基于射頻技術(shù)的煤炭票務(wù)一卡通系統(tǒng)研究

文章出處：http://bookmouse.cn 作者：李云飛　王慶生   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2012年03月15日

　　為了實(shí)現(xiàn)煤炭產(chǎn)運(yùn)銷各環(huán)節(jié)的有效監(jiān)管, 實(shí)現(xiàn)煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展, 煤炭管理票據(jù)是有效的管理手段。然而目前煤炭管理票據(jù)種類繁多, 包括煤炭銷售票、煤炭過磅單、煤炭可持續(xù)發(fā)展專項(xiàng)基金票、煤炭調(diào)運(yùn)單, 由于票據(jù)出具單位不同, 各自單位擁有自身票據(jù)管理的體系, 在實(shí)際的管理工作中存在的問題如下:

　　1、各部門數(shù)據(jù)的不統(tǒng)一。如過磅票和銷售票數(shù)據(jù)不一致, 調(diào)運(yùn)單與銷售票數(shù)據(jù)不一致。
　　2、礦端操作復(fù)雜。目前, 礦端售煤時(shí)開具幾種票據(jù)的過程中, 每種票據(jù)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(fù)責(zé)。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(yùn)輸單位的手續(xù)復(fù)雜。煤炭運(yùn)輸單位在承運(yùn)過程中開具各種票據(jù)的手續(xù)、流程, 多次驗(yàn)票的復(fù)雜過程。
　　4、銷售票被偷遞使用和偽造使用的問題?，F(xiàn)行銷售票存在被偷遞使用, 以及復(fù)制二維碼偽造假票等的問題。

　　本著“合并票種、減少數(shù)量, 統(tǒng)一印制、集中管理,科學(xué)管控、提高效率”的原則。本文通過分析目前四票的管理運(yùn)行情況中, 以及存在的問題, 提出了一種基于射頻技術(shù)的煤炭票務(wù)一卡通方案, 下面將系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分發(fā)RFID 中間件以及系統(tǒng)的安全措施等幾個(gè)方面進(jìn)行闡述。

　　1　系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程分析

　　本系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程如圖1 所示。 

　　圖1　基于射頻技術(shù)的煤炭票務(wù)管理一卡通系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖

　　1. 1　下發(fā)煤控卡

　　票證中心根據(jù)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(jí)下發(fā)到煤礦、洗儲(chǔ)煤等銷售單位。

　　1. 2　下發(fā)用戶卡、票控卡

　　票證中心下發(fā)包含用戶證書的用戶USBkey 給各煤炭銷售單位、稽查驗(yàn)票單位、回收單位。并下發(fā)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(jī)系統(tǒng),打印紙質(zhì)票據(jù), 并將四票信息寫入封壓在紙質(zhì)票中的煤控卡。同時(shí), 通過中間件分別上傳4 類信息到4 個(gè)管理部門的應(yīng)用系統(tǒng)。

　　1. 4　稽查單位稽查煤控卡

　　讀取煤控卡信息, 與各應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫比對(duì)卡內(nèi)信息, 查驗(yàn)卡內(nèi)信息真?zhèn)巍?

　　1. 5　回收單位回收廢卡

　　讀取煤控卡內(nèi)信息, 回收煤控卡, 并上傳每張回收卡內(nèi)信息。

　　2　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)采用三層C/ S 結(jié)構(gòu), 包括礦端票控機(jī)系統(tǒng)/中間件, 中間件服務(wù)器/ 各應(yīng)用后臺(tái)服務(wù)器。同時(shí), 系統(tǒng)設(shè)計(jì)為層安全結(jié)構(gòu), 如圖2 所示, 設(shè)計(jì)通過引入四層安全結(jié)構(gòu)模型( 應(yīng)用層、中間件層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層) 來保障系統(tǒng)的安全。 

