基于數(shù)字化校園環(huán)境的一卡通設(shè)計與實現(xiàn)

文章出處：http:// 作者： 人氣： 發(fā)表時間：2011年09月09日

    摘要：一卡通系統(tǒng)是校園數(shù)字信息化建設(shè)的重要組成部分，本文根據(jù)既定目標，合理規(guī)劃一卡通系統(tǒng)建設(shè)，討論了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全、應(yīng)用集成、數(shù)據(jù)挖掘等關(guān)鍵技術(shù)和解決方案。該系統(tǒng)具有很強的適用性、安全性、可用性、可擴展性等特點。
    關(guān)鍵詞：數(shù)字化校園；一卡通；網(wǎng)絡(luò)安全；采集監(jiān)控；應(yīng)用集成；數(shù)據(jù)挖掘

    引言

    1990 年由美國克萊蒙特大學(xué)教授凱尼斯•格林（Kenneth Green）發(fā)起并主持的一項大型科研項目“信息化校園計劃”（The Campus Computing Project），使數(shù)字化校園的概念最早出現(xiàn)。數(shù)字化校園是全面利用當(dāng)代先進的信息技術(shù)，實現(xiàn)從環(huán)境（如：設(shè)備、教室、實驗室等）、資源（圖書、課件、講義、工具等）到活動（教、學(xué)、管理等）的全部數(shù)字化以及對各種資源的集成、整合和優(yōu)化，實現(xiàn)資源的有效配置和充分利用，構(gòu)建一個集教學(xué)、科研、管理、學(xué)習(xí)、生活為一體的，高度信息化的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)環(huán)境，最終實現(xiàn)教育過程的全面信息化。

    目前，多所高校都在實施數(shù)字化校園[1-3]的建設(shè)，但真正運行良好，發(fā)揮數(shù)字化校園作用的屈指可數(shù),其主要原因多集中在數(shù)字化校園各組成部分缺乏必要的規(guī)劃和協(xié)調(diào)[4]。一卡通是數(shù)字化校園中一個重要、關(guān)鍵的組成部分，能為數(shù)字化校園平臺提供統(tǒng)一的用戶管理、資源管理和權(quán)限控制等核心功能，與其他組成部分有著千絲萬縷的聯(lián)系。因此，我院一卡通系統(tǒng)的實施是以數(shù)字化校園整體目標為指導(dǎo)。建設(shè)目標如下：

    1、方便教職員工的教學(xué)生活，提高學(xué)院社會認知度和師生員工的集體榮譽感。
    2、建立安全可靠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，保證資金流安全。
    3、完善的監(jiān)控體系，保證設(shè)備高可用性和安全性。
    4、溝通院內(nèi)已有系統(tǒng)信息導(dǎo)向，避免信息孤島。
    5、通過分析海量的日常信息，提供學(xué)院管理層決策。

    下面本人圍繞以上5 個目標的實現(xiàn)，將我校建設(shè)中的經(jīng)驗和教訓(xùn)提出來供大家分享和借鑒。

    1、合理規(guī)劃數(shù)字化校園下一卡通系統(tǒng)（實現(xiàn)目標1、2）。

    體系結(jié)構(gòu)設(shè)計：

    我院數(shù)字化校園系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分四層，底層是基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)層，包含網(wǎng)絡(luò)及服務(wù)相關(guān)基礎(chǔ)軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施；上面是集成服務(wù)層，實現(xiàn)各應(yīng)用之間數(shù)據(jù)的交換和管理；再上層是應(yīng)用系統(tǒng)層，包含一卡通、教務(wù)管理、辦公自動化等內(nèi)容，負責(zé)具體的業(yè)務(wù)的管理；頂層是校園信息門戶，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一展示和個性化可定制的綜合信息服務(wù)。一卡通平臺采用標準的三層架構(gòu)，基于WEB 的企業(yè)級應(yīng)用，采用.NET、XML 和WebService為核心技術(shù)，系統(tǒng)應(yīng)用層由十余個子系統(tǒng)構(gòu)成，充分滿足學(xué)院各方面需要，包括制卡中心、管理平臺、web 服務(wù)、采集與監(jiān)控、自助服務(wù)、語音平臺、掃描助手、第三方數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，框架結(jié)構(gòu)圖如圖一。

