基于數字化校園環境的一卡通設計與實現

文章出處：http://5052h112.com 作者： 人氣： 發表時間：2011年09月09日

    摘要：一卡通系統是校園數字信息化建設的重要組成部分，本文根據既定目標，合理規劃一卡通系統建設，討論了系統的結構、數據庫設計、系統網絡安全、應用集成、數據挖掘等關鍵技術和解決方案。該系統具有很強的適用性、安全性、可用性、可擴展性等特點。
    關鍵詞：數字化校園；一卡通；網絡安全；采集監控；應用集成；數據挖掘

    引言

    1990 年由美國克萊蒙特大學教授凱尼斯•格林（Kenneth Green）發起并主持的一項大型科研項目“信息化校園計劃”（The Campus Computing Project），使數字化校園的概念最早出現。數字化校園是全面利用當代先進的信息技術，實現從環境（如：設備、教室、實驗室等）、資源（圖書、課件、講義、工具等）到活動（教、學、管理等）的全部數字化以及對各種資源的集成、整合和優化，實現資源的有效配置和充分利用，構建一個集教學、科研、管理、學習、生活為一體的，高度信息化的創新型人才培養環境，最終實現教育過程的全面信息化。

    目前，多所高校都在實施數字化校園[1-3]的建設，但真正運行良好，發揮數字化校園作用的屈指可數,其主要原因多集中在數字化校園各組成部分缺乏必要的規劃和協調[4]。一卡通是數字化校園中一個重要、關鍵的組成部分，能為數字化校園平臺提供統一的用戶管理、資源管理和權限控制等核心功能，與其他組成部分有著千絲萬縷的聯系。因此，我院一卡通系統的實施是以數字化校園整體目標為指導。建設目標如下：

    1、方便教職員工的教學生活，提高學院社會認知度和師生員工的集體榮譽感。
    2、建立安全可靠系統結構，保證資金流安全。
    3、完善的監控體系，保證設備高可用性和安全性。
    4、溝通院內已有系統信息導向，避免信息孤島。
    5、通過分析海量的日常信息，提供學院管理層決策。

    下面本人圍繞以上5 個目標的實現，將我校建設中的經驗和教訓提出來供大家分享和借鑒。

    1、合理規劃數字化校園下一卡通系統（實現目標1、2）。

    體系結構設計：

    我院數字化校園系統體系結構分四層，底層是基礎架構服務層，包含網絡及服務相關基礎軟硬件基礎設施；上面是集成服務層，實現各應用之間數據的交換和管理；再上層是應用系統層，包含一卡通、教務管理、辦公自動化等內容，負責具體的業務的管理；頂層是校園信息門戶，實現數據的統一展示和個性化可定制的綜合信息服務。一卡通平臺采用標準的三層架構，基于WEB 的企業級應用，采用.NET、XML 和WebService為核心技術，系統應用層由十余個子系統構成，充分滿足學院各方面需要，包括制卡中心、管理平臺、web 服務、采集與監控、自助服務、語音平臺、掃描助手、第三方數據傳輸等，框架結構圖如圖一。

圖一：一卡通系統架構

    數據結構設計：

    數據庫是系統的信息儲存和信息交換中心，系統中的所有操作狀態、操作過程和記錄都集中在此進行儲存和交換，因此數據庫在系統中起著特殊重要的作用。數據結構也分三層設計，中心數據庫位于中心機房，建立在Linux 上，采用ORACLE10G，保證數據安全和高效；通訊網關負責數據的暫存和轉發，分布在各主要機具集中的地方，如食堂、澡堂、宿舍等，采用SQL2000；本地數據主要位于機具和卡片上，主要記錄每次業務情況。各個數據層相互關聯，形成一個統一完整的數據信息應用網絡，一卡通關系型數據庫框架體系結構如圖二。

圖二：一卡通系統數據庫架構

    業務數據最終保存在卡片和中心數據庫中，交易數據以卡片數據為根本，中心數據為補充，當中心數據與卡片數據不符時，以卡片數據為準。網絡暢通時，機具數據上傳至通訊網關，通訊網關再及時傳遞到中心數據庫，三層中只要卡片正常，就不會影響終端交易，保證了系統的高可用性；系統停電時，機具自帶UPS 電源和系統緩存，保證了正常使用。但設計弊端是當網絡不通時，無法進行卡片的掛失，也無法下發黑名單到機具，易造成黒卡消費。

    2、網絡安全的設計（實現目標2）

    一卡通系統網絡布線分為兩部分，一部分利用現有校園內公共網絡進行數據傳輸，主要為校園內主干線和機具少而分散且單獨布線代價大的部分，采用TCP/IP 協議傳輸；對于機具相對集中的另一部分，如：澡堂、食堂、開水房等，采用單獨布線，485 串口協議傳輸，轉換成RS232 協議進入計算機系統處理，如圖三。采用485 協議部分，范圍集中，容易監管，不易攻擊，相對安全；從通訊網關到中心機房，設備和信息暴露在整個校園網絡中，需要重點防護。防護方法為：邏輯隔離一卡通網絡與校園公網，采取基于端口的VLAN 劃分方式，將所有一卡通設備端口都置于同一VLAN 中間，如：port access vlan 100同時,通過ACL 控制，如：
    rule 1 deny ip source 172.17.10.0 0.0.0.255
    destination 172.17.100.0 0.0.0.255

    以保證公網設備無法訪問vlan 100。但這是以接入層交換設備的支持為基礎的，如: H3C的S3 系列、E 系列、銳捷的S2 系列等大部分產品都支持該功能。

圖三：RS485 轉RS232 連接示意圖

    一卡通服務器同其他業務服務器（如：教務、認證服務服務器）都位于防火墻后方，同處于專用VLAN，這樣既能保證服務器端信息流動的暢通，同時通過ACL 控制一卡通服務器端訪問控制策略，又解決了中心服務器的安全問題。