引言

 　　隨著保安市場規(guī)范化建設(shè)的需求,，在保安押運行業(yè)中對保安人員的身份驗證有了更高的要求,，依靠傳統(tǒng)的考勤方式,，通過人工簽到,、交接管理武器槍支及運鈔本進行現(xiàn)金交接的方式已經(jīng)遠遠不適合現(xiàn)代化保安人員管理的需要。將指紋識別與無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合實現(xiàn)身份驗證系統(tǒng),，將該系統(tǒng)應(yīng)用于保安押運行業(yè)具有重要的現(xiàn)實意義,。

　　GPRS是一項高速數(shù)據(jù)處理的技術(shù),，由于其覆蓋面廣,，已經(jīng)得到越來越多的應(yīng)用,。在本系統(tǒng)中,，應(yīng)用GPRS技術(shù)使管理者足不出戶就可以掌握所有押運人員的身份驗證情況，將各個身份驗證終端的信息匯總形成數(shù)據(jù)庫還可以為高層決策者提供更好的支持,。

　　本文通過將GPRS技術(shù)與指紋識別技術(shù)相結(jié)合,，將GPRS設(shè)備終端接入網(wǎng)絡(luò),，實現(xiàn)了無線指紋身份驗證的功能,。

 　　1 系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)思

 　　GPRS指紋身份驗證系統(tǒng)主要由指紋身份驗證終端和身份驗證服務(wù)器兩部分組成。系統(tǒng)工作原理圖如圖1所示,。其中，GGSN（Gateway GPRS Support Node）為網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點,。

　　圖1 系統(tǒng)工作原理圖

 　　指紋身份驗證終端和指紋身份驗證服務(wù)器均可劃分為更小的子模塊：前者包含指紋驗證模塊和GPRS模塊兩個子模塊,；后者則由指紋錄入模塊和服務(wù)器管理軟件兩個子模塊構(gòu)成。圖2給出了完整的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,。

　　圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

 　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

 　　指紋身份驗證終端包括鍵盤模塊,、時鐘模塊,、液晶顯示模塊,、指紋識別模塊和GPRS模塊,，以及能夠直觀地提示系統(tǒng)運行狀態(tài)的指示燈,。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。系統(tǒng)選用Freescale公司高性能,、低功耗的MC68HC908GP32（簡稱GP32）芯片作為主控芯片。

　　圖3 指紋身份驗證終端硬件結(jié)構(gòu)框圖

 　　2.1 指紋識別模塊硬件接口設(shè)計

　　TFMDM1指紋識別模塊提供標準的串行通信接口，具有發(fā)送引腳UART_Tx和接收引腳UART_Tx。GP32通過內(nèi)部集成的增強型串行通信接口,，可以很方便地實現(xiàn)與指紋識別模塊之間的通信,。由于雙方接口電平都為TTL電平,，能夠相互驅(qū)動,，不需要進行電平轉(zhuǎn)換，直接對應(yīng)連接即可,。

　　2.2 GPRS模塊硬件接口設(shè)計

　　本文利用GPRS模塊來實現(xiàn)終端與服務(wù)器端之間的數(shù)據(jù)收發(fā),。GPRS DTU（Data Terminal Unit,，數(shù)據(jù)傳輸單元）對外提供RS232或者RS485的通信接口,。由于GP32主控板與GPRS DTU之間的通信距離較短,，一般不會超過50cm,，RS232接口足以保證兩者之間的正常通信,。因此,，選用RS232接口與GPRS DTU進行數(shù)據(jù)收發(fā)。

　　圖4給出了GP32與GPRS模塊的硬件接口,。

　　圖4 GP32與GPRS模塊的硬件接口

 　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

 　　本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要包括兩大部分，即指紋身份驗證終端的軟件設(shè)計和服務(wù)器管理軟件的設(shè)計,。這兩大部分分別實現(xiàn)不同的功能，且互相配合共同實現(xiàn)基于GPRS的網(wǎng)絡(luò)指紋身份驗證功能,。

