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近場通信技術研究及其在校企手機一卡通的應用


【發布日期】:2013-12-22  【來源】:支付圈

      【PayCircle支付圈核心提示】文章闡述了近場通信業務的業務模式和技術方案,并選取近場通信技術在校企中的應用進行詳細介紹;分析手機一卡通的業務功能,并介紹集中一卡通業務運營平臺的系統架構和主要功能。
  摘要:近場通信業務是移動通信領域的一種新型業務。文章闡述了近場通信業務的業務模式和技術方案,并選取近場通信技術在校企中的應用進行詳細介紹;分析手機一卡通的業務功能,并介紹集中一卡通業務運營平臺的系統架構和主要功能。

  引言

  近場通信(Near Field Communication,NFC)即近距離無線通信技術。近場通信技術是一種近距離的高頻無線通信技術,可用距離約為10厘米,可以實現電子身份識別或者數據傳輸,比如信用卡、門禁卡等功能。早期借助這項技術,用戶可以用手機替代公交卡、銀行卡、員工卡、門禁卡、會員卡等非接觸式智能卡,還能讀取廣告牌上附帶的RFID標簽信息。現在,隨著這種技術的發展和研究應用,可以在移動設備、消費類電子產品、PC和智能控件工具間進行近距離無線通信。NFC提供了一種簡單、觸控式的解決方案,可以讓消費者直觀地交換信息、訪問內容與服務。

  在校園、企業等封閉領域開展近場通信應用,可鞏固和保有移動通信市場,增加校園和企業市場用戶的穩定性和長期性,提高用戶黏度,帶來更多的增值收益。

  1 近場通信技術分析

  近場通信是一項以手機為載體,把非接觸式IC卡應用結合于(U)SIM卡中,以卡模擬、閱讀器、點對點三種應用模式,實現手機支付、行業應用、積分兌換、電子票務、身份識別、防偽、廣告等多種應用的服務產品,是移動通信領域的一種新型業務。近場通信業務改變了用戶使用移動電話的方式,使用戶的消費行為逐步走向電子化,建立了一種新型的用戶消費和業務模式[1]。

  1.1 業務模式

  1) 卡模擬模式。手機終端可以模擬成為一張非接觸卡,例如模擬成為銀行卡、門禁卡、電子票等,手機與其它讀寫器終端進行交互完成近場通信功能,并能向用戶顯示相關的交互信息或提示相應的操作信息。具體應用如:手機支付、電子票務、身份識別等。

  2) 閱讀器模式。手機終端可以讀取一張非接觸卡或電子標簽中的內容。當手機終端靠近電子標簽時,手機終端與嵌入在卡或標簽內的非接觸模塊進行交互,讀取卡片或標簽內的相應數據,并向用戶顯示相關的交互信息,提示相應的操作信息或通過終端功能觸發相應的應用,如發送短信,上網瀏覽等。

  3) 點對點模式。手機終端相互之間可以在近距離內直接傳遞數據,例如同步日程表、電話簿等。當有可用的點對點連接時手機可以提示用戶,用戶確認即可啟動相應的操作[2]。

  近場通信三種業務模式的具體應用分類如表1所示。

  表1 近場通信業務模式分析



  1.2 技術方案

  近場通信業務采用的頻段主要包括13.56M和2.45G兩個頻段。具體的技術實現方案包括:

  1) 13.56M SWP方案。該方案由雅思拓、飛利浦等廠商聯合提出,目前已經成為ETSI的標準。它在NFC標準基礎上,考慮了運營商的需求,將支付應用與射頻模塊進行分離,在移動終端中增加射頻模塊及天線,同時SIM卡需支持SWP協議,并將應用加載在SIM卡中。如圖1所示。該方案的優點為:采用國際標準,容易得到終端廠家支持;性能穩定,卡與終端兼容性高;應用可加載在卡中,符合運營商需求。該方案的缺點為:需要更換SIM卡、更換終端;終端廠家需要研發,普及需要較長的時間。

