【案例】“一卡通用”让哈工程师生在多校区无忧通行
随着国家对高等教育的重视，很多高校都在扩展办学规模，"一校多区"、"跨省市校区"现象应运而生。多校区办学开拓了新的教育发展空间，弥补了教育资源的不足，增加了院校的整体竞争优势。多校区高校普遍存在师生跨校工作和学习的情况，随之而来的是这些"流动"用户对学校信息化资源提出的跨校区统一应用需求，校园一卡通作为学校就餐、门禁、购物、洗浴等师生最基本的工作生活支撑，在多校区实现"一卡通用"成为了师生最迫切的需求。
下面让我们走进哈尔滨工程大学，看看这所学校是如何实现跨省两校区间校园一卡通用的。
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建设背景及需求
建设背景
哈尔滨工程大学现有哈尔滨校区（以下简称老校区）和青岛校区（正在建设中，以下简称新校区），未来两校区师生规模相当，一大部分师生有往返于两个校区的用卡需求。
老校区现有校园卡系统为2008年建设，主要应用在校园金融消费、身份识别应用服务和与第三方系统对接方面，实现了餐饮、超市、洗浴、洗衣、网费、电费、图书借阅、门禁、考勤和会议签到等应用，满足了老校区的基本需求，但还存在着一些不足，具体表现在系统功能不完善，不支持虚拟卡等在线应用；网络通信线路老化，终端设备超期运行；IDC支撑环境资源不足，缺乏异地灾备等安全措施；平台扩展性不强，尚无对多校区共用校园卡的规划设计。
目前大部分高校校园卡业务仍以实体卡应用为主，离线脱机支付运用于绝大多数场景，这限制了校园卡业务的进一步扩展。随着互联网的发展以及新兴移动支付技术的普及，联机在线消费模式的校园一卡通系统逐渐发展起来，虚拟校园卡的应用越来越被用户认可，弥补了原有物理卡片的不足，使校园卡业务得以在手机APP等载体进行线上办理，给师生带来极大的便利，同时简化了业务办理流程。
哈尔滨工程大学根据学校信息化工作安排，今年进行校园一卡通系统升级改造，建设在线交易模式，实体卡、虚拟卡、NFC等各种介质并存的新一代校园卡系统。多校区"一卡通用"是本次升级建设的重要内容。
建设需求
1.构建开放的校园一卡通平台：校园卡系统将采用开放式体系结构，不仅与目前已有信息系统平滑对接，而且建设标准的对接接口，实现灵活扩展应用服务。同时，系统支持虚拟卡和实体卡。
2.实现联机在线支付：改进校园卡支付模式，构建以在线联机支付为主的校园支付环境，建设校园卡移动端应用，使二维码、NFC等新型支付介质与传统卡介质融合，满足师生在校园内各种消费场所的移动支付应用需求，提升用户使用体验。
3.实现多校区"一卡通用"：两个校区共用同一套校园卡系统，师生可在两个校区食堂、超市、浴室、体育馆等场所消费，在两校区的门禁、通道等进行身份认证；两个校区校园卡系统数据共享，采用一体化的校园卡服务模式。
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系统设计原则
为保障不同校区师生的使用体验，结合实际需求，采用"系统共用、数据共享、服务一体化"原则建设多校区校园卡系统。
1.系统共用：即新校区与老校区使用同样的校园一卡通管理平台，但分别独立部署在本地，管理平台管理各自的业务系统，对于跨校区业务通过发起任务脚本程序获取异地校区的数据，处理相应的业务。确保两校区间系统功能、数据结构和数据标准一致，从而向师生提供一致的服务。
2.数据共享：即新校区与老校区使用同样版本及结构的数据库，通过租用运营商VPN专线及Oracle Golden Gate数据同步技术实现校区间数据共享和交换，同时老校区校园卡数据与新校区互为异地容灾。
3.服务一体化：各校区校园一卡通的服务与管理模式一致，服务标准相同，新校区是老校区校园一卡通的延伸，实现两校区间真正的"一卡通用"，满足师生跨校区的无感知漫游用卡需求。
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总体架构设计
本校两个校区跨多个省市，考虑两校区间的物理距离可能导致广域网络的不稳定，为确保各校区绝大多数本地用户校园卡应用的及时性和并发性，在两校区本地分别部署校园一卡通管理平台、独立的数据库、独立的终端设备、独立的专网，校区间业务根据需要采取相应的数据共享及功能共用，解决跨校用卡需求。系统总体架构如图1所示。
图1 两校区校园卡系统总体架构
1.网络层：各校区在本校区内建设独立的校园一卡通物理专网，确保本校区校园卡业务运行，校区间通过租用运营商VPN专线互联，搭建逻辑上的校园一卡通专网。
2.数据层：由于考虑跨校区之间广域网络的不稳定性，数据库采用分库部署架构，两校区数据库结构相同。为保障系统的使用性能，采用两台Oracle ODA一体机部署校园一卡通数据库系统，校区间两台Oracle ODA数据库服务器之间，采用Oracle Golden Gate技术，结合校园一卡通系统的任务脚本程序进行数据同步，实现两个校区之间数据双向复制。各校区通过Oracle ADG（Active Data Guard）技术将生产数据库的数据实时备份，该库同时对外提供校园一卡通数据查询、数据分析、第三方数据发布服务。在老校区设置与生产库不在同一楼宇的容灾服务器，通过Oracle DG（Data Guard）技术实现数据容灾，从而使校园一卡通数据存储形成"两地三中心"架构。
