大讀寫器在AFC系統的設計與應用

廖禹閎+張聰+張崢嶸+吳志剛

摘 要：隨著各個城市軌道交通行業建設規模日益龐大，AFC設備的性能和使用體驗要求越來越高，票卡處理業務內置的大讀寫器應用也越來越廣泛。本文通過對傳統讀寫器和大讀寫器的工作模式進行簡要對比分析，探討大讀寫器設計與應用的優缺點，一定程度上為軌道交通AFC系統讀寫器選型提供參考。

關鍵詞：AFC系統 大讀寫器 軌道交通

中圖分類號：TP332 文獻標識碼中：A 文章編號：1674-098X（2017）07（c）-0152-02

Abstract：With the construction of various urban rail transit industry has become increasingly large， AFC equipment performance and use experience is getting higher and higher， ticket card processing business built-in large reader applications are more and more widely. This paper analyzes the advantages and disadvantages of the design and application of large reader and writer， and provides some reference for the selection of AFC system for rail transit.

Key Words：AFC system； Business built-in Reader； Mass Transit

1 概述

讀寫器在軌道交通自動售檢票（Automatic Fare Collection，AFC）系統中有著舉足輕重的地位和作用。作為票卡交互的部件，其基本功能是對票卡的讀、寫處理，完成設備與票卡的讀寫接口。其按功能模塊分由RF驅動模塊、SAM驅動模塊、硬件驅動模塊、通訊處理模塊等組成。AFC系統標準讀卡器應用日趨廣泛，為了適應乘客的豐富需求，其性能以及功能的進一步完善與進步是大勢所趨[1]。

讀寫器在功能上需實現以下六個功能：實現讀寫器與票卡之間的通信，主要包括對票卡數據的訪問和讀寫功能；為票卡提供所需的工作能量；實現讀寫器與主控設備（上位機）之間的交互通信；實現票卡的讀寫；具備能夠存儲大量數據的功能（日志、交易數據、參數文件存儲）；具有防沖突機制（尋卡多卡判定）。

從軟件應用層面，讀寫器從傳統讀寫器模式逐步發展為大讀寫器模式。兩者的本質區別是大讀寫器中封裝了完整的票卡業務處理程序，而傳統讀寫器的票卡處理封裝在AFC設備主控程序中。這些票卡業務包括：票種、票價表等各類票卡參數的使用；車票數據讀取、分析；售、補、充、進出站等各類票卡業務處理邏輯；執行各類票卡業務并產生對應的交易數據。

本文通過對傳統讀寫器和大讀寫器的工作模式進行對比分析，對大讀寫器的優缺點以及設計應用進行闡述。

2 工作模式分析

（1）傳統讀寫器工作模式

傳統讀寫器軟件結構由AFC設備應用軟件、應用程序接口（API）和讀寫器底層軟件組成，票卡交易處理需要讀寫器和API配合完成，與主控設備通過將API加載到主控設備的程序中實現數據傳輸，主控設備程序僅與API通信，不與讀寫器直接通信。其工作模式如圖1圖2所示。

（2）大讀寫器工作模式

大讀寫器采用被動工作模式。對各類業務處理模塊進行封裝，提供相應的通訊報文給AFC設備調用，主控設備通過RS232串口與讀寫器進行數據交互，主控設備通過調用讀寫器相應接口完成票卡業務處理，票卡讀寫、數據記錄等工作由讀寫器獨立完成，完成后返回執行狀態值，主控設備根據讀寫器返回值完成通行邏輯處理及行政業務處理。其工作模式如圖3所示。

