基于射頻技術的煤炭票務一卡通系統研究

文章出處：http://5052h112.com 作者：李云飛　王慶生   人氣： 發表時間：2012年03月15日

　　為了實現煤炭產運銷各環節的有效監管, 實現煤炭行業的可持續發展, 煤炭管理票據是有效的管理手段。然而目前煤炭管理票據種類繁多, 包括煤炭銷售票、煤炭過磅單、煤炭可持續發展專項基金票、煤炭調運單, 由于票據出具單位不同, 各自單位擁有自身票據管理的體系, 在實際的管理工作中存在的問題如下:

　　1、各部門數據的不統一。如過磅票和銷售票數據不一致, 調運單與銷售票數據不一致。
　　2、礦端操作復雜。目前, 礦端售煤時開具幾種票據的過程中, 每種票據都有自身的開票流程, 專用紙張和開票工具。且需要有專人負責。這就造成了每一車煤都需要一系列的繁冗的開票過程。
　　3、運輸單位的手續復雜。煤炭運輸單位在承運過程中開具各種票據的手續、流程, 多次驗票的復雜過程。
　　4、銷售票被偷遞使用和偽造使用的問題。現行銷售票存在被偷遞使用, 以及復制二維碼偽造假票等的問題。

　　本著“合并票種、減少數量, 統一印制、集中管理,科學管控、提高效率”的原則。本文通過分析目前四票的管理運行情況中, 以及存在的問題, 提出了一種基于射頻技術的煤炭票務一卡通方案, 下面將系統業務流程、系統結構、硬件的設計、數據分發RFID 中間件以及系統的安全措施等幾個方面進行闡述。

　　1　系統業務流程分析

　　本系統的業務流程如圖1 所示。 

　　圖1　基于射頻技術的煤炭票務管理一卡通系統業務流程圖

　　1. 1　下發煤控卡

　　票證中心根據管理部門提供的煤炭銷售單位可銷售煤炭量信息制作煤控卡, 逐級下發到煤礦、洗儲煤等銷售單位。

　　1. 2　下發用戶卡、票控卡

　　票證中心下發包含用戶證書的用戶USBkey 給各煤炭銷售單位、稽查驗票單位、回收單位。并下發給各煤炭銷售單位票控U SBkey。

　　1. 3　煤炭銷售單位售煤寫卡

　　煤炭銷售單位持用戶卡, 票控卡登錄票控機系統,打印紙質票據, 并將四票信息寫入封壓在紙質票中的煤控卡。同時, 通過中間件分別上傳4 類信息到4 個管理部門的應用系統。

　　1. 4　稽查單位稽查煤控卡

　　讀取煤控卡信息, 與各應用系統的數據庫比對卡內信息, 查驗卡內信息真偽。

　　1. 5　回收單位回收廢卡

　　讀取煤控卡內信息, 回收煤控卡, 并上傳每張回收卡內信息。

　　2　系統結構設計

　　系統采用三層C/ S 結構, 包括礦端票控機系統/中間件, 中間件服務器/ 各應用后臺服務器。同時, 系統設計為層安全結構, 如圖2 所示, 設計通過引入四層安全結構模型( 應用層、中間件層、網絡層、感知層) 來保障系統的安全。 

　　中間件層是解決對全省各大票務管理應用系統在應用級別的統一集成問題, 采用w eb ser vice/ XML 技術實現不同的應用系統在XML 接口級上的應用集成。中間件采用四層設計, 第1 層為WebService 應用服務層, 為各部門應用系統提供統一數據調用接口。該層設計以元數據作為系統的數據組織與驅動策略, 采用Web serv ice 應用集成接口標準對應用系統及網絡安全認證功能統一集成。第2 層為元數據驅動層, 是系統實現數據層集成的關鍵部分。通過在該層定義各種主題元數據, 如銷售票信息元數據、基金票信息元數據、用戶權限元數據等, 并采用元數據建模技術對這些元數據進行建模, 實現整個系統的靈活集成, 保障各個子系統的異構性及可擴充性等需求; 第3 層為數據源頭層( 各個票務數據庫) ; 第4 層為通信代理層, 主要完成網絡數據接收、處理、存儲, 及數據發送功能。

　　3　系統硬件設計

　　系統中硬件設計主要包括煤控卡設計、讀寫器設計。

　　3. 1　煤控卡的設計

　　煤控卡設計為一張封壓有CPU 芯片, 存儲芯片,天線的紙質卡, 在保留原有票控機系統使用的情況下,在打印票面信息的同時, 將信息寫入卡內。

　　3. 1. 1　CPU 芯片：采用T HR2408, 一款帶有T DES/ DES 硬件加速的非接觸CPU 卡芯片, 主要由ISO/ IEC14443 T ype B通訊接口、8051/ 2 兼容CPU、T DES/ DES 加速引擎以及8 K 字節EEPROM、14 K 字節ROM、512 字節RAM 組成。
　　3. 1. 2　存儲芯片：采用T HR1064 非接觸存儲卡芯片, 主要由ISO/IEC14443 T ype B 通訊接口、防沖突及安全控制邏輯和64 字節EEPROM 存儲器組成。
　　3. 1. 3　封裝技術：采用芯片層、薄膜保護層、紙質票面層三層封壓技術實現煤控卡制作。卡片厚度為0. 20 mm～0. 38 mm,制卡封裝時僅將PVC 在天線周邊封合, 不是熔合, 芯片部位又不受擠壓, 可以避免出現芯片被壓碎。

