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摘要：便携终端远程管理平台是通过网络连接实现对便携终端进行有效监控和管理的后台管理系统。为了解决对便携终端产品缺乏有效管理的问题，选择适配CAT.1无线网络接入模块，实现了便携终端联网功能，在此基础上建立了便携终端远程管理系统，文章从系统整体架构设计、软件功能设计、接口设计，以及实现方式方面，具体阐述了便携终端远程管理的设计实现过程。
关键词：便携终端；远程管理；监控平台；CAT.1；后台管理系统；Django
Design and Implementation of the Remote Management System for the Portable Terminals
SUN Yongwen,ZHANG Zhida,YANG Limei
(Aisino Corporation Co.,Ltd.,Beijing 100195)
【Abstract】：Portable terminal remote management platform is a backend management system which will effectively monitor and manage portable terminals through network connection.In order to solve the problem of lack of effective management of portable terminal products,CAT.1 network access module realizes the networking function for portable terminals,and establishes the remote management system of portable terminal.This paper expounds the design and implementation of remote management of portable terminal from the aspects of overall system architecture design,software function design,interface design and implementation method.
【Key words】：portable terminal;remote management;monitoring platform;CAT.1;backend management system;Django
0背景
当前我国政府和各级管理部门相继出台各项政策举措深化放管服改革[1]，提供信息化服务的企业也在积极优化和创新产品技术、提升服务水平，共同推进政府治理和社会生活的信息化提升。在此背景下，便携服务终端的出现是为了弥补窗口服务和自助设备服务方式的不足，将服务端前移，显著增强了人民群众的获得感、幸福感，满足了不同层次人群的服务需求。
在实践中，便携终端相对于窗口服务和自助服务设备，还存在着一些问题，终端应用范围广，管理难度大，在设备运输、使用过程中，缺乏对整个过程的监管，缺少相关耗材的统计和使用数据的记录，以及对工作过程中的设备状态监测和故障预警，非常需要补足设备的联网通讯能力并提供给一种能够实现自动化的具备远程设备监管和运营维护功能的管理软件。
1设备基本功能介绍
便携式服务终端主要由主控板、显示器、证件打印机、证件阅读器、二维码、摄像头、小票打印模块，电源模块、充电电路和电池等组成。
为了使设备随时实现远程监控和管理，需要配备无线数据传输功能模块，常见的无线通讯解决方案有窄带物联网(即NB-IoT)、4G或5G通讯方式。
NB-IoT技术的优势体现在低功耗与低成本。特别适合于在静态、窄带小数据上报、传输频次不高、移动性要求不高的场景中。NB-IoT对中速率及移动设备数据传输需求的支持不足[2]。
Cat.1是4G LTE网络的一个类别，可以称为“低配版”的4G终端，Cat.1属于蜂窝物联网，是一种广域网。根据3GPP中UE-Category(UE:User Equipment，用户设备)对Cat.1的速度定义，其上行通讯速率5.2Mbps，下行速率10.3Mbps[3]。
5G通讯适合于高速率、高带宽、低延时的应用场景[4]，使用5G通讯大大超出了本项目的实际需求，且模块的成本较高，因此不适用于此项目。
从上述对比来看，使用Cat.1的4G LTE网络的通讯模组，能够提供较高的带宽，确保监控和应用过程处理顺畅，同时具有适中的价格优势，较适用本项目的需求，因此使用4G通讯模块来实现。采用的模块支持移动、电信、联通全网通4G，可以方便的集成到便携设备系统中。
1.1后台系统方案设计
1.1.1系统整体架构
如图1所示，后台系统由六层结构组成，最下层为物理设施层，由服务器硬件、存储设备、网络及安全设施，及相关的系统软件和支撑软件组成。第二层为数据层，各类数据位于这一层，包括业务数据、人像照片数据、统计分析数据、系统管理数据。第三层为应用支撑层，为系统提供公共服务，包括认证授权服务，数据加解密服务，日志管理和系统管理。第四层是接口层，这一层提供了接口访问服务，实现设备注册、设备心跳检测、设备状态更新、业务数据上报等功能。第五层是应用层，包含该系统应用服务的具体实现。最上层是接入层或交互层，提供前端访问界面，使服务人员可以通过PC机或移动手机端直接进行系统访问，同时设备端可以通过接口访问后台系统。
1.1.2系统功能结构
便携终端管理系统，分为终端软件和后台系统软件两个部分，终端软件运行于便携终端系统，主要完成对设备内部硬件模块的控制、业务数据接收和上传、设备状态信息发送等功能。具体包括数据采集、业务办理和数据传输三个主要功能模块。
后台系统部署于云端或用户数据中心服务器，主要包括设备管理、记录查询、绩效管理和用户管理四个主要功能。
设备管理功能实现对系统中的所有终端设备的统一管理，设备的注册审批、状态监控查询以及完成设备固件和应用软件的远程更新操作管理。
绩效管理是针对便携终端的操作使用，围绕终端历史数据以及操作人员的个人信息、部门信息等，进行的业务量统计和工作效率统计。这些统计数字，以及生成相应的报表，能够帮助管理者了解设备的使用情况，以及人员的工作情况，为管理决策提供数据参考。
记录查询功能，提供了业务数据、日志数据等查询服务。工作人员或客户可以在自己的权限内，对历史操作记录、数据获取记录、操作日志等按条件进行检索、查询和导出结果。
用户管理功能实现对人员、所属机构的添加、删除、修改等管理的功能，并根据机构的级别进行系统操作权限的定义和赋予。
