基于.NET框架的下一代停车场付费系统的设计

    1、引言

    伴随汽车消费大众化和各种机动车辆大范围内的迅速普及， 车辆对其配套设施特别是停车场提出了更高的要求。目前， 各类停车场基本上实行自主经营、独立控制和独立管理的模式。这种模式在不断壮大的停车场消费规模， 以及停车场消费者对于日益人性化的消费理念的要求面前， 显得力不从心。因此，对小区停车场和公共停车场采取一种比较先进的管理和控制模式， 特别是借助功能强大的

    Internet 实现付费网络化是非常有必要。基于此， 提出了基于．NET框架的下一代智能停车场付费系统的设计方案。该系统中，消费者只需在网络中的任何一个停车场终端申请一个账号，凭与该账号唯一对应的 IC卡 或者直接使用该账号和密码， 即可在网络中的任意一个停车场进行停车消费。同时，通过银行、各种代缴费机构或 Internet ， 可获得银行、网上等各种形式的缴费和查询等相关服务。该方案的系统采用当前先进的网络技术．NET框架、分布式技术及其数据库并发控制，满足跨平台和终端无关的要求， 保证了数据实时高效传输的能力， 并可在不破坏现有一些智能化停车场的控制和管理系统的基础上， 实现联网运行。在计算机和 Internet 上进行了该方案的实例实现，证明了其有效性。

    2、．NET与XHL技术 

    ． NET是Microsoft公司推出的新一代软件开发平台， 是一个框架， 也是一个集合， 包括编程工具、数据访问、中间代码、WebSerriCe，XML组件等。．NET具有以下几大特点： 跨平台、跨语言、跨设备的特性。它彻底改变了Web编程人员的思维方式，配合新的数据访问构架ADO．NET和XML，使开发和应用效率得以大幅度提高。

    ASP．NET是微软公司继ASP之后推出的一种Internet编程技术。ASP．NET兼容多种程序开发语言(包括C#、C++、J#、VB) ， 程序可运行基于Microsoft．NET框架的任何操作系统上(包括Unix、Windows、os／2等)， 具有很强的跨平台和跨设备的特性。XML是由W3C制订的新标准标记语言，其最大的特点是将信息的描述与信息的处理分开，使数据具备自我描述能力。此外，XML有很强的扩展性， 具有结构化的数据存储格式、易于数据共享和重用、网络传输方便， 完整的开放性标准、平台无关性和可验证性等特点。XML的众多优势使其逐渐成为网络世界的“国际语言” 。XML为采用Web ServiCe开发分布式应用程序提供了必要的支持。

    3、分布式结构

    分布式结构是一种组成和存储的方式，逻辑上属于同一系统，物理上却分散于计算机网络连接的多个点上。分布式有两种组织结构：层次结构和对等结构。层次结构是一种上下级的关系， 终端用户在上级资源库管理中心可以检索这个节点范围内所有下级资源中心的信息，而下级资源库管理中心只能检索所有属于该中心下站点的资源信息。其优点： 通过最高一级的数据库就能够查出这个网络中所有符合要求的资源，方便快捷。缺点： 由于网络中资源过多， 数据量大，对最高一级的服务器造成很大的负担。对等结构是松散耦合式结构，每个终端都是一个独立的、对等的系统， 它们之间的功能相同。其优点：把任务分摊到各个站点， 有效地均衡了负载。缺点：执行点对点交互， 无法实现全局任务。

    易用的、标准的数据交换和异构的系统整合规范， 基于XML的数据传输及基于 web Service 的开发体系，为分布式应用程序提供一个优秀的开发平台，使得分布式应用能够安全、高效、有组织地运行XML， 具有能够方便地从原有的技术移植的特点又使．NET平台能很好地继承原有技术开发的应用，实现很好的兼容性。

    4、系统方案设计

    4．1系统整体结构设计

    系统的整体结构如图4．1所示。系统中， 各停车场终端(Parking lotS Termina1)通过路由器接入Internet， 它们之间通过 Internet 进行各种数据的交换： 下级集中管理中心也是通过路由器的方式连入互联网， 它可以对其下所有停车场终端进行查询和相应的数据交互： 上级集中管理中心则可以通过其下一级管理中心间接对各停车场终端进行相关的交互操作： 代缴费终端、其他的增值服务以及所有Internet用户， 都可以通过路由器和 Internet 与集中管理中心进行通信。

    4．2分布式系统架构

    前面已经介绍了分布式的两种组织结构， 层次结构和对等结构。整个系统构建中，综合两种结构的优点， 屏蔽其缺点， 采用混合模式，把管理中心端和各停车场终端， 以及管理中心和上级管理中心终端设计成层次结构。在这种结构下， 上一级的管理中心就能对其下级各分布结构进行集中的查询和管理等一系列操作， 实现良好的统一控制和管理。其结构如图4．2所示。 

图4．2系统分布式层次结构图

    各停车场终端之间则采用对等结构。在这种结构下，各停车场终端之间可直接进行交互操作， 一方面实现操作的实时性，另一方面把任务有效地均衡， 缓解集中管理系统服务器的负载。其结构如图 4．3所示。 

图4．3系统分布式对等结构图

    如图4．3所示， 持有在停车场B申请账号的 IC 卡要在停车场A进行停车消费， 只需提供 IC 卡(读卡子系统负责感应式IC卡的信息读取工作)或者提供账号的用户名和密码， 停车场A的控制系统就会通过 Internet 远程调用B端的数据库，验证该用户的账号信息及余额，得到确认后， 即可执行收费程序。然后， 在本地数据库添加此收费记录， 并把信息发送给终端B，执行终端B的数据库更新。最后还要对其各属上级管理中心数据库进行更新， 这个过程可以选择同步更新和延时更新相结合的处理机制。

