射頻識別技術(shù)手機(jī)智能卡的校園一卡通模式研究

文章出處：http://botanicstilllife.com 作者：封紅旗 王娟琳 李俊華 陶宇煒   人氣： 發(fā)表時間：2011年11月11日

    大多數(shù)高校建設(shè)校園一卡通系統(tǒng)中，使用承載一卡通系統(tǒng)信息的載體是非接觸射頻卡（Mifare One），它是一卡通系統(tǒng)里最基礎(chǔ)的、最重要的設(shè)備。但隨著物聯(lián)網(wǎng)、移動終端的大量普及應(yīng)用，高校校園一卡通、數(shù)字化校園中的無線網(wǎng)絡(luò)支持的上下行數(shù)據(jù)速率不斷提高，新的應(yīng)用尤其是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)方面的應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，手機(jī)逐漸成為人們身邊不可缺少的信息終端。越來越多的人用手機(jī)代替了手表、記事本、MP3、照相機(jī)等，而我們的錢包和鑰匙也集成到手機(jī)上成為了現(xiàn)實，RFID 無線射頻識別技術(shù)亦在高校校園管理各領(lǐng)域中組建RFID 終端子系統(tǒng)，并利用校園主干網(wǎng)作為信息平臺，實現(xiàn)全部終端子系統(tǒng)的系統(tǒng)集成。使我們在校園中學(xué)習(xí)、工作、生活更加方便、更加安全。

    一 校園一卡通中的射頻技術(shù)與手機(jī)結(jié)合

    目前大部分高校校園一卡通系統(tǒng)采用的卡介質(zhì)是非接觸式射頻卡，即 Mifare One 卡讀寫技術(shù)集計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、智能卡技術(shù)、傳感技術(shù)、模式識別技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)于一體，應(yīng)用于高校的智能化一卡通管理。采用非接觸式射頻卡作為通行券，將圖書館借還書、門禁、消費、上機(jī)、考勤、控水、體育俱樂部活動等系統(tǒng)集于一卡，所有功能只需一張卡就能完成，系統(tǒng)采用符合潮流的開放式體系結(jié)構(gòu)，能夠與第三方的系統(tǒng)和設(shè)備兼容，實現(xiàn)用戶系統(tǒng)的高度集成。

    然而隨著2008 年的Mifare 卡破解事件和2009 年的3G校園業(yè)務(wù)的如火如荼的展開，以SIMPASS 卡或RFID-SIM 卡（不同運(yùn)營商的卡標(biāo)準(zhǔn)不同）為介質(zhì)手機(jī)一卡通作為一種可替代的新概念產(chǎn)品被迅速普及。使用同時具有通信和非接觸卡功能的手機(jī)，一卡通系統(tǒng)采用射頻識別RFID 與近距離通信NFC 技術(shù)，只需用手機(jī)靠近讀卡設(shè)備就可以完成認(rèn)證或者支付，不僅省時、便捷、一機(jī)多用，也能直接明了的進(jìn)行實時狀態(tài)和賬戶余額查詢，拓展了現(xiàn)有手機(jī)的業(yè)務(wù)領(lǐng)域。

    NFC 是繼移動通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之后又一項影響全球經(jīng)濟(jì)與人類生活的新技術(shù)。

    1 手機(jī)與NFC 技術(shù)結(jié)合

    NFC（NFC,Near Field Communication）是一種標(biāo)準(zhǔn)的短距離無線連接技術(shù)，利用磁場感應(yīng)實現(xiàn)近距離電子設(shè)備之間的通信。它為用于安全數(shù)據(jù)傳輸驗證的識別協(xié)議提供了一種無縫連接，并具有功耗小、安全性好等優(yōu)點，對于音視頻流等需要較高帶寬的應(yīng)用，可配合藍(lán)牙、無線局域網(wǎng)等技術(shù)提供自動接入功能。NFC 在約10 厘米的距離通過13.56MHZ 頻帶實現(xiàn)主動和被動兩種操作。目前提供的數(shù)據(jù)傳輸速率包括106kbps、212kbps 和424kbps[1]。NFC 技術(shù)能更好的與手機(jī)結(jié)合，調(diào)用手機(jī)固有的硬件軟件資源。

    2 射頻識別技術(shù)-手機(jī)智能卡（ RFID-SIM）技術(shù) 

