IC卡燃?xì)獗眍A(yù)付費系統(tǒng)的研究

O 引言
    目前，煤氣和天然氣作為主要的能源進(jìn)入千家萬戶，傳統(tǒng)的人工抄表計費方式存在著效率低下、計費人員工作量增大等缺點，越來越無法滿足用戶的需求。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，IC卡預(yù)付費燃?xì)獗碜鳛槿細(xì)庥嬞M的主要手段在眾多城市中相繼應(yīng)用。預(yù)付費技術(shù)在燃?xì)庥嬞M中的應(yīng)用主要針對在燃?xì)庥嬞M收費中出現(xiàn)的用戶拖欠燃?xì)赓M、人工統(tǒng)計出錯率高、計費人員與用戶出現(xiàn)糾紛等問題。IC卡預(yù)付費燃?xì)獗淼膽?yīng)用不僅能夠很好地解決上述問題，而且還具有以下優(yōu)點：(1)有效地收集用戶信息，為企業(yè)發(fā)展提供了良好的支持。(2)方便用戶繳費，為普及燃?xì)馐褂锰峁┝肆己玫闹С帧?3)減輕了燃?xì)夤举Y金周轉(zhuǎn)負(fù)擔(dān)，杜絕了計費人員與現(xiàn)金直接接觸的現(xiàn)象，幫助燃?xì)夤咎岣呷細(xì)怃N售的管理水平。因此，IC卡預(yù)付費燃?xì)獗硪呀?jīng)成為燃?xì)庥嬞M的主要手段之一。
    自動計費功能是IC卡燃?xì)獗淼暮诵墓δ苤弧Ｒ虼?，預(yù)付費系統(tǒng)是IC卡燃?xì)獗淼闹匾M成部分。然而，在目前眾多預(yù)付費系統(tǒng)中還存在著諸多問題，如：計費系統(tǒng)擁有各自的規(guī)范，沒有提供統(tǒng)一的接口，使得系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)無法共享；很少提供系統(tǒng)二次開發(fā)接口，使得系統(tǒng)無法升級，以滿足用戶需求等。
    基于以上系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題，本文設(shè)計了一個預(yù)付費系統(tǒng)，并進(jìn)行了初步的實驗驗證。經(jīng)實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠初步地解決了以上問題。

1 系統(tǒng)的功能
    根據(jù)IC卡燃?xì)獗響?yīng)用的現(xiàn)狀，IC卡燃?xì)獗眍A(yù)付費系統(tǒng)可分解為以下功能：
    (1)流量計費：從計量傳感器中獲得燃?xì)饬髁?，并結(jié)合燃?xì)鈫挝粌r格計算燃?xì)鈨r格，再通過讀卡設(shè)備更新IC卡中的金額。
    (2)流量控制：從讀卡器中獲得用戶的插卡信息及IC卡內(nèi)的金額信息，以判斷是否開啟或關(guān)閉控制閥門以及提醒用戶充值后繼續(xù)使用。
    (3)自動報警及預(yù)警：燃?xì)獍l(fā)生泄漏、電源供電不足、燃?xì)獗頁p壞或被打開時，關(guān)閉閥門并提示用戶申請工作人員上門檢修、或更換電池、燃?xì)獗怼?br />     (4)IC卡驗證：通過讀卡器讀入用戶信息并進(jìn)行本地驗證，若卡與用戶信息不符或插入的IC卡與讀卡器不匹配，則將系統(tǒng)鎖定。
    (5)網(wǎng)絡(luò)管理：將IC卡中的信息通過Interact進(jìn)行定時傳送，不僅能夠確保服務(wù)器與IC卡燃?xì)獗碇械臄?shù)據(jù)在一定程度上一致，而且也能夠便于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計。
    (6)信息提示：通過燃?xì)獗淼娘@示設(shè)備將IC卡的余額、燃?xì)獗頎顟B(tài)及其他狀態(tài)信息通過顯示設(shè)備顯示給用戶。

2 IC卡燃?xì)獗砜刂葡到y(tǒng)的設(shè)計
