一卡通关键技术指标交易速度设计与实现

    一、前言

    伴随着微电子技术的发展及城市市政交通信息化建设的起步，以非接触IC卡为支付介质的建设事业IC卡应用系统建设在全国各地得到了突飞猛进的发展。实践证明，非接触IC卡在城市公交、轨道交通、出租车、轮渡、高速路、停车场、公园景点等小额支付领域所表现的方便、快捷的卓越性能，是传统的磁卡和接触式IC卡不可比拟的。非接触IC卡的推广应用为城市居民的出行提供了极大的方便，大大提高了城市居民的生活品质。

    然而，要建成一个高质量的一卡通系统，需要建设者们对系统各项技术指标的精益求精。如“交易速度”这一关键技术指标，是系统集成商、机具供应商、卡片封装商关注并倾心研究的重点。本文浅论在大型一卡多应用系统中如何设计和优化“交易速度”这一关键技术指标。

    综观国内一卡通系统的实施情况，典型的系统架构一般由五个层面组成：

    第一层为中央清算系统及售卡充值系统。中央清算系统一般由发卡中心、结算中心、安全中心、客服中心几部分组成

    发卡中心
    主要完成卡片的密钥下载、发行信息写入、卡号打印等初始化工作

    结算中心 
    主要完成交易数据的汇集和清算、数据统计与分析、帐务处理、报表输出、银行划转等功能

    安全中心
    负责整个系统的信息安全，包括交易数据的合法性认证（TAC解码）、数据的传输安全、存储安全、防止非法入侵和病毒攻击等

    客服中心
    主要为持卡人提供信息查询、投拆授理、咨询服务等，可根据系统规模建立WEB网站和座席系统

    售卡充值系统
    主要是建立覆盖全市的、形式多样的售卡充值网点，以最大限度地方便市民购卡和充资。

    第二层为公交、轨道交通、出租、轮渡、高速路、停车场、公园景点的分系统结算中心（行业分中心）。主要负责本行业内交易数据的汇集、转发、统计、清分及信息查询等。

    第三层为各分系统的基层站点数据处理系统（数据采集点）。

    第四层为充值、消费终端机具。主要功能是市政交通非接触IC卡的合法性认证，及卡的充资、扣款，生成原始交易记录。

    第五层为消费媒体，即市政交通非接触IC卡。一般为符合ISO/IEC14443 Type A或ISO/IEC14443 Type B标准的逻辑加密卡和双界面CPU卡。

    在系统每一层面都有诸多关键的技术指标，如总中心和行业中心的交易处理能力、存储能力、查询速度等重要指标；终端机具的交易速度、抗干扰性能等重要指标。在这些技术指标中，最核心的是终端机具对卡片的处理速度，即交易速度。如果完成一次交易需要的处理时间过长，将会因持卡人刷卡速度过快而导致机具对卡片信息读写的不完整。结果将会造成卡片主备钱包不一致、卡累计交易次数跳号等严重错误，使卡片不能在系统中继续正常使用。进而影响清算系统对卡账户的跟踪及帐务处理，造成系统混乱，影响整个系统的公正性、合理性，使应用业主和持卡人对系统产生不信任感。

    二、交易速度指标的定义与技术分析

    交易速度是指在不同的应用领域，特定的终端机具完成一次特定交易所耗费的处理时间，包括终端机具对卡片成功读写时间和交易记录生成时间。

    以符合ISO/IEC14443 TypeA标准的Mifare技术为例， 在一卡多应用系统中，完成一次复杂交易（如公交、轨道交通交易）一般需访问4～6个扇区（目录标识区、发行区、钱包区、公共信息区及过程文件区和交易记录区）。

    在实际的终端机具开发中，一般将原型技术底层函数打包，打包后的卡片处理指令（函数）及时间消耗

    ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA">　　以轨道交通出闸交易为例计算的交易速度

    根据国内一卡通系统的实际情况，卡片扇区密钥由安全认证模块（PSAM卡）计算得到。实测结果为：若采用38.4Kbps高速PSAM卡，一次导出16个扇区密钥的时间约为26ms，若采用56Kbps高速PSAM卡，一次导出16个扇区密钥的时间约为12ms。闸机处理其他事务的时间一般为50ms。因此，完成一次复杂交易所需的时间——轨道交通出闸交易速度为：

    卡片读写时间+密钥导出时间+闸机时间=132.17+12+50=194.17ms。

    终端机具天线电磁波覆盖区

    有关专家提出非接触IC卡安全交易速度为200ms的指标，并用下图说明提出的依据（轨道交通快速通过时）。

    持卡人的平均移动速度为1M/s，卡片进入天线感应区的运动轨迹为20cm。安全交易速度应为（10cm+10cm）/(1M/s)=200ms

    专家通过大量的实验数据绘出交易速度与误差率曲线图如下，当交易速度在200ms时，误差率能控制在2%以下。

    鉴于以上理论与实践分析，200ms是保证系统可靠运行的安全交易速度。如何实现这一严格的技术指标呢？根据几年来从事一卡通系统建设的实践，我们认为，交易速度的优化取决于以下几个关键因素：

    优化合理的卡片应用结构设计是提高交易速度的基础

    卡片和终端机具的工作频率是提高交易速度的关键

    制定规范统一的卡片处理流程及纠错规则是提高交易速度和交易安全性的保障

    正确引导持卡人规范使用卡片是提高交易速度的有利保证