    RFID-SIM 是直通電迅的專利技術(shù)[2]，按照國家智能卡應(yīng)用的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)，將2.4G 射頻模塊集成在sim 卡上，形成帶有射頻功能的雙界面手機(jī)智能卡。消費者僅需將原有sim卡更換為RFID-SIM 卡即可使現(xiàn)有手機(jī)變成一個類NFC 手機(jī)。RFID-SIM 技術(shù)使用的是共用的2.4GHZ IMS 頻段，該頻段的無線產(chǎn)品和天線相當(dāng)小，在與手機(jī)的結(jié)合應(yīng)用中具有天然的優(yōu)勢。其通信距離在10-500CM 調(diào)節(jié)，單向支持100M 數(shù)據(jù)廣播，通信速率達(dá)1Mpbs，支持自動感應(yīng)和主動出發(fā)兩種通信方法。在數(shù)據(jù)傳輸過程中自動TDES 加密，可有效防止數(shù)據(jù)被竊聽，同時其自有協(xié)議能支持刷卡時的雙向認(rèn)證功能。

    RFID-SIM 采用的是擴(kuò)頻通信，能將發(fā)送的信息擴(kuò)展在更廣的帶寬。由于使用的頻率較高，具有較短波長，信號能從手機(jī)電池和背板的縫隙間發(fā)送出去，具有較強(qiáng)的穿透能力。由于工作在2.4GHZ 頻段，RFID-SIM 技術(shù)具有以下特點：擴(kuò)頻通信不易被干擾；碼分多址能力強(qiáng)；安全保密；傳輸數(shù)據(jù)的速率快。RFID-SIM可以通過手機(jī)鍵盤進(jìn)行控制sim 卡部分用于正常的移動通訊、鑒權(quán)及與手機(jī)的物理連接；內(nèi)置軟件用于管理高安全度的RFID、電子錢包以及其它會員卡；使用微型RFID 模塊并通過內(nèi)置的天線與外部設(shè)備進(jìn)行通訊。它比電話磁卡的成本低，并且質(zhì)地結(jié)實耐用，易于推廣。

    二 手機(jī)校園一卡通網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

    1 手機(jī)校園一卡通網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

    網(wǎng)絡(luò)作為校園手機(jī)一卡通系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施，對系統(tǒng)運(yùn)行的安全、穩(wěn)定與可靠起著十分關(guān)鍵的作用。校園手機(jī)一卡通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)與其它系統(tǒng)相比，更多樣化、更復(fù)雜、需要根據(jù)不同的業(yè)務(wù)、設(shè)備與環(huán)境的要求、設(shè)計不同的網(wǎng)絡(luò)通訊方案，并且適用于不同校區(qū)之間的網(wǎng)絡(luò)連接。

    手機(jī)校園一卡通系統(tǒng)平臺建立在數(shù)字化校園專用網(wǎng)絡(luò)上，數(shù)字化校園專用網(wǎng)絡(luò)是通過實現(xiàn)從環(huán)境、資源到應(yīng)用的全部數(shù)字化，在傳統(tǒng)校園基礎(chǔ)上構(gòu)建一個數(shù)字空間，以拓展現(xiàn)實校園的時間和空間緯度。手機(jī)校園一卡通系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心位于學(xué)校數(shù)據(jù)中心，通過網(wǎng)絡(luò)與分校區(qū)中心節(jié)點相連，業(yè)務(wù)管理放置在各校區(qū)的開放位置，便于面向師生服務(wù)。而M1技術(shù)上的“一網(wǎng)一卡一庫”并不能涵蓋當(dāng)前手機(jī)校園一卡通系統(tǒng)技術(shù)與業(yè)務(wù)發(fā)展的現(xiàn)狀。構(gòu)建“三網(wǎng)一卡一庫”的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，“三網(wǎng)”是指內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)以及專網(wǎng)。內(nèi)網(wǎng)就是指通常所說的數(shù)字化校園網(wǎng)，專網(wǎng)則是有別于數(shù)字化校園網(wǎng)的通訊鏈路，外網(wǎng)指的是INETRNET。以數(shù)字化校園一體化設(shè)計的高度，校園手機(jī)一卡通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1 所示。 

圖1 校園手機(jī)一卡通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

    2 校園手機(jī)一卡通系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)

    在系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)上，校園手機(jī)一卡通系統(tǒng)采用4 層結(jié)構(gòu)作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)技術(shù)架構(gòu)[3]，分別是交互層、通信層、服務(wù)層以及數(shù)據(jù)層。手機(jī)校園一卡通系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 手機(jī)校園一卡通系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖

