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近场通信技术研究及其在校企手机一卡通的应用


【发布日期】:2013-12-22  【来源】:支付圈

      【PayCircle支付圈核心提示】文章阐述了近场通信业务的业务模式和技术方案,并选取近场通信技术在校企中的应用进行详细介绍;分析手机一卡通的业务功能,并介绍集中一卡通业务运营平台的系统架构和主要功能。
  摘要:近场通信业务是移动通信领域的一种新型业务。文章阐述了近场通信业务的业务模式和技术方案,并选取近场通信技术在校企中的应用进行详细介绍;分析手机一卡通的业务功能,并介绍集中一卡通业务运营平台的系统架构和主要功能。

  引言

  近场通信(Near Field Communication,NFC)即近距离无线通信技术。近场通信技术是一种近距离的高频无线通信技术,可用距离约为10厘米,可以实现电子身份识别或者数据传输,比如信用卡、门禁卡等功能。早期借助这项技术,用户可以用手机替代公交卡、银行卡、员工卡、门禁卡、会员卡等非接触式智能卡,还能读取广告牌上附带的RFID标签信息。现在,随着这种技术的发展和研究应用,可以在移动设备、消费类电子产品、PC和智能控件工具间进行近距离无线通信。NFC提供了一种简单、触控式的解决方案,可以让消费者直观地交换信息、访问内容与服务。

  在校园、企业等封闭领域开展近场通信应用,可巩固和保有移动通信市场,增加校园和企业市场用户的稳定性和长期性,提高用户黏度,带来更多的增值收益。

  1 近场通信技术分析

  近场通信是一项以手机为载体,把非接触式IC卡应用结合于(U)SIM卡中,以卡模拟、阅读器、点对点三种应用模式,实现手机支付、行业应用、积分兑换、电子票务、身份识别、防伪、广告等多种应用的服务产品,是移动通信领域的一种新型业务。近场通信业务改变了用户使用移动电话的方式,使用户的消费行为逐步走向电子化,建立了一种新型的用户消费和业务模式[1]。

  1.1 业务模式

  1) 卡模拟模式。手机终端可以模拟成为一张非接触卡,例如模拟成为银行卡、门禁卡、电子票等,手机与其它读写器终端进行交互完成近场通信功能,并能向用户显示相关的交互信息或提示相应的操作信息。具体应用如:手机支付、电子票务、身份识别等。

  2) 阅读器模式。手机终端可以读取一张非接触卡或电子标签中的内容。当手机终端靠近电子标签时,手机终端与嵌入在卡或标签内的非接触模块进行交互,读取卡片或标签内的相应数据,并向用户显示相关的交互信息,提示相应的操作信息或通过终端功能触发相应的应用,如发送短信,上网浏览等。

  3) 点对点模式。手机终端相互之间可以在近距离内直接传递数据,例如同步日程表、电话簿等。当有可用的点对点连接时手机可以提示用户,用户确认即可启动相应的操作[2]。

  近场通信三种业务模式的具体应用分类如表1所示。

  表1 近场通信业务模式分析



  1.2 技术方案

  近场通信业务采用的频段主要包括13.56M和2.45G两个频段。具体的技术实现方案包括:

  1) 13.56M SWP方案。该方案由雅思拓、飞利浦等厂商联合提出,目前已经成为ETSI的标准。它在NFC标准基础上,考虑了运营商的需求,将支付应用与射频模块进行分离,在移动终端中增加射频模块及天线,同时SIM卡需支持SWP协议,并将应用加载在SIM卡中。如图1所示。该方案的优点为:采用国际标准,容易得到终端厂家支持;性能稳定,卡与终端兼容性高;应用可加载在卡中,符合运营商需求。该方案的缺点为:需要更换SIM卡、更换终端;终端厂家需要研发,普及需要较长的时间。

  2) 13.56M双界面卡方案之天线集成方案。该方案在SIM卡中增加射频模块,并将天线外置,直接与SIM卡连接;该方案由握奇、恒宝等申请了专利。如图2 所示。该方案的优点为:无需更换手机,只需更换SIM卡;应用加载在SIM卡上,有利于运营商开展业务。该方案的缺点为:射频天线外置,部分手机不能安装;天线性能易受手机后盖材质的影响;天线在用户使用中容易受到损坏。


  3)13.56M双界面卡方案之定制手机方案。该方案在 SIM中增加射频模块,在终端后盖内侧增加射频天线。如图3所示。该方案的优点为:终端开发难度小,容易快速推出;天线不易损坏。该方案的缺点为:需要更换终端;不兼容USIM卡;射频模块与天线由不同厂家提供,性能稍低于SWP方案[3]。

  4) 2.45G RF-SIM卡方案。该方案是将射频模块及天线直接集成到SIM卡内,天线尺寸小,工作频率为2.45GHz。如图4所示。 该方案的优点为:只需更换SIM卡,不需更换终端;可实现多种模式(卡模拟、阅读器、点对点),工作距离较长(0~100m)。该方案的缺点为:功率控制技术难度大,对金融支付的安全性存在影响;与公交、银行现有非接触受理环境不兼容[4]。上述几种技术方案的对比分析如表2所示。


