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　　前言

　　汕頭職業技術學院由院本部、金園校區、新津校區和東墩校區組成，現有各類學生1.5×104多個，教職工700余人。根據學院信息化發展規劃及系統部署進程安排，院本部和金園校區要實現網絡同城互聯并啟動一卡通系統建設項目。該項目分前、后兩期工程，前期工程包括：食堂售飯系統、智能水控系統、圖書借閱系統等。后期工程包括：教務系統、上機管理系統、門禁考勤管理系統、智能控電系統、銀行圈存轉賬系統等的擴展和接入，真正實現信息與資源的共享，實現全面一卡通應用。本文根據學院校園一卡通系統的建設目標和需求，設計了該系統的技術解決方案并付諸實施。

　　一、系統建設目標及需求分析概述

　　“校園一卡通”是指在學校范圍內，凡涉及到現金或身份識別的場合均采用卡來完成。該卡集學生證、工作證、身份證、借書證、錢包等于一體，達到證件、消費等收費和管理的電子化和智能化[1]。

　　一卡通系統建設要實現：1）形成統一的信息平臺，促進教育信息的標準化，構建優良的數字空間和信息共享環境；2）在全校實現統一的電子支付和費用收繳管理，解決校園各類費用收繳煩、雜、難等問題；3）整合和帶動各類管理信息系統的建設，提升學校管理效率和管理水平；4）促進學校網絡應用平臺的建設，逐步完成校內應用系統體系結構的升級。

　　系統的需求主要從業務、功能、技術等角度進行考察，下面筆者僅對技術需求分析進行論述。 

　　技術需求主要包括：1）身份信息來源于統一身份管理中心，數據同步機制基于統一的身份中心和數據中心；2）建設一卡通專網以提高系統安全性和可維護性；3）整合現有異構系統；4）卡片結構設計需具備身份認證信息區、電子錢包信息區、自定義信息區及多電子錢包并且有足夠冗余；5）可支持脫機支付；6）提供通用的開發接口，便于擴展和升級；7）須提供滿足各類應用的集成、開發、運行和管理工具。

　　校園卡方面主要的需求如下：選用非接觸式射頻卡；終端感應距離范圍達到5~10 cm；卡內的數據區存儲身份信息和電子錢包信息，卡片采用目錄式管理；卡中的個人身份信息包括持卡人的姓名、性別、學/工號、身份證號碼等信息[2]。

　　二、系統總體設計

　　本系統的總體設計包括：系統總體框架、軟件體系架構、數據流以及數據庫等。

　　2.1 系統總體框架

　　系統由數據中心、一卡通平臺、接口服務器等三大部分構成。其中，一卡通平臺采用COM+技術整合了卡應用系統、自助系統和管理系統；接口服務器則采用COM/DELL接口技術連接圖書管理、教務系統、門禁系統等。如圖1所示。 

　　C O M+是基于二進制組件和接口的編程，通過使用透明RPC層，可以跨越進程和計算機邊界進行遠程方法調用。C O M+組件可以在成品中升級和擴展，不會對使用它們的客戶端應用程序造成影響。C O M+把C O M組件提升到應用層，它通過操作系統的各種支持，把所有組件的底層細節屏蔽[3]。

　　良好接口技術的運用使該架構伸縮性良好，耦合度低，便于升級擴充。

　　2.2 軟件體系架構

　　軟件體系架構如圖2所示。系統采用.NET開發環境，提供以COM+為中間通訊組件的三層結構，軟件體系架構由數據層、業務層和表現層組成。其中，業務層（即中間層）主要負責業務規則、數據訪問、合法性校驗等工作。采用三層體系的應用程序最大的優點是把業務邏輯獨立出來，客戶端不直接與數據庫進行交互，而是通過C O M/D C O M通訊與中間層建立連接，再由中間層與數據庫進行交互。在業務邏輯需要改變時不影響表現層和后端數據服務層，因此，它能夠滿足校園一卡通應用程序可伸縮性或可擴展性的需求。同時，該系統為財務系統、教務管理系統等其它系統提供標準接口、API、動態庫、第三方代理等，實時處理來自其它系統的業務請求，實現與其它系統的整合。 

　　2.3 數據流圖

　　系統主要的用戶群是學生和教職員工，因此，在對系統的數據流進行分析時筆者重點關注系統用戶的數據流向。由于系統功能龐大，數據流層次較多，為簡要說明系統的運行機制，此處僅將最為重要的頂層數據流圖作重點分析。數據流圖如圖3、圖4所示。

　　系統的外部實體主要包括學生、教工、臨時人員以及管理員等；系統對數據的加工主要包括持卡人資料管理、卡用戶管理、系統管理、交易處理、銀行前置機以及帳務處理等；數據存儲主要包含歷史交易表、帳戶劃結表、日結月結明細報表以及統計報表等。 