　　3.1 指紋身份驗證終端的軟件設(shè)計

　　如圖5所示，終端軟件主要由3個模塊構(gòu)成：分別為人機交互菜單,、對指紋識別模塊二次開發(fā)以及控制GPRS模塊進行數(shù)據(jù)收發(fā)。其中人機交互菜單模塊實現(xiàn)了切換操作界面,、掃描按鍵,、錄入數(shù)據(jù)及管理選項等功能。

　　圖5 指紋身份驗證終端的軟件組成框圖 

　　3.1.1 主函數(shù)的程序設(shè)計

　　圖6為主函數(shù)的程序流程,。首先進行一系列的初始化工作,，包括GP32芯片初始化（設(shè)置內(nèi)部總線頻率為20MHz和禁止COP模塊），鍵盤初始化（中斷允許）,，液晶初始化,，串口初始化（波特率為19200bps、接收中斷允許等）,，系統(tǒng)數(shù)據(jù)初始化,，中斷初始化（開放鍵盤中斷、串口接收中斷和總中斷）等,。然后，查詢GPRS模塊的連接情況,，若成功連接上指紋身份驗證服務(wù)器端,，則進入主循環(huán)；若連接失敗,，則退出程序并給出故障提示,。

　　圖6 系統(tǒng)主函數(shù)流程

　　3.1.2 對指紋識別模塊二次開發(fā)的程序設(shè)計

　　對指紋識別模塊進行二次開發(fā)關(guān)鍵在于應(yīng)用指紋產(chǎn)品提供的二次開發(fā)協(xié)議,。由于指紋身份驗證終端需要存儲已注冊用戶的指紋特征碼數(shù)據(jù),，故對指紋識別模塊二次開發(fā)的程序需要管理該指紋庫，提供諸如添加,、刪除等基本操作功能,。當用戶進行身份驗證時，需要將現(xiàn)場采集的用戶特征碼數(shù)據(jù)與指紋庫中的指紋特征碼數(shù)據(jù)進行逐一匹配,，通過判斷能否找出匹配指紋數(shù)據(jù)來確定該用戶是否為合法用戶,。因此，必須利用1:N指紋比對的功能,。表1給出了實現(xiàn)指紋識別模塊部分功能的函數(shù)列表,。

　　表1 指紋識別模塊功能實現(xiàn)函數(shù)列表

　　3.1.3 控制GPRS模塊進行數(shù)據(jù)收發(fā)的程序設(shè)計

　　GPRS模塊提供用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP和傳輸控制協(xié)議TCP兩種通信傳輸模式?？紤]到可靠性的要求，本文選用TCP協(xié)議進行遠程傳輸數(shù)據(jù),。

　　控制GPRS模塊進行數(shù)據(jù)收發(fā)分為3個步驟：首先對GPRS模塊進行參數(shù)設(shè)置,，然后規(guī)定指紋身份驗證終端和服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)通信格式,，最后執(zhí)行數(shù)據(jù)收發(fā)的具體操作。

　　其重點在于兩者之間TCP連接的建立,，一旦連接成功,，終端GPRS模塊與服務(wù)器端之間將搭建起一條透明的傳輸鏈路。對于被透明鏈路連接的雙方,，發(fā)送時只需將數(shù)據(jù)按通信格式打包后直接傳送,，接收數(shù)據(jù)時也只需對數(shù)據(jù)幀進行分析處理,。

　　3.2 服務(wù)器端管理軟件的設(shè)計

　　服務(wù)器端管理軟件專門為指紋身份驗證終端提供網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)，以實現(xiàn)身份驗證數(shù)據(jù)的實時采集,，并將實時數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)庫中以便管理,。服務(wù)器的管理軟件由4個模塊組成，分別為與指紋錄入模塊的通信模塊,、數(shù)據(jù)庫管理模塊,、接口界面模塊和網(wǎng)絡(luò)通信模塊，如圖7所示,。

