GPRS校園一卡通無線POS系統(tǒng)設計與應用

利用GPRS網(wǎng)絡永久在線、覆蓋面廣、通信質量高、數(shù)據(jù)通信安全的特點，本文設計并實現(xiàn)了基于GPRS網(wǎng)絡的校園一卡通無線POS系統(tǒng) 該系統(tǒng)為校園一卡通數(shù)據(jù)隨時隨地遠程通信提供了一個全新的解決方案。經(jīng)實驗和應用證明，該系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)速度快、性能穩(wěn)定、安全保密性好，具有較近年來.我國許多高校都進行了校園一卡通系統(tǒng)的建設。系統(tǒng)廣泛采用RS485通訊線纜、雙絞線和光纖等有線傳輸方式 然而有線傳輸方式無法實現(xiàn)POS在移動中要求實時在線的應用需求 目前基于短距離無線網(wǎng)絡傳輸方式只能在信號覆蓋的有限范圍內實現(xiàn)POS系統(tǒng)實時在線響應 為了拓展無線POS系統(tǒng)的應用范圍.本文設計了基于GPRS網(wǎng)絡的校園一卡通無線POS系統(tǒng).它具備一卡通數(shù)據(jù)的采集、存儲和傳輸?shù)裙δ? 通過軟件測試及一定規(guī)模的應用.證明了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和可靠性。

一、校園一卡通系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式比較

校園一卡通系統(tǒng)有線傳輸方式是指POS機與一卡通平臺的數(shù)據(jù)交換通過有線網(wǎng)絡完成 有線傳輸介質主要包括RS485通訊線纜、雙絞線及光纖等。

短距離無線傳輸方式是指無線POS機讀取數(shù)據(jù)后存儲在本地.定時與無線基站進行通訊.如無線 POS機不在網(wǎng)絡覆蓋范圍則脫網(wǎng)運行.待移動到信號覆蓋范圍時再進行通訊.脫機流水數(shù)據(jù)在POS機重啟后完成數(shù)據(jù)上傳。

本文設計了一種全新的基于GPRS網(wǎng)絡的校園一卡通POS系統(tǒng).其主要方法是：一卡通POS機的應用數(shù)據(jù)包通過GPRS DTU(GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元)使用現(xiàn)有的GPRS網(wǎng)絡上傳給校園一卡通平臺主機：一卡通平臺主機對應用數(shù)據(jù)包處理后的數(shù)據(jù)和黑白名單信息經(jīng)GPRS網(wǎng)絡回傳給POS機.從而完成校園一卡通系統(tǒng)的各種應用功能校園一卡通系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜N模式優(yōu)缺點對比如表1所示

二、基于GPRS的校園一卡通無線POS系統(tǒng)通信原理與設計

GPRS網(wǎng)絡傳輸技術具有覆蓋面廣、通信可靠和傳輸穩(wěn)定等特點 以其作為校園一卡通移動POS交易的通信載體，可實現(xiàn)不受場地、環(huán)境和線路限制的校園卡實時交易和認證 GPRS網(wǎng)絡的技術特點決定了其隨著應用的發(fā)展和無線移動POS的增加不會對校園一卡通交易的速度和成功率造成影響

本系統(tǒng)的設計原理是：首先把具有GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸功能的GPRS DTU通過RS485接口接收一卡通POS機的刷卡數(shù)據(jù)：然后GPRS DTU通過無線方式與GPRS基站通信.將一卡通POS發(fā)送的數(shù)據(jù)包從基站發(fā)送到SGSN節(jié)點.SGSN與網(wǎng)關支持節(jié)點GGSN進行通信.GGSN對分組數(shù)據(jù)進行相應的處理后發(fā)送到校園一卡通平臺端的路由器.經(jīng)過防火墻再發(fā)送到校園一卡通主機上;最后經(jīng)過校園一卡通后臺服務器處理的數(shù)據(jù)包經(jīng)由原路返回.經(jīng) GPRS DTU 回傳給一卡通系統(tǒng)POS機.從而完成校園一卡通系統(tǒng)與GPRS網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)交換.實現(xiàn)POS系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)傳輸 同時.使用第二層隧道協(xié)議L2TP在GPRS網(wǎng)絡上建立企業(yè)虛擬專網(wǎng).保證網(wǎng)絡連接的專用性和持續(xù)性 其工作原理如圖1所示

