數字校園和一卡通集成方案研究

文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者：張兆雷 杜炤 佟秋利   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年11月23日

    隨著(zhù)高校信息化的推進(jìn)，校園一卡通的應用越來(lái)越廣泛，在一卡通建設的過(guò)程中，不可避免要實(shí)現和數字校園其他應用系統的集成。統觀(guān)各高校建設校園一卡通的過(guò)程，這種集成工作主要面臨兩種情形：數字校園尚未建設或數字校園已經(jīng)完善。對前一種情形，可以將一卡通系統作為校園信息化的基礎，通過(guò)推動(dòng)一卡通的建設，部署和完善網(wǎng)絡(luò )基礎、管理平臺，實(shí)現各種應用系統，這種開(kāi)發(fā)方式結構清晰、易于實(shí)施，各校園卡集成系統供應商可提供成熟產(chǎn)品。

    后一種情形在國內高校中更具有普遍性，這是由于一卡通技術(shù)的成熟相對較晚。在這種情形下實(shí)現一卡通和數字校園的集成時(shí)，必須遵循不能破壞現有數字校園的原則，這給一卡通的實(shí)施帶來(lái)許多困難。當前主要的集成方案是，在數字校園提供的硬件和軟件基礎上，建設各種使用IC卡的應用系統，如門(mén)禁系統，食堂消費系統等。這種方案在不改變數字校園基礎架構的前提下，引入一卡通應用，為實(shí)現一卡通和數字校園的集成提供了一條有效途徑。但是，這種方案有許多內在的缺陷。首先，它不能充分發(fā)揮一卡通的功能，例如，不能通過(guò)校園卡對學(xué)校的教學(xué)系統提供支持；其次，各高校的數字校園基礎架構形式多樣，因此，每個(gè)高校開(kāi)發(fā)一卡通應用都是一份新的工作，相互之間無(wú)法形成可以借鑒的經(jīng)驗，開(kāi)發(fā)成本很高。

    針對這些問(wèn)題，本文提出一種新的數字校園和一卡通集成的方案。首先明確了校園卡包含的內容和校園卡在數字校園中的定位，然后描述集成方案的具體內容和方法，并展示集成后數字校園的架構。

    1 一卡通在數字校園中的定位

    一卡通是一個(gè)簡(jiǎn)稱(chēng)，狹義上它通常指一卡通應用，即可以使用IC卡的各種應用系統。廣義上是指一卡通體系，這個(gè)體系的主體是提供基于IC卡的管理和應用服務(wù)的一卡通平臺，同時(shí)還包括底層的硬件和軟件基礎架構，以及安全體系和運行維護體系。一卡通平臺提供的管理包括卡務(wù)管理和財務(wù)管理，提供的應用服務(wù)包括身份認證類(lèi)服務(wù)和消費類(lèi)服務(wù)。

    數字校園是校園信息化的主要組成部分，使用信息技術(shù)為高校的日常教學(xué)、科學(xué)研究、校務(wù)管理提供支持。數字校園的信息建設分為兩大類(lèi)，即數字校園基礎設施和數字校園應用系統。數字校園基礎設施的建設包括網(wǎng)絡(luò )、硬件、基礎軟件和公共平臺；應用系統包括教務(wù)系統、人事系統、科研管理系統、后勤系統等。

    IC卡作為在校師生的身份標志和電子錢(qián)包，不僅可以應用于門(mén)禁、食堂等一卡通應用系統，也可以用于教務(wù)注冊、科研費用管理、圖書(shū)館管理等已有的數字校園應用系統。一卡通平臺對IC卡進(jìn)行管理，實(shí)現IC卡的各種功能，為使用IC卡的應用系統提供公共服務(wù)，因此，一卡通應當作為數字校園的基礎設施，而不是簡(jiǎn)單的應用系統。

    2 集成方案

    一卡通建設面臨的現實(shí)情況是：首先，數字校園本身已經(jīng)非常完善，其次，一卡通應當作為數字校園的基礎設施，完成和數字校園的集成。因此，新的集成方案應當遵循以下原則： 

    1.一卡通的建設不能破壞現有數字校園的架構
    2.一卡通的建設能夠提升現有數字校園的應用，同時(shí)要提供完備和標準化的公共服務(wù)。

    除此之外，還應當遵循一卡通建設本身的一些原則。

    基于上述原則的一卡通和數字校園的集成方案，主要內容包括網(wǎng)絡(luò )、服務(wù)器、一卡通平臺、一卡通應用和數字校園的集成。下面以清華大學(xué)一卡通建設過(guò)程為例，說(shuō)明這種新的集成方案。