　　圖7 服務(wù)器端管理軟件結(jié)構(gòu)框圖

　　數(shù)據(jù)庫管理模塊又細分為管理員信息管理,、員工信息管理、押運線路信息管理和身份驗證日志信息管理4個子模塊,。服務(wù)器端的管理軟件對整個系統(tǒng)的操作行為進行規(guī)范和控制，指紋身份驗證終端用于身份驗證的指紋數(shù)據(jù)庫需要從服務(wù)器端獲得,，因此要求每一個身份驗證用戶必須先在服務(wù)器端注冊個人基本信息,，并使用指紋錄入模塊提取指紋特征碼數(shù)據(jù)。

　　指紋身份驗證服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)通信方面的主要功能是接收和發(fā)送TCP協(xié)議的IP數(shù)據(jù)包,，以實現(xiàn)與指紋身份驗證終端的GPRS模塊的IP協(xié)議通信,。網(wǎng)絡(luò)通信程序的功能包括：與GPRS模塊建立TCP連接；對接收到的工作數(shù)據(jù)幀進行處理,；向指紋身份驗證終端傳送應(yīng)答數(shù)據(jù)幀,。

　　其中，服務(wù)器建立TCP連接的步驟如下：

　?、俜?wù)器管理程序建立ServerSocket,，偵聽指定端口，等待GPRS模塊的連接請求,。

　　ServerSocket=New TcpListener（“6060”）//在6060端口上監(jiān)聽

　?、诋敺?wù)器偵聽到來自指紋身份驗證終端的連接請求時，接受此請求并建立對應(yīng)的Socket,，該Socket將作為該TCP連接及后續(xù)收發(fā)數(shù)據(jù)的依據(jù),。至此完成了服務(wù)器與前端GPRS模塊的TCP通道的建立。

　　Dim n As Socket=ServerSocket.AcceptSocket（）//創(chuàng)建新的套接字與終端連接

　?、蹚奶捉幼种蝎@取數(shù)據(jù),，服務(wù)器將處理接收到的數(shù)據(jù)幀,，按協(xié)議規(guī)定格式解析后作相應(yīng)處理。

　　Dim MyBuffer（12）As Byte//創(chuàng)建接收緩沖區(qū)

　　Dim DataNum As Integer//接收到的數(shù)據(jù)個數(shù)

　　DataNum=n.Receive（MyBuffer）//將數(shù)據(jù)從套接字中讀取到接收緩沖區(qū)中

　　在TCP通道建立后,，服務(wù)器接收到指紋身份驗證終端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)幀,，按照通信協(xié)議的規(guī)定格式對數(shù)據(jù)進行分解，并進行相應(yīng)的處理,。

　　服務(wù)器管理軟件處理完終端傳送來的數(shù)據(jù)幀后,，將處理結(jié)果按規(guī)定的應(yīng)答幀格式進行封裝，放入發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi),，最后通過已經(jīng)建立的TCP連接傳送給前端的指紋身份驗證終端,。至此完成了一次數(shù)據(jù)通信。

　　4 結(jié)論

　　隨著GPRS技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷增加,，該技術(shù)成本不斷降低,，通信可靠性變得更高，在市場中得到了更為廣泛的認可,。本文將GPRS技術(shù)和指紋識別技術(shù)相結(jié)合實現(xiàn)身份驗證系統(tǒng),，將其應(yīng)用于保安押運行業(yè)，大大提高了管理效能及安全性,。隨著第三代移動通信技術(shù)（3G）的不斷發(fā)展,，將移動通信技術(shù)應(yīng)用于身份驗證系統(tǒng)中實現(xiàn)員工的身份識別，不僅為現(xiàn)有保安行業(yè)管理系統(tǒng)的升級提供了支持,，而且能有效地應(yīng)用于其他行業(yè),，為其他行業(yè)身份驗證系統(tǒng)的應(yīng)用研究提供了一種參考模型。