基于RFID的智慧校園一卡通系統
2017-10-28
基于RFID的智慧校園智能一卡通系統
無線射頻識別技術（RFID）在國內發展日趨成熟，高校基礎建設不斷完善，本文結合大學校園的管理模式與運行特點，綜合物聯網技術的優勢，設計了一種基于無線射頻識別技術的校園一卡通系統架構...
無線射頻識別技術（RFID）在國內發展日趨成熟，高校基礎建設不斷完善，本文結合大學校園的管理模式與運行特點，綜合物聯網技術的優勢，設計了一種基于無線射頻識別技術的校園一卡通系統架構和方案，該方案具體包括數據處理中心、園區安全子系統、教學區子系統、圖書館子系統、充值消費子系統、生活區子系統和校舍子系統。該系統可記錄學生的生活路線與學習過程，獲取學生的各項數據，為建立智慧校園提供有效的解決方案；同時可解決園區管理難、效率低與安全性低等問題。
一、校園智能一卡通系統組成與功能分析
1、系統組成
校園一卡通系統的總體方案設計如圖3所示。該方案利用“云服務”和“云計算”支持“教育云平臺”，構建開放式教學平臺，支持教師的在線/離線式教學和學生的自主學習，促進學生發散思維能力的培養和智慧校園的發展，充分利用云計算帶來的服務為教學提供共享資源，提高教育質量。
以數據驅動的業務支撐服務，輔以校園人工管理，推進宿舍公寓、生活服務、充值消費、圖書借閱、教學與課堂、系統公共安全管理等領域的業務協同系統建設，推動高效、客觀、精簡、公開的教育運作模式，向校園提供全方位、高質量的管理服務。
2、各區功能分析
① 數據處理中心
數據處理中心是園區核心計算和業務運營的支撐，負責收集、處理和分析各個子系統傳送過來的數據，主要功能包括存儲、計算、分析和響應（二級響應）四個部分，可實現數據的集中管理與運營，提供持續可靠的服務。
② 充值消費子系統
通過學校后勤處設立的一卡通管理中心，實現學生的一卡通充值、消費和維護，管理學生、食堂商家、購物中心、零售店與一卡通管理中心消費結算和財務數據處理，實現消費者、商戶與管理者的有機、良性結合。學生只需持一張經過授權的電子白卡，即可完成充值和消費，而系統在后臺強大的軟件環境和完善的硬件基礎上完成信息的加工處理。后臺數據庫統一進行RFID卡的發行、授權、取消、掛失、充值等工作，并可查詢、統計、清算、打印消費相關信息。
③ 生活區子系統
生活區包括食堂、超市、服務區和運動場所，其特點是人流量大，交易量大，重點在消費和支付方面，所產生的數據是巨大的，同時也存在諸多安全隱患，加密的RFID卡可綁定個人信息和消費數據，增強安全審查，避免盜刷，確保資金安全。
④ 校舍區子系統
校舍安全一直是長期困擾管理者的癥結，每學期都可能會發生多起偷盜、欺詐、非法闖入等惡性事件。配備了無線射頻識別技術的電子系統，可對每個出入的行人做身份檢測，若無卡則無法進入。對于校園公共場所，如教室、閱覽室，亦可實行同樣的技術管理作用，對出入身份認證加強了管理。
⑤ 教學區子系統
對于涉及校園與班級的活動，如上下課點名、簽到、機考認證、比賽過程記錄等，不僅要求必要的身份認證，還可實現活動記錄、上課監測、報警管理以及安全越界等行為檢測，把教和學的過程數字化，活動網絡化，以實現數字校園、數字班級、數字管理的目標。
⑥ 圖書館子系統
大學圖書館是一個專門用于收集、整理、保存、傳播文獻并提供科學、文化、教育和科研的龐大機構。文獻是圖書館開展一切學習和科研工作的物質基礎，而圖書館子系統是由信息源、信息管理者、信息用戶、信息處理器組成的綜合系統，是一個能進行信息收集、加工、保存、傳遞、使用和維護的系統。利用信息監測手段，實現學生借閱管理，幫助學校圖書館實現文獻信息化管理。
⑦ 園區安全子系統
園區安全子系統以維護校園公共安全為目的，運用安全設備構成出入口檢測系統、消防安全檢測系統、緊急安全響應設置自動響應裝置。
3、校園云平臺
負責所有的云計算、數據處理和功能實現，主要由數據服務器、應用服務器和Web服務器組成，數據服務器負責處理RFID的交換信息，應用服務器處理響應事件，Web服務器負責給對象反饋處理結果，形成三位一體的系統。
二、關鍵技術及數據處理流程
校園一卡通系統關鍵技術包括校園一卡通RFID的選型與規范、RFID數據加解密與安全傳輸、數據處理流程。
1、校園一卡通RFID的選型與規范
從技術成熟度與讀寫器成本來看，把高頻段的13.56MHz讀寫系統作為本系統首選，進而對電子標簽的數據進行規范要求，對信息長度進行統一，避免冗余和出錯，規范過濾和處理過程，RFID數據的讀寫過程如圖4所示。
2、RFID數據的加解密與安全傳輸
數據加密和解密伴隨著數據的全部傳輸過程，其常用的TEA算法（Tiny Encryption Algorithm，一種小型的對稱加密解密算法）每次可操作64位數據，采用128位密鑰，經過64次迭代的形式進行，圖5所示為TEA算法的循環過程。
首先采用半導體電子白卡讀取控制密碼的加密信息，對存入卡中的數據進行加密，整個傳入路徑如圖6所示。
3、數據處理流程
RFID數據流與處理方式如圖7所示。
結 語
系統從無線射頻識別的技術原理和特點入手，結合大學校園綜合分布的特點和人員流動性質，對RFID進行了選型和技術分析，選擇符合系統的設備型號，并從智慧校園建設方向進行了研究和剖析，得出了一種基于RFID技術的設計方案，把學生的消費數據、生活數據和學習數據條理化、規范化、數字化，大大提高了數字化管理的效率，促進了正常的生活、教學和研究，同時也加強了校園安全建設。此舉為建設智慧校園打下了堅實的基礎，真正做到了網絡校園、數字校園、平安校園和智慧校園。
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