　　中間件層是解決對(duì)全省各大票務(wù)管理應(yīng)用系統(tǒng)在應(yīng)用級(jí)別的統(tǒng)一集成問題, 采用w eb ser vice/ XML 技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同的應(yīng)用系統(tǒng)在XML 接口級(jí)上的應(yīng)用集成。中間件采用四層設(shè)計(jì), 第1 層為WebService 應(yīng)用服務(wù)層, 為各部門應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)調(diào)用接口。該層設(shè)計(jì)以元數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)組織與驅(qū)動(dòng)策略, 采用Web serv ice 應(yīng)用集成接口標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)安全認(rèn)證功能統(tǒng)一集成。第2 層為元數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)層, 是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)層集成的關(guān)鍵部分。通過在該層定義各種主題元數(shù)據(jù), 如銷售票信息元數(shù)據(jù)、基金票信息元數(shù)據(jù)、用戶權(quán)限元數(shù)據(jù)等, 并采用元數(shù)據(jù)建模技術(shù)對(duì)這些元數(shù)據(jù)進(jìn)行建模, 實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的靈活集成, 保障各個(gè)子系統(tǒng)的異構(gòu)性及可擴(kuò)充性等需求; 第3 層為數(shù)據(jù)源頭層( 各個(gè)票務(wù)數(shù)據(jù)庫) ; 第4 層為通信代理層, 主要完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收、處理、存儲(chǔ), 及數(shù)據(jù)發(fā)送功能。

　　3　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)中硬件設(shè)計(jì)主要包括煤控卡設(shè)計(jì)、讀寫器設(shè)計(jì)。

　　3. 1　煤控卡的設(shè)計(jì)

　　煤控卡設(shè)計(jì)為一張封壓有CPU 芯片, 存儲(chǔ)芯片,天線的紙質(zhì)卡, 在保留原有票控機(jī)系統(tǒng)使用的情況下,在打印票面信息的同時(shí), 將信息寫入卡內(nèi)。

　　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(jié)EEPROM、14 K 字節(jié)ROM、512 字節(jié)RAM 組成。
　　3. 1. 2　存儲(chǔ)芯片：采用T HR1064 非接觸存儲(chǔ)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(jié)EEPROM 存儲(chǔ)器組成。
　　3. 1. 3　封裝技術(shù)：采用芯片層、薄膜保護(hù)層、紙質(zhì)票面層三層封壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)煤控卡制作?？ㄆ穸葹?. 20 mm～0. 38 mm,制卡封裝時(shí)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(xiàn)芯片被壓碎。

　　3. 2　讀寫器的設(shè)計(jì)

　　讀寫器采用THM3060 芯片, 該芯片是一款符合ISO/ IEC14443 TYPEA / B 和ISO/ IEC15693 標(biāo)準(zhǔn)的多協(xié)議非接觸卡讀寫器芯片, 支持這些協(xié)議的所有通訊速率, 內(nèi)置接收放大和數(shù)字解調(diào)電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。

　　4　中間件設(shè)計(jì)

　　RFID 中間件的核心是一條基于XML 格式消息的消息服務(wù)總線, 是硬件系統(tǒng)、遺留系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以及企業(yè)應(yīng)用層等之間信息交互的公共平臺(tái)[ 1] 。

　　本系統(tǒng)中的RFID 中間件的設(shè)計(jì)采用EPC global標(biāo)準(zhǔn), 采用應(yīng)用程序?yàn)橹行牡募軜?gòu)以及層次調(diào)用的思想, 根據(jù)EPC 中間件的標(biāo)準(zhǔn)要求, 本系統(tǒng)中間件的結(jié)構(gòu)分為通信管理、數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用程序接口3 個(gè)模塊。其中通信管理模塊是ALE 規(guī)范模型中與底層設(shè)備交互的部分, 數(shù)據(jù)管理模塊則完成了ALE 規(guī)范模型中的數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)過濾和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等主要處理功能, 應(yīng)用程序接口主要完成中間件對(duì)4 個(gè)管理系統(tǒng)的對(duì)接功能, 為上層的應(yīng)用提供可以使用的訪問對(duì)象, 并傳遞處理后的標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息, 是中間件和上層4 個(gè)管理系統(tǒng)間通信的橋梁[ 2] 。

　　本系統(tǒng)中RFID 中間件的主要功能有:

