GPRS無線指紋身份驗證系統(tǒng)的應用研究

引言
    隨著保安市場規(guī)范化建設的需求，在保安押運行業(yè)中對保安人員的身份驗證有了更高的要求，依靠傳統(tǒng)的考勤方式，通過人工簽到、交接管理武器槍支及運鈔本進行現(xiàn)金交接的方式已經(jīng)遠遠不適合現(xiàn)代化保安人員管理的需要。將指紋識別與無線網(wǎng)絡技術結合實現(xiàn)身份驗證系統(tǒng)，將該系統(tǒng)應用于保安押運行業(yè)具有重要的現(xiàn)實意義。
    GPRS是一項高速數(shù)據(jù)處理的技術，由于其覆蓋面廣，已經(jīng)得到越來越多的應用。在本系統(tǒng)中，應用GPRS技術使管理者足不出戶就可以掌握所有押運人員的身份驗證情況，將各個身份驗證終端的信息匯總形成數(shù)據(jù)庫還可以為高層決策者提供更好的支持。
    本文通過將GPRS技術與指紋識別技術相結合，將GPRS設備終端接入網(wǎng)絡，實現(xiàn)了無線指紋身份驗證的功能。

1 系統(tǒng)設計構思
    GPRS指紋身份驗證系統(tǒng)主要由指紋身份驗證終端和身份驗證服務器兩部分組成。系統(tǒng)工作原理圖如圖1所示。其中，GGSN(Gateway GPRS Support Node)為網(wǎng)關GPRS支持節(jié)點。

    指紋身份驗證終端和指紋身份驗證服務器均可劃分為更小的子模塊：前者包含指紋驗證模塊和GPRS模塊兩個子模塊；后者則由指紋錄入模塊和服務器管理軟件兩個子模塊構成。圖2給出了完整的系統(tǒng)結構框圖。

2 系統(tǒng)硬件設計
    指紋身份驗證終端包括鍵盤模塊、時鐘模塊、液晶顯示模塊、指紋識別模塊和GPRS模塊，以及能夠直觀地提示系統(tǒng)運行狀態(tài)的指示燈。其硬件結構框圖如圖3所示。

    系統(tǒng)選用Freescale公司高性能、低功耗的MC68HC908GP32(簡稱GP32)芯片作為主控芯片。
2．1 指紋識別模塊硬件接口設計
    TF-MD-M1指紋識別模塊提供標準的串行通信接口，具有發(fā)送引腳UART_Tx和接收引腳UART_Tx。 GP32通過內(nèi)部集成的增強型串行通信接口，可以很方便地實現(xiàn)與指紋識別模塊之間的通信。由于雙方接口電平都為TTL電平，能夠相互驅(qū)動，不需要進行電平轉(zhuǎn)換，直接對應連接即可。
2．2 GPRS模塊硬件接口設計
    本文利用GPRS模塊來實現(xiàn)終端與服務器端之間的數(shù)據(jù)收發(fā)。GPRS DTU(Data Terminal Unit，數(shù)據(jù)傳輸單元)對外提供RS232或者RS485的通信接口。由于GP32主控板與GPRS DTU之間的通信距離較短，一般不會超過50 cm，RS232接口足以保證兩者之間的正常通信。因此，選用RS232接口與GPRS DTU進行數(shù)據(jù)收發(fā)。
    圖4給出了GP32與GPRS模塊的硬件接口。

3 系統(tǒng)軟件設計
    本系統(tǒng)的軟件設計主要包括兩大部分，即指紋身份驗證終端的軟件設計和服務器管理軟件的設計。這兩大部分分別實現(xiàn)不同的功能，且互相配合共同實現(xiàn)基于GPRS的網(wǎng)絡指紋身份驗證功能。
3．1 指紋身份驗證終端的軟件設計
    如圖5所示，終端軟件主要由3個模塊構成：分別為人機交互菜單、對指紋識別模塊二次開發(fā)以及控制(3PRS模塊進行數(shù)據(jù)收發(fā)。其中人機交互菜單模塊實現(xiàn)了切換操作界面、掃描按鍵、錄入數(shù)據(jù)及管理選項等功能。

3．1．1 主函數(shù)的程序設計
    圖6為主函數(shù)的程序流程。首先進行一系列的初始化工作，包括GP32芯片初始化(設置內(nèi)部總線頻率為20MHz和禁止COP模塊)，鍵盤初始化(中斷允許)，液晶初始化，串口初始化(波特率為19 200 bps、接收中斷允許等)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)初始化，中斷初始化(開放鍵盤中斷、串口接收中斷和總中斷)等。然后，查詢GPRS模塊的連接情況，若成功連接上指紋身份驗證服務器端，則進入主循環(huán)；若連接失敗，則退出程序并給出故障提示。

3．1．2 對指紋識別模塊二次開發(fā)的程序設計
    對指紋識別模塊進行二次開發(fā)關鍵在于應用指紋產(chǎn)品提供的二次開發(fā)協(xié)議。由于指紋身份驗證終端需要存儲已注冊用戶的指紋特征碼數(shù)據(jù)，故對指紋識別模塊二次開發(fā)的程序需要管理該指紋庫，提供諸如添加、刪除等基本操作功能。當用戶進行身份驗證時，需要將現(xiàn)場采集的用戶特征碼數(shù)據(jù)與指紋庫中的指紋特征碼數(shù)據(jù)進行逐一匹配，通過判斷能否找出匹配指紋數(shù)據(jù)來確定該用戶是否為合法用戶。因此，必須利用1：N指紋比對的功能。表1給出了實現(xiàn)指紋識別模塊部分功能的函數(shù)列表。