    4．3系统协议 

     该系统中XML在 Web Service 设计和实施中起着关键作用，Web Service 的接口描述及消息传递都采用XML编码。基于XML的WebService实现，还需要一个关键的对象访问协议： SOAP。SOAP( Simple ObJect  Access ProtOCO1) 简单对象访问协议是一个基于XML的用于在分散的分布式环境下交换信息的协议。SOAP 在请求者和供应者之间定义了一个通讯协议。这样，在一个面向对象编程的环境下， 申请对象就可在提供的对象上执行一个远程的方法调用。应用程序模块的消息和数据采用XML封装， 然后经由HTTP协议在web服务器端进行传输。在保证系统的终端兼容性、跨平台能力的同时也能够保证可靠性。 

    方案采用目前应用最广泛的TCP协议 (TranSfer Control ProtOCOl， 传输控制协议)作为 SOAP 的底层协议。TCP协议是TCP／IP体系中的一种协议， 它提供一种面向连接、全双工的可靠的字节流交付服务。TCP在传输时，首先把应用数据分割成TCP认为最适合发送的数据块(由TCP传递给IP的信息单位成之为报文段或段) ， 当TCP发出一个段后， 它启动一个定时器，等待目的端确认收到报文段， 如果不能及时收到， 将重发这个报文段， 当TCP收到数据，它便会发送确认。通过这种重传策略和确认机制保证了数据传输的可靠性。系统中不管是停车场终端之间， 停车场与上级管理中心之间，还是下级管理中心与上级管理中心之间，它们都是通过首先建立一对一的TCP连接，而后才进行彼此的通信。由于TCP协议提供的可靠性连接， 使得系统中用户账号的信息在整个分布式系统中进行的各项消费信息能够保证真实可靠。 

    5、系统实现 

    下面是在．NET平台上实现上述方案的一个简约实例。首先使用ASP．NET(通过比较c#、J#和VB，最终选择易用和功能强大的c#作为开发语言)开发各终端操作控制程序和基于XML的Web Service。C#．NET集成了智能设备和移动Web应用程序，可与PDA、移动电话等移动设备进行通信， 真正实现系统的终端设备无关性。系统的终端开发主要包括以下几大功能模块：(1) 管理登录模块； (2) 停车场信息管理模块； (3) 用户信息管理模块； (4) IC卡消费控制模块： (5) 用户名密码式收费模块； (6)查询模块。其中停车场终端涵括这六大模块，上级管理中心终端只扩展缴费和其它的增值服务，而不涉及实际停车使用收费，所以省去模块4和5的集成。银行等各代缴费网点管理系统则只需包含模块1、3和6即可。 

    ASP．NET封装了ATL、MFCActivex控件、MFC ISAPI扩展DLL、Win32控制台程序、扩展存储过程DLL等控件。这样开发人员可以把精力集中在系统功能实现和整合上。各服务器端组件的开发，权衡．NET各系列开发语言， 考虑到整个系统集成在数据通信和硬件控制方面对集中控制和协调性能方面的要求， 选择C++作为中间控件的开发语言， 并选用VisualC++．NET作为组件开发平台。服务端组件MGW， 包括以下功能模块：GetparmsCtr1．dll(实现本地服务器对远程停车场数据库的读取控制) 、CardRead Ctr1．dll(对异地卡执行收费控制) 、DBUpdateCtr1．d1l(完成本地、远程终端和上级管理中心多方数据库的更新控制)。考虑到本地与上级管理中心的网络链接可能出现的暂时性中断， 以及两停车场终端交互的实时性的实现，DBUpdateCtr1．d1l模块还集成可延迟更新机制控制。该系统除上述控制模块外， 还包括重要的组成部分数据库系统。综合比较了Orac1e、 SOLServer、MySQL等当前几个主流的大型关系型数据库， 考虑到MySQL可视化上的缺陷，Orac1e与ASP．NET(C#) 以及C++在编程、通讯方面不及SOL Server 有优势， 以及SOL Server 自身能最大程度满足Web站点和企业级数据处理系统存储和分析数据的需要，选择SOL Server作为数据库平台。 

    整个系统包括三套系统软件，一套用于停车场终端， 一套用于上级各管理中心终端， 还有一套用于各代缴费网点的终端。最后所有那些要保留的停车场管理系统根据要求扩展相应数据和控制模块， 原先系统的各种子系统无需更改或做一些改进， 新构建的停车场管理系统在本系统基础上还要添加停车场相关的控制和管理子系统。 

    将系统整合后， 使用安装了．NET framework 的基于两层结构(包括上下级层次结构和对等结构)的PC终端( Windows 系统) 以及模拟代缴费终端(Linux系统)。实现了高一级对其下一级所有终端的查询和更改， 对等结构中的各终端可实现数据的双向查询和调用，以及模拟代缴费终端在相应业务上对停车场终端数据库的查询和调用， 具体应用到实际工程中可以实现在不同终端对账号进行查询、收费等具体的操作。

    6、结论 

    ． NET技术的出现和分布式及其数据库技术的应用带来计算机模式和软件运营模式的革命， 对网络商业以及与其相关的各行业的影响也极其深远。下一代停车场收费系统具有跨平台和跨设备的特性， 同时系统还其有可重用： 易扩展、易升级的优点。根据方案开发出的试验系统也证明了方案的有效性。在这个系统的基础上， 把当今已有以及未来将出现的各种智能控制、图像识别、无线通讯等先进技术和管理模式集成到该系统中来，进一步实现跨区域、智能化、人性化的停车场综合管理系统，这也是未来要做的研究工作。 

    （西安建筑科技大学信控学院 纪加木 任庆昌 向虎　肖莉）