　　1、提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)中所有RFID 設(shè)備的配置和管理功能。包括選擇讀寫器與計(jì)算機(jī)的通信模式, 如串口、網(wǎng)口的選擇, 配置串口的屬性參數(shù), 如串口號(hào)、波特率等;設(shè)置RFID 讀寫器的屬性, 如讀寫器的識(shí)別間隔、識(shí)別模式、天線的選擇和設(shè)置等; 操作和監(jiān)控讀寫器, 如打開和關(guān)閉讀寫器、讀取標(biāo)簽數(shù)據(jù)、查詢讀寫器的狀態(tài)和屬性等。
　　2、 數(shù)據(jù)接收和處理功能。接收讀寫器采集的數(shù)據(jù)信息, 分離標(biāo)簽中的四票信息, 四票信息的加密處理等。
　　3、數(shù)據(jù)的分發(fā)上傳。數(shù)據(jù)的上傳分兩種情況, 第1種情況是礦端寫卡的同時(shí), 將卡內(nèi)四票信息同時(shí)通過中間件分發(fā)上傳到4 個(gè)管理信息系統(tǒng)中, 第2 種情況是在稽查或者回收的時(shí)候, 通過讀取卡內(nèi)信息, 通過中間件分別提供4 種票據(jù)信息給各自管理系統(tǒng), 進(jìn)行比對(duì)和統(tǒng)計(jì)。

　　5　安全措施

　　在系統(tǒng)的安全保證方面, 保留了原來煤炭銷售票控機(jī)及管控系統(tǒng)的USBkey 身份認(rèn)證, 數(shù)據(jù)加密等安全措施[ 3] , 二維碼技術(shù)一定程度上消除了票據(jù)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(tǒng)中采用三層認(rèn)證技術(shù)保證了煤控卡的安全, 杜絕了偽造卡的現(xiàn)象發(fā)生。

　　最基本的射頻識(shí)別系統(tǒng)由3 部分組成[ 4] :

　　標(biāo)簽( T ag ) : 由耦合元件及芯片組成; 每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象;
　　讀寫器( Reader) : 讀取( 寫入) 標(biāo)簽信息的設(shè)備, 可設(shè)計(jì)為手持式或固定式;
　　天線( Antenna) : 在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。

　　射頻卡與讀寫器之間采用雙向驗(yàn)證機(jī)制, 即讀寫器驗(yàn)證射頻卡的合法性, 同時(shí)射頻卡也驗(yàn)證讀寫器的合法性; 處理前, 卡要與讀寫器進(jìn)行三次相互認(rèn)證, 而且在通訊過程中所有的數(shù)據(jù)都加密。三層認(rèn)證基于安全認(rèn)證管理數(shù)據(jù)庫中存有煤控卡的UID 及認(rèn)證號(hào), 具體過程如下:

　　1、讀寫器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號(hào);當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器工作場時(shí), 其天線產(chǎn)生感應(yīng)電流, 使標(biāo)簽獲得能量被激活, 并向讀寫器發(fā)送出自身編碼等信息;
　　2、讀寫器接收到來自標(biāo)簽的載波信號(hào), 對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼后送至計(jì)算機(jī)主機(jī)進(jìn)行處理; 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該標(biāo)簽的合法性, 若判斷為不合法, 則發(fā)送錯(cuò)誤代碼; 若合法, 發(fā)送卡的認(rèn)證號(hào)。
　　3、票卡接受認(rèn)證號(hào)后判斷認(rèn)證信息是否合法, 若不合法則發(fā)送錯(cuò)誤代碼; 若合法, 則認(rèn)證通過啟動(dòng)交互模式。

　　6　結(jié)論

　　本文在保留原有煤炭銷售票, 煤炭調(diào)運(yùn)單、煤炭過磅單、煤炭可持續(xù)發(fā)展基金票各自后臺(tái)管理系統(tǒng)的前提下。將礦端開票、票據(jù)的驗(yàn)核銷等環(huán)節(jié)進(jìn)行了有效地整合, 實(shí)現(xiàn)了一體化閉環(huán)式管理。為煤炭管理部門在進(jìn)行煤炭票務(wù)整合提供了可依據(jù)的方案。