基于數(shù)字化校園環(huán)境的一卡通設計與實現(xiàn)

    引言

    1990年由美國克萊蒙特大學教授凱尼斯.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代先進的信息技術，實現(xiàn)從環(huán)境(如：設備、教室、實驗室等)、資源(圖書、課件、講義、工具等)到活動(教、學、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、科研、管理、學習、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)字化校園的建設，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)。一卡通是數(shù)字化校園中一個重要、關鍵的組成部分，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。建設目標如下：

    1、方便教職員工的教學生活，提高學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，保證設備高可用性和安全性。
    4、溝通院內(nèi)已有系統(tǒng)信息導向，避免信息孤島。
    5、通過分析海量的日常信息，提供學院管理層決策。

    下面本人圍繞以上5個目標的實現(xiàn)，將我校建設中的經(jīng)驗和教訓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)

    體系結(jié)構(gòu)設計：

    我院數(shù)字化校園系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分四層，底層是基礎架構(gòu)服務層，包含網(wǎng)絡及服務相關基礎軟硬件基礎設施;上面是集成服務層，實現(xiàn)各應用之間數(shù)據(jù)的交換和管理;再上層是應用系統(tǒng)層，包含一卡通、教務管理、辦公自動化等內(nèi)容，負責具體的業(yè)務的管理;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。

    一卡通平臺采用標準的三層架構(gòu)，基于WEB的企業(yè)級應用，采用.NET、XML和WebService為核心技術，系統(tǒng)應用層由十余個子系統(tǒng)構(gòu)成，充分滿足學院各方面需要，包括制卡中心、管理平臺、web服務、采集與監(jiān)控、自助服務、語音平臺、掃描助手、第三方數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋蚣芙Y(jié)構(gòu)圖如圖1。 

    數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設計：

    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)也分三層設計，中心數(shù)據(jù)庫位張勝：系統(tǒng)分析師碩士于中心機房，建立在Linux上，采用ORACLE10G，保證數(shù)據(jù)安全和高效;通訊網(wǎng)關負責數(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)務情況。各個數(shù)據(jù)層相互關聯(lián)，形成一個統(tǒng)一完整的數(shù)據(jù)信息應用網(wǎng)絡，一卡通關系型數(shù)據(jù)庫框架體系結(jié)構(gòu)如圖2。 

   業(yè)務數(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)絡暢通時，機具數(shù)據(jù)上傳至通訊網(wǎng)關，通訊網(wǎng)關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。但設計弊端是當網(wǎng)絡不通時，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)絡安全的設計

    一卡通系統(tǒng)網(wǎng)絡布線分為兩部分，一部分利用現(xiàn)有校園內(nèi)公共網(wǎng)絡進行數(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3。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)關到中心機房，設備和信息暴露在整個校園網(wǎng)絡中，需要重點防護。防護方法為：邏輯隔離一卡通網(wǎng)絡與校園公網(wǎng)，采取基于端口的VLAN劃分方式，將所有一卡通設備端口都置于同一VLAN中間，如：portaccessvlan100同時，通過ACL控制，如：rule1denyipsource172.17.10.00.0.0.255destination172.17.100.00.0.0.255以保證公網(wǎng)設備無法訪問vlan100。但這是以接入層交換設備的支持為基礎的，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。 

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

    3 系統(tǒng)采集監(jiān)控

    完善一卡通系統(tǒng)的監(jiān)控程序，保證一卡通系統(tǒng)的高可用性和安全性。采集監(jiān)控程序包括設備端口監(jiān)視、數(shù)據(jù)監(jiān)視和傳輸控制三大子功能，并可通過它可以查看某個工作站的運行狀況及設備參數(shù)，也可對數(shù)據(jù)采集的參數(shù)進行設置以及當前狀態(tài)做出指令操作。對管理員及時了解系統(tǒng)運行情況、發(fā)現(xiàn)問題、彌補過失等都至關重要。

    采集監(jiān)控系統(tǒng)由服務端WEBService、工作站本地庫Localhost組成，采用串口通訊和TCP通訊兩種方式，工作站的配置文件為：config.xml，服務端的配置文件為：web.Config，WebServic主頁http：//xxx.xxx.xxx.xxx/NewcapecWebService/Server_UploadWS.asmx，為了保證安全，在運行前需要對Web.Config進行加密，加密的主要內(nèi)容是主庫的連接方式和登陸賬號。

    4 應用系統(tǒng)集成平臺

    應用系統(tǒng)集成平臺是數(shù)字化校園的重要組部分，它主要是將院內(nèi)的各業(yè)務系統(tǒng)的功能、數(shù)據(jù)，按照最新定義的標準和規(guī)則，定義成新的WEB組件集成門戶，將數(shù)據(jù)按照新的標準講行翻譯。它包括四個層次：數(shù)據(jù)集成、應用集成、業(yè)務流程集成、門戶集成。