三、系統(tǒng)詳細設計

1.硬件設計

本系統(tǒng)分為終端POS設備、GPRS DTU、校園一卡通后臺服務器三大部分

(1)終端POS設備

本系統(tǒng)采用51系列單片機模型作為終端POS設備的硬件原理支持。終端POS設備主要由 CPU(SM5964)，F(xiàn)LASH數(shù)據(jù)存儲器AM29F040B/39SF020復位芯片IMP810.485通信芯片SN75174和MAX487。射頻卡讀寫卡器，顧客面LED顯示器。操作面LED顯示器，線性電源，主鍵盤.密碼鍵盤接口組成.其工作原理如圖2所示

(2)GPRS DTU

系統(tǒng)中完成數(shù)據(jù)通信傳輸工作的是GPRS DTU和GPRS網(wǎng).而GPRS網(wǎng)絡是基于IP協(xié)議的.所以本系統(tǒng)中的GPRS DTU采用內嵌TCWIP協(xié)議棧.具有Socket通信功能.并提供透明數(shù)據(jù)傳輸通道。GPRS DTU在每次開機后會自動撥號.接入GPRS網(wǎng)絡并動態(tài)地獲得一個IP地址.此地址由GPRS骨干內網(wǎng)地址池分發(fā).當GPRSDTU通過GPRS網(wǎng)絡向校園一卡通系統(tǒng)后臺服務器發(fā)送連接請求后.

校園一卡通系統(tǒng)后臺服務器返回應答.連接路由建立 為了保證鏈路暢通.預定30秒發(fā)送一次“心跳”數(shù)據(jù)包.以維持GPRS DTU終端與校園一卡通系統(tǒng)后臺服務器之間的路由.確保終端與服務器之間可以及時互相通信。“心跳”數(shù)據(jù)包包括鏈路?；罟δ苄畔⑴c終端ID信息

(3)校園一卡通系統(tǒng)后臺服務器

硬件系統(tǒng)使用SUN公司小型機.軟件系統(tǒng)使用SUN公司的SOLARIS操作系統(tǒng).數(shù)據(jù)庫支持使用甲骨文公司的ORACLE 9I數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

2.軟件設計

(1)GPRS遠程通訊系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)中GPRS遠程通訊系統(tǒng)的系統(tǒng)底層軟件采用了模塊化的設計方法.語言采用的是標準C語言.各個功能模塊由子程序實現(xiàn).通過主程序調用子程序實現(xiàn)系統(tǒng)所設計的各個功能 GPRS通訊終端軟件邏輯流程如圖3所示。

軟件邏輯流程說明如下：

系統(tǒng)完成GPRS初始化.接人GPRS網(wǎng)絡并動態(tài)地獲得一個IP地址

驗證系統(tǒng)是否允許無線移動POS上傳數(shù)據(jù)。若允許，可建立連接;若不允許，可延時請求上傳數(shù)據(jù)。進行網(wǎng)絡撥號.PPP協(xié)商.建立TCP/IP連接無線移動POS通過TCP或UDP協(xié)議在GPRS網(wǎng)絡與校園一卡通數(shù)據(jù)后臺服務器之間進行數(shù)據(jù)交互當無線移動POS收到控制命令時.先檢驗命令的合法性.再按照命令執(zhí)行相應操作

(2)無線移動POS系統(tǒng)業(yè)務流程設計

無線移動POS系統(tǒng)為軟件業(yè)務系統(tǒng)單元的核心.其工作流程如圖4所示

3.系統(tǒng)安全性設計

本系統(tǒng)的安全性考量主要包含了兩個方面.一個是在設計中注意各個通信和數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)的安全可靠性.統(tǒng)籌規(guī)劃 在互聯(lián)網(wǎng)絡中.防止非法用戶享受服務.防止計算機病毒的入侵：對重要設備及數(shù)據(jù)鏈路提供備份.確保信息及傳輸?shù)陌踩? 另一個是GPRS網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，通過鑒權、加密，達到安全的目的 鑒權用來驗證用戶的入網(wǎng)權利 加密用于空中接口和校園一卡通無線移動POS數(shù)據(jù)安全傳輸，由SIM卡、網(wǎng)絡AUC、校園一卡通POS系統(tǒng)的專屬加密算法(3DES)決定