智慧燃氣物聯(lián)網(wǎng)燃氣表圈存機的實現(xiàn)

引 言

伴隨網(wǎng)絡帝國的崛起、移動技術的融合發(fā)展以及創(chuàng)新的民主化進程，智慧城市已經(jīng)滲入到人們生活的各個方面，“互聯(lián)網(wǎng) + 燃氣”的新式理念融入到大江南北。本文提出的燃氣 IC 卡圈存機針對普通 IC 卡燃氣表設計，聯(lián)合中國銀行， 使 IC 卡表普通居民用戶、工商業(yè)用戶可以 24 小時隨時隨地購買天然氣，大大提高了用戶體驗，降低了燃氣公司的運維成本。

1 圈存機設計思路

燃氣繳費一直以來只能在燃氣公司或代理機構進行辦理，燃氣 IC 卡圈存機的出現(xiàn)完全摒棄了這種模式，用戶只需在手機網(wǎng)絡繳費后，在就近的燃氣 IC 卡圈存機上將氣量寫入 IC 卡，便可繼續(xù)正常使用燃氣。

1.1 圈存機網(wǎng)絡結構

圈存機的網(wǎng)絡結構以最簡應用為主，同時具備數(shù)據(jù)傳輸安全、訪問速度快的特點。交換機與各終端節(jié)點間采用易維護、配置靈活、故障隔離檢測容易、網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)快的星型結構，主干線路選用 10/100 Mbit/s 到桌面，100 Mbit/s 連接到主機的快速以太網(wǎng) [1]。另外，公司及各營業(yè)廳可通過 VPN 連接到中心交換機。網(wǎng)絡拓撲結構如圖 1 所示。

整個結構自頂向下，數(shù)據(jù)庫居于頂端，是整個網(wǎng)絡的核 心 ；Web服務器主要負責應用系統(tǒng)的發(fā)布，以及售氣點終端機對系統(tǒng)進行訪問的管理 ；各營業(yè)廳售氣終端通過 Web服務器對系統(tǒng)進行操作，完成客戶檔案管理、售氣等管理業(yè)務 ； 售氣終端即圈存機，放置于社區(qū)、燃氣公司、銀行等公共場所， 方便用戶使用。

1.2 軟件系統(tǒng)架構

軟件系統(tǒng)主要采取開源的 iBatis 持久層框架，圈存機通過互聯(lián)網(wǎng)與燃氣表服務器連接，兩者之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)均經(jīng)過加密。燃氣表服務器與中國銀行服務器間利用 VPN（虛擬專用網(wǎng)絡）專線實現(xiàn)，確保支付及充值確認碼的安全 [2]。軟件系統(tǒng)架構如圖 2 所示。

1.3 系統(tǒng)業(yè)務流程

圈存機的充值實現(xiàn)需要由燃氣公司、中國銀行、燃氣表廠家共同參與，進而完成向 IC 卡充值，滿足“讓網(wǎng)絡數(shù)據(jù)多跑路，讓群眾少跑路”的智慧城市建設要求。用戶可直接在中國銀行手機銀行上進行繳費，輸入燃氣表對應的 14 位燃氣卡號，核對信息無誤后輸入要購買的氣量或金額，繳費成功后會收到充值確認碼。用戶可在就近的圈存機上進行寫卡操作，寫卡時核對信息無誤后，輸入充值確認碼，點擊寫卡， 成功后便可插入自家燃氣表內，正常使用天然氣。圈存機寫卡業(yè)務流程如圖 3 所示。

圖 3 圈存機寫卡業(yè)務流程圖

圈存機除了寫卡外，還可進行讀卡操作，以便用戶進行信息查詢。正確插入燃氣 IC 卡，點擊屏幕上的“讀卡”，會出現(xiàn)如圖 4 所示的用戶信息。

圖 4 讀卡信息界面

2 關鍵技術的使用

本文系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能 ：

(1) 通過預加載技術，提高用戶操作的體驗度

圈存機在設計時專門添加預加載技術，在網(wǎng)頁全部加載之前，對一些主要內容進行加載，以提供給用戶更好的體驗， 減少等待時間 [3]。用戶在使用圈存機時，后臺將所需資源提前請求加載到本地，需要用到時直接從緩存提取資源，避免了頁面內容過于龐大，而未使用預加載技術的頁面就會長時間地展現(xiàn)為一片空白。