    由于以往的IC卡燃?xì)獗沓杀据^高，使得IC卡燃?xì)獗淼钠占八俣容^慢，然而如何在確保IC卡燃?xì)獗沓杀据^低的情況下滿足預(yù)付費系統(tǒng)對硬件需求成為了目前的難點。IC卡燃?xì)獗碓谠O(shè)計上應(yīng)當(dāng)減少用戶以往從終端中獲取IC卡信息的煩瑣性，讓客戶及時了解IC卡的余額、IC卡狀態(tài)及燃?xì)獗頎顟B(tài)等信息，體現(xiàn)更人性化的服務(wù)。[!--empirenews.page--]
    本文給出了一種IC卡燃?xì)獗淼目刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)，能夠滿足預(yù)付費系統(tǒng)對硬件需求且成本較低(如圖1所示)。該系統(tǒng)微處理器采用ARM9的EP9315芯片，由Cirrus Logic公司出品，基于ARM920T內(nèi)核，內(nèi)帶MMU、16 kB的指令cache、16 kB的數(shù)據(jù)cache、Maverick Crunch數(shù)學(xué)協(xié)處理器；主頻高達(dá)200 MHz。EP9315芯片克服了同類產(chǎn)品的內(nèi)核資源有限的缺點，能夠提供較高的處理能力，可輕松實現(xiàn)音頻、視頻等多媒體功能；存儲器采用NOR Flash32M字節(jié)存儲器(2片Intel E28F128 FLASH芯片組成32位接口)，能夠提供較大的存儲單元；音頻接口采用IIS接口芯片UDAl341。以上硬件設(shè)備不僅能夠滿足預(yù)付費系統(tǒng)的運行，而且能夠支持嵌入式操作系統(tǒng)，為系統(tǒng)的升級及移植提供良好的硬件平臺。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
    根據(jù)IC卡燃?xì)獗眍A(yù)付費系統(tǒng)的總體功能，應(yīng)采用一戶一表制，不僅有利于IC卡燃?xì)獗淼墓芾?，而且也減少了預(yù)付費系統(tǒng)開發(fā)的成本，并且可以將IC卡燃?xì)獗磉M(jìn)行二次開發(fā)，例如，可利用其硬件性價比高的優(yōu)勢，在現(xiàn)有燃?xì)獗砉δ艿幕A(chǔ)上增加多媒體等附加功能。由于燃?xì)庥脩糨^多、且分布較廣、不集中，采用實時數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸會造成服務(wù)器壓力負(fù)載較大，帶來設(shè)備更換或系統(tǒng)升級的問題。根據(jù)IC卡燃?xì)獗淼膶嶋H應(yīng)用情況，采用三層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，第一層為IC卡燃?xì)獗?，通過Internet與子應(yīng)用服務(wù)器連接；第二層為子應(yīng)用服務(wù)器；第三層為中心應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，通過Internet防火墻與子應(yīng)用服務(wù)器連接。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
    三層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)擁有以下優(yōu)點：
    (1)IC卡燃?xì)獗碓O(shè)備可靈活管理。燃?xì)庾鳛橹饕粘Ｖ饕茉?，普及使用的速度較快，當(dāng)燃?xì)獗硇略鏊俣容^快時，頻繁更新數(shù)量龐大的用戶數(shù)據(jù)時，會增加系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，不利于IC卡燃?xì)獗淼臄U(kuò)展使用。因此，當(dāng)IC卡燃?xì)獗碓黾訒r，可先將用戶的開戶信息添加至子應(yīng)用服務(wù)器中，再由子應(yīng)用服務(wù)器將開戶信息上傳至中心應(yīng)用服務(wù)器中。這樣不僅可以確保數(shù)據(jù)安全，也可降低中心應(yīng)用服務(wù)器的負(fù)載，更有利于燃?xì)夤緲I(yè)務(wù)的擴(kuò)展。[!--empirenews.page--]
