基于NFC近場通信技術(shù)的考勤系統(tǒng)

陳 剛 萬 昊

基于NFC近場通信技術(shù)的考勤系統(tǒng)

陳 剛 萬 昊

本文簡明介紹了NFC近場通信技術(shù)，并結(jié)合了目前常見的學(xué)生考勤方法，將NFC近場通信技術(shù)引入學(xué)生考勤領(lǐng)域。這種新的考勤方法將減輕教師的工作負(fù)擔(dān)，解決了考勤機(jī)考勤難以區(qū)分遲到和早退的問題，降低了學(xué)生考勤的復(fù)雜程度和成本，更有效直觀地將考勤信息展現(xiàn)給學(xué)生。

NFC近場通信技術(shù)是由非接觸式射頻識別（RFID）和互聯(lián)網(wǎng)通技術(shù)的集成和演變而來，在一個單芯片上結(jié)合的感應(yīng)讀卡器，感應(yīng)卡和點(diǎn)對點(diǎn)的特點(diǎn)，在短距離與兼容設(shè)備進(jìn)行識別和數(shù)據(jù)交互。工作頻率為13.56MHz。但使用這種方案，用戶必須更換一個特制的手機(jī)。目前，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于日本和韓國。通過手機(jī)支付功能，用戶可以通過全國：他們的手機(jī)可以用于機(jī)場登機(jī)驗(yàn)證，大廈門禁鑰匙，交通卡一卡通，信用卡，支付卡等。然而隨著具有NFC功能手機(jī)的普及，將NFC技術(shù)引入學(xué)生考勤領(lǐng)域，這種新的考勤方法將減輕教師的工作負(fù)擔(dān)，解決了考勤機(jī)考勤難以區(qū)分遲到和早退的問題，降低了學(xué)生考勤的復(fù)雜程度和成本，更有效直觀地將考勤信息展現(xiàn)給學(xué)生。

NFC技術(shù)

NFC近場通信技術(shù)基本介紹

NFC近場通信，又可以叫做近距離無線通信。它屬于一種能夠在短距離內(nèi)使用的高頻無線通信技術(shù)。電子設(shè)備間通過這項(xiàng)技術(shù)可以進(jìn)行非接觸式的點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)交互以及數(shù)據(jù)傳輸（在0.1m以內(nèi)）。該技術(shù)是由免接觸式射頻識別（RFID）技術(shù)經(jīng)過一些演化而形成的技術(shù)，并且該技術(shù)可以向下兼容射頻識別技術(shù)。它的主要是用來給智能手機(jī)等手持設(shè)備中提供M2M的通信，而這項(xiàng)技術(shù)最早開發(fā)成功的公司是索尼公司和飛利浦公司。

NFC技術(shù)與射頻識別技術(shù)對比

雖然NFC信息的傳遞方式與射頻識別技術(shù)同樣都是頻譜中無線頻率部分的電磁感應(yīng)耦合，但是它們之間還是有比較大的區(qū)別。首先，可以與已有非接觸智能卡（比如NFC標(biāo)簽）技術(shù)兼容的NFC，現(xiàn)在已經(jīng)成為了正式標(biāo)準(zhǔn)從而得到越來越多主要廠商所支持。 其次，NFC是一種可以提供安全、輕松、迅速的通信的無線連接技術(shù)，射頻識別技術(shù)的傳輸范圍比它大很多，射頻識別技術(shù)可以有數(shù)米、甚至數(shù)十米的傳輸范圍。而采用了獨(dú)特的信號衰減技術(shù)的NFC，相比于射頻識別技術(shù)，它具有近距離、高帶寬、低能耗等特點(diǎn)。然后，作為一種近距離連接協(xié)議的NFC，可以提供各種設(shè)備之間安全、輕松、迅速的通信。因此，和射頻識別技術(shù)相比，NFC是一種近距離的較為私密通信方式。

