基于GPRS技術(shù)的無(wú)線(xiàn)指紋身份驗證系統的設計

　　隨著(zhù)保安市場(chǎng)規范化建設的需求，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，依靠傳統的考勤方式，通過(guò)人工簽到、交接管理武器槍支及運鈔本進(jìn)行現金交接的方式已經(jīng)遠遠不適合現代化保安人員管理的需要。將指紋識別與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)結合實(shí)現身份驗證系統，將該系統應用于保安押運行業(yè)具有重要的現實(shí)意義。

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

　　本文通過(guò)將GPRS技術(shù)與指紋識別技術(shù)相結合，將GPRS設備終端接入網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現了無(wú)線(xiàn)指紋身份驗證的功能。

1 系統設計構思

　　GPRS指紋身份驗證系統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支持節點(diǎn)。

　　圖1 系統工作原理圖

　　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(gè)子模塊；后者則由指紋錄入模塊和服務(wù)器管理軟件兩個(gè)子模塊構成。圖2給出了完整的系統結構框圖。

　　圖2 系統結構框圖

2 系統硬件設計

　　指紋身份驗證終端包括鍵盤(pán)模塊、時(shí)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(guān)地提示系統運行狀態(tài)的指示燈。其硬件結構框圖如圖3所示。系統選用Freescale公司高性能、低功耗的MC68HC908GP32（簡(jiǎn)稱(chēng)GP32）芯片作為主控芯片。

　　圖3 指紋身份驗證終端硬件結構框圖

　　2.1 指紋識別模塊硬件接口設計

　　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(guò)內部集成的增強型串行通信接口，可以很方便地實(shí)現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，能夠相互驅動(dòng)，不需要進(jìn)行電平轉換，直接對應連接即可。

　　2.2 GPRS模塊硬件接口設計

　　本文利用GPRS模塊來(lái)實(shí)現終端與服務(wù)器端之間的數據收發(fā)。GPRS DTU（Data Terminal Unit，數據傳輸單元）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(huì )超過(guò)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(jìn)行數據收發(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 系統軟件設計

　　本系統的軟件設計主要包括兩大部分，即指紋身份驗證終端的軟件設計和服務(wù)器管理軟件的設計。這兩大部分分別實(shí)現不同的功能，且互相配合共同實(shí)現基于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計

　　如圖5所示，終端軟件主要由3個(gè)模塊構成：分別為人機交互菜單、對指紋識別模塊二次開(kāi)發(fā)以及控制GPRS模塊進(jìn)行數據收發(fā)。其中人機交互菜單模塊實(shí)現了切換操作界面、掃描按鍵、錄入數據及管理選項等功能。

　　圖5 指紋身份驗證終端的軟件組成框圖

　　3.1.1 主函數的程序設計

　　圖6為主函數的程序流程。首先進(jìn)行一系列的初始化工作，包括GP32芯片初始化（設置內部總線(xiàn)頻率為20MHz和禁止COP模塊），鍵盤(pán)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），系統數據初始化，中斷初始化（開(kāi)放鍵盤(pán)中斷、串口接收中斷和總中斷）等。然后，查詢(xún)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(jìn)入主循環(huán)；若連接失敗，則退出程序并給出故障提示。

　　圖6 系統主函數流程

　　3.1.2 對指紋識別模塊二次開(kāi)發(fā)的程序設計

　　對指紋識別模塊進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)關(guān)鍵在于應用指紋產(chǎn)品提供的二次開(kāi)發(fā)協(xié)議。由于指紋身份驗證終端需要存儲已注冊用戶(hù)的指紋特征碼數據，故對指紋識別模塊二次開(kāi)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(hù)進(jìn)行身份驗證時(shí)，需要將現場(chǎng)采集的用戶(hù)特征碼數據與指紋庫中的指紋特征碼數據進(jìn)行逐一匹配，通過(guò)判斷能否找出匹配指紋數據來(lái)確定該用戶(hù)是否為合法用戶(hù)。因此，必須利用1:N指紋比對的功能。表1給出了實(shí)現指紋識別模塊部分功能的函數列表。

