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地铁IC卡自动充值系统的设计与研究

来源:一卡通世界      作者:蒋炼,戴瑜兴      2010/9/4 19:56:31

    摘要:针对地铁IC卡自动充值系统和IC卡的应用开发的现状,论述了自动充值系统的总体结构,给出了充值机的硬件体系机构和主要应用程序流程,金融网关的工作方式和程序主流程以及充值机与金融网关之间的通信.实现了公交地铁IC卡的自助充值,使公交卡具有更充分的开放性.
    关键词:地铁IC卡;自动充值机;金融网关;嵌入式
    中图分类号:TN911.6 文献标识码:A 文章编号:1671—119X(2006)02—0014-04

    0 引 言

    自从国家实施金卡工程以来,银行卡和非银行卡应用都取得了飞速的发展.其应用效果便是减少了现金流量,以无形的电子流取代了有形的货币支付.目前应用的银行卡仍以磁条卡占主导地位,而代表卡片应用技术最新成果的IC卡,由于更换成本和技术上的原因,在银行卡方面还难以普及.相反,IC卡应用在非银行卡领域却得到了长足的发展,如公交地铁IC卡、校园IC卡等,促成了目前IC卡在非银行卡应用领域蓬勃发展的局面 .为了方便公交地铁IC卡的发卡和充值,同时增加银行卡的功能,提高知名度,吸收存款,各地商业银行陆续开发公交地铁IC卡自动充值系统.该系统将利用银行现有的电脑和网络设备,在各网点安装自动充值终端设备,由客户在充值终端上用银行卡对IC卡充值或购买.该系统的应用将使公交地铁IC卡的充值和购买更加方便简捷,对公交地铁IC卡的发行和使用将起到积极的推动作用。

    1 系统总体结构

    地铁IC卡自动充值系统由银行主机、银行前置机、金融网关服务器(充值前置机)、充值终端机组成,如图1所示.各部分功能如下:

  充值机银行联网示意图

图1 充值机银行联网示意图

    银行主机:现有的银行卡后台主机,执行银行卡的扣费交易。
    银行前置机:完成从金融网关过来的交易请求(IC卡充值交易,IC卡充值成功通知),并将执行结果返回给金融网关服务器应用程序。
    金融网关(充值前置机):转发从自动充值机来的交易请求(IC卡充值交易、IC卡充值冲正交易),并将执行结果返回给自动充值机.
    充值终端机:执行IC卡查询交易,IC卡充值交易,交易失败时冲正交易.客户在充值终端分别插入磁条卡和IC卡,并输入充值金额.充值终端将上述信息汇总,打成数据包后通过DDN专线或拨号网络将数据送至充值前置机.自助充值前置机将充值交易转发到后台主机,从磁条卡帐户扣除相应金额后返回交易成功信息;自助充值前置机将交易成功的IC卡信息记录至数据库,并向充值终端返回交易成功信息;充值终端收到成功交易后启动充值模块,对客户IC卡充值并打印凭证.不成功交易则返回相应信息,在终端上显示.因系统或通讯故障引起的自动冲正以及终端安全认证同POS终端处理.所有数据均通过加密传送。

    2 系统各部分的设计与实现

    2.1 充值机

    该充值机以32位的RISC处理器ARM9为核心,工作频率可达204 MHz.嵌入式微处理器采用的是S3C24lO,基于ARM920T设计.$3C2410芯片是韩国三星电子公司推出的一款基于ARM920T内核的16/32位RISC•嵌入式微处理器.该处理器主要面向手持式设备、高性价比、低功耗的应用.作为S3C241O芯片的CPU 内核,16/32位ARM920TRISC微处理器采用0.18 la.m CMOS标准单元结构. ARM920T核由ARM9TDM1、存储管理单元(MML)和高速缓存三部分组成.其中,MMU可1三l管理虚拟内存,高速缓存由独立的16 KB地址和16 KB数据高速CaChe组成.

    嵌入式操作系统采用经过裁剪的linux内核.操作系统已经内置了多种外设的硬件驱动程序,拥有TCP/IP协议栈,通过API函数进行应用程序开发.应用程序和操作系统互相隔离,应用程序和广告图形可远程独立下载.电动读卡器可读符合ISO7816-123磁条卡,支持ISO7816—4的IC卡,支持TYPE—A类型的非接触IC卡.充值机系统支持多种网络连接方式,并根据实际的业务需求选择,常用的是以太网连接方式,采用TCP/IP通讯协议和SoCket的通讯方式.通讯方法采用短连接,即客户端发送一条请求,服务器端处理完成并返回结果之后,即断开连接,下次请求时再次建立新的连接.