NFC技術(shù)基本工作原理

支持NFC的設(shè)備交換數(shù)據(jù)的模式一般為兩種，第一種是主動模式，第二種是被動模式。基于NFC近場通信技術(shù)的考勤系統(tǒng)主要用到的是被動模式，在該模式下，NFC發(fā)起設(shè)備可以用相同的連接和初始化過程檢測NFC標(biāo)簽，然后可以與它建立聯(lián)系。而NFC標(biāo)簽類型格式有兩種標(biāo)準(zhǔn)，分別是ISO14443的A與B類型、SONY FeliCa。前者是非接觸式智能卡的國際標(biāo)準(zhǔn)，而后者符合ISO18092被動式通訊模式標(biāo)準(zhǔn)。在基于NFC近場通信技術(shù)的考勤系統(tǒng)中，智能手機(jī)（啟動NFC通信的設(shè)備）會在整個通信過程中提供射頻場。它可以將數(shù)據(jù)以一定的傳輸速度發(fā)送到NFC標(biāo)簽。NFC標(biāo)簽不需要產(chǎn)生射頻場，而使用負(fù)載調(diào)制技術(shù)，即可以相同的速度將數(shù)據(jù)傳回智能手機(jī)。

最基本的NFC技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)成

一個最基本的NFC技術(shù)的系統(tǒng)是由NFC手機(jī)，相關(guān)NFC讀寫軟件與具備NFC功能的其他媒介三部分構(gòu)成。

1.NFC手機(jī)：具有NFC功能的手機(jī)一部（目前三星、諾基亞、摩托羅拉、HTC等品牌最近上市的手機(jī)幾乎都具備NFC功能，如：三星 I9300 、摩托羅拉 XT862、HTC Z710t、諾基亞N9等）。

2.相關(guān)NFC讀寫軟件：手機(jī)從市場中下載NFC標(biāo)簽讀取的APP應(yīng)用（如NFC Task Launcher、N小木公交、NFC任務(wù)啟動器等）。

3.具備NFC功能的其他媒介：NFC標(biāo)簽。

一個最基本的NFC技術(shù)是由NFC手機(jī)，相關(guān)的NFC讀寫工具和具備NFC功能的其他媒介三個部分組成。

系統(tǒng)介紹

目前常見的學(xué)生考勤方法為人工點(diǎn)名，學(xué)生很難直觀地看到自己的考勤情況。而有的學(xué)校用到了指紋考勤系統(tǒng)或IC卡考勤系統(tǒng)，這些考勤系統(tǒng)所用到的考勤機(jī)成本較高，而且很難區(qū)分遲到和早退狀態(tài)。隨著具有NFC近場通信功能手機(jī)的普及，將NFC近場通信技術(shù)引入學(xué)生考勤領(lǐng)域，這種新的考勤方法將減輕教師的工作負(fù)擔(dān)，解決了考勤機(jī)考勤難以區(qū)分遲到和早退的問題，降低了學(xué)生考勤的復(fù)雜程度和成本，更有效直觀地將考勤信息展現(xiàn)給學(xué)生。

本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示，智能手機(jī)掃描NFC標(biāo)簽，將獲取的信息傳至考勤服務(wù)器。

功能實(shí)現(xiàn)

基于NFC近場通信技術(shù)的考勤系統(tǒng)主要分為NFC標(biāo)簽的讀寫和考勤信息的傳輸兩部分。

NFC標(biāo)簽的讀寫部分中，NFC標(biāo)簽中信息的加密是非常重要的，手機(jī)獲取的信息是不可復(fù)制的。NFC標(biāo)簽中寫入的是經(jīng)過MD5加密的課程信息，而手機(jī)獲取的信息是NFC標(biāo)簽中的加密信息以及NFC標(biāo)簽的唯一ID。發(fā)送數(shù)據(jù)給服務(wù)器時(shí)，手機(jī)app將NFC標(biāo)簽的加密信息與考勤時(shí)間、學(xué)生ID、NFC標(biāo)簽的唯一ID拼成一串字符，這樣可以保證服務(wù)器收到的信息是唯一的、不可復(fù)制的。

考勤信息的傳輸部分中，客戶端通過JSON數(shù)據(jù)與服務(wù)器進(jìn)行通信。服務(wù)器收到數(shù)據(jù)后，對信息進(jìn)行解析，可以得到加密后的課程信息、考勤時(shí)間、學(xué)生ID、NFC標(biāo)簽的唯一ID，然后將信息存入數(shù)據(jù)庫中。

