一、校園一卡通系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式比較
校園一卡通系統(tǒng)有線傳輸方式是指pos機(jī)與一卡通平臺(tái)的數(shù)據(jù)交換通過有線網(wǎng)絡(luò)完成 有線傳輸介質(zhì)主要包括RS485通訊線纜、雙絞線及光纖等。
短距離無線傳輸方式是指無線POS機(jī)讀取數(shù)據(jù)后存儲(chǔ)在本地．定時(shí)與無線基站進(jìn)行通訊．如無線POS機(jī)不在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍則脫網(wǎng)運(yùn)行．待移動(dòng)到信號(hào)覆蓋范圍時(shí)再進(jìn)行通訊．脫機(jī)流水?dāng)?shù)據(jù)在POS機(jī)重啟后完成數(shù)據(jù)上傳。
本文設(shè)計(jì)了一種全新的基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的校園一卡通POS系統(tǒng)．其主要方法是：一卡通POS機(jī)的應(yīng)用數(shù)據(jù)包通過GPRS DTU(GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元)使用現(xiàn)有的GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳給校園一卡通平臺(tái)主機(jī)：一卡通平臺(tái)主機(jī)對(duì)應(yīng)用數(shù)據(jù)包處理后的數(shù)據(jù)和黑白名單信息經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)回傳給POS機(jī)．從而完成校園一卡通系統(tǒng)的各種應(yīng)用功能校園一卡通系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜N模式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1所示
二、基于GPRS的校園一卡通無線POS系統(tǒng)通信原理與設(shè)計(jì)
GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)具有覆蓋面廣、通信可靠和傳輸穩(wěn)定等特點(diǎn) 以其作為校園一卡通移動(dòng)POS交易的通信載體，可實(shí)現(xiàn)不受場(chǎng)地、環(huán)境和線路限制的校園卡實(shí)時(shí)交易和認(rèn)證 GPRS網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)決定了其隨著應(yīng)用的發(fā)展和無線移動(dòng)POS的增加不會(huì)對(duì)校園一卡通交易的速度和成功率造成影響
本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理是：首先把具有GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸功能的GPRS DTU通過RS485接口接收一卡通POS機(jī)的刷卡數(shù)據(jù)：然后GPRS DTU通過無線方式與GPRS基站通信．將一卡通POS發(fā)送的數(shù)據(jù)包從基站發(fā)送到SGSN節(jié)點(diǎn)．SGSN與網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)GGSN進(jìn)行通信．GGSN對(duì)分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理后發(fā)送到校園一卡通平臺(tái)端的路由器．經(jīng)過防火墻再發(fā)送到校園一卡通主機(jī)上；最后經(jīng)過校園一卡通后臺(tái)服務(wù)器處理的數(shù)據(jù)包經(jīng)由原路返回．經(jīng)GPRS DTU 回傳給一卡通系統(tǒng)POS機(jī)．從而完成校園一卡通系統(tǒng)與GPRS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換．實(shí)現(xiàn)POS系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)傳輸 同時(shí)．使用第二層隧道協(xié)議L2TP在GPRS網(wǎng)絡(luò)上建立企業(yè)虛擬專網(wǎng)．保證網(wǎng)絡(luò)連接的專用性和持續(xù)性 其工作原理如圖1所示
三、系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)
1．硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)分為終端POS設(shè)備、GPRS DTU、校園一卡通后臺(tái)服務(wù)器三大部分
