射頻識別技術手機智能卡的校園一卡通模式研究

文章出處：http://5052h112.com 作者：封紅旗 王娟琳 李俊華 陶宇煒   人氣： 發表時間：2011年11月11日

    大多數高校建設校園一卡通系統中，使用承載一卡通系統信息的載體是非接觸射頻卡（Mifare One），它是一卡通系統里最基礎的、最重要的設備。但隨著物聯網、移動終端的大量普及應用，高校校園一卡通、數字化校園中的無線網絡支持的上下行數據速率不斷提高，新的應用尤其是數據業務方面的應用不斷涌現，手機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代替了手表、記事本、MP3、照相機等，而我們的錢包和鑰匙也集成到手機上成為了現實，RFID 無線射頻識別技術亦在高校校園管理各領域中組建RFID 終端子系統，并利用校園主干網作為信息平臺，實現全部終端子系統的系統集成。使我們在校園中學習、工作、生活更加方便、更加安全。

    一 校園一卡通中的射頻技術與手機結合

    目前大部分高校校園一卡通系統采用的卡介質是非接觸式射頻卡，即 Mifare One 卡讀寫技術集計算機技術、自動控制技術、網絡通訊技術、智能卡技術、傳感技術、模式識別技術和機電一體化技術于一體，應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、考勤、控水、體育俱樂部活動等系統集于一卡，所有功能只需一張卡就能完成，系統采用符合潮流的開放式體系結構，能夠與第三方的系統和設備兼容，實現用戶系統的高度集成。

    然而隨著2008 年的Mifare 卡破解事件和2009 年的3G校園業務的如火如荼的展開，以SIMPASS 卡或RFID-SIM 卡（不同運營商的卡標準不同）為介質手機一卡通作為一種可替代的新概念產品被迅速普及。使用同時具有通信和非接觸卡功能的手機，一卡通系統采用射頻識別RFID 與近距離通信NFC 技術，只需用手機靠近讀卡設備就可以完成認證或者支付，不僅省時、便捷、一機多用，也能直接明了的進行實時狀態和賬戶余額查詢，拓展了現有手機的業務領域。

    NFC 是繼移動通信技術和互聯網技術之后又一項影響全球經濟與人類生活的新技術。

    1 手機與NFC 技術結合

    NFC（NFC,Near Field Communication）是一種標準的短距離無線連接技術，利用磁場感應實現近距離電子設備之間的通信。它為用于安全數據傳輸驗證的識別協議提供了一種無縫連接，并具有功耗小、安全性好等優點，對于音視頻流等需要較高帶寬的應用，可配合藍牙、無線局域網等技術提供自動接入功能。NFC 在約10 厘米的距離通過13.56MHZ 頻帶實現主動和被動兩種操作。目前提供的數據傳輸速率包括106kbps、212kbps 和424kbps[1]。NFC 技術能更好的與手機結合，調用手機固有的硬件軟件資源。

    2 射頻識別技術-手機智能卡（ RFID-SIM）技術 

    RFID-SIM 是直通電迅的專利技術[2]，按照國家智能卡應用的技術規范和標準開發，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智能卡。消費者僅需將原有sim卡更換為RFID-SIM 卡即可使現有手機變成一個類NFC 手機。RFID-SIM 技術使用的是共用的2.4GHZ IMS 頻段，該頻段的無線產品和天線相當小，在與手機的結合應用中具有天然的優勢。其通信距離在10-500CM 調節，單向支持100M 數據廣播，通信速率達1Mpbs，支持自動感應和主動出發兩種通信方法。在數據傳輸過程中自動TDES 加密，可有效防止數據被竊聽，同時其自有協議能支持刷卡時的雙向認證功能。

    RFID-SIM 采用的是擴頻通信，能將發送的信息擴展在更廣的帶寬。由于使用的頻率較高，具有較短波長，信號能從手機電池和背板的縫隙間發送出去，具有較強的穿透能力。由于工作在2.4GHZ 頻段，RFID-SIM 技術具有以下特點：擴頻通信不易被干擾；碼分多址能力強；安全保密；傳輸數據的速率快。RFID-SIM可以通過手機鍵盤進行控制sim 卡部分用于正常的移動通訊、鑒權及與手機的物理連接；內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 模塊并通過內置的天線與外部設備進行通訊。它比電話磁卡的成本低，并且質地結實耐用，易于推廣。

    二 手機校園一卡通網絡架構

    1 手機校園一卡通網絡架構

    網絡作為校園手機一卡通系統的基礎設施，對系統運行的安全、穩定與可靠起著十分關鍵的作用。校園手機一卡通系統的網絡與其它系統相比，更多樣化、更復雜、需要根據不同的業務、設備與環境的要求、設計不同的網絡通訊方案，并且適用于不同校區之間的網絡連接。

