CN104714804A - 一种轨道交通自动售检票系统读写器中间件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道交通自动售检票系统读写器中间件，对读写器中间件的开发分层次进行的思想，在硬件层与应用层之间封装一个对硬件和操作系统的独立动态函数层来屏蔽不同硬件之间的接口差异，对现有读写器的应用程序实现不同底层设备的兼容。在整个软件系统中对动态函数库进行动态加载实现函数的具体调用，完成设备管理的功能。本发明使用读写器中间件提供了平台(硬件和操作系统)和应用之间的通用服务，减少数据冗余性，通过复杂事件处理满足上层系统对数据的不同业务需求，克服了终端读写器每发生变更时都需要对硬件和操作系统重新升级开发的缺陷。

Description

一种轨道交通自动售检票系统读写器中间件

技术领域

本发明涉及一种轨道交通自动售检票系统读写器中间件，属于射频读写技术。

背景技术

城市轨道交通系统票务处理是一个十分复杂的过程，读写器设备及票卡变动频繁，面临票卡介质更新、票卡结构变动、票卡业务规则变动、票卡适用范围变动等多种变化。读写器是一种直接与乘客票卡进行数据交互的部件，完成对票卡的读写处理。读写器包括硬件部分和软件部分，硬件设备往往是由不同的厂家生产制造，实现方法不透明，接口标准通常存在差异，即使是同一厂家生产的硬件经升级和更新换代后同样存在差异。这些问题使得在不同底层硬件设备上开发功能相同或相似的应用程序变得十分繁琐。对于相同的应用软件每在不同的硬件平台上实现一次就需要重新开发一次，毋庸置疑，这对开发商和运营商来说都是一种不明智的重复劳动。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种轨道交通自动售检票系统读写器中间件，通过分层次开发技术，封装动态函数库，能够实现对现有读写器的应用程序实现不同底层设备的兼容。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

应用层是实现具体功能的软件层面，硬件层是硬件完成自身功能的基础，通常硬件不同相对应的驱动程序也不同，这就可能导致底层硬件设备的频繁更换或上层的应用程序的多次开发。本发明就是在硬件层与应用层之间开发一个读写器中间件，提供介于底层硬件设备和应用程序之间的具有标准程序接口和协议的通用服务，封装对硬件操作的独立动态函数库供应用程序调用，以此来屏蔽不同底层硬件设备之间的接口差异使得同一应用程序可以在不同的底层硬件设备上实现其功能。同时采集的原始数据具有大量的、零散的、模糊的且有噪声的等特点，直接对大量数据进行业务事件处理势必耗时长、工作量大、效率低，本发明提供的数据清洗、挖掘、聚合的复杂事件处理方法可有效地减少数据冗余性。

一种轨道交通自动售检票系统读写器中间件，该读写器中间件作为硬件层和应用层之间的连接，提供介于底层硬件设备和应用程序之间的具有标准程序接口和协议的通用服务，所述底层硬件设备即各种读写器及相应模块的驱动；该读写器中间件内封装有供应用程序调用的独立动态函数库，通过独立动态函数库完成不同底层硬件设备的兼容和应用程序之间的信息交互；当底层硬件设备变更时，对读写器中间件中的独立动态函数库进行动态加载和升级更新，同时保持读写器中间件对应的标准程序接口和协议不变，实现维持应用程序不变的同时保证底层硬件设备与应用程序之间的信息交互，即屏蔽底层硬件设备的变更导致的接口差异；

对该读写器中间件采用分层次的方法进行划分，具体包括硬件管理接口层、票卡交易处理层、复杂事件处理层和应用事件接口层；硬件管理接口层向上屏蔽底层硬件设备细节，作为连接底层硬件设备和票卡交易处理层的端口；票卡交易处理层依次完成包括读写器初始化、票卡安全认证、票卡验证和票卡费用交易在内的票卡交易流程；票卡交易处理层完成票卡交易流程后将票卡交易结果数据直接传输给应用层，同时票卡交易处理层将通过硬件管理接口层读取的设备数据传输给复杂事件处理层，设备数据包括票卡交易结果数据；复杂事件处理层通过调用独立动态函数库中的相应函数，对设备数据依次完成包括数据清洗、数据挖掘、数据聚合、事件高层响应和数据存储在内的功能；应用事件接口层向下屏蔽应用程序操作，作为连接复杂事件处理层和应用程序的端口。通过读写器中间件定义的相对稳定的动态函数层的分层环境，保证了系统的统一性和标准性。

