基于物联网的校园卡系统

基于物联网的手机校园卡绑定系统摘要：从上个世纪比尔盖茨在《未来之路》中提到“物联网”这一概念之后，物联网技术就作为一个战略性的新兴产业得到了广泛而迅速的发展。普适计算的提出使得网络微型化，同时，RFID（无线射频识别技术）使得一个微小的便携标签也能传输数据，只需要一个阅读器就能解读并根据特定应用需要处理数据。所以，物联网技术正在走近我们的生活，正如我们的校园卡就是物联网的一种体现。然而校园卡毕竟不具备如手机般强大的通信能力以及各种应用层功能，如果能实现手机与校园卡的绑定将极大的方便我们的校园生活。所以，手机和校园卡相结合将是一个巨大的潜在市场，必将在学生这一群体中得到欢迎和支持。关键字：物联网技术，RFID，校园卡，手机。1.相关概念介绍物联网定义：目前，物联网还没有一个精确且公认的定义。这主要归因于：第一，物联网的理论体系没有完全建立，对其认识还不够深入，还不能透过现象看出本质；第二，对于互联网，移动通信网和传感网等领域的研究，不同的研究者有不同观点，暂时不能达成共识。所以我们暂时可以认为：物联网是一个基于互联网，移动通信网等信息载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化，自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。RFID技术：射频识别技术RFID（RadioFrequencyIdentification），是一种通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，无线电的信号是通过调成无线电频率的电磁场，把数据从附着在物品上的标签上传送出去，以自动辨识与追踪该物品。某些标签在识别时从识别器发出的电磁场中就可以得到能量，并不需要电池，也有标签本身拥有电源，并可以主动发出无线电波。标签包含了电子存储的信息，数米之内都可以识别。与条形码不同的是，射频标签不需要处在识别器视线之内，也可以嵌入被追踪物体之内。许多行业都运用了射频识别技术。将标签附着在一辆正在生产中的汽车，厂方便可以追踪此车在生产线上的进度。仓库可以追踪药品的所在。射频标签也可以附于牲畜与宠物上，方便对牲畜与宠物的积极识别。由于这项技术可能会在未经本人许可的情况下读取个人信息，这项技术也会有侵犯个人隐私的隐患。组成部分：（1）应答器：由天线，耦合元件及芯片组成，一般来说都是用标签作为应答器，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。（2）阅读器：由天线，耦合元件，芯片组成，读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为手持式rfid读写器（如：C5000W）或固定式读写器。（3）应用软件系统：是应用层软件，主要是把收集的数据进一步处理，并为人们所使用。RFID的若干优势：RFID是一项易于操控，简单实用且特别适合用于自动化控制的灵活性应用技术，识别工作无须人工干预，它既可支持只读工作模式也可支持读写工作模式，且无需接触或瞄准；可自由工作在各种恶劣环境下：短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可以替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体；长距射频产品多用于交通上，识别距离可达几十米，如自动收费或识别车辆身份等。射频识别系统主要有以下几个方面系统优势：（1）读取方便快捷：数据的读取无需光源，甚至可以透过外包装来进行。