(2) 通過雙重身份認證，防止非法終端連接

安裝圈存機時，必須通過加密狗 + 授權文件雙重身份驗證完成注冊，缺一不可，一定程度上可防止非法終端的連接。圈存機利用 Obj，DLL，Active 控件提供操作軟件狗的接口函數(shù)，在應用函數(shù)中直接對其進行調用，一定程度上有效地阻止了潛在威脅。安裝圈存機所需的序列號、注冊碼以及注冊文件均通過 AES 的加密方式進行傳送。

(3) 動態(tài)生成隨機數(shù)，保證寫卡安全可靠

動態(tài)口令使用便捷，且具有與平臺無關性，其優(yōu)勢在于與各種業(yè)務系統(tǒng)快速無縫互操作，是一種較為穩(wěn)定、高效、支持多種認證模式的身份認證技術，已應用于多種行業(yè) [4]。本文圈存機采用動態(tài)生成的方式，用戶繳費成功后，系統(tǒng)根據(jù)專門的算法生成一個不可預測的隨機數(shù)字組合（即充值確認碼）返回給用戶，用戶在圈存機上寫卡時，只有輸入正確的充值確認碼，方可進行寫卡操作。填寫充值碼界面如圖 5所示。

圖 5 填寫充值碼界面

(4) 通過消息互鎖機制，防止多卡操作的問題

本文消息互鎖機制分同時間同卡號互鎖和不同時間同卡號互鎖兩種方式。圈存機系統(tǒng)采用多線程訪問機制，當一個線程訪問該類的某個數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)進行自動檢索，若發(fā)現(xiàn)有相同卡號同時存在，鎖死該卡號使其不能再進行其他操作， 進而防止出現(xiàn)非法盜用的現(xiàn)象。另外，若用戶的 IC卡丟失， 當用戶補辦后，系統(tǒng)會自動將原先的IC卡鎖死，不得再次使用。

3 圈存機特點

圈存機的設計實現(xiàn)了用戶就近充值寫卡，改變了之前必須去燃氣公司充值的局面，同時還具備以下特點 ：

(1) 中國銀行便捷繳費充值

中國銀行手機 APP 與終端圈存機利用接口通信，IC 卡用戶直接通過中國銀行手機銀行進行燃氣繳費，對于用戶、燃氣公司、銀行以及燃氣表廠家都是利好的事情，可謂“一舉四贏”。

(2) 設備投入小、運營成本低

該系統(tǒng)可直接利用目前現(xiàn)有且成熟的內部網(wǎng)絡與相關設備，無需投入過多設備費用。用戶直接在圈存機上寫卡，省去了燃氣公司大量的人力、物力，降低了燃氣公司的運營成本。

(3) 系統(tǒng)安全性高

所有的應用程序都在中心 Web 服務器上，不會暴露給客戶端，降低了程序與數(shù)據(jù)被篡改的可能性 [5]。由于客戶端瀏覽器必須通過 Web 服務器，降低了非法訪問數(shù)據(jù)庫的可能性， 成熟的Internet 網(wǎng)絡以及VPN 設備保證了網(wǎng)絡傳輸?shù)陌踩浴?

(4) 客戶端維護方便

圈存機可實現(xiàn)繳費票據(jù)打印，為燃氣公司燃氣業(yè)務功能提供更多接口，方便業(yè)務擴展。

4 結 語

本文提出了智慧燃氣物聯(lián)網(wǎng)燃氣表圈存機應用系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用 B/S 架構，利用 JavaEE 技術平臺進行搭建，聯(lián)合中國銀行，實現(xiàn)了用戶就近充值寫卡。據(jù)悉，第一批 IC 卡燃氣表圈存機已在閻良地區(qū) 10 個地方進行試點，目前效果良好，得到了廣大用戶一致好評。