具体的，所述硬件管理接口层针对底层硬件设备中的射频芯片驱动模块、SAM卡驱动模块、FERAM(非易失性存储器)驱动模块和看门狗驱动模块，封装一一对应的接口函数，分别为射频芯片接口函数、SAM卡接口函数、FERAM接口函数和看门狗接口函数。

所述票卡交易处理层依次完成包括读写器初始化、票卡安全认证、票卡验证和票卡费用交易在内的功能，具体为：

读写器初始化：调用独立动态函数库中的初始化函数对读写器进行初始化操作，检查读写器的状态，设置读写器的工作模式和服务模式，检查读写器工作是否正常；

票卡安全认证：完成读写器初始化进程后，需要对票卡进行安全认证和合法性验证，通过SAM(Security Access Module)卡与票卡之间的交互来验证票卡合法性；在进行票卡安全认证时，需要检查MAC(报文鉴别代码)有效性，判断报文来源是否正确以及报文在发送过程中是否被恶意篡改，此过程由SAM卡完成；检查MAC过程中，读写器将票卡身份特征数据和MAC一起送入SAM卡，以此对票卡进行安全认证；

票卡验证：完成票卡安全认证后，需要对票卡状态、票卡有效期、票卡余额、进出站点、进出站时间等参数进行检查，判断票卡是否为欠费卡、伪卡、挂失卡、注销卡等黑名单类型，验证票卡是否处于黑名单之列；

票卡费用交易：完成票卡验证后，对非黑名单之列的票卡进行费用交易，根据进出站点及进出站时间等信息实现对票卡的自动扣费业务处理，完成交易流程。

所述复杂事件处理层对设备数据依次完成包括数据清洗、数据挖掘、数据聚合、事件高层响应和数据存储在内的功能，具体为：

数据清洗：对设备数据进行分组、计数、区分和过滤，除去冗余和无关的数据；

数据挖掘：建立数据挖掘模型，对数据清洗过的设备数据进行数据挖掘，基于票卡交易数据在时间上、空间上、因果关系上以及数据属性上的关联，挖掘出满足应用程序需求的准确有意义的信息；

数据聚合：将数据挖掘得到的准确有意义的信息按功能需求分类、组合，形成符合业务处理流程的事件子集；

事件高层响应：将数据聚合后的事件子集基于应用程序的具体业务要求形成具有用户自定义功能的更高层事件，响应应用程序，为信息交互提供支撑；

数据存储：设备数据经数据清洗、数据挖掘、数据聚合和事件高层响应处理后形成一个仅包含可用信息的有序数据库，将该有序数据库写入随机存取存储器RAM中。

有益效果：本发明提供的轨道交通自动售检票系统读写器中间件，采用发分层设计的思想，实现同一个应用程序可在不同读写器平台上的加载，对现有读写器的应用程序实现不同底层设备的兼容；本设计方法屏蔽了不同接口及读写器设备变更带来的差异，使得在不同的硬件设备上能够开发实现相同或相似功能的应用程序，完成不同底层设备与上层应用软件系统的信息交互。在完成票卡交易处理业务的基础上提供复杂事件处理流程，通过数据清洗、挖掘、聚合得到更有价值的信息，有效地减少数据冗余性，对于解决读写器设备系统升级维护问题，降低成本有着重大的现实意义。

附图说明

图1为本发明的读写器中间件分层结构图；

图2为本发明的读写器中间件中硬件管理接口层统一设备接口示意图；

图3为本发明的动态函数层动态加载的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

一种轨道交通自动售检票系统读写器中间件，该读写器中间件作为硬件层和应用层之间的连接，提供介于底层硬件设备和应用程序之间的具有标准程序接口和协议的通用服务，所述底层硬件设备即各种读写器及相应模块的驱动；该读写器中间件内封装有供应用程序调用的独立动态函数库，通过独立动态函数库完成不同底层硬件设备的兼容和应用程序之间的信息交互；当底层硬件设备变更时，对读写器中间件中的独立动态函数库进行动态加载和升级更新，同时保持读写器中间件对应的标准程序接口和协议不变，实现维持应用程序不变的同时保证底层硬件设备与应用程序之间的信息交互，即屏蔽底层硬件设备的变更导致的接口差异。

运用分层开发的思想将应用程序与底层硬件设备隔离，在硬件层与应用层之间开发一个读写器中间件，中间件提供介于硬件层与应用层之间的具有标准程序接口和协议的通用服务，且封装有独立动态函数库及算法以供业务事件处理的调用，通过调用读写器中间件动态函数库中的函数，实现不同环境下对不同硬件设备的操作。通过应用标准程序接口和读写器协议、读写器管理协议等软件协议向上屏蔽不同设备接口差异，向下屏蔽OS平台操作细节，针对不同业务需求筛选出有用信息，提炼有效业务逻辑，完成不同底层设备的兼容及与上层应用软件系统的信息交互，避免多种软件修改的风险，保证系统统一性和标准性，规范设备管理与业务事件的处理流程，其中常见的事件处理方法有形式化方法、数据挖掘、神经网络、传感网络、复杂事件处理等。

