GPRS校園一卡通無線POS系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

利用GPRS網(wǎng)絡(luò)永久在線、覆蓋面廣、通信質(zhì)量高、數(shù)據(jù)通信安全的特點(diǎn)，本文設(shè)計并實現(xiàn)了基于GPRS網(wǎng)絡(luò)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(yuǎn)程通信提供了一個全新的解決方案。經(jīng)實驗和應(yīng)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(jìn)行了校園一卡通系統(tǒng)的建設(shè)。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(yīng)用需求 目前基于短距離無線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式只能在信號覆蓋的有限范圍內(nèi)實現(xiàn)POS系統(tǒng)實時在線響應(yīng) 為了拓展無線POS系統(tǒng)的應(yīng)用范圍.本文設(shè)計了基于GPRS網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(jī)與一卡通平臺的數(shù)據(jù)交換通過有線網(wǎng)絡(luò)完成 有線傳輸介質(zhì)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(jī)讀取數(shù)據(jù)后存儲在本地.定時與無線基站進(jìn)行通訊.如無線 POS機(jī)不在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍則脫網(wǎng)運(yùn)行.待移動到信號覆蓋范圍時再進(jìn)行通訊.脫機(jī)流水?dāng)?shù)據(jù)在POS機(jī)重啟后完成數(shù)據(jù)上傳。

本文設(shè)計了一種全新的基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的校園一卡通POS系統(tǒng).其主要方法是：一卡通POS機(jī)的應(yīng)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(luò)上傳給校園一卡通平臺主機(jī)：一卡通平臺主機(jī)對應(yīng)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(luò)回傳給POS機(jī).從而完成校園一卡通系統(tǒng)的各種應(yīng)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(diǎn)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(shè)計

GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)具有覆蓋面廣、通信可靠和傳輸穩(wěn)定等特點(diǎn) 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(rèn)證 GPRS網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)決定了其隨著應(yīng)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(shè)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(jī)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(diǎn).SGSN與網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)GGSN進(jìn)行通信.GGSN對分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)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(jī)上;最后經(jīng)過校園一卡通后臺服務(wù)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(jī).從而完成校園一卡通系統(tǒng)與GPRS網(wǎng)絡(luò)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(luò)上建立企業(yè)虛擬專網(wǎng).保證網(wǎng)絡(luò)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(xì)設(shè)計

1.硬件設(shè)計

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

(1)終端POS設(shè)備

本系統(tǒng)采用51系列單片機(jī)模型作為終端POS設(shè)備的硬件原理支持。終端POS設(shè)備主要由 CPU(SM5964)，F(xiàn)LASH數(shù)據(jù)存儲器AM29F040B/39SF020復(fù)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(luò)是基于IP協(xié)議的.所以本系統(tǒng)中的GPRS DTU采用內(nèi)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(jī)后會自動撥號.接入GPRS網(wǎng)絡(luò)并動態(tài)地獲得一個IP地址.此地址由GPRS骨干內(nèi)網(wǎng)地址池分發(fā).當(dāng)GPRSDTU通過GPRS網(wǎng)絡(luò)向校園一卡通系統(tǒng)后臺服務(wù)器發(fā)送連接請求后.

校園一卡通系統(tǒng)后臺服務(wù)器返回應(yīng)答.連接路由建立 為了保證鏈路暢通.預(yù)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(wù)器之間的路由.確保終端與服務(wù)器之間可以及時互相通信。“心跳”數(shù)據(jù)包包括鏈路保活功能信息與終端ID信息

(3)校園一卡通系統(tǒng)后臺服務(wù)器

硬件系統(tǒng)使用SUN公司小型機(jī).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(shè)計

(1)GPRS遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)中GPRS遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)的系統(tǒng)底層軟件采用了模塊化的設(shè)計方法.語言采用的是標(biāo)準(zhǔn)C語言.各個功能模塊由子程序?qū)崿F(xiàn).通過主程序調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)所設(shè)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(luò)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(jìn)行網(wǎng)絡(luò)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(luò)與校園一卡通數(shù)據(jù)后臺服務(wù)器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互當(dāng)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(yīng)操作

(2)無線移動POS系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程設(shè)計

無線移動POS系統(tǒng)為軟件業(yè)務(wù)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(shè)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(shè)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(luò)中.防止非法用戶享受服務(wù).防止計算機(jī)病毒的入侵：對重要設(shè)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(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，通過鑒權(quán)、加密，達(dá)到安全的目的 鑒權(quán)用來驗證用戶的入網(wǎng)權(quán)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(luò)AUC、校園一卡通POS系統(tǒng)的專屬加密算法(3DES)決定