(1)終端POS設(shè)備
本系統(tǒng)采用51系列單片機(jī)模型作為終端POS設(shè)備的硬件原理支持。終端POS設(shè)備主要由CPU(SM5964)，F(xiàn)LASH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器AM29F040B／39SF020復(fù)位芯片IMP810．485通信芯片SN75174和MAX487。射頻卡讀寫卡器，顧客面LED顯示器。操作面LED顯示器，線性電源，主鍵盤．密碼鍵盤接口組成．其工作原理如圖2所示
(2)GPRS DTU
系統(tǒng)中完成數(shù)據(jù)通信傳輸工作的是GPRS DTU和GPRS網(wǎng)．而GPRS網(wǎng)絡(luò)是基于IP協(xié)議的．所以本系統(tǒng)中的GPRS DTU采用內(nèi)嵌TCWIP協(xié)議棧．具有Socket通信功能．并提供透明數(shù)據(jù)傳輸通道。GPRS DTU在每次開機(jī)后會(huì)自動(dòng)撥號(hào)．接入GPRS網(wǎng)絡(luò)并動(dòng)態(tài)地獲得一個(gè)IP地址．此地址由GPRS骨干內(nèi)網(wǎng)地址池分發(fā)．當(dāng)GPRSDTU通過GPRS網(wǎng)絡(luò)向校園一卡通系統(tǒng)后臺(tái)服務(wù)器發(fā)送連接請(qǐng)求后．
校園一卡通系統(tǒng)后臺(tái)服務(wù)器返回應(yīng)答．連接路由建立 為了保證鏈路暢通．預(yù)定30秒發(fā)送一次“心跳”數(shù)據(jù)包．以維持GPRS DTU終端與校園一卡通系統(tǒng)后臺(tái)服務(wù)器之間的路由．確保終端與服務(wù)器之間可以及時(shí)互相通信?！靶奶睌?shù)據(jù)包包括鏈路保活功能信息與終端ID信息
(3)校園一卡通系統(tǒng)后臺(tái)服務(wù)器
硬件系統(tǒng)使用SUN公司小型機(jī)．軟件系統(tǒng)使用SUN公司的SOLARIS操作系統(tǒng)．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)支持使用甲骨文公司的ORACLE 9I數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)
2．軟件設(shè)計(jì)
(1)GPRS遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)中GPRS遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)的系統(tǒng)底層軟件采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法．語言采用的是標(biāo)準(zhǔn)C語言．各個(gè)功能模塊由子程序?qū)崿F(xiàn)．通過主程序調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的各個(gè)功能 GPRS通訊終端軟件邏輯流程如圖3所示。
軟件邏輯流程說明如下：
系統(tǒng)完成GPRS初始化．接人GPRS網(wǎng)絡(luò)并動(dòng)態(tài)地獲得一個(gè)IP地址
驗(yàn)證系統(tǒng)是否允許無線移動(dòng)POS上傳數(shù)據(jù)。若允許，可建立連接；若不允許，可延時(shí)請(qǐng)求上傳數(shù)據(jù)。進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)撥號(hào)．PPP協(xié)商．建立TCP／IP連接無線移動(dòng)POS通過TCP或UDP協(xié)議在GPRS網(wǎng)絡(luò)與校園一卡通數(shù)據(jù)后臺(tái)服務(wù)器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互當(dāng)無線移動(dòng)POS收到控制命令時(shí)．先檢驗(yàn)命令的合法性．再按照命令執(zhí)行相應(yīng)操作
(2)無線移動(dòng)POS系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)
無線移動(dòng)POS系統(tǒng)為軟件業(yè)務(wù)系統(tǒng)單元的核心．其工作流程如圖4所示