3.系统层：校园卡系统采用联机在线+授信模式，支持实体卡和虚拟卡应用，实体卡应用系统在每个校区建立一套独立的系统，共享账户信息，异步交互授信信息，主要功能包括卡务、结算、消费、水控、自助等模块。移动端的虚拟卡应用及Web应用共用一套部署在老校区的Web/APP服务，实现两校区共用在线办理的消费、充值、卡务、查询等功能。系统后台管理模块主要完成本校区各项通用功能，同时实现与异地校区的任务处理。
4.服务层：该层面向用户提供校园一卡通服务。两校区分别部署消费POS、水控、车载及自助卡务、自助现金充值、自助多媒体等服务终端。在软件应用方面，两校区共用所有Web服务和移动端服务。同时，校区间管理办法、业务流程、服务标准等相同，为用户提供一致的服务体验。
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系统关键业务实现方案设计
为了提高系统的可靠性，采用分布式部署，关键业务采用微服务构架。系统支持实体卡和二维码等多种模式应用。通过授信机制和脱机码模式解决网络异常等环境下的应急使用。关键业务实施策略如下：
1.开户：用户的开户由人员人事关系所属的校区（即本地校区）完成，开户后信息同步至异地校区。
2.充值：每个用户在办卡时需要设定所属的校区，采用Web或APP充值时，所充金额进入用户所属校区的账号中，如采用现金充值，则首先进入用户充值所在地账户中。
3.消费：联机在线校园一卡通系统支持刷卡、虚拟卡正扫码、虚拟卡反扫码消费模式，其中，刷实体卡和虚拟卡反扫码业务系统交易流程一致，以实体卡为例，交易流程如图2所示。
图2 实体卡消费流程
用户在刷卡消费时首先判断消费终端是否在线，在线时则去本地系统中查询账户信息，如查询到账户为非本地，首先启动授信消费流程，确保用户消费的及时性。随即系统发起异地账户信息同步请求，将用户的账户余额及授信额度信息同步到异地数据库，同时，扣除用户本次消费金额，进而产生准确的交易流水信息，完成整个交易过程。
虚拟卡正扫码的交易流程如图3所示：
图3 虚拟卡正扫码消费流程
用户在正扫码消费时首先查询该账户是否为本地，如为本地账户则启动在线交易流程，扣费并返回交易信息；如查询到账户为非本地，则跳转到用户所在的异地服务器，再执行在线消费流程，在异地账户扣费后返回交易信息。
在技术方面，在线消费采用阻塞流程，交易过程中授权，交易请求环节采用可靠传输，交易后消息通知采用不可靠数据推送。通过每笔交易签名保证数据的安全可靠。通过划分不同的热点交易类型，高速缓存账户信息数据等方式，提高系统并发数和缩短交易时间，避免用户使用高峰期交易时间过长。
4.结算：财务结算方面，因校区所属省市不同，各校区根据当地财务管理要求独立结算。对于用户在异地校区消费的账务，按结算周期，各校区定期按整体收入和支出情况，转账给异地账户，由异地账户结算给商户。
5.卡务：因两校区间用户数据是双向同步，用户补卡、挂失等业务两个校区均可办理。同时，可通过自助服务终端向用户提供自助服务。
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数据同步及安全方案设计
数据同步
跨校区数据同步主要分为账户（授信）信息同步、流水（交易、认证等）同步、结算数据同步。异地交易异步发起同步请求校验，确保账户、流水和结算数据的一致性。
采用两台OracleODA数据库一体机部署校园卡数据库系统，两校区分别部署一台，数据库服务器之间采用Oracle Golden Gate技术实时同步，实现两个校区之间数据双向复制。
在面向校内其他应用的第三方数据同步方面，通过学校统一的数据交换平台，将两校区的信息汇总后统一发布。信息内容主要包括：用户信息（制卡和生成虚拟卡账户信息等应用），实体卡片信息（门禁、通道等），在线认证信息（二维码身份认证），交易流水数据同步（用于大数据分析）、照片信息等。第三方数据同步流程如图4所示。
图4 第三方数据同步流程
数据安全及高可用设计
为保障在线系统数据频繁传输的安全性，对账户、交易等敏感数据采用数据签名验证，不允许直接修改数据库，交易记录凭证有验证信息，防止被人为篡改；用户密码等敏感数据加密存储，应用服务器上不保留明文密码，POS终端必须安装合法的PSAM卡才能签到，同一个终端号只能有一台POS机有效。
交易过程中，POS终端通过用户卡和PSAM卡计算签名，后台验证通过后批准交易，做到交易记录准确性。数据传输到后台通过HTTPS协议，保障数据传输过程中的安全。
应用服务采用多个节点实现负载均衡和容错，消费终端前置采用多节点冗余部署，主前置节点如发生故障，终端自动切换到新的节点工作。
高校信息化建设的重要任务和目标就是为师生提供更加便捷的一体化服务，目前高校校园一卡通系统正处在由脱机离线方式向在线交易方式转变的时期，随着越来越多高校建设了跨省市的多个校区，探讨多校区在线校园一卡通系统的建设和应用具有重要意义，符合时代发展趋势，极大的便利了师生生活。
（作者单位为哈尔滨工程大学信息化处）
（来源：《中国教育网络》2019年5月刊）