    (2)便于系統(tǒng)升級。子應(yīng)用服務(wù)器減少了IC卡燃?xì)獗碓O(shè)備與服務(wù)器之間的物理距離，便于服務(wù)器對終端設(shè)備的控制。隨著IC卡燃?xì)獗碓O(shè)備的不斷增加，相應(yīng)的增加子應(yīng)用服務(wù)器的數(shù)量以應(yīng)對業(yè)務(wù)量的增加。
    (3)便于網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的開展。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和應(yīng)用，可對系統(tǒng)進(jìn)行升級，增加網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能。系統(tǒng)可增加網(wǎng)絡(luò)繳費和短信提醒等業(yè)務(wù)。注冊用戶可通過網(wǎng)上銀行對帳戶進(jìn)行充值，中心應(yīng)用服務(wù)器將更新后的用戶信息發(fā)送至該終端所在的子應(yīng)用服務(wù)器，由子應(yīng)用服務(wù)器對該IC卡燃?xì)獗戆l(fā)送寫命令，由IC卡燃?xì)獗砀掠脩舻腎C卡信息，充值后可由中心應(yīng)用服務(wù)器通過短信網(wǎng)關(guān)為用戶發(fā)送充值成功的信息。用戶也可通過互聯(lián)網(wǎng)查詢帳戶信息，查詢的內(nèi)容可包括IC卡余額、用戶基本信息、消費及充值記錄等。
    預(yù)付費系統(tǒng)包括服務(wù)器管控系統(tǒng)及IC卡燃?xì)獗砉芸叵到y(tǒng)。服務(wù)器管控系統(tǒng)是在中心應(yīng)用服務(wù)器的基礎(chǔ)上，通過通信控制器對子應(yīng)用服務(wù)器及終端進(jìn)行管理及控制，并對IC卡用戶信息進(jìn)行管理、統(tǒng)計、分析。IC卡燃?xì)獗砉芸叵到y(tǒng)是在IC卡燃?xì)獗憩F(xiàn)有功能的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對IC卡燃?xì)獗淼目刂婆c管理，對IC卡識別器、電源、存儲器、閥門等進(jìn)行有效控制，并對IC卡燃?xì)獗碇写鎯Φ臄?shù)據(jù)進(jìn)行初步地統(tǒng)計、整理、分析，再通過通信控制器將IC卡信息進(jìn)行上傳。
    IC卡燃?xì)獗眍A(yù)付費系統(tǒng)工作流程為：
    (1)用戶將IC卡插入IC卡燃?xì)獗碇?，系統(tǒng)將驗證IC卡的合法性，若出現(xiàn)IC卡損壞、無法識別、錯卡等情況，則系統(tǒng)將IC卡燃?xì)獗磉M(jìn)行鎖定，并通過顯示設(shè)備及音頻信息通知用戶；若IC卡通過合法性驗證后，則對IC卡金額進(jìn)行判斷，若小于最小單位燃?xì)馑鶎?yīng)的金額，則將IC卡燃?xì)獗礞i定，并通過顯示設(shè)備將IC卡余額顯示，同時用音頻提示用戶充值；若IC卡中金額大于最小單位燃?xì)馐褂媒痤~，則將IC卡燃?xì)獗黹_啟，打開燃?xì)忾y門。并啟動電壓測試、計量傳感等設(shè)備對IC卡燃?xì)獗磉M(jìn)行監(jiān)控；在使用時，當(dāng)IC卡中金額低于預(yù)警數(shù)值時通過顯示設(shè)備及音頻提示用戶充值，當(dāng)IC卡中金額為零時，則關(guān)閉燃?xì)忾y門，再次通過顯示設(shè)備及音頻提示用戶充值，并關(guān)閉IC卡燃?xì)獗怼?br />     (2)根據(jù)IC卡燃?xì)獗碇械娜細(xì)庥嬃吭O(shè)備獲取的燃?xì)饬考皳Q算后的金額等數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，將IC卡中的信息進(jìn)行更新，并將燃?xì)饬?、IC卡信息、系統(tǒng)時間等數(shù)據(jù)通過通信控制器上傳至子應(yīng)用服務(wù)器中。
    (3)子應(yīng)用服務(wù)器將IC卡燃?xì)獗碇袛?shù)據(jù)進(jìn)行存儲后根據(jù)系統(tǒng)時間再將數(shù)據(jù)上傳至中心應(yīng)用服務(wù)器中。