3．系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的安全性考量主要包含了兩個(gè)方面．一個(gè)是在設(shè)計(jì)中注意各個(gè)通信和數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)的安全可靠性．統(tǒng)籌規(guī)劃 在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中．防止非法用戶享受服務(wù)．防止計(jì)算機(jī)病毒的入侵：對(duì)重要設(shè)備及數(shù)據(jù)鏈路提供備份．確保信息及傳輸?shù)陌踩?另一個(gè)是GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，通過鑒權(quán)、加密，達(dá)到安全的目的 鑒權(quán)用來驗(yàn)證用戶的入網(wǎng)權(quán)利 加密用于空中接口和校園一卡通無線移動(dòng)POS數(shù)據(jù)安全傳輸，由SIM卡、網(wǎng)絡(luò)AUC、校園一卡通POS系統(tǒng)的專屬加密算法(3DES)決定
本系統(tǒng)中的無線POS采用的是與原POS系統(tǒng)無縫連接且共用原系統(tǒng)POS前置機(jī)的方式．鑒于GPRS無線傳輸中的安全隱患．除了利用GPRS網(wǎng)絡(luò)固有的SIM卡．網(wǎng)絡(luò)AUC密鑰加密外．還需要在POS前置機(jī)端和無線移動(dòng)POS終端增加校園一卡通無線移動(dòng)POS數(shù)據(jù)的加密解密和格式轉(zhuǎn)換功能 系統(tǒng)安全模型如圖5所示
數(shù)據(jù)加密解密流程說明：
(1)首先在無線移動(dòng)POS終端側(cè)利用PIN密碼對(duì)于卡號(hào)、金額、1-6／15磁道信息、商戶號(hào)、終端設(shè)備號(hào)等進(jìn)行3DES加密 再通過GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)對(duì)加密信息進(jìn)行傳輸．最后通過POS前置機(jī)對(duì)被加密信息進(jìn)行解密和格式轉(zhuǎn)換．并還原其為標(biāo)準(zhǔn)校園一卡通平臺(tái)通信8583數(shù)據(jù)包．上傳給一卡通后臺(tái)服務(wù)器
(2)一卡通后臺(tái)服務(wù)器對(duì)無線移動(dòng)POS的應(yīng)答信息加密后通過GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)逆向傳輸給無線移動(dòng)POS終端．由無線移動(dòng)POS終端解密并處理
(3)數(shù)據(jù)傳輸中對(duì)應(yīng)用報(bào)文的完整性和正確性通過奇偶校驗(yàn)法進(jìn)行校驗(yàn)
(4)利用每筆成功交易具有唯一的流水號(hào)來確定無線POS申請(qǐng)交易操作的不重復(fù) 并利用交易狀態(tài)標(biāo)示來確定一筆交易是否成功
四、系統(tǒng)測(cè)試
鑒于校園一卡通系統(tǒng)的安全性和軟硬件的兼容性．系統(tǒng)在測(cè)試時(shí)通過了嚴(yán)格的軟件測(cè)試和實(shí)地使用測(cè)試實(shí)地使用測(cè)試主要采取以下幾個(gè)方面來進(jìn)行：
1利用大批量刷卡次數(shù)、速度、頻率方式測(cè)試射頻讀寫卡模塊
本系統(tǒng)分別測(cè)試3000次刷卡、刷卡速度1次／秒、10 秒連續(xù)刷卡10次的結(jié)果 通過測(cè)試一卡通后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄．結(jié)果表明校園一卡通無線POS終端設(shè)備通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與校園一卡通后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器通信成功．存人數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)正確無誤。
2利用大容量數(shù)據(jù)測(cè)試
利用1Mbps容量的數(shù)據(jù)包分別測(cè)試GPRS可以提供的四種不同編碼方式．四種不同的編碼方式每個(gè)時(shí)槽可提供的傳輸速率為CS一1(9．05Kbps)、CS一2(13．4Kbps)、CS一3(15．6Kbps)及CS一4(21．4Kbps)，其中CS一1的保護(hù)最為嚴(yán)密．CS一4則是完全未加以任何保護(hù)。每個(gè)用戶最多可同時(shí)使用八個(gè)時(shí)槽 結(jié)果表明校園一卡通無線POS終端設(shè)備通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與校園一卡通后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器通信成功．存人數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)正確無誤。
3利用不同校園卡類型測(cè)試
校園卡剩余金額大于等于無線移動(dòng)POS扣款額的測(cè)試．校同卡剩余金額小于移動(dòng)無