有效识别距离更大，采用自带电池的主动标签时，有效识别距离可达到30米以上（2）识别速度快：标签一进入磁场，解读器就可以即时读取其中的信息，而且能够同时处理多个标签，实现批量识别（3）数据容量大：数据容量最大的二维条形码（PDF417），最多也只能存储2725个数字；若包含字母，存储量则会更少；RFID标签则可以根据用户的需要扩充到数十K（4）使用寿命长，应用范围广：其无线电通信方式，使其可以应用于粉尘、油污等高污染环境和放射性环境，而且其封闭式包装使得其寿命大大超过印刷的条形码（5）标签数据可动态更改：利用编程器可以向写入数据，从而赋予RFID标签交互式便携数据文件的功能，而且写入时间相比打印条形码更少（6）更好的安全性：不仅可以嵌入或附着在不同形状、类型的产品上，而且可以为标签数据的读写设置密码保护，从而具有更高的安全性（7）动态实时通信：标签以与每秒50～100次的频率与解读器进行通信，所以只要RFID标签所附着的物体出现在解读器的有效识别范围内，就可以对其位置进行动态的追踪和监控2．需求分析在现在大学校园中，每个学生都拥有自己的手机，而且，随着Android智能手机的出现，手机的功能越来越丰富，因此，基于Android的手机功能系统开发，已具备条件。随着学校管理现代化方向意识的不断增强，基于校园卡应用的计算机管理系统已日益普及。然而，由于校园卡功能的局限，其灵活性常常不能满足学生日益丰富的需求。比如：校园卡并没有实现在线订餐系统，没有实现图书预定功能，每次圈存都要借助终端机，用电管理系统，车载管理系统等的划款极为不便。现代化的校园管理应该具有：高速的信息传递、管理更精细周到而工作更轻松方便、能促进学校教育、教学质量推向一个新阶段。信息时代的校园，当然离不开信息化的管理。校园卡手机绑定系统将智能IC卡的强大功能与计算机网络的数字化理念融入校园，将学校各个系统连为一体，动态掌握每位学生的情况，极大提高学校的管理水平。学生校园卡取代了学校管理和生活中所使用的各种个人证件和现金支付手段，在一张小小的校园卡上实现生活消费、图书借阅、身份认证、网上交费等多种功能。手机端的各种应用将更大的丰富校园卡的用途。对于运营商来说，通过此绑定系统可以黏住用户，提高用户使用本运营商手机及服务的忠诚度，可以增加新用户并培养其使用习惯，从而抢占其它运营商的用户，学校具有特殊性，每年都有新学生进来，因此每年的招生名额都是潜在的且确定的用户。对于学校来说，系统的运行与加工处理可以提取大量的信息资源，累积和整合学校管理决策所需要的管理与控制信息，可以帮助学校将管理过程逐步升华完善为数据，信息，决策，控制，考核的过程，使管理更加科学化、规范化，提高管理效率，使学校的管理水平跃升到更高的平台，可以有效地对学生进行管理，提高管理的质量和效率，可以有效控制人员的出入，提高了学校的人身和财产的安全和日常的管理秩序。3.系统设计实现功能（1）在线订餐：学生通过手机客户端在线查询食堂可以提供的食物，然后根据自己的喜好预定午餐或晚餐，可以直接网上付费，也可取餐时再进行付款，所有信息都已制定完成之后，通过手机校园卡绑定系统将相应信息从手机端传入校园卡中，学生可以随时随地进行订餐，只需在食堂开放时间直接前去刷校园卡取餐即可。（2）图书预约：学生通过手机客户端的图书管理系统可以查询到自己想要找的图书，为避免已经看上的书被别人抢先借走，以及省却了再到图书馆茫茫书海中去寻找的功夫，此系统可以将所预定的图书信息以及学生自己的个人信息在图书馆的数据库中更新，预约即锁定想要借的那本图书，再将相关信息传入校园卡，届时图书馆的工作人员会将书放置到指定的预约区域，直接刷卡借走即可。（3）微型终端：现在的校园卡有一个非常大的缺陷，即圈存，向用电管理系统，向车载管理系统等划款都要借助终端机，但是终端机并非随处可见，而且造价不菲，学生有时校园卡里没钱了却又找不到终端机，着实不便。手机校园卡绑定系统可以将手机视为终端，在手机客户端进行各种圈存，缴费的活动，然后将数据传入校园卡，实现微型终端的功能。感知层感知层的核心技术为RFID（无线射频识别技术），目前，大多数的校园卡都已实现了通过RFID技术来和终端机器进行数据传输这一功能，这为手机校园卡绑定系统的实现奠定了良好的基础。RFID技术前文已经有过介绍，这里不再说明，手机校园卡绑定系统将采用NFC技术。NFC技术是近距离无线通讯技术，由RFID演变而来，由飞利浦、诺基亚和索尼共同研制开发，其基础是RFID及互连技术。NFC是一种短距高频的无线电技术，在13.56MHz频率运行于20厘米距离内。