3 大讀寫器應用分析

目前國內已有較多城市地鐵AFC系統采用大讀寫器，如哈爾冰、天津、長沙、南京、廣州等城市。但各城市采用的大讀寫器也有區別，廣州地鐵采用具有嵌入式Linux系統的大讀寫器，以便能在AFC系統建設及運營維護中增強自主性和可擴展性。也有部分城市地鐵選用無操作系統大讀寫器，二者區別在于：有操作系統的大讀寫器無需單獨開發讀寫器底層驅動程序，可直接調用系統API函數壓縮處理文件和操作文本文件，可節省大量軟件開發時間和讀寫器內部存儲空間；無操作系統讀寫器需開發者開發底層驅動，且不能對文件做壓縮處理，暫不支持大量日志記錄和備份交易數據。因此，有操作系統的大讀寫器具有良好的數據存儲能力，并可降低開發者工作量，縮短建設工期。

大讀寫器的采用可減少交易流程中讀寫器與設備計算機間的通信，提高票卡交易速度；降低票卡處理與AFC設備的耦合度，方便票卡處理流程的升級改造。此外，交易內置型IC 卡讀寫器為實現票卡的安全處理提供了實現的基礎[2]。

軌道交通AFC系統的票務處理是一個十分復雜的過程，在運營過程中經常會發生變動（如新增票種、票卡介質的更新、票卡結構的變動、票卡業務規則的變動、票卡使用范圍的變動），需要對讀寫器程序進行升級更新[3]。傳統讀寫器票卡處理程序升級需同步修改上位機主控業務處理軟件、應用程序接口（API）、讀寫器底層軟件三部分，而且各線路AFC設備往往分屬于不同集成商不同時期的產品，需分別進行軟件的修改和測試，以及線網設備兼容性測試，工作量較大，成本較高。大讀寫器將票卡業務處理功能整合于讀寫器內部，統一了線網讀寫器軟件和接口標準，不需集成商修改AFC主控設備程序，只需單獨測試讀寫器軟件，然后以參數形式下發至讀寫器升級即可，為讀寫器測試升級工作帶來極大的便利。

從建設管理的角度來看，傳統讀寫器按集成商特點各自開發，由于各供應商技術力量不一，讀寫器接口標準不一，產品通用性不高，需要做大量測試來確保讀寫器對各線票務規則處理一致。同時，由于每條線路均需要開發讀寫器，各線路設備供貨商都需掌握密鑰系統技術，增加了建設方密鑰的泄密風險。而采用大讀寫器，建立線網統一的接口調用標準，實現讀寫器開發統一調配，有效提高軟件開發及測試效率，增強對系統建設的掌控性和安全性。

在數據傳輸安全性方面，AFC設備主控與讀寫器通過串口報文通訊，與傳統讀寫器相比，減少了交互次數及交互數據量，提高了業務處理速度，而且票卡數據結構、安全密鑰、處理流程、交易數據生成、交易驗證碼計算、交易審計數據生成等處理過程封裝在讀寫器內部，可避免敏感數據的外漏，作為獨立的票卡讀寫設備，可通過交易記錄的日志文件交易數據進行審計，有效保護核心數據的安全。

因此，選用大讀寫器可有效防止供應商形成技術壟斷，可快速響應運營對票卡產品提出的新要求，降低建設和日常維護、升級的成本[4]。

4 結語

本文通過對傳統讀寫器與大讀寫器對比分析，詮釋了二者優缺點，大讀寫器在建設、運營維護、數據安全方面的優勢已得到業內認可，各城市軌道交通AFC系統選用大讀寫器已取得了良好的效果。

參考文獻

[1] 王媛媛，李麗芬，徐曄，等.城市軌道交通AFC系統標準讀卡器分析[J].軟件工程師，2014（6）：19-20.

[2] 袁東，王健，張寧，等.IC卡讀寫器在票卡安全處理中的應用[J].交通信息與安全，2010（3）：116-119..

[3] 何鐵軍，宋亞娜，王健，等.AFC業務內置型讀寫器研究與應用[J].都市快軌交通，2011（1）：104-108.

[4] 錢曙杰，張寧，何鐵軍，等.城市軌道交通自動售檢票系統專用讀寫器研發[J].城市軌道交通研究，2016（11）：46-51.endprint