对读写器中间件进一步分层划分，由下至上依次分为硬件管理接口层、票卡交易处理层、复杂事件处理层、应用事件接口层。硬件管理接口层API接口是一些预先定义的函数，向上屏蔽设备细节，作为连接底层硬件设备和票卡交易处理层的端口；票卡交易处理层完成对应射频驱动模块、看门狗驱动模块、SAM卡驱动模块、FERAM驱动模块的操作，实现读写器初始化、票卡安全认证、票卡验证和票卡费用交易等票卡交易流程；票卡交易处理层完成票卡交易流程后将票卡交易结果数据直接传输给应用层，同时票卡交易处理层将通过硬件管理接口层读取的设备数据传输给复杂事件处理层，设备数据包括票卡交易结果数据；复杂事件处理层通过调用独立动态函数库中的相应函数，对设备数据；复杂事件处理层通过调用数据库系统依次完成数据清洗、数据挖掘、数据聚合、事件高层响应、数据存储等功能；应用事件接口层向下屏蔽应用软件系统的操作细节，作为连接复杂事件处理层和应用程序的端口。通过读写器中间件定义的相对稳定的分层处理环境，保证了系统的统一性和标准性。

射频芯片驱动、看门狗驱动、SAM卡驱动、FERAM驱动等底层驱动模块均有唯一对应的驱动程序与不同的接口，中间件动态函数层针对底层各驱动模块封装一对一的API接口，提供应用程序与开发人员基于某软件或硬件得以访问一组例程的能力，而无需访问源码或内部工作机制。API接口使得各驱动模块与设备管理层互联互通，实现射频操作、看门狗操作、SAM卡操作、FERAM操作。

下面结合实施例对本发明做出进一步的说明。

在城市轨道交通自动售检票系统票务处理过程十分复杂，票卡介质、票卡结构、票卡业务规则、票卡适用范围处于不断变动之中，本例中将IC卡读写器与应用程序之间的信息交互通过读写器中间件实现。基于分层次开发的思想，介于底层硬件设备和应用程序间的读写器中间件根据其不同的业务功能被划分为多个中间层，读写器中间件内封装有供应用程序调用的独立动态函数库。如图1所示，整个系统的总体结构分为硬件层、读写器中间件、应用层三大部分。运用软件开发分层次进行的思想，将读写器中间件划分为三大层面：一是操纵控制IC卡读写器设备的接入操作系统的应用级别的API接口；二是对捕获的票卡数据进行处理，完成票卡交易处理和复杂事件处理的中间层；三是为运营商应用系统封装高层事件的接口。读写器中间件进一步分层由下至上依次为硬件管理接口层、票卡交易处理层、复杂事件处理层、应用事件接口层。

硬件层由各种IC卡读写器设备及相应模块的驱动组成，应用RFID技术读取乘客票卡数据，完成对所有底层硬件设备的管理与监控。底层硬件设备包括射频驱动模块、看门狗驱动模块、SAM卡驱动模块和FERAM驱动模块，动态函数层针对各驱动模块封装唯一对应的API接口，将底层硬件设备接入至硬件设备管理层并完成相应的设备模块操作，具体示意图如图2所示，硬件设备管理层中封装的函数有：

(1)射频芯片接口函数的主要功能有选择通道、初始化射频模块功能、打开和关闭选定的射频芯片驱动模块的天线、寻卡并读出序列号、对Ultralight卡进行读写卡操作、对S50/S70卡进行密钥认证等。

(2)SAM卡接口函数可实现当前SAM卡的选择、复位、PTS操作及速率设置等功能。

(3)FERAM接口函数具有读取非易失性存储器数据和写非易失性存储器数据的功能。

(4)看门狗接口函数的主要功能有打开看门狗模块和喂狗，看门狗一直有效，所谓打开看门狗是指将喂狗的工作由内核程序完成转为应用程序完成。

(5)除此之外还封装了读写器厂家信息等其他函数。

动态函数层封装有独立动态函数库及算法以供应用程序业务事件处理的调用，通过标准的程序接口和软件协议向上屏蔽不同设备差异，向下屏蔽OS平台操作细节，在不同环境下对不同硬件设备进行操作，减少实时采集的读写器数据冗余性，针对不同业务需求筛选出有用信息，提炼有效业务逻辑，实现多种硬件与OS(操作系统)平台的信息交互。完成不同底层设备的兼容及与上层应用软件系统的信息交互。

