序來將教材資料一一導(dǎo)出。

3 校園一卡通整體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1.1 一卡通系統(tǒng)開發(fā)模式設(shè)計(jì)。以B/S模式、C/S模式結(jié)合的形式來構(gòu)建一卡通信息平臺(tái)。以此來發(fā)揮出兩種模式的優(yōu)勢(shì)。

1）以B/S模式來說，其屬于典型的三層模型，包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web服務(wù)器、客戶端，具備較好的應(yīng)用伸縮性，可支持單機(jī)、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)應(yīng)用，具備以下優(yōu)勢(shì)：其一，只需為客戶機(jī)配置對(duì)應(yīng)的瀏覽器，即可在任何時(shí)間、場(chǎng)所應(yīng)用軟件系統(tǒng)，且延展性較好，為系統(tǒng)管理員配置用戶名與密碼即可使用；其二，在進(jìn)行一卡通系統(tǒng)開發(fā)時(shí)不用特地為不同用戶開發(fā)不同程序，系統(tǒng)所有功能都可通過Web服務(wù)器來完成；其三，適宜進(jìn)行網(wǎng)上信息查詢、發(fā)布、跨平臺(tái)使用，提升了系統(tǒng)的及時(shí)性與交互性。

2）以C/S模式來說，其包括客戶機(jī)、服務(wù)器兩層模型，各項(xiàng)應(yīng)用邏輯皆會(huì)駐留Client端，Server是數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，用于數(shù)據(jù)維護(hù)與處理，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下數(shù)點(diǎn)：其一，可通過服務(wù)器端完成所有數(shù)據(jù)管理，提升了數(shù)據(jù)安全性、可靠性、完整性；其二，客戶端是相對(duì)完整的應(yīng)用程序，其在線幫助、出錯(cuò)提示等功能可保證一卡通系統(tǒng)的穩(wěn)定使用；其三，針對(duì)同一個(gè)任務(wù)，C/S模式比B/S模式速度更快。

3）實(shí)現(xiàn)兩種模式的混合使用，即在Internet方面引入B/S模式，如此可借助瀏覽器來實(shí)現(xiàn)信息瀏覽、查詢；在校園所有部門本地局域網(wǎng)應(yīng)用方面，引入C/S模式，更具安全性、交互性，可滿足一卡通系統(tǒng)對(duì)交互性、處理速度、安全性的要求。

3.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。一卡通系統(tǒng)整體結(jié)合功能來加以劃分，包括以下部分

1）中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是一卡通系統(tǒng)的核心部分，所有應(yīng)用子系統(tǒng)在各個(gè)階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都會(huì)備份并存儲(chǔ)到該項(xiàng)服務(wù)器上。

2）應(yīng)用邏輯層。應(yīng)用邏輯層是各個(gè)子系統(tǒng)與中心服務(wù)器的中間層，按照雙網(wǎng)卡形式布置，用于保護(hù)數(shù)據(jù)庫的安全；各項(xiàng)子系統(tǒng)不具備直接訪問中心層的權(quán)限，只可通過蓋層來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

3）網(wǎng)絡(luò)傳輸部分。該層用于數(shù)據(jù)傳輸，是主機(jī)命令傳達(dá)、終端數(shù)據(jù)采集的一層媒介，其可借助現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)或者其他聯(lián)網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)，實(shí)際實(shí)現(xiàn)方式則是按照子系統(tǒng)的具體情況而定。

4）子系統(tǒng)與Browser。按照實(shí)際需求來設(shè)立應(yīng)用子系統(tǒng)，達(dá)到相應(yīng)功能所需，并結(jié)合實(shí)際情況加以拓展；并可基于Web來實(shí)現(xiàn)選課功能、信息查詢；終端查詢用戶可借助瀏覽器來直接連接WEBSERVER，滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)語言選擇的是ASP.net，各項(xiàng)子系統(tǒng)選擇的是C/S機(jī)構(gòu)；以客戶端程序來直接與中間層連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫訪問；銀行圈存機(jī)借助IC卡、RS-232串行來進(jìn)行模塊通訊控制；客戶端借助配置的工具來連接應(yīng)用服務(wù)器，并以中間層服務(wù)器來直接訪問數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 網(wǎng)絡(luò)體系設(shè)計(jì)