其传输速度有106Kbit/秒、212Kbit/秒或者424Kbit/秒三种。目前近场通信已通过成为ISO/IECIS18092国际标准、EMCA-340标准与ETSITS102190标准。支持NFC的设备可以在主动或被动模式下交换数据。在被动模式下，启动NFC通信的设备，也称为NFC发起设备(主设备)，在整个通信过程中提供射频场(RF-field)。另一台设备称为NFC目标设备(从设备)，不必产生射频场，而使用负载调制(loadmodulation)技术，即可以相同的速度将数据传回发起设备。因此，NFC发起设备在被动模式下，可以用相同的连接和初始化过程检测非接触式智能卡或NFC目标设备，并与之建立联系。NFC主动通信模式NFC与RFID还是诸多区别的。第一，NFC将非接触读卡器、非接触卡和点对点功能整合进一块单芯片，而RFID必须有阅读器和标签组成。RFID只能实现信息的读取以及判定，而NFC技术则强调的是信息交互。通俗的说NFC就是RFID的演进版本，双方可以近距离交换信息。第二，NFC传输范围比RFID小，RFID的传输范围可以达到几米、甚至几十米，但由于NFC采取了独特的信号衰减技术，相对于RFID来说NFC具有距离近、带宽高、能耗低、私密性好等特点。第三，应用方向不同，NFC看更多的是针对于消费类电子设备相互通讯，有源RFID则更擅长在长距离识别。NFC和蓝牙（Bluetooth）都是短程通信技术，而且都被集成到移动电话。但NFC不需要复杂的设置程序。NFC也可以简化蓝牙连接。NFC略胜蓝牙的地方在于设置程序较短，但无法达到低功率蓝牙（BluetoothLowEnergy）的速度。在两台NFC设备相互连接的设备识别过程中，使用NFC来替代人工设置会使创建连接的速度大大加快：少于十分之一秒。对于移动电话或是移动消费性电子产品来说，NFC的使用比较方便。NFC的短距离通信特性正是其优点，由于耗电量低、一次只和一台机器链接，拥有较高的保密性与安全性，NFC有利于信用卡交易时避免被盗用。这就是手机校园卡绑定系统选择使用NFC技术的理由。最为重要的是，三星在其Galaxy系列手机的第三代手机SIII上就推出了一个名为AndroidBeam的功能，其实质就是NFC通信技术，这为手机与校园卡实现交互提供了现实可能。网络层手机校园卡组网方式首先，校园有多个部门，每个部门都有自己内部的局域网，要想把此系统应用到每个部门，就需要连接每个部门的局域网。其次，此系统应用于整个校园中，因此在校园局域网中，也需要通过网络防火墙，连接到校园局域网，然后，手机校园卡的消费系统需要连接银行系统接口来实现金钱的交易。应用层手机校园卡绑定系统的丰富功能必须通过手机客户端的定制软件来体现。软件架构1.用户层：用户界面的设计。学生可以通过软件来进行个性化管理，可以查询个人信息，以及管理自己在各个系统的信息2.表现层：表现层是为用户层服务的，用户层通过表现层来进行各个系统的操作。表现层的设计主要是各种服务类接口，如各终端机接口，手机交互接口等。另外，还需提供业务逻辑入口，来连接业务逻辑控制即逻辑层。3.逻辑层：逻辑层大体上分为公用组件和专用组件两大部分，公用组件是给每个子系统提供的服务。包括身份认证，权限识别，校园卡管理，学生信息管理，综合查询等。专用组件是为每个部门设计的，服务于不同的部门。专用组件有以下几个方面：食堂消费，机房管理，图书馆管理，用电管理等等。4.存储层：存储层包含两个主要数据库：（1）学生信息数据库：该数据库是存储本系统的学生信息。学生在进行注册时，该数据保存学生的姓名，学号，班级，银行卡号，手机号等等所有个人的私有信息。考虑到学生信息安全问题，该数据库设计时对于安全需求应放在最高层面，同时应建立相应的维护团队进行专门维护。（2）公共信息数据库：公共信息数据库是此系统的中心部分。该数据库不仅要存储各个部门与此系统的接口，而且还要保存每个部门的公用部分。另外，逻辑部分的公用组件信息，都要保存到公共信息数据库中。公共信息数据库提供了整个系统的公共部分，学生通过访问公共信息数据库，可以进行所有公共权限的操作。接口设计系统的接口是把各个子