屏蔽不同硬件设备差异的实现步骤是通过在整个软件系统中根据业务功能的类型和事件特点对读写器中间件的动态函数库进行动态加载和升级更新，进行函数的具体调用过程，对具体事件进行处理，将巨量的原始数据通过形式化方法、数据挖掘、神经网络、传感网络或复杂事件处理等方法抽象出有意义的事件，ALE服务维持事件处理的规则与标准不变。

如图3所示为应用程序在不同读写器的底层硬件操作逻辑。操作系统采用“动态加载”的方法加载动态库函数，应用程序可通过动态加载(Dynamic Loading，DL)API指定需要加载的库，然后将该库作为一个可执行文件来使用，即调用其中的函数。应用程序通过调用dlopen，加载指定的动态库。dlopen函数还会自动解析共享库中的依赖项，如果打开了一个依赖于其他共享库的对象，系统会自动加载依赖库。

硬件管理接口层向上屏蔽底层硬件设备细节，作为连接底层硬件设备和票卡交易处理层的接口；票卡交易处理层依次完成包括读写器初始化、票卡安全认证、票卡验证和票卡费用交易在内的功能；票卡交易处理层完成票卡交易流程后将票卡交易结果数据直接传输给应用层，同时票卡交易处理层将通过硬件管理接口层读取的设备数据传输给复杂事件处理层，设备数据包括票卡交易结果数据；复杂事件处理层通过调用数据库系统种设备数据依次完成数据清洗、数据挖掘、数据聚合、事件高层响应、数据存储在内的功能；应用事件接口层向下屏蔽应用程序细节，作为连接复杂事件处理层和应用程序的接口。通过读写器中间件定义的相对稳定的动态函数层的分层环境，保证了系统的统一性和标准性。

所述票卡交易处理层依次完成包括读写器初始化、票卡安全认证、票卡验证和票卡费用交易在内的功能，具体为：

读写器初始化：调用独立动态函数库中的初始化函数对读写器进行初始化操作，检查读写器的状态，设置读写器的工作模式和服务模式，检查读写器工作是否正常；

票卡安全认证：完成读写器初始化进程后，需要对票卡进行安全认证和合法性验证，通过SAM卡与票卡之间的交互来验证票卡合法性，在进行票卡安全认证时，需要检查MAC有效性，判断报文来源是否正确以及报文在发送过程中是否被恶意篡改，此过程由SAM卡完成；检查MAC过程中，读写器将票卡身份特征数据和MAC一起送入SAM卡，以此对票卡进行安全认证；

票卡验证：完成票卡安全认证后，需要对票卡状态、票卡有效期、票卡余额、进出站点、进出站时间等参数进行检查，判断票卡是否为欠费卡、伪卡、挂失卡、注销卡等黑名单类型，验证票卡是否处于黑名单之列；

票卡费用交易：完成票卡验证后，对非黑名单之列的票卡进行费用交易，根据进出站点及进出站时间等信息实现对票卡的自动扣费业务处理，完成交易流程。

所述复杂事件处理层依次完成包括数据清洗、数据挖掘、数据聚合、事件高层响应和数据存储在内的功能，具体为：

数据清洗：对设备数据进行分组、计数、区分和过滤，通过实时清洗动态数据集，除去冗余和无关的数据，在较小的内存空间高效地处理数据信息；

数据挖掘：建立数据挖掘模型，对数据清洗过的数据进行数据挖掘，基于票卡交易数据在时间上、空间上、因果关系上以及数据属性上的关联，挖掘出满足应用程序需求的准确有意义的信息；在本实施例中，乘客出站交易记录中包含乘客进出站点、进出站时间等有用信息，对数据库系统中大量出站交易记录数据采用合理算法进行建模与数据挖掘，得到乘客OD路径；

数据聚合：将数据挖掘得到的乘客OD路径等准确有意义的信息按功能需求分类、组合，形成符合复杂事件处理流程的事件子集；

事件高层响应：将数据聚合后的事件子集基于应用程序的具体业务要求形成具有用户自定义功能的更高层事件，由现有的乘客OD路径可预测工作日、周末、节假日等未来OD客流，响应应用程序，为信息交互提供支撑；

数据存储：设备数据经数据清洗、数据挖掘、数据聚合和事件高层响应处理后形成一个集中多条可用信息的有序数据库，包含满足上层系统具体应用需求的业务事件，将该数据存储到系统中为以后运营部门制定有效应对大客流措施及更新列车运行计划和时刻表编制提供有力保障。