    充值机的主要功能是:查询银行卡余额,查询IC卡余额,IC卡圈存交易,修改IC卡密码挂失卡,IC卡圈存交易自动冲正.

    硬件平台体系结构如图2所示

  充值机的嵌入式硬件平台体系结构

图2 充值机的嵌入式硬件平台体系结构

    充值机操作的主要程序流程如图3所示:

 充值机程序流程

图3 充值机程序流程

    2.2 金融网关

    金融网关是提供给银行与应用行业间进行联网交易结算的通讯中间件,既可以安装在放置于银行的前置机上,也可以安装于自助服务设备上,以实现各种自助服务设备与银行帐务系统的连接.金融网关作为充值机的服务器,响应充值机的交易请求,转发银行端和企业应用端发来的返回数据;监控自助服务设备的工作状态.充值机通过TCP/IP连接到金融网关服务器.金融网关也是与银行联网的企业端前置机,金融网关作为SOCKET CLIENT端,银行中间业务前置机作为SOCKET SERVER端.金融网关向银行前置机转发自助服务设备的交易请求,接收银行前置机的返回数据记录并转发给自助服务设备.金融网关相当于一个防火墙,起到隔离银行网络与外部网络的作用.由于数据均为加密传输,通讯密钥由银行方掌握,保证了银行的数据安全.采用金融网关的方式,使行业系统与银行主机系统互相隔离,以保证双方数据的安全性.

    金融网关程序主流程如图4所示.

 金融网关程序主流程

图4 金融网关程序主流程

    2.3 充值机与金融网关之间

    充值机和金融网关前置机间采用TCP/IP协议,无论何种请求,当自助设备与前置机建立连接后,为确保自助设备与前置机间通信无误,自助设备需要向前置机发送连接请求,自助设备必须等待接收前置机返回的返回建链消息后,不断链,接着进行以后的各种操作.自助设备与前置机间联机事务处理采用双向通信方式,即一次完整的交易进行一次通信,连接请求方发出请求后等待应答后拆链,建链/拆链由请求方进行,服务方发出应答后拆链,如一次交易需要进行多次通信(如传输文件),则在完全传送结束后断链。

充值机与充值前置机之间采用的是IS08583报文格式进行通讯.ISO 8583是国际标准化组织(ISO)为实现银行处理系统间交换金融信息而制定的一个标准界面,它规定了信息结构、格式和内容,以保证在不同应用规范的系统间能够进行报文交换。

    以圈存为例(圈存,即将银行卡上的金额转入IC卡):

    充值机向金融网关发起充值交易请求一>金融网关往银行发起扣款请求一>金融网关得到银行扣款成功许可一>金融网关向充值机发回成功信息一>充值机写卡一>充值机向金融网关发出交易成功确认信息一>金融网关返回确认信息一>充值机断开联接链.

    数据包格式:

    Bull0]=(sizeof(transaCtion_reCord)+14)/256 Ramdon为加密解密使用到的随机数
    Buf[1]=(sizeof(transaCtion_reCord)+14)%256 TermId[8]为终端机编号

    MAC的计算范围为:

    MAC计算时,使用加密后数据。

    3 结束语

    通过充分利用安全性高、结算功能齐全、使用范围广泛的电子货币自助充值方案,实现公交IC卡电子货币一卡通,不但解决了资金风险问题,而且使地铁公交卡具有充分的开放性和前瞻性。(文/湖南大学电气与信息工程学院 蒋炼,戴瑜兴)

    参考文献
    [1] 尹亮.基于中间件技术的圈存系统的设计与实现[J],计算机与现代化,2O05,(5):34—37.
    [2]王田苗.嵌入式系统设计与实例开发[M].北京:清华大学出版社,2003.
    [3]郭永艳,郝昌富.华夏银行支付网关系统的设计与开发[J].浙江工业大学学报,2005,(2):28—30.
    [4]金新民,朱学峰.银行POS交换系统的设计与实现[J].华南理工大学学报(自然科学版),1998,(8):108.

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