    2.1 一卡通專(zhuān)網(wǎng)和校園網(wǎng)的結合

    在完善的數字校園中，校園網(wǎng)是校內應用和數據交流的基礎。一卡通的身份認證業(yè)務(wù)和數據可以通過(guò)校園網(wǎng)來(lái)傳輸。由于一卡通具有消費的功能，需要處理大量的財務(wù)數據。相對與采用基于校園網(wǎng)的虛擬專(zhuān)網(wǎng)，一卡通物理專(zhuān)網(wǎng)能夠更好的保證財務(wù)應用和數據的安全。
一卡通體系的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構圖如圖1所示： 

圖1 一卡通體系網(wǎng)絡(luò )拓撲結構圖

    一卡通專(zhuān)網(wǎng)和校園網(wǎng)之間是物理隔離的，一卡通體系中，凡是涉及消費、轉賬等財務(wù)功能的應用，部署在一卡通專(zhuān)網(wǎng)內，可以保證財務(wù)數據的安全；完成對身份的認證、查詢(xún)等的應用，部署在校園網(wǎng)內，可以方便的和數字校園其他應用進(jìn)行對接。財務(wù)應用包括一卡通消費數據庫、消費交易流水處理前置機和銀行交易流水處理前置機。由于一卡通消費數據庫需要從校園網(wǎng)中獲取校園卡的黑白名單信息，同時(shí)要向校園網(wǎng)用戶(hù)提供對財務(wù)數據的查詢(xún)，所以在一卡通專(zhuān)網(wǎng)和校園網(wǎng)之間通過(guò)設置網(wǎng)關(guān)和防火墻實(shí)現跨網(wǎng)的服務(wù)器之間的雙向通訊。防火墻只允許兩種服務(wù)通過(guò)：數據同步服務(wù)和Web Services轉發(fā)服務(wù)。數據同步服務(wù)處理校園網(wǎng)中的各數據庫服務(wù)器和一卡通專(zhuān)網(wǎng)中的數據庫服務(wù)器之間的數據同步，這些服務(wù)器對普通用戶(hù)都是不可見(jiàn)的。Web Service轉發(fā)服務(wù)處理校園網(wǎng)用戶(hù)對財務(wù)數據的查詢(xún)請求，為保證一卡通專(zhuān)網(wǎng)的安全性，可以在校園網(wǎng)端新設一個(gè)轉發(fā)代理服務(wù)器，屏蔽網(wǎng)關(guān)設備的可見(jiàn)性。 

    2.2一卡通平臺

    一卡通平臺是校園卡的主體，主要實(shí)現對一卡通的卡務(wù)管理和財務(wù)管理，并提供基于IC卡的身份認證服務(wù)和消費服務(wù)?；谝豢ㄍㄆ脚_的功能和學(xué)校的組織結構，對一卡通的管理分為兩個(gè)部分，卡結算中心負責一卡通的財務(wù)管理，教務(wù)處和人事處負責一卡通的身份管理。

    （1）卡務(wù)管理和財務(wù)管理

    卡務(wù)管理功能基于校園網(wǎng)實(shí)現，包括卡狀態(tài)管理和卡信息管理?？顟B(tài)包括未發(fā)卡狀態(tài)、有效狀態(tài)、掛失狀態(tài)和注銷(xiāo)狀態(tài)。在狀態(tài)轉化過(guò)程中，一卡通平臺生成和更新IC卡黑名單。并同步給相關(guān)應用系統。

    卡信息包括學(xué)生的學(xué)籍信息、教職工的基本信息、照片信息等?？ㄐ畔⒐芾硪獙?shí)現根據數字校園中教務(wù)和人事數據的變動(dòng)同步更新一卡通平臺中的數據；響應校園網(wǎng)用戶(hù)對一卡通信息的查詢(xún)請求，包括網(wǎng)上查詢(xún)、電話(huà)查詢(xún)等多種方式。

    財務(wù)管理功能基于一卡通專(zhuān)網(wǎng)實(shí)現，每個(gè)校園卡的參與者擁有一個(gè)財務(wù)帳戶(hù)，帳戶(hù)分為持卡人帳戶(hù)、商戶(hù)帳戶(hù)、銀行帳戶(hù)、個(gè)人代發(fā)帳戶(hù)等；財務(wù)相關(guān)的業(yè)務(wù)主要包括消費、圈存、代發(fā)、結算等；不同類(lèi)型的帳戶(hù)只和特定的業(yè)務(wù)相關(guān)。例如，商戶(hù)只和消費、結算業(yè)務(wù)相關(guān)，在消費業(yè)務(wù)中，商戶(hù)帳戶(hù)余額增加；結算業(yè)務(wù)中，商戶(hù)帳戶(hù)余額減少。

    同一種業(yè)務(wù)中，對不同的帳戶(hù)有不同的處理流程。在消費業(yè)務(wù)中，各消費終端將交易流水上傳到上位機，通過(guò)網(wǎng)關(guān)或代理服務(wù)器將上位機收集的交易流水轉發(fā)到一卡通平臺后臺服務(wù)器，對每筆交易，從相應的持卡人帳戶(hù)中扣除交易的金額，向商戶(hù)帳戶(hù)中增加交易的金額。