3．1. 3 控制GPRS模塊進行數(shù)據(jù)收發(fā)的程序設計
    GPRS模塊提供用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP和傳輸控制協(xié)議TCP兩種通信傳輸模式。考慮到可靠性的要求，本文選用TCP協(xié)議進行遠程傳輸數(shù)據(jù)。
    控制GPRS模塊進行數(shù)據(jù)收發(fā)分為3個步驟：首先對GPRS模塊進行參數(shù)設置，然后規(guī)定指紋身份驗證終端和服務器之間的網(wǎng)絡通信格式，最后執(zhí)行數(shù)據(jù)收發(fā)的具體操作。
    其重點在于兩者之間TCP連接的建立，一旦連接成功，終端GPRS模塊與服務器端之間將搭建起一條透明的傳輸鏈路。對于被透明鏈路連接的雙方，發(fā)送時只需將數(shù)據(jù)按通信格式打包后直接傳送，接收數(shù)據(jù)時也只需對數(shù)據(jù)幀進行分析處理。
3．2 服務器端管理軟件的設計
    服務器端管理軟件專門為指紋身份驗證終端提供網(wǎng)絡連接服務，以實現(xiàn)身份驗證數(shù)據(jù)的實時采集，并將實時數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)庫中以便管理。服務器的管理軟件由4個模塊組成，分別為與指紋錄入模塊的通信模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊、接口界面模塊和網(wǎng)絡通信模塊，如圖7所示。

    數(shù)據(jù)庫管理模塊又細分為管理員信息管理、員工信息管理、押運線路信息管理和身份驗證日志信息管理4個子模塊。服務器端的管理軟件對整個系統(tǒng)的操作行為進行規(guī)范和控制，指紋身份驗證終端用于身份驗證的指紋數(shù)據(jù)庫需要從服務器端獲得，因此要求每一個身份驗證用戶必須先在服務器端注冊個人基本信息，并使用指紋錄入模塊提取指紋特征碼數(shù)據(jù)。
    指紋身份驗證服務器在網(wǎng)絡通信方面的主要功能是接收和發(fā)送TCP協(xié)議的IP數(shù)據(jù)包，以實現(xiàn)與指紋身份驗證終端的GPRS模塊的IP協(xié)議通信。網(wǎng)絡通信程序的功能包括：與GPRS模塊建立TCP連接；對接收到的工作數(shù)據(jù)幀進行處理；向指紋身份驗證終端傳送應答數(shù)據(jù)幀。
    其中，服務器建立TCP連接的步驟如下：
    ①服務器管理程序建立ServerSocket，偵聽指定端口，等待GPRS模塊的連接請求。
    ServerSocket=New TcpListener(“6060”)     ／／在6060端口上監(jiān)聽
    ②當服務器偵聽到來自指紋身份驗證終端的連接請求時，接受此請求并建立對應的Socket，該Socket將作為該TCP連接及后續(xù)收發(fā)數(shù)據(jù)的依據(jù)。至此完成了服務器與前端GPRS模塊的TCP通道的建立。
    Dim n As Socket=ServerSocket．AcceptSocket()    ／／創(chuàng)建新的套接字與終端連接
③從套接字中獲取數(shù)據(jù)，服務器將處理接收到的數(shù)據(jù)幀，按協(xié)議規(guī)定格式解析后作相應處理。
    Dim MyBuffer(12)As Byte       ／／創(chuàng)建接收緩沖區(qū)
    Dim DataNum As Integer        ／／接收到的數(shù)據(jù)個數(shù)
    DataNum=n. Receive(MyBuffer)  ／／將數(shù)據(jù)從套接字中讀取到接收緩沖區(qū)中
    在TCP通道建立后，服務器接收到指紋身份驗證終端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)幀，按照通信協(xié)議的規(guī)定格式對數(shù)據(jù)進行分解，并進行相應的處理。
服務器管理軟件處理完終端傳送來的數(shù)據(jù)幀后，將處理結果按規(guī)定的應答幀格式進行封裝，放入發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)，最后通過已經(jīng)建立的TCP連接傳送給前端的指紋身份驗證終端。至此完成了一次數(shù)據(jù)通信。

4 結論
    隨著GPRS技術應用范圍的不斷增加，該技術成本不斷降低，通信可靠性變得更高，在市場中得到了更為廣泛的認可。本文將GPRS技術和指紋識別技術相結合實現(xiàn)身份驗證系統(tǒng)，將其應用于保安押運行業(yè)，大大提高了管理效能及安全性。隨著第三代移動通信技術(3G)的不斷發(fā)展，將移動通信技術應用于身份驗證系統(tǒng)中實現(xiàn)員工的身份識別，不僅為現(xiàn)有保安行業(yè)管理系統(tǒng)的升級提供了支持，而且能有效地應用于其他行業(yè)，為其他行業(yè)身份驗證系統(tǒng)的應用研究提供了一種參考模型。