圖3 數據處理流程圖 

　　三、數據庫模型設計

　　系統采用SQL Server 2000數據庫管理系統。在系統數據庫中用于不同功能的表較多，主要有2類表：

　　1）基本功能表。此類表的主要作用是記錄其它表所需要的一些基礎輔助信息。包括用戶密碼、學生個人信息、教師個人信息相應的表、消費記錄信息表等；

　　2）功能操作表。此類表用于記錄各系統功能操作生成的數據。

　　數據庫的設計對于系統最終是否取得成功關系重大，各表及其字段的定義將直接影響到用戶使用的效果。特別是與用戶消費記錄、系統帳務記錄等相關的數據表的設計，更是重中之重。因此，采用性能良好的數據庫管理平臺對系統運行的穩定性和底層數據的安全性將起到關鍵作用。 

　　本系統采用二維關系數據庫表，由于表數目較多，數據量龐大，而一卡通系統對數據記錄的計算、查詢、篩選以及排序等操作的性能（如時間、空間開銷）要求較高，因此，本系統采用較為先進的基于中間層的軟件體系結構，由中間層與系統數據庫進行交互，這種交互封裝在特定的數據庫訪問模塊中，可確保數據庫操作的獨立性和可靠性。

　　四、系統安全設計

　　為了確保一卡通系統運行的高可靠性和可用性，必須針對卡片進行安全方面的規劃，同時，網絡信息安全也不可忽視。

　　4.1 校園卡安全設計

　　針對校園卡的安全性，主要采取卡加密、備份、性能檢驗以及信息分區等方法來確保卡片使用的安全[4]。具體安全方案如下：

　　1）卡區加密。卡共分為32個區，每個區都有獨立的密碼信息，在對每個區的信息進行讀寫前，都要先進行密碼校驗，校驗正確后才能對本區的信息進行訪問；

　　2）信息備份。卡內的信息都采用備份的方法記錄2次，這樣，信息的可靠性更有保證；

　　3）性能檢驗。由于卡內存儲空間較大，系統在卡內記錄了詳細的金額信息，這些信息本身就有一套完善的信息校驗機制，POS機或軟件系統可根據校驗信息確定卡的有效性；

　　4）信息分區。把金額信息和身份信息放在不同的分區，提高數據獨立性和可控性。 

　　4.2 網絡安全設計思路

　　一卡通系統的數據庫平臺連接在校園網上，為保證數據的安全性，應減少未授權的用戶訪問數據庫系統及應用系統。可采用靜態VLAN技術，將所有需要訪問數據庫服務器的主機和終端設備，指定到特定VLAN的端口，并將MAC地址與交換機端口進行綁定，確保數據訪問的合法性。

　　另一方面，可采用基于校園網的VPN，即在校園網絡基礎設施上創建專用數據通信網絡。數據通過安全的加密隧道在校園網中傳輸，從而保證了通信的保密性和專有性。

　　為了共享校園網資源，一卡通專網與校園網采用防火墻進行單通道通信，保證一卡通網絡能訪問校園網資源，但校園網不能訪問一卡通專網，從而防止可能的非法偵聽，使一卡通網絡上的設備能夠安全、穩定的運行[5]。

　　五、多校區一卡通系統建設

　　多校區一卡通系統部署如圖5所示。 
 

　　為有效利用多校區校園網絡信息資源，在設計多校區一卡通系統時，要充分考慮學院各校區之間的互聯。本系統采用VPN通道將多校區一卡通分系統進行互聯，并設計了良好的系統運行機制以確保系統的穩定性和統一性。

　　校本部設立主中心，校區設立分中心并部署應急服務器及中間層。當VPN通道正常連通時，所有分中心業務都通過主中間層來處理；當VPN通道不通時，分中心中間層接管校區的業務；當VPN通道通暢后，程序將自動傳送最新業務數據到主服務器，并切換至主中間層。這種運行機制可以有效確保系統的健壯性[6]。

　　校園一卡通工程宜采用“統一規劃、分步實施”的建設思路。先從小規模的應用開始實施，再逐步過渡和擴展到中等規模的應用部署，最后真正實現“一卡通”建設的總體目標。經過詳細論證，本系統采用的主要技術參數如表1所示。 

　　六、結語

　　本系統采用基于中間層的軟件架構，在.NET框架下進行開發，數據庫采用SQL Server 2000，系統運行在與校園網絡進行邏輯隔離的一卡通專網之上，良好的卡片安全和網絡安全機制確保了系統運行的可靠性。本系統功能強大，運行穩定，可管理性和可擴展性強，實現了項目預定目標。

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