    圈存業(yè)務(wù)需要和銀行交互，必須執行嚴格的密鑰管理。此業(yè)務(wù)包括轉賬過(guò)程和對賬過(guò)程，一卡通平臺和持卡人、銀行之間的交互過(guò)程如圖2所示： 

圖2 圈存業(yè)務(wù)流程圖

    代發(fā)業(yè)務(wù)是指單位委托一卡通結算中心將發(fā)放的金額轉入持卡人帳戶(hù)，需要由單位向一卡通結算中心提供代發(fā)款和代發(fā)名單，一卡通中心核對后，在代發(fā)名單里的持卡人帳戶(hù)中添加余額。結算業(yè)務(wù)中，在商戶(hù)和一卡通中心對結算單核實(shí)無(wú)誤后，由一卡通中心將結算款劃撥給商戶(hù)。

    （2）身份認證服務(wù)和消費服務(wù)

    一卡通平臺建設的目的是向數字校園提供公共服務(wù)。這些服務(wù)主要分為兩類(lèi)：身份認證類(lèi)服務(wù)和消費類(lèi)服務(wù)。

    身份認證類(lèi)服務(wù)主要應用于校園網(wǎng)內的各種應用，這類(lèi)服務(wù)包括宿舍門(mén)禁身份認證、機房通道身份認證、圖書(shū)館通道身份認證、會(huì )議簽到身份認證等。通過(guò)設置讀卡器和上位機，收集IC卡信息并提交認證請求。完成認證的方式包括C/S模式和遠程過(guò)程調用（RPC）模式如Web Service。在C/S模式中，在應用系統本地配置一卡通的分服務(wù)器，其中包含人員信息的拷貝，通過(guò)實(shí)時(shí)的數據同步保證分服務(wù)器和一卡通中心服務(wù)器數據的一致性。上位機將驗證請求提交給分服務(wù)器，分服務(wù)器通過(guò)查詢(xún)本地數據完成驗證，并將結果返回給上位機。在RPC模式中，如果使用web services, 則由一卡通服務(wù)器提供Web服務(wù)，并向校內UDDI注冊中心注冊；上位機程序通過(guò)查找UDDI注冊中心的注冊服務(wù)，獲取身份驗證服務(wù)的指針，根據此指針調用一卡通服務(wù)器的web服務(wù)，完成驗證。

    消費類(lèi)服務(wù)主要包括應用于校園卡專(zhuān)網(wǎng)內的各種服務(wù)，如食堂刷卡消費、超市刷卡消費、醫療消費等。消費類(lèi)服務(wù)通過(guò)刷卡交易來(lái)完成，通過(guò)POS機完成對IC卡內錢(qián)包的讀寫(xiě)操作，同時(shí)，POS機將交易流水上傳到與之相連的上位機。刷卡交易分為在線(xiàn)交易和離線(xiàn)交易，在線(xiàn)交易中，上位機中的交易流水直接通過(guò)web服務(wù)發(fā)送給一卡通平臺前置機；離線(xiàn)交易中，交易流水暫存在上位機中的數據庫中，通過(guò)人工的方式向一卡通平臺提交。 

    3 集成了一卡通的數字校園架構

    這種集成方案在原有的數字校園中，集成校園卡專(zhuān)網(wǎng)和一卡通平臺?；谒鼈兲峁┑墓卜?wù)，提升了已有的數字校園應用系統如醫療、教學(xué)、人力等；同時(shí)，這種新的集成方案，通過(guò)重用數字校園的網(wǎng)絡(luò )、服務(wù)器、運維和安全體系，向數字校園引入了基于IC卡的新應用，如門(mén)禁、消費、簽到等。集成了一卡通的數字校園架構如圖3所示: 

圖3 集成一卡通的清華大學(xué)數字校園架構圖 

    一卡通基礎設施提供的公共服務(wù)包括身份認證服務(wù)和消費服務(wù)，這些服務(wù)可以方便地被數字校園應用所使用。例如，在教務(wù)注冊業(yè)務(wù)中，通過(guò)讀卡器和讀卡助手軟件，可以快速地通過(guò)IC卡獲取學(xué)生的學(xué)籍信息，完成注冊。在這個(gè)過(guò)程中，原有注冊系統基本不用做新的改變。

    4 總結

    越來(lái)越多的高校開(kāi)始建設和應用校園一卡通，如何將一卡通集成到數字校園的架構中，一直是一卡通建設過(guò)程中不斷探討的問(wèn)題。將一卡通作為數字校園的基礎設施，通過(guò)建設一卡通平臺提供公共服務(wù)，實(shí)現一卡通和現有數字校園應用的松散耦合。這種新的集成方案，能夠在保持現有數字校園架構的基礎上，以較小的建設成本，充分發(fā)揮校園一卡通的功能。 

    （文/北京清華大學(xué)計算中心 張兆雷 杜炤 佟秋利）