4 實驗
4．1 實驗環(huán)境
    根據(jù)現(xiàn)有條件，硬件環(huán)境：PC機(jī)1臺(CPU：Pentium D2．8 G，內(nèi)存1．5 Gb，硬盤160 Gb)作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，PC機(jī)1臺(CPU AMD3000+，內(nèi)存1．5 Gb以上，硬盤160 Gb)作為中心應(yīng)用服務(wù)器，低端PC機(jī)2臺(CPU Pentium4 1．6 G，內(nèi)存1 Gb，硬盤80 Gb以上)作為子應(yīng)用服務(wù)器。IC卡燃?xì)獗?0個。
    軟件及開發(fā)工具：WindowsXP Professional，RedHat Linux4企業(yè)版，Oracle10g企業(yè)版，Rational Rose2003，Office2003，JDKl．5，Eclipse3．3，Tomcat6．O等。
4．2 實驗結(jié)果
    將中心應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、服務(wù)器群、子應(yīng)用服務(wù)器和IC卡燃?xì)獗硗ㄟ^Internet連接，每個子應(yīng)用服務(wù)器首先連接2個IC卡燃?xì)獗?，將預(yù)付費系統(tǒng)移植到IC卡燃?xì)獗碇泻筮M(jìn)行群集測試。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠正常運行，并且能夠初步地實現(xiàn)系統(tǒng)預(yù)期的功能。當(dāng)每個子應(yīng)用服務(wù)器連接到5個IC卡燃?xì)獗頃r，且終端數(shù)據(jù)上傳時間間隔較短時，子應(yīng)用服務(wù)器的數(shù)據(jù)處理壓力就會過大。若終端數(shù)據(jù)上傳時間間隔較長，則不利于服務(wù)器中數(shù)據(jù)的一致性。因此，實際應(yīng)用的數(shù)據(jù)上傳間隔時間可根據(jù)硬件設(shè)備的選擇來確定。

5 結(jié)束語
    IC卡燃?xì)獗淼膽?yīng)用是燃?xì)夤拘畔⒒闹匾画h(huán)，能夠大大減少人員的工作量、減少抄表人員的配備、降低統(tǒng)計出錯率、有利于資金的流動等，從而間接地提高燃?xì)夤竟芾淼乃讲⒅鸩浇档腿細(xì)夤镜某杀?。IC卡燃?xì)獗碜鳛橛脩羧粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的產(chǎn)品為用戶提供服務(wù)，也是燃?xì)夤緸橛脩籼峁┓?wù)的平臺之一，因此，IC卡燃?xì)獗淼膽?yīng)用受到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。智能IC卡燃?xì)獗沓蔀榱薎C卡燃?xì)獗砦磥戆l(fā)展方向之一，智能IC卡燃?xì)獗聿粌H能夠為用戶提供更安全可靠的服務(wù)，也能夠為用戶提供一個人機(jī)交互的平臺，為用戶提供的信息不僅限于簡單的IC卡余額、IC卡燃?xì)獗淼臓顟B(tài)等信息，而是將音頻、視頻等多媒體信息提供給用戶，用戶還能通過終端設(shè)備進(jìn)行充值、開戶、消戶等業(yè)務(wù)的辦理。可見，隨著硬件設(shè)備成本的逐漸降低，IC卡燃?xì)獗淼钠占氨銜莻€必然的趨勢；隨著智能技術(shù)的不斷發(fā)展，智能IC卡燃?xì)獗淼膽?yīng)用也會很快到來。本文根據(jù)目前IC卡燃?xì)獗響?yīng)用的現(xiàn)狀及存在的問題，設(shè)計了一個預(yù)付費系統(tǒng)，給出了IC卡燃?xì)?/strong>表的硬件結(jié)構(gòu)，分析了預(yù)付費系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了初步的實驗驗證。下一步工作將進(jìn)行更大范圍的實驗，并逐步對軟件及硬件進(jìn)行不斷地優(yōu)化。