    校園手機(jī)一卡通4 層體系結(jié)構(gòu)不僅可以把客戶機(jī)從沉重的負(fù)擔(dān)和不斷提高的性能的要求中解放出來，也可以把技術(shù)維護(hù)人員從繁重的維護(hù)升級工作中解脫出來。由于客戶機(jī)把事物處理邏輯部分分給了服務(wù)層服務(wù)器，使客戶機(jī)減輕了很多負(fù)擔(dān)，不再負(fù)責(zé)處理復(fù)雜計算和數(shù)據(jù)訪問等關(guān)鍵事務(wù)，只負(fù)責(zé)顯示部分，因此維護(hù)人員不再為程序的維護(hù)工作奔波于每個客戶機(jī)之間，而把主要精力放在功能服務(wù)器程序的更新工作上。

    3  手機(jī)校園一卡通系統(tǒng)通訊

    將校園RFID-SIM 一卡通平臺服務(wù)器安裝在網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房，以保證供電及網(wǎng)絡(luò)的可靠運(yùn)行。使用手機(jī)自助終端、充值設(shè)備通過IP 方式（或FSK 方式）與平臺服務(wù)器連接。POS 終端產(chǎn)生的交易數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到平臺服務(wù)器。獨立POS 終端通過485 轉(zhuǎn)IP（或純IP、FSK 方式）來實現(xiàn)與服務(wù)器的通訊。

    使用手機(jī)通信業(yè)務(wù)時外聯(lián)手機(jī)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)及服務(wù)平臺。平臺服務(wù)器通過專線與運(yùn)營商系統(tǒng)通訊，通過傳輸密鑰對通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行安全加密。

    三 校園RFID-SIM 手機(jī)一卡通

    校園RFID-SIM 卡移動支付系統(tǒng)拓展了已有校園卡的應(yīng)用范圍，可實現(xiàn)校園范圍的多種應(yīng)用：學(xué)籍管理： 注冊、注銷、報到；身份識別： 圖書館、計算機(jī)房、校醫(yī)院、體育館；門禁、體育俱樂部活動；交費：上機(jī)、醫(yī)療、體育場館費用；用餐購物：餐廳、超市、食堂、開水房、淋浴；購電：學(xué)生宿舍；充值功能：現(xiàn)金充值、銀行圈存轉(zhuǎn)帳、移動手機(jī)支付、交上網(wǎng)費等。

    1 充值功能

    目前，基于非接觸式射頻卡的一卡通系統(tǒng)的充值模式有現(xiàn)金充值和銀行卡與校園卡轉(zhuǎn)賬兩種模式。而基于RFID-SIM卡的手機(jī)一卡通系統(tǒng)則為用戶增加了更多的充值模式，做到無時間限制的充值。如：由中國電信提供的批量充值、電信有支付賬戶的空中圈存、POS 自助充值等等。

    2 校園RFID-SIM 手機(jī)一卡通優(yōu)勢

    使用無極密鑰，確?？ê拖到y(tǒng)的安全性；完全實現(xiàn)了SIM智能卡的功能結(jié)合，即可以保持原有手機(jī)通訊功能，同時也可以實現(xiàn)非接觸式擴(kuò)展功能；設(shè)備采用SIM 智能卡安全雙向認(rèn)證，符合PBOC2.0：支持“空中下載”，可實現(xiàn)“空中發(fā)卡”、“空中補(bǔ)助”等操作；無需換手機(jī)、無需換號、換卡就可以實現(xiàn)手機(jī)一卡通；. 手機(jī)可查詢消費的記錄與余額；手機(jī)一卡通系統(tǒng)是個龐大的系統(tǒng)，其建設(shè)的成敗與否涉及到方方面面的問題，除了各種相關(guān)設(shè)備的選型之外，主要體現(xiàn)在手機(jī)一卡通系統(tǒng)是否具有良好的應(yīng)用集成設(shè)計。以及對己有系統(tǒng)的整合能力和對未來根據(jù)學(xué)校需要而部署的系統(tǒng)的整合能力。如果手機(jī)一卡通系統(tǒng)沒有很好地解決此問題，則該手機(jī)一卡通平臺只能是一個不開放的，沒有技術(shù)先進(jìn)性并滿足不了學(xué)校的需求。選擇適合自己學(xué)校模式的基于數(shù)字化校園手機(jī)一卡通才能保證一卡通的長久有效性。

    四 結(jié)束語

    校園手機(jī)一卡通將校園卡與手機(jī)卡集成于同一張卡，除實現(xiàn)傳統(tǒng)校園一卡通功能以外，還可以通過短信、WAP 等方式實現(xiàn)排課、會議、圖書借閱、消費情況、賬戶信息等各種信息的互動查詢，可實現(xiàn)各種信息的指定下發(fā)，具有通知、提醒的功能，并可通過短信、UTK 菜單等方式實現(xiàn)空中圈存，為師生對校園卡充值提供了極大的方便。手機(jī)校園一卡通是高校數(shù)字化校園建設(shè)的一個發(fā)展趨勢。