在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)體系設(shè)計(jì)時(shí)，從安全層面考慮，選擇單獨(dú)組網(wǎng)方式來水網(wǎng)絡(luò)體系。引入一卡通系統(tǒng)專用網(wǎng)絡(luò)、物理隔離金融網(wǎng)絡(luò)、校園網(wǎng)專用虛擬網(wǎng)三種網(wǎng)絡(luò)心痛，其中金融服務(wù)、消費(fèi)等應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)接專用網(wǎng)；信息查詢服務(wù)如考勤、門禁、身份證則通過校園網(wǎng)來對(duì)接一卡通系統(tǒng)；銀行數(shù)據(jù)交易，選擇引入防火墻隔離技術(shù)，保證網(wǎng)絡(luò)邊界、互聯(lián)安全；網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部借助MAC端口地址來綁定IP地址，配置各個(gè)層級(jí)的用戶口令通過網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部、邊界、互聯(lián)來保證一卡通整個(gè)專用網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性與安全性。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)圖如下圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)圖

3.3 系統(tǒng)功能組成

（1）系統(tǒng)管理系統(tǒng)。包括密碼設(shè)置與修改、用戶管理、參數(shù)設(shè)置、幾乎是任務(wù)、導(dǎo)入照片、信息管理等。

（2）卡管理系統(tǒng)。主要用于對(duì)終端設(shè)備、IC卡的管理與設(shè)置，包括發(fā)放一卡通、修改卡有效期與密碼等；設(shè)計(jì)卡面、印卡、掛失、補(bǔ)卡與注銷等；完成對(duì)一卡通各項(xiàng)資料的錄入，比如名單、卡機(jī)、卡類、部門等。

（3）學(xué)生資料維護(hù)系統(tǒng)。用于對(duì)學(xué)生各項(xiàng)數(shù)據(jù)資料的錄入、刪除、修改、查詢、打印等；歷史數(shù)據(jù)可直接導(dǎo)入；具備修改學(xué)生屬性、增加與刪除學(xué)生功能、查詢學(xué)生信息等方面的功能。

（4）收費(fèi)項(xiàng)目管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括以下數(shù)個(gè)模塊：課程收費(fèi)審核、各種收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)錄入、學(xué)雜費(fèi)類別維護(hù)等模塊，并具備刪除、修改、新增收費(fèi)項(xiàng)目功能。

（5）交費(fèi)管理系統(tǒng)。可實(shí)現(xiàn)一卡通與交費(fèi)系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)，在學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)金退款、數(shù)卡退款、現(xiàn)金交費(fèi)、數(shù)卡交費(fèi)時(shí)可直接在一卡通上顯示對(duì)應(yīng)的信息，并將其作為有效憑證。

（6）繳費(fèi)信息查詢。學(xué)校財(cái)務(wù)部門按照繳費(fèi)時(shí)間段或者繳費(fèi)項(xiàng)目、學(xué)好、班級(jí)、學(xué)期的任何信息來進(jìn)行組合，提供相應(yīng)的信息查詢功能。該系統(tǒng)具備繳費(fèi)發(fā)票查詢、退款記錄統(tǒng)計(jì)與查詢、未開發(fā)票記錄統(tǒng)計(jì)與查詢、未繳費(fèi)項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)與查詢等功能。

（7）智能消費(fèi)管理。包括三個(gè)模塊：在線消費(fèi)板塊。在IC讀卡器上在線扣款，例如校內(nèi)超市、食堂消費(fèi)；即時(shí)消費(fèi)。針對(duì)的是計(jì)時(shí)消費(fèi)機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)清空、日結(jié)賬、黑名單下載、數(shù)據(jù)采集等的管理，通過計(jì)時(shí)消費(fèi)刷卡記錄查詢；計(jì)次消費(fèi)，按照次數(shù)來完成消費(fèi)啊滾利，針對(duì)的是計(jì)次消費(fèi)機(jī)內(nèi)的各種消費(fèi)項(xiàng)目。