  2 近场通信技术在校企的应用

  由于2.45G RF-SIM卡方案和13.56M 双界面卡天线集成方案只需要更换一张SIM卡,因此被广泛用于校园、企业等封闭领域,代替传统的卡片通过手机刷卡实现门禁、考勤、食堂消费等。手机一卡通业务是运营商提供的黏住老用户、吸引新用户的新型增值业务产品。

  2.1 业务功能

  手机一卡通将普通一卡通与手机SIM卡集成于同一张卡,除实现传统普通一卡通功能以外,还可以通过短信、WAP等方式实现排课、会议、图书借阅、消费明细、账户等各种信息的互动查询,实现各种信息的指定下发,实现通知、提醒的功能;并可通过短信、STK菜单等方式实现空中圈存,为一卡通账户进行充值。

  手机一卡通主要的业务应用有以下方案。

  1) 消费。消费信息化功能替代了传统的餐券结算方式,解决了餐券流通过程中的伪造、丢失、病菌交叉感染等一系列弊端,节省了餐券在印刷、发放、兑换、回笼、清点、保管、复核等环节上的大量人力、物力、财力。现在的消费已从售饭系统延伸到超市收费、小卖部收费、浴室收费、停车场收费、医疗收费、网吧消费等。该功能的推广和应用,使后勤管理工作实现自动化、科学化,既节能环保,又提高效率。消费功能包括以下模块。①消费管理:通过POS机刷卡实现支付消费。②现金充值:通过人工收取现金为用户的一卡通账户进行充值。③圈存充值:通过自助终端,实现银行卡账户或手机钱包账户向一卡通账户的资金划转,为用户的一卡通账户进行充值。④福利或补贴发放:通过向福利或补贴发放对象的一卡通账户进行充值,实现各种福利或补贴的发放,并且还可以限定某发放的福利或补贴仅可用在某些消费中(如食堂),实现学校(企业)内部福利或补贴发放电子化的应用需求。⑤购水:在学校(企业)内部用水时,用手机进行淋浴、打开水等的缴费。⑥购电:在学校(企业)内部用电时,用手机进行缴费。

  2) 门禁。门禁管理,主要是对通道进行安全、有效的出入控制。门禁系统主要分为:出入查验控制、电子锁门禁控制、门锁、通道机控制。系统由门禁控制器、门禁读卡器、电子锁(电磁锁、电插锁)、系统软件组成。学生、员工在出入口读卡器上读卡,如卡有效,控制器会打开电子锁;如果该卡不被允许,读卡器和控制器均会报警,以提示管理人员,同时电子锁将不会打开。

  3) 考勤。对于教师、职工的上班考勤采用“手机一卡通”方式,防止了代打卡的现象。对于学生,在安排好学生排课表的前提下,学生上课前通过“手机一卡通”的方式进行考勤。非本班的学生此时无法在此考勤机上进行考勤,本班的学生也无法在其他教室门口的考勤机上进行考勤。这样有效禁止了学生逃课现象,规范了日常的教学秩序。

  4)电控。学生(员工)宿舍用电一直存在着一些无法解决的问题:一是学生(员工)用电节约意识淡薄,宿舍中“长明灯”、“无人灯亮”现象难以制止,管理者只好天天定时拉闸,为宿舍停送电,否则就会

  造成浪费;二是宿舍私拉、乱接电线现象时有发生,极易发生触电;三是经常有学生(员工)偷用电炉、电磁炉等大功率电器,既造成电力资源浪费,又容易引发火灾,对学生(员工)生命财产安全造成威胁;四是电脑等电子电器设备进入宿舍,用电控制难以计量,收费难。

  智能电控系统使抄表和收费等工作被省略,采用预收费,实现了用户“先交费后消费”;智能恶性识别功能对违章用电起到了严格的杜绝,既放开用电,又不能违章用电,实现了用电的智能化管理。

  5) 图书管理。使用手机一卡通,实现借还书、缴纳罚款等功能。将手机一卡通系统与原图书馆管理系统对接,实现图书借阅、扣款等功能。手机一卡通与图书馆管理系统接口具有如下特点。①不改变原先图书馆的运作模式;②新增学生、教工人员信息和照片信息自动同步,减少工作人员工作量;③手机一卡通断网不影响图书馆系统借还书业务。

  6) 上机管理。使用手机一卡通,实现微机监控、收费、机房管理、课程安排、统计报表等功能。手机一卡通系统与机房管理系统对接,对机房进行统一的上机管理,结合学校的教学活动,以软件方式实现无人值守。①微机监控。监控用户和计算机的详细信息,用多种图形方式形象显示各个客户端电脑的连接和使用状况,可监视客户端的进程、锁定客户屏幕,抓取远端微机屏幕、对其界面进行监视,可对机房的微机远程操作(如遥控上机、下机、强制关机等),可控制用户访问网站。②收费功能。收费单价与身份、时段、每周日期、机房有关。收费支持现金和卡方式,预约上机可以收取押金,用户访问网站可另外计费,支持断网计费,可安排课程机时、免费机时。③管理功能。登记机房、机房内微机和机房内设备,管理预约,安排课程和考试,设置操作员,管理用户信息等等。④统计报表。按日、月、季、年进行消费统计,按机房、微机、操作员进行消费统计,学生上课出勤统计,机房内微机使用情况统计等等。