圖一：一卡通系統(tǒng)架構(gòu)

    數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計：

    數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)的信息儲存和信息交換中心，系統(tǒng)中的所有操作狀態(tài)、操作過程和記錄都集中在此進行儲存和交換，因此數(shù)據(jù)庫在系統(tǒng)中起著特殊重要的作用。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也分三層設(shè)計，中心數(shù)據(jù)庫位于中心機房，建立在Linux 上，采用ORACLE10G，保證數(shù)據(jù)安全和高效；通訊網(wǎng)關(guān)負責(zé)數(shù)據(jù)的暫存和轉(zhuǎn)發(fā)，分布在各主要機具集中的地方，如食堂、澡堂、宿舍等，采用SQL2000；本地數(shù)據(jù)主要位于機具和卡片上，主要記錄每次業(yè)務(wù)情況。各個數(shù)據(jù)層相互關(guān)聯(lián)，形成一個統(tǒng)一完整的數(shù)據(jù)信息應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，一卡通關(guān)系型數(shù)據(jù)庫框架體系結(jié)構(gòu)如圖二。

圖二：一卡通系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫架構(gòu)

    業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)最終保存在卡片和中心數(shù)據(jù)庫中，交易數(shù)據(jù)以卡片數(shù)據(jù)為根本，中心數(shù)據(jù)為補充，當(dāng)中心數(shù)據(jù)與卡片數(shù)據(jù)不符時，以卡片數(shù)據(jù)為準。網(wǎng)絡(luò)暢通時，機具數(shù)據(jù)上傳至通訊網(wǎng)關(guān)，通訊網(wǎng)關(guān)再及時傳遞到中心數(shù)據(jù)庫，三層中只要卡片正常，就不會影響終端交易，保證了系統(tǒng)的高可用性；系統(tǒng)停電時，機具自帶UPS 電源和系統(tǒng)緩存，保證了正常使用。但設(shè)計弊端是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)不通時，無法進行卡片的掛失，也無法下發(fā)黑名單到機具，易造成黒卡消費。

    2、網(wǎng)絡(luò)安全的設(shè)計（實現(xiàn)目標2）

    一卡通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布線分為兩部分，一部分利用現(xiàn)有校園內(nèi)公共網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸，主要為校園內(nèi)主干線和機具少而分散且單獨布線代價大的部分，采用TCP/IP 協(xié)議傳輸；對于機具相對集中的另一部分，如：澡堂、食堂、開水房等，采用單獨布線，485 串口協(xié)議傳輸，轉(zhuǎn)換成RS232 協(xié)議進入計算機系統(tǒng)處理，如圖三。采用485 協(xié)議部分，范圍集中，容易監(jiān)管，不易攻擊，相對安全；從通訊網(wǎng)關(guān)到中心機房，設(shè)備和信息暴露在整個校園網(wǎng)絡(luò)中，需要重點防護。防護方法為：邏輯隔離一卡通網(wǎng)絡(luò)與校園公網(wǎng)，采取基于端口的VLAN 劃分方式，將所有一卡通設(shè)備端口都置于同一VLAN 中間，如：port access vlan 100同時,通過ACL 控制，如：
    rule 1 deny ip source 172.17.10.0 0.0.0.255
    destination 172.17.100.0 0.0.0.255

    以保證公網(wǎng)設(shè)備無法訪問vlan 100。但這是以接入層交換設(shè)備的支持為基礎(chǔ)的，如: H3C的S3 系列、E 系列、銳捷的S2 系列等大部分產(chǎn)品都支持該功能。

圖三：RS485 轉(zhuǎn)RS232 連接示意圖

    一卡通服務(wù)器同其他業(yè)務(wù)服務(wù)器（如：教務(wù)、認證服務(wù)服務(wù)器）都位于防火墻后方，同處于專用VLAN，這樣既能保證服務(wù)器端信息流動的暢通，同時通過ACL 控制一卡通服務(wù)器端訪問控制策略，又解決了中心服務(wù)器的安全問題。