    我院已有系統(tǒng)青果教務系統(tǒng)、深圖Ilas圖書管理系統(tǒng)、H3CCams網(wǎng)絡認證計費系統(tǒng)和天大天財財務管理等系統(tǒng)。除財務系統(tǒng)外，其他系統(tǒng)均已與一卡通系統(tǒng)建立溝通紐帶。具體做法如下：青果教務系統(tǒng)為2層結(jié)構(gòu)，無應用層，無法與三層結(jié)構(gòu)的一卡通系統(tǒng)進行應用集成，采用最底層的數(shù)據(jù)集成。教務業(yè)務數(shù)據(jù)采用只讀視圖的方式為一卡通平臺提供需要的信息(如班級、專業(yè)等)。

    CREATEVIEWv_xj_studbaseinfo_beijinASSELECT
    rxnj，user_xh，bj.bjmc，xm，cym，xb，sfzh，csrq，jg.mc，lb.mc，user_xh，yx.zw
    mc，zy.zwmc
    FROMt_xj_studbaseinfoxs
    leftjoint_xj_classinfobjonxs.ssbj_id=bj.bjdm
    leftjoinVIEW_XJ_HLPSSDMjgonxs.jg_id=jg.dm
    leftjoinVIEW_xj_hlppylblbonxs.pylb_true=lb.dm
    leftjoinT_ZY_InstituteInfoyxonbj.yx_id=yx.dm
    leftjoinT_ZY_SpecialityInfozyonbj.zy_id=zy.dm
    H3CCams網(wǎng)絡認證計費系統(tǒng)與一卡通平臺一樣，三層結(jié)構(gòu)，提供標準的WebServices認證接口，通過SOAP協(xié)議進行調(diào)用，應用集成方式如圖4。 

    深圖Ilas圖書管理系統(tǒng)是與本部圖書館共享使用的，本地無數(shù)據(jù)平臺，無法修改圖書管理系統(tǒng)，采用進程外接口服務方式，共用卡片信息方式，通過讀卡助手，根據(jù)用戶識別類型，從卡片上讀出相應的信息，通過鍵盤模擬輸入的方式直接將用戶信息送入圖書管理系統(tǒng)中。優(yōu)點是簡單使用，缺點是無法真正做到信息互通，只能完成簡單的身份認證功能。

    當以上業(yè)務數(shù)據(jù)發(fā)生異動時，系統(tǒng)服務器處于同一保護區(qū)中，數(shù)據(jù)會自動傳遞，但卡片內(nèi)信息無法通過校園網(wǎng)絡及時更新，處理辦法為：一旦業(yè)務服務器內(nèi)基本數(shù)據(jù)出現(xiàn)異動，一卡通中心數(shù)據(jù)庫對該卡發(fā)出掛失指令，持卡人必須到卡務中心更新信息后方可繼續(xù)使用。

    5 數(shù)據(jù)挖掘

    我院一卡通系統(tǒng)從實施運行到現(xiàn)在已有兩年半的時間，數(shù)據(jù)量約10G，通過使用SQLServerAnalysisServices，從大量信息中提取出了有價值的信息和知識，能及時揭示學校發(fā)展中的業(yè)績、發(fā)現(xiàn)學校管理中的問題、預測學校的發(fā)展趨勢，為決策者提供科學依據(jù)，能快速而有效地實現(xiàn)資源的有效配置以及管理和服務過程的優(yōu)化。做法是將學生各方面的信息如：年級、性別、專業(yè)、成績、月消費量、借書量、上機量等建立多維向量，根據(jù)學院決策層關心的主題，建立決策樹，以得到有用結(jié)論。

    6 結(jié)論

    系統(tǒng)的建設與實現(xiàn)，解決了數(shù)字化校園各組成部分的協(xié)調(diào)合作問題，為數(shù)字化校園發(fā)揮良好作用打下了堅實的基礎。目前，基于數(shù)字化校園環(huán)境的一卡通系統(tǒng)已經(jīng)成功應用于我院師生的生活學習中，現(xiàn)已發(fā)卡片6千余張，日均消費數(shù)據(jù)3萬余條，日均營業(yè)額(含食堂、澡堂、開水房、宿舍水電、洗衣、上機上網(wǎng)、借閱等)4—5萬元，未出現(xiàn)賬務問題，系統(tǒng)保證了7*24小時高效正常運轉(zhuǎn)，各業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)一致，極大的方便了我院師生的教學、管理與生活。