  7) 车辆管理。手机一卡通系统可与停车管理系统对接,实现停车刷卡消费功能。带有手机一卡通的车辆,在靠近停车场栏杆时,栏杆自动打开,并自动进行计费和扣款。其主要功能包括:消费扣款、停车次数设定、停车时长设定、报表统计等。

  2.2 集中运营平台

  一卡通业务管理平台是用于一卡通资源管理和业务运营的系统平台,如图5所示。该平台负责对学校和企业等集团客户进行统一管理,并管理卡、POS终端、业务应用密钥等。同时为学校和企业提供消费类应用、身份识别类应用、信息服务类应用。从而使一卡通业务能够规范运营,为运营商创造价值。整体架构基于集中模式设计(如图5所示),集团级一卡通业务管理平台的功能在省级/区域级一卡通业务管理平台功能的基础上,还包括对省级/区域级一卡通业务管理平台的管理功能和统计分析。省级/区域级一卡通业务管理平台是指在省内/大区内建设一个集中的一卡通业务管理平台,本省/本区域内的所有学校/企业接入此系统。接入方式分类如下。

  1) A类:适用于中小型的校园/企业,只部署各种终端。A类校园/企业与省级/区域级一卡通业务管理平台的对接主要侧重于终端硬件类。此类数据将通过硬件和接口直接上送到省级/区域级一卡通业务管理平台。

  2) B类:适用于大型的校园和企业,部署各种终端和前置系统。前置系统是业务应用系统和各种机具之间的连接适配模块,它负责完成学校企业内机具和一卡通业务应用系统之间的连接和数据传输,实现接口数据的适配、交换与共享。前置机系统可以承载校园/企业自管应用密钥,支持发卡,充值等功能。此类一卡通业务系统与省级/区域级一卡通业务管理平台的接口侧重于业务类。

  3) C类:适用于卡片空间租赁型的校园/企业。C类校园/企业暂未得到运营商卡片授权,仅得到卡片空间租用权。一般情况下此类一卡通业务系统已经存在,拥有自己的卡片管理和密钥管理体系。C类校园/企业对省级/区域级一卡通业务管理平台的依赖性最小,此类一卡通业务管理平台的接口主要侧重于卡片空间授权及信息服务和数据统计分析功能。

  以上三类集团客户成员( 用户),各集团客户数据独立、密钥独立、账目独立,集团客户成员(用户)卡只能在各单位内部使用。业务管理平台统一门户登录、AB类业务平台统一门户登录,处理各类业务数据。

  一卡通业务管理平台主要由管理系统、服务系统、业务系统和密钥管理系统四部分集成而成。管理系统是平台的核心;业务系统提供面向学校/企业的具体业务;服务系统为业务系统提供公共业务实现服务;密钥管理系统负责为管理系统和业务系统提供各种密钥。

  ①管理系统:负责管理一卡通业务中的所有资源,包括各类卡(IC,PASM,SIM)、终端设备、业务应用等,为服务系统提供管理能力。

  ②服务系统:通过封装管理系统的能力,集成公共业务实现功能,为业务系统提供服务。服务系统的服务包括两部分:一是封装管理系统的密钥发卡功能、业务订购功能、信息服务功能等,为业务系统提供服务。二是建设公共的业务逻辑,如:终端、账务等,为业务系统提供服务。

  ③业务系统:用于承载多种自营业务和企业业务的具体实现。A类和B类模式下,业务系统由一卡通业务管理平台统一建设,业务系统为一卡通业务管理平台的一个功能模块。C类模式下,业务系统由学校或企业自己建设独立系统。

  ④密钥管理系统:负责根密钥、省密钥和子密钥的管理,为管理系统和业务系统提供密钥。

  3 结束语

  作为一种新兴的近距离无线通信技术,近场通信技术应用在世界范围内受到了广泛关注。近场通信芯片装在手机上,手机就可以实现小额电子支付和读取其他近场通信设备或标签的信息。近场通信的短距离交互大大简化整个认证识别过程,使电子设备间互相访问更直接、更安全和更清楚。通过近场通信,电脑、数码相机、手机、 PDA等多个设备之间可以很方便快捷地进行无线连接,进而实现数据交换和服务。目前,近场通信技术已成功地在手机支付、门禁、各种POS终端,以及各种自动收费等应用中找到了自己的用武之地,在未来的普及化应用指日可待[5]。(作者简介:宫 雪,硕士,目前主要从事业务与支撑系统、近场通信等领域的研究咨询工作。李 娜,硕士,先后从事LTE业务应用与网络演进、移动支付、移动互联网创新应用及运营平台的研究工作。)
 
 
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