（8）圖書館身份識(shí)別。在用戶持一卡通進(jìn)入圖書館后，只需刷一卡通，即可顯示其學(xué)號(hào)、姓名、系別、班級(jí)等信息，并對(duì)其進(jìn)行整體化管理。

（9）數(shù)據(jù)交換識(shí)別系統(tǒng)。針對(duì)的主要是POS機(jī)、門禁考勤機(jī)、計(jì)時(shí)消費(fèi)機(jī)、計(jì)次消費(fèi)機(jī)等的數(shù)據(jù)采集，為保證數(shù)據(jù)可靠性、安全性，會(huì)將采集的數(shù)據(jù)直接輸送至本地?cái)?shù)據(jù)庫，并在確認(rèn)一卡通與本地計(jì)算中心連接后，將數(shù)據(jù)傳輸至中心數(shù)據(jù)庫，以此來正確的展開結(jié)算、統(tǒng)計(jì)、處理、匯總為各種類型的報(bào)表。

（10）作業(yè)管理系統(tǒng)。學(xué)生在校內(nèi)交、領(lǐng)作業(yè)時(shí)，要求其先刷校園卡，系統(tǒng)會(huì)錄入作業(yè)的專業(yè)類別、任課教師、課程名稱、存儲(chǔ)位置等，如此方便教師對(duì)所有學(xué)生的作業(yè)管理，減少教師的教學(xué)壓力。

（11）考試管理。考試管理主要涉及到以下內(nèi)容：考試課程與科目維護(hù)、考場(chǎng)安排、考試人數(shù)統(tǒng)計(jì)、考試資源與座位資源編排、考場(chǎng)數(shù)據(jù)清除等。

3.4 校園卡選型與設(shè)計(jì)

（1）選型。校園卡選擇LEGIC非接觸式IC卡，其容量適當(dāng)、安全性高，內(nèi)部存貯區(qū)域系統(tǒng)區(qū)可容納各項(xiàng)基本數(shù)據(jù)，并未后續(xù)預(yù)計(jì)需求留下拓展區(qū)域；可裝設(shè)多種類型的電子錢包，方便各方用戶單獨(dú)核算。

（2）校園卡規(guī)格。規(guī)格包括以下幾點(diǎn)：2.1X2.3mm芯片、無電源、保密系統(tǒng)、模擬電路、無限次讀操作、5ms/位元組讀寫速度。

（3）校園卡內(nèi)信息設(shè)計(jì)。包括：公共信息區(qū)：用于存儲(chǔ)卡有效期、卡類、卡號(hào)；電子錢包區(qū)：用于存儲(chǔ)錢包當(dāng)前余額；餐次信息區(qū)：用于存儲(chǔ)在校園內(nèi)各個(gè)餐廳的就餐次數(shù)；限額區(qū)：通榆存儲(chǔ)校園卡每日限定最大消費(fèi)額度。

（4）校園卡制作與發(fā)放。

（5）校園卡有效期控制。設(shè)置校園卡有效期，規(guī)定校園卡在限定時(shí)間段內(nèi)才可使用，在其到期之后，需學(xué)生到校內(nèi)指定部門重新延期辦理，避免出現(xiàn)較多的閑置卡、多余卡。

（6）校園卡訪問權(quán)限控制。訪問權(quán)限可按照以下方式來加以逐級(jí)控制：有效期：要求過期的校園卡不能在校內(nèi)任何設(shè)備上再使用；受控名單：對(duì)于校園卡在有效期范圍的情況，還需檢查其是否在受控名單范圍內(nèi)，若是在，則校園卡只能在限定范圍內(nèi)使用；卡類：設(shè)定卡類不符的校園卡，在各個(gè)指定設(shè)備上不具備訪問權(quán)限。