1.1.3软件接口设计
系统使用HTTP协议的接口，采用JSON格式数据，可以使用几乎任何客户端和任何编程语言与系统进行交互，减小了终端软件和后台系统的耦合性[5]。
请求/响应消息分为消息头和消息体两部分，消息头和消息体一起组成了传输的数据，类似如下定义格式如下:
{
"head":{},
"data":{}
}，
其中消息头为公共参数部分，请求消息和相应消息略有区别，请求消息头定义了终端的标识、授权码等通用内容，例如：
"head":{
"devid":"JK00001",
"authcode":"20211203CT001",
"token":"",
"timestap":"20211226081023"
}，
响应消息头除了上述内容，还包括返回码数据和响应处理结果，例如：
"head":{
"devid":"JK00001",
"authcode":"20211203CT001",
"token":"",
"code":"0000",
"msg":"成功",
"timestap":"20211226081024"
}，
消息体为具体业务数据项，包括应用代码，应用参数等例如：
"body":{
"appid":"001",
"param":{
"p1":"value of p1",
"p2":"value of p2"
}
}
1.1.4安全性设计
为了保障整个系统的安全，除了在基础设施层采用一定的安全防护设施外，在系统的应用层设计中也加入了一定安全措施：
(1)链路安全。在通讯协议设计上，报文的应用数据字段及其他敏感字段采用对称加密方式传输，传输链路上的所有数据均以密文形式出现，从而防止对业务数据的泄露。通讯中，采用128位密钥长度的AES加密算法[6]，对body中的内容进行加密，其中密钥由设备ID作为分散因子计算导出。
(2)访问安全。设备发起通讯时，需使用机构标识、设备标识申请服务器返回的访问Token，后台系统先检测是否已经注册，对于未注册的设备，后台直接返回错误。对于已注册，并满足其他合法性验证的设备，将返回有效Token，该Token会在后续的设备访问中使用，以标识该设备的认证身份。
(3)防攻击。除了建立上述的设备注册机制，强制设备登陆，同时，针对同一IP频繁访问的情况，内部采用安全访问层进行处理，即记录某设备的请求次数及并计算访问频次，当超过阈值，则对该IP进行一段时间的禁止访问限制。
1.2系统实现
1.2.1开发框架与前端技术
Django是一个由Python编写的开源Web应用框架，它采用模型(Model)—视图(View)—模板(Template)的MVT设计模式[6]，其中Model用于建立数据模型，其与数据库的数据表对应，利用ORM对象关系映射，可以快速实现数据模型与数据表的交互同步。Template对应页面，负责数据的显示呈现以及用户交互。View负责处理用户请求，处理业务逻辑，调用M和T，响应请求[7]。同时，Django内置支持众多中间件等丰富的内建应用，使原本复杂的网站后台开发和维护变得更简单，并在执行效率、安全性等方面有很大提升[8]。选用AdminLte作为前端开发技术，这是一个完全响应模板框架，内部实现基于Bootstrap，内置多种页面和界面元素。对于快速开发前端页面，有很大的帮助作用[9]。
1.2.2数据系统设计
为了满足便携终端的管理需求，数据库系统采用主流关系型数据库MySQL，主要数据表包括设备相关数据、人员机构相关数据、出入库相关数据等。具体如下：
设备相关数据包括便携终端注册和基本信息表、终端生产记录数据表、终端状态记录表、终端登记表、终端升级更新信息表。
人员机构相关数据表包括人员注册数据表、机构和部门数据表、登陆访问记录表、用户权限表。
出入库记录相关数据表包括名称记录表、商品出库明细表、商品入库明细表、库存量数据表、人员交接登记表。
除了上述主要信息数据，还包括系统消息数据表，以及由Django框架及插件自身维护的一些数据表。如captcha_captchastore表，用于django-simple-captcha插件实现验证码配置功能。django_apscheduler_ djangojob表，用于django-apscheduler插件实现定时任务执行功能。这些表在Django插件安装时自动生产，并由框架自动维护。
1.2.3实现
为了优化工程管理和保持清晰的逻辑，在Django工程中建立5个不同的应用：'login','inventory','machine','message','monitor'，分别实现用户登陆、耗材管理、设备管理、信息管理、接口及监控管理。并在urlpatterns中注册，在每个应用下的models.py中定义django.db.models.Model子类，作为对应数据库表结构的映射实体类，views.py中实现相应的业务逻辑，包括前端页面的查询和响应逻辑，实现与前端页面的交互；还包括接口的处理逻辑，实现外部接口访问和调用。后台设备监控界面如图2所示。
2结论
便携服务终端远程监控平台，建立并实现了一个完整的便携服务终端远程监控系统。有效提升了设备和系统使用的便利性和可靠性。便携服务终端远程管理平台，实现了对便携式服务终端的管理和业务数据支撑，实现了对设备运行状态的实时监控，极大的提升了整体系统的稳定性，为终端使用部门提供了有效的管理手段，为更好的发挥服务终端的作用提供了有利的保障。
参考文献
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[3]王军伟,姚春良,鲁展,等.一种基于4G Cat1技术的电子钥匙系统[J].电子测试,2021(20):71-72.
[4]扈兆明.5G无线网络及其关键技术[J].电子技术与软件工程,2018(5):15.
[5]张重远,张林康,范伟捷.基于3G/4G网络的配网主设备监测平台设计[J].电测与仪表,2017,54(6):44-48+99.
[6]黄灿英,汪莹,陈艳.基于AES-128密码算法的嵌入式系统安全[J].沈阳工业大学学报,2020,42(5):549-553.
[7]柴庆龙,谢刚,陈泽华,等.基于Django框架的故障诊断和安全评估平台[J].电子技术应用,2015,41(04):163-166.
[8]杨俊,陆校松.Web前端开发技术在运维管理系统中的应用[J].卫星电视与宽带多媒体,2019(08):37-38+50.
[9]徐智伟.基于Django的设备维护管理系统开发实践[J].信息系统工程,2021(1):50-51.
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