应用层通过API接口由预先定义的功能函数接收来自业务事件处理层的高层数据信息，遵循EPCGlobal公司提出的ALE事件标准，根据运营商需求选择需要接收的数据，完成时钟同步、数据上传，接收并更新EOD参数版本，避免了因接收过量不需要的数据而造成系统负荷，从而可进一步实现票卡处理流程的各项任务。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种轨道交通自动售检票系统读写器中间件，其特征在于：该读写器中间件作为硬件层和应用层之间的连接，提供介于底层硬件设备和应用程序之间的具有标准程序接口和协议的通用服务，所述底层硬件设备即各种读写器及相应模块的驱动；该读写器中间件内封装有供应用程序调用的独立动态函数库，通过独立动态函数库完成不同底层硬件设备的兼容和应用程序之间的信息交互；当底层硬件设备变更时，对读写器中间件中的独立动态函数库进行动态加载和升级更新，同时保持读写器中间件对应的标准程序接口和协议不变，实现维持应用程序不变的同时保证底层硬件设备与应用程序之间的信息交互，即屏蔽底层硬件设备的变更导致的接口差异；

对该读写器中间件采用分层次的方法进行划分，具体包括硬件管理接口层、票卡交易处理层、复杂事件处理层和应用事件接口层；硬件管理接口层向上屏蔽底层硬件设备细节，作为连接底层硬件设备和票卡交易处理层的端口；票卡交易处理层依次完成包括读写器初始化、票卡安全认证、票卡验证和票卡费用交易在内的票卡交易流程；票卡交易处理层完成票卡交易流程后将票卡交易结果数据直接传输给应用层，同时票卡交易处理层将通过硬件管理接口层读取的设备数据传输给复杂事件处理层，设备数据包括票卡交易结果数据；复杂事件处理层通过调用独立动态函数库中的相应函数，对设备数据依次完成包括数据清洗、数据挖掘、数据聚合、事件高层响应和数据存储在内的功能；应用事件接口层向下屏蔽应用程序操作，作为连接复杂事件处理层和应用程序的端口。

2.根据权利要求1所述的轨道交通自动售检票系统读写器中间件，其特征在于：所述硬件管理接口层针对底层硬件设备中的射频芯片驱动模块、SAM卡驱动模块、FERAM(非易失性存储器)驱动模块和看门狗驱动模块，封装一一对应的接口函数，分别为射频芯片接口函数、SAM卡接口函数、FERAM接口函数和看门狗接口函数。

3.根据权利要求1所述的轨道交通自动售检票系统读写器中间件，其特征在于：所述票卡交易处理层依次完成包括读写器初始化、票卡安全认证、票卡验证和票卡费用交易在内的票卡交易流程，具体为：

读写器初始化：调用独立动态函数库中的初始化函数对读写器进行初始化操作，检查读写器的状态，设置读写器的工作模式和服务模式，检查读写器工作是否正常；

票卡安全认证：完成读写器初始化进程后，需要对票卡进行安全认证和合法性验证，通过SAM(Security Access Module)卡与票卡之间的交互来验证票卡合法性；

票卡验证：完成票卡安全认证后，需要对包括票卡状态、票卡有效期、票卡余额、进出站点、进出站时间在内的参数进行检查，验证票卡是否处于黑名单之列(比如欠费卡、伪卡、挂失卡、注销卡等黑名单类型)；

票卡费用交易：完成票卡验证后，对非黑名单之列的票卡进行费用交易，根据包括进出站点及进出站时间在内的信息实现对票卡的自动扣费业务处理，完成交易流程。

4.根据权利要求1所述的轨道交通自动售检票系统读写器中间件，其特征在于：所述复杂事件处理层对设备数据依次完成包括数据清洗、数据挖掘、数据聚合、事件高层响应和数据存储在内的功能，具体为：

数据清洗：对设备数据进行分组、计数、区分和过滤，除去冗余和无关的数据；

数据挖掘：建立数据挖掘模型，对数据清洗过的设备数据进行数据挖掘，基于票卡交易数据在时间上、空间上、因果关系上以及数据属性上的关联，挖掘出满足应用程序需求的准确有意义的信息；

数据聚合：将数据挖掘得到的准确有意义的信息按功能需求分类、组合，形成符合业务处理流程的事件子集；

事件高层响应：将数据聚合后的事件子集基于应用程序的具体业务要求形成具有用户自定义功能的更高层事件，响应应用程序，为信息交互提供支撑；

数据存储：设备数据经数据清洗、数据挖掘、数据聚合和事件高层响应处理后形成一个仅包含可用信息的有序数据库，将该有序数据库写入随机存取存储器RAM中。