本系統(tǒng)用到的是NDEF格式標(biāo)簽。NDEFMessage信息結(jié)構(gòu)如圖2。

NDEFMessage里的載荷就是實(shí)際的數(shù)據(jù)，其中NDEF文本格式如圖3。

圖1　網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

圖2　NDEFMessage信息結(jié)構(gòu)圖

檢測到標(biāo)簽后的處理方法：首先在onCreate（）中獲取NfcAdapter對象，再在onNewIntent（）中獲取標(biāo)簽對象或者NDEFMessage信息，也可以通過標(biāo)簽創(chuàng)建NDEF對象等，以實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽的屬性和I/O操作。

標(biāo)簽的讀取流程：首先在onCreate（）中獲取NfcAdapter對象，再在onNewIntent（）中判斷是否為NDEF格式標(biāo)簽（ACTION_NDEF_ DISCOVERED），如果是NDEF標(biāo)簽，則獲取NDEFMessage信息，最后對NDEFMessage對象進(jìn)行解析，獲取相關(guān)的文本信息。

業(yè)務(wù)流程

圖3　NDEF文本格式圖

圖4　業(yè)務(wù)流程圖

基于NFC近場通信技術(shù)的考勤系統(tǒng)，包括通過NFC寫入工具將上下課信息分別寫入不同的NFC標(biāo)簽中，手機(jī)考勤應(yīng)用登錄，手機(jī)NFC標(biāo)簽讀取，手機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送，服務(wù)器數(shù)據(jù)接收解析存儲，服務(wù)器分析學(xué)生考勤情況，手機(jī)考勤應(yīng)用查詢學(xué)生考勤情況。其業(yè)務(wù)流程圖如圖4。

詳細(xì)的操作流程如圖4。

通過NFC寫入工具將加密過的上下課考勤信息分別寫入相應(yīng)的NFC標(biāo)簽中；

學(xué)生在手機(jī)考勤應(yīng)用中，用自己的賬號登錄考勤系統(tǒng)；

上下課考勤時(shí)，學(xué)生通過手機(jī)讀取對應(yīng)的上課或下課NFC標(biāo)簽加密信息；

通過手機(jī)中的考勤應(yīng)用將讀取的加密信息解析；

手機(jī)中的考勤應(yīng)用發(fā)送學(xué)生信息及上課或下課信息到考勤服務(wù)器；

考勤服務(wù)器接收考勤應(yīng)用發(fā)送過來的數(shù)據(jù)；

服務(wù)器端的程序解析發(fā)送過來的信息；

服務(wù)器端的程序判斷是否為上課或下課信息，如果是上課或下課信息，則將上課或下課信息、學(xué)生信息以及當(dāng)前時(shí)間存入數(shù)據(jù)庫中；

若是教師推遲上課或提前下課，老師可以在課后修改該堂課的上下課時(shí)間；

服務(wù)器端的程序?qū)⒋嫒氲膶W(xué)生上下課時(shí)間和實(shí)際的上下課時(shí)間比較，可以得出學(xué)生是否缺席、遲到或早退；

學(xué)生可以通過考勤應(yīng)用查看自己的考勤情況。

結(jié)束語

本文簡明介紹了NFC近場通信技術(shù)，并結(jié)合了目前常見的學(xué)生考勤方法，將NFC近場通信技術(shù)引入學(xué)生考勤領(lǐng)域。這種新的考勤方法將減輕教師的工作負(fù)擔(dān)，解決了考勤機(jī)考勤難以區(qū)分遲到和早退的問題，降低了學(xué)生考勤的復(fù)雜程度和成本，更有效直觀地將考勤信息展現(xiàn)給學(xué)生。由于數(shù)據(jù)是保存于數(shù)據(jù)庫中的，在推行數(shù)字化校園平臺的過程中，數(shù)據(jù)可以很輕松地與數(shù)字化校園平臺結(jié)合，應(yīng)用前景比較廣闊。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.17.015