　　3. 2　讀寫器的設計

　　讀寫器采用THM3060 芯片, 該芯片是一款符合ISO/ IEC14443 TYPEA / B 和ISO/ IEC15693 標準的多協議非接觸卡讀寫器芯片, 支持這些協議的所有通訊速率, 內置接收放大和數字解調電路、時鐘電路、復位電路。

　　4　中間件設計

　　RFID 中間件的核心是一條基于XML 格式消息的消息服務總線, 是硬件系統、遺留系統、數據庫系統以及企業應用層等之間信息交互的公共平臺[ 1] 。

　　本系統中的RFID 中間件的設計采用EPC global標準, 采用應用程序為中心的架構以及層次調用的思想, 根據EPC 中間件的標準要求, 本系統中間件的結構分為通信管理、數據管理和應用程序接口3 個模塊。其中通信管理模塊是ALE 規范模型中與底層設備交互的部分, 數據管理模塊則完成了ALE 規范模型中的數據收集、數據過濾和數據存儲等主要處理功能, 應用程序接口主要完成中間件對4 個管理系統的對接功能, 為上層的應用提供可以使用的訪問對象, 并傳遞處理后的標簽數據信息, 是中間件和上層4 個管理系統間通信的橋梁[ 2] 。

　　本系統中RFID 中間件的主要功能有:

　　1、提供對網絡中所有RFID 設備的配置和管理功能。包括選擇讀寫器與計算機的通信模式, 如串口、網口的選擇, 配置串口的屬性參數, 如串口號、波特率等;設置RFID 讀寫器的屬性, 如讀寫器的識別間隔、識別模式、天線的選擇和設置等; 操作和監控讀寫器, 如打開和關閉讀寫器、讀取標簽數據、查詢讀寫器的狀態和屬性等。
　　2、 數據接收和處理功能。接收讀寫器采集的數據信息, 分離標簽中的四票信息, 四票信息的加密處理等。
　　3、數據的分發上傳。數據的上傳分兩種情況, 第1種情況是礦端寫卡的同時, 將卡內四票信息同時通過中間件分發上傳到4 個管理信息系統中, 第2 種情況是在稽查或者回收的時候, 通過讀取卡內信息, 通過中間件分別提供4 種票據信息給各自管理系統, 進行比對和統計。

　　5　安全措施

　　在系統的安全保證方面, 保留了原來煤炭銷售票控機及管控系統的USBkey 身份認證, 數據加密等安全措施[ 3] , 二維碼技術一定程度上消除了票據偽造的可能, 但卻存在銷售票被偷遞使用得問題, 因此在本系統中采用三層認證技術保證了煤控卡的安全, 杜絕了偽造卡的現象發生。

　　最基本的射頻識別系統由3 部分組成[ 4] :

　　標簽( T ag ) : 由耦合元件及芯片組成; 每個標簽具有唯一的電子編碼附著在物體上標識目標對象;
　　讀寫器( Reader) : 讀取( 寫入) 標簽信息的設備, 可設計為手持式或固定式;
　　天線( Antenna) : 在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。

　　射頻卡與讀寫器之間采用雙向驗證機制, 即讀寫器驗證射頻卡的合法性, 同時射頻卡也驗證讀寫器的合法性; 處理前, 卡要與讀寫器進行三次相互認證, 而且在通訊過程中所有的數據都加密。三層認證基于安全認證管理數據庫中存有煤控卡的UID 及認證號, 具體過程如下:

　　1、讀寫器通過天線發送出一定頻率的射頻信號;當標簽進入讀寫器工作場時, 其天線產生感應電流, 使標簽獲得能量被激活, 并向讀寫器發送出自身編碼等信息;
　　2、讀寫器接收到來自標簽的載波信號, 對接收的信號進行解調和解碼后送至計算機主機進行處理; 計算機系統根據邏輯運算判斷該標簽的合法性, 若判斷為不合法, 則發送錯誤代碼; 若合法, 發送卡的認證號。
　　3、票卡接受認證號后判斷認證信息是否合法, 若不合法則發送錯誤代碼; 若合法, 則認證通過啟動交互模式。

　　6　結論

　　本文在保留原有煤炭銷售票, 煤炭調運單、煤炭過磅單、煤炭可持續發展基金票各自后臺管理系統的前提下。將礦端開票、票據的驗核銷等環節進行了有效地整合, 實現了一體化閉環式管理。為煤炭管理部門在進行煤炭票務整合提供了可依據的方案。