  2) 13.56M雙界面卡方案之天線集成方案。該方案在SIM卡中增加射頻模塊,并將天線外置,直接與SIM卡連接;該方案由握奇、恒寶等申請了專利。如圖2 所示。該方案的優點為:無需更換手機,只需更換SIM卡;應用加載在SIM卡上,有利于運營商開展業務。該方案的缺點為:射頻天線外置,部分手機不能安裝;天線性能易受手機后蓋材質的影響;天線在用戶使用中容易受到損壞。


  3)13.56M雙界面卡方案之定制手機方案。該方案在 SIM中增加射頻模塊,在終端后蓋內側增加射頻天線。如圖3所示。該方案的優點為:終端開發難度小,容易快速推出;天線不易損壞。該方案的缺點為:需要更換終端;不兼容USIM卡;射頻模塊與天線由不同廠家提供,性能稍低于SWP方案[3]。

  4) 2.45G RF-SIM卡方案。該方案是將射頻模塊及天線直接集成到SIM卡內,天線尺寸小,工作頻率為2.45GHz。如圖4所示。 該方案的優點為:只需更換SIM卡,不需更換終端;可實現多種模式(卡模擬、閱讀器、點對點),工作距離較長(0~100m)。該方案的缺點為:功率控制技術難度大,對金融支付的安全性存在影響;與公交、銀行現有非接觸受理環境不兼容[4]。上述幾種技術方案的對比分析如表2所示。


  2 近場通信技術在校企的應用

  由于2.45G RF-SIM卡方案和13.56M 雙界面卡天線集成方案只需要更換一張SIM卡,因此被廣泛用于校園、企業等封閉領域,代替傳統的卡片通過手機刷卡實現門禁、考勤、食堂消費等。手機一卡通業務是運營商提供的黏住老用戶、吸引新用戶的新型增值業務產品。

  2.1 業務功能

  手機一卡通將普通一卡通與手機SIM卡集成于同一張卡,除實現傳統普通一卡通功能以外,還可以通過短信、WAP等方式實現排課、會議、圖書借閱、消費明細、賬戶等各種信息的互動查詢,實現各種信息的指定下發,實現通知、提醒的功能;并可通過短信、STK菜單等方式實現空中圈存,為一卡通賬戶進行充值。

  手機一卡通主要的業務應用有以下方案。

  1) 消費。消費信息化功能替代了傳統的餐券結算方式,解決了餐券流通過程中的偽造、丟失、病菌交叉感染等一系列弊端,節省了餐券在印刷、發放、兌換、回籠、清點、保管、復核等環節上的大量人力、物力、財力。現在的消費已從售飯系統延伸到超市收費、小賣部收費、浴室收費、停車場收費、醫療收費、網吧消費等。該功能的推廣和應用,使后勤管理工作實現自動化、科學化,既節能環保,又提高效率。消費功能包括以下模塊。①消費管理:通過POS機刷卡實現支付消費。②現金充值:通過人工收取現金為用戶的一卡通賬戶進行充值。③圈存充值:通過自助終端,實現銀行卡賬戶或手機錢包賬戶向一卡通賬戶的資金劃轉,為用戶的一卡通賬戶進行充值。④福利或補貼發放:通過向福利或補貼發放對象的一卡通賬戶進行充值,實現各種福利或補貼的發放,并且還可以限定某發放的福利或補貼僅可用在某些消費中(如食堂),實現學校(企業)內部福利或補貼發放電子化的應用需求。⑤購水:在學校(企業)內部用水時,用手機進行淋浴、打開水等的繳費。⑥購電:在學校(企業)內部用電時,用手機進行繳費。

  2) 門禁。門禁管理,主要是對通道進行安全、有效的出入控制。門禁系統主要分為:出入查驗控制、電子鎖門禁控制、門鎖、通道機控制。系統由門禁控制器、門禁讀卡器、電子鎖(電磁鎖、電插鎖)、系統軟件組成。學生、員工在出入口讀卡器上讀卡,如卡有效,控制器會打開電子鎖;如果該卡不被允許,讀卡器和控制器均會報警,以提示管理人員,同時電子鎖將不會打開。