　　表1 指紋識別模塊功能實(shí)現函數列表

　　3.1.3 控制GPRS模塊進(jìn)行數據收發(fā)的程序設計

　　GPRS模塊提供用戶(hù)數據報協(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(jìn)行遠程傳輸數據。

　　控制GPRS模塊進(jìn)行數據收發(fā)分為3個(gè)步驟：首先對GPRS模塊進(jìn)行參數設置，然后規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，最后執行數據收發(fā)的具體操作。

　　其重點(diǎn)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(shí)只需將數據按通信格式打包后直接傳送，接收數據時(shí)也只需對數據幀進(jìn)行分析處理。

　　3.2 服務(wù)器端管理軟件的設計

　　服務(wù)器端管理軟件專(zhuān)門(mén)為指紋身份驗證終端提供網(wǎng)絡(luò )連接服務(wù)，以實(shí)現身份驗證數據的實(shí)時(shí)采集，并將實(shí)時(shí)數據存儲于數據庫中以便管理。服務(wù)器的管理軟件由4個(gè)模塊組成，分別為與指紋錄入模塊的通信模塊、數據庫管理模塊、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)器端管理軟件結構框圖

　　數據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(xiàn)路信息管理和身份驗證日志信息管理4個(gè)子模塊。服務(wù)器端的管理軟件對整個(gè)系統的操作行為進(jìn)行規范和控制，指紋身份驗證終端用于身份驗證的指紋數據庫需要從服務(wù)器端獲得，因此要求每一個(gè)身份驗證用戶(hù)必須先在服務(wù)器端注冊個(gè)人基本信息，并使用指紋錄入模塊提取指紋特征碼數據。

　　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數據包，以實(shí)現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；對接收到的工作數據幀進(jìn)行處理；向指紋身份驗證終端傳送應答數據幀。

　　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(tīng)指定端口，等待GPRS模塊的連接請求。

　　ServerSocket=New TcpListener（“6060”）//在6060端口上監聽(tīng)

　?、诋敺?wù)器偵聽(tīng)到來(lái)自指紋身份驗證終端的連接請求時(shí)，接受此請求并建立對應的Socket，該Socket將作為該TCP連接及后續收發(fā)數據的依據。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@取數據，服務(wù)器將處理接收到的數據幀，按協(xié)議規定格式解析后作相應處理。

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

　　Dim DataNum As Integer//接收到的數據個(gè)數

　　DataNum=n.Receive（MyBuffer）//將數據從套接字中讀取到接收緩沖區中

　　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(guò)來(lái)的數據幀，按照通信協(xié)議的規定格式對數據進(jìn)行分解，并進(jìn)行相應的處理。

　　服務(wù)器管理軟件處理完終端傳送來(lái)的數據幀后，將處理結果按規定的應答幀格式進(jìn)行封裝，放入發(fā)送緩沖區內，最后通過(guò)已經(jīng)建立的TCP連接傳送給前端的指紋身份驗證終端。至此完成了一次數據通信。

4 結論

　　隨著(zhù)GPRS技術(shù)應用范圍的不斷增加，該技術(shù)成本不斷降低，通信可靠性變得更高，在市場(chǎng)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)相結合實(shí)現身份驗證系統，將其應用于保安押運行業(yè)，大大提高了管理效能及安全性。隨著(zhù)第三代移動(dòng)通信技術(shù)（3G）的不斷發(fā)展，將移動(dòng)通信技術(shù)應用于身份驗證系統中實(shí)現員工的身份識別，不僅為現有保安行業(yè)管理系統的升級提供了支持，而且能有效地應用于其他行業(yè)，為其他行業(yè)身份驗證系統的應用研究提供了一種參考模型。