    手機校園一卡通系統平臺建立在數字化校園專用網絡上，數字化校園專用網絡是通過實現從環境、資源到應用的全部數字化，在傳統校園基礎上構建一個數字空間，以拓展現實校園的時間和空間緯度。手機校園一卡通系統的數據中心位于學校數據中心，通過網絡與分校區中心節點相連，業務管理放置在各校區的開放位置，便于面向師生服務。而M1技術上的“一網一卡一庫”并不能涵蓋當前手機校園一卡通系統技術與業務發展的現狀。構建“三網一卡一庫”的網絡架構，“三網”是指內網、外網以及專網。內網就是指通常所說的數字化校園網，專網則是有別于數字化校園網的通訊鏈路，外網指的是INETRNET。以數字化校園一體化設計的高度，校園手機一卡通系統網絡結構的拓撲結構如圖1 所示。 

圖1 校園手機一卡通網絡拓撲結構圖

    2 校園手機一卡通系統的軟件體系結構

    在系統總體結構上，校園手機一卡通系統采用4 層結構作為系統的基礎技術架構[3]，分別是交互層、通信層、服務層以及數據層。手機校園一卡通系統體系結構如圖2 所示。

圖2 手機校園一卡通系統的體系結構圖

    校園手機一卡通4 層體系結構不僅可以把客戶機從沉重的負擔和不斷提高的性能的要求中解放出來，也可以把技術維護人員從繁重的維護升級工作中解脫出來。由于客戶機把事物處理邏輯部分分給了服務層服務器，使客戶機減輕了很多負擔，不再負責處理復雜計算和數據訪問等關鍵事務，只負責顯示部分，因此維護人員不再為程序的維護工作奔波于每個客戶機之間，而把主要精力放在功能服務器程序的更新工作上。

    3  手機校園一卡通系統通訊

    將校園RFID-SIM 一卡通平臺服務器安裝在網絡中心機房，以保證供電及網絡的可靠運行。使用手機自助終端、充值設備通過IP 方式（或FSK 方式）與平臺服務器連接。POS 終端產生的交易數據通過網絡發送到平臺服務器。獨立POS 終端通過485 轉IP（或純IP、FSK 方式）來實現與服務器的通訊。

    使用手機通信業務時外聯手機運營商網絡及服務平臺。平臺服務器通過專線與運營商系統通訊，通過傳輸密鑰對通訊數據進行安全加密。

    三 校園RFID-SIM 手機一卡通

    校園RFID-SIM 卡移動支付系統拓展了已有校園卡的應用范圍，可實現校園范圍的多種應用：學籍管理： 注冊、注銷、報到；身份識別： 圖書館、計算機房、校醫院、體育館；門禁、體育俱樂部活動；交費：上機、醫療、體育場館費用；用餐購物：餐廳、超市、食堂、開水房、淋浴；購電：學生宿舍；充值功能：現金充值、銀行圈存轉帳、移動手機支付、交上網費等。

    1 充值功能

    目前，基于非接觸式射頻卡的一卡通系統的充值模式有現金充值和銀行卡與校園卡轉賬兩種模式。而基于RFID-SIM卡的手機一卡通系統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 手機一卡通優勢

    使用無極密鑰，確保卡和系統的安全性；完全實現了SIM智能卡的功能結合，即可以保持原有手機通訊功能，同時也可以實現非接觸式擴展功能；設備采用SIM 智能卡安全雙向認證，符合PBOC2.0：支持“空中下載”，可實現“空中發卡”、“空中補助”等操作；無需換手機、無需換號、換卡就可以實現手機一卡通；. 手機可查詢消費的記錄與余額；手機一卡通系統是個龐大的系統，其建設的成敗與否涉及到方方面面的問題，除了各種相關設備的選型之外，主要體現在手機一卡通系統是否具有良好的應用集成設計。以及對己有系統的整合能力和對未來根據學校需要而部署的系統的整合能力。如果手機一卡通系統沒有很好地解決此問題，則該手機一卡通平臺只能是一個不開放的，沒有技術先進性并滿足不了學校的需求。選擇適合自己學校模式的基于數字化校園手機一卡通才能保證一卡通的長久有效性。

    四 結束語

    校園手機一卡通將校園卡與手機卡集成于同一張卡，除實現傳統校園一卡通功能以外，還可以通過短信、WAP 等方式實現排課、會議、圖書借閱、消費情況、賬戶信息等各種信息的互動查詢，可實現各種信息的指定下發，具有通知、提醒的功能，并可通過短信、UTK 菜單等方式實現空中圈存，為師生對校園卡充值提供了極大的方便。手機校園一卡通是高校數字化校園建設的一個發展趨勢。