  3) 考勤。對于教師、職工的上班考勤采用“手機一卡通”方式,防止了代打卡的現象。對于學生,在安排好學生排課表的前提下,學生上課前通過“手機一卡通”的方式進行考勤。非本班的學生此時無法在此考勤機上進行考勤,本班的學生也無法在其他教室門口的考勤機上進行考勤。這樣有效禁止了學生逃課現象,規范了日常的教學秩序。

  4)電控。學生(員工)宿舍用電一直存在著一些無法解決的問題:一是學生(員工)用電節約意識淡薄,宿舍中“長明燈”、“無人燈亮”現象難以制止,管理者只好天天定時拉閘,為宿舍停送電,否則就會

  造成浪費;二是宿舍私拉、亂接電線現象時有發生,極易發生觸電;三是經常有學生(員工)偷用電爐、電磁爐等大功率電器,既造成電力資源浪費,又容易引發火災,對學生(員工)生命財產安全造成威脅;四是電腦等電子電器設備進入宿舍,用電控制難以計量,收費難。

  智能電控系統使抄表和收費等工作被省略,采用預收費,實現了用戶“先交費后消費”;智能惡性識別功能對違章用電起到了嚴格的杜絕,既放開用電,又不能違章用電,實現了用電的智能化管理。

  5) 圖書管理。使用手機一卡通,實現借還書、繳納罰款等功能。將手機一卡通系統與原圖書館管理系統對接,實現圖書借閱、扣款等功能。手機一卡通與圖書館管理系統接口具有如下特點。①不改變原先圖書館的運作模式;②新增學生、教工人員信息和照片信息自動同步,減少工作人員工作量;③手機一卡通斷網不影響圖書館系統借還書業務。

  6) 上機管理。使用手機一卡通,實現微機監控、收費、機房管理、課程安排、統計報表等功能。手機一卡通系統與機房管理系統對接,對機房進行統一的上機管理,結合學校的教學活動,以軟件方式實現無人值守。①微機監控。監控用戶和計算機的詳細信息,用多種圖形方式形象顯示各個客戶端電腦的連接和使用狀況,可監視客戶端的進程、鎖定客戶屏幕,抓取遠端微機屏幕、對其界面進行監視,可對機房的微機遠程操作(如遙控上機、下機、強制關機等),可控制用戶訪問網站。②收費功能。收費單價與身份、時段、每周日期、機房有關。收費支持現金和卡方式,預約上機可以收取押金,用戶訪問網站可另外計費,支持斷網計費,可安排課程機時、免費機時。③管理功能。登記機房、機房內微機和機房內設備,管理預約,安排課程和考試,設置操作員,管理用戶信息等等。④統計報表。按日、月、季、年進行消費統計,按機房、微機、操作員進行消費統計,學生上課出勤統計,機房內微機使用情況統計等等。

  7) 車輛管理。手機一卡通系統可與停車管理系統對接,實現停車刷卡消費功能。帶有手機一卡通的車輛,在靠近停車場欄桿時,欄桿自動打開,并自動進行計費和扣款。其主要功能包括:消費扣款、停車次數設定、停車時長設定、報表統計等。

  2.2 集中運營平臺

  一卡通業務管理平臺是用于一卡通資源管理和業務運營的系統平臺,如圖5所示。該平臺負責對學校和企業等集團客戶進行統一管理,并管理卡、POS終端、業務應用密鑰等。同時為學校和企業提供消費類應用、身份識別類應用、信息服務類應用。從而使一卡通業務能夠規范運營,為運營商創造價值。整體架構基于集中模式設計(如圖5所示),集團級一卡通業務管理平臺的功能在省級/區域級一卡通業務管理平臺功能的基礎上,還包括對省級/區域級一卡通業務管理平臺的管理功能和統計分析。省級/區域級一卡通業務管理平臺是指在省內/大區內建設一個集中的一卡通業務管理平臺,本省/本區域內的所有學校/企業接入此系統。接入方式分類如下。

  1) A類:適用于中小型的校園/企業,只部署各種終端。A類校園/企業與省級/區域級一卡通業務管理平臺的對接主要側重于終端硬件類。此類數據將通過硬件和接口直接上送到省級/區域級一卡通業務管理平臺。

  2) B類:適用于大型的校園和企業,部署各種終端和前置系統。前置系統是業務應用系統和各種機具之間的連接適配模塊,它負責完成學校企業內機具和一卡通業務應用系統之間的連接和數據傳輸,實現接口數據的適配、交換與共享。前置機系統可以承載校園/企業自管應用密鑰,支持發卡,充值等功能。此類一卡通業務系統與省級/區域級一卡通業務管理平臺的接口側重于業務類。

  3) C類:適用于卡片空間租賃型的校園/企業。C類校園/企業暫未得到運營商卡片授權,僅得到卡片空間租用權。一般情況下此類一卡通業務系統已經存在,擁有自己的卡片管理和密鑰管理體系。C類校園/企業對省級/區域級一卡通業務管理平臺的依賴性最小,此類一卡通業務管理平臺的接口主要側重于卡片空間授權及信息服務和數據統計分析功能。

  以上三類集團客戶成員( 用戶),各集團客戶數據獨立、密鑰獨立、賬目獨立,集團客戶成員(用戶)卡只能在各單位內部使用。業務管理平臺統一門戶登錄、AB類業務平臺統一門戶登錄,處理各類業務數據。

  一卡通業務管理平臺主要由管理系統、服務系統、業務系統和密鑰管理系統四部分集成而成。管理系統是平臺的核心;業務系統提供面向學校/企業的具體業務;服務系統為業務系統提供公共業務實現服務;密鑰管理系統負責為管理系統和業務系統提供各種密鑰。

  ①管理系統:負責管理一卡通業務中的所有資源,包括各類卡(IC,PASM,SIM)、終端設備、業務應用等,為服務系統提供管理能力。

  ②服務系統:通過封裝管理系統的能力,集成公共業務實現功能,為業務系統提供服務。服務系統的服務包括兩部分:一是封裝管理系統的密鑰發卡功能、業務訂購功能、信息服務功能等,為業務系統提供服務。二是建設公共的業務邏輯,如:終端、賬務等,為業務系統提供服務。

  ③業務系統:用于承載多種自營業務和企業業務的具體實現。A類和B類模式下,業務系統由一卡通業務管理平臺統一建設,業務系統為一卡通業務管理平臺的一個功能模塊。C類模式下,業務系統由學校或企業自己建設獨立系統。

  ④密鑰管理系統:負責根密鑰、省密鑰和子密鑰的管理,為管理系統和業務系統提供密鑰。

  3 結束語

  作為一種新興的近距離無線通信技術,近場通信技術應用在世界范圍內受到了廣泛關注。近場通信芯片裝在手機上,手機就可以實現小額電子支付和讀取其他近場通信設備或標簽的信息。近場通信的短距離交互大大簡化整個認證識別過程,使電子設備間互相訪問更直接、更安全和更清楚。通過近場通信,電腦、數碼相機、手機、 PDA等多個設備之間可以很方便快捷地進行無線連接,進而實現數據交換和服務。目前,近場通信技術已成功地在手機支付、門禁、各種POS終端,以及各種自動收費等應用中找到了自己的用武之地,在未來的普及化應用指日可待[5]。(作者簡介:宮 雪,碩士,目前主要從事業務與支撐系統、近場通信等領域的研究咨詢工作。李 娜,碩士,先后從事LTE業務應用與網絡演進、移動支付、移動互聯網創新應用及運營平臺的研究工作。)
 
 
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