[发明专利]基于移动近场通信的学生自主学习系统

摘要

本发明涉及基于移动近场通信的学生自主学习系统，其特征在于，包括教室辅助子系统、学生学习子系统、教师教学子系统、学校教务子系统、教职工登记信息子系统和连接第一银行系统的学校图书馆子系统；在教室辅助子系统中，教师利用NFC中继通信装置将作业利用学生作业推送器推送给学生自主学习终端，从而由学生自主学习终端显示教师发送的作业给每个学生；学生在校外登录学校图书馆子系统后，可以随时查阅学习图书馆子系统的电子资源，还可登录学校教务子系统，以随时调取设置权限的测试试卷数据库和课程教学视频数据库，学生可利用学生自主学习终端连接学校图书馆子系统，以快捷地查找学习资源，并可利用手中的移动智能终端安全地完整费用支付。

主权项

1.基于移动近场通信的学生自主学习系统，其特征在于，包括教室辅助子系统、学生学习子系统、教师教学子系统、学校教务子系统、教职工登记信息子系统和连接第一银行系统的学校图书馆子系统；其中：教室辅助子系统包括第一控制器以及分别连接第一控制器的投影显示屏、投影仪、扬声播放器、中英文音频同步翻译装置、照明灯、视频监控摄像头、课堂教学录制摄像头、第一存储器、教师账户登录管理器、学生作业推送器、学生作业接收器、激光指示笔、连接学校图书馆子系统的WIFI路由器、NFC中继通信装置、Zigbee中继通信装置、具有NFC功能的学生签到管理装置、打印装置、时钟和辐射能收集器；其中：学生签到管理装置连接学校教务系统，投影显示屏连接投影仪，投影仪无线连接激光指示笔；视频监控摄像头、课堂教学录制摄像头、教师账户登录管理器以及扬声播放器均连接第一存储器；第一存储器分别连接学生作业推送器和学生作业接收器；激光指示笔内设置有接收控制信号的无线接收器；中英文音频同步翻译装置连接Zigbee中继通信装置；课堂教学录制摄像头连接学校教务子系统中的课程教学视频数据库；教室辅助子系统中的第一存储器分别连接学校教务子系统中的教务安全准入模块以及存储有教职工身份信息的教职工登记信息子系统，辐射能收集器连接照明灯，学生签到管理装置连接时钟；学生学习子系统包括学生自主学习终端和书写笔，学生自主学习终端包括第二控制器以及分别连接第二控制器的学生账户登录管理器、第一WIFI通信模块、第一NFC通信模块、第一Zigbee通信模块、触摸显示屏、时间计时器、语音接收器、语音播放器和能够连接外部存储器的USB数据读入口，USB数据读入口连接第二控制器，学生自主学习终端通过第一Zigbee通信模块、Zigbee中继通信装置连接教室辅助子系统；书写笔上设置有能够捕捉课本内容的捕捉摄像头以及连接捕捉摄像头的第二NFC通信模块；教师教学子系统包括教师教学终端，教师教学终端包括第三控制器以及分别连接第三控制器的教师账户登录管理器、第二WIFI通信模块、第三NFC通信模块、第二Zigbee通信模块、触摸显示板、时间计时仪、语音接收仪和能够连接外部存储器USB数据读入口，USB数据读入口连接第三控制器；学校教务子系统包括教务安全准入模块、存储教师教学课程安排信息的教学课程数据库、学生应修课程数据库、测试试卷数据库、课程教学视频数据库以及对应各应修课程的学生课程表数据库，学校课程表数据库无线连接教室辅助子系统中的学生签到装置以及教师教学终端，教务安全准入模块连接教职工登记信息子系统；学校图书馆子系统包括校内用户登录管理模块、校外注册用户登录模块、图书检索模块、能与外界移动智能终端进行支付通信的NFC收费模块、图书借阅期限监控模块、电子图书数据库和连接教室辅助子系统的网络端口，图书检索模块连接电子图书数据库，NFC收费模块连接图书借阅期限监控模块；其中，所述移动智能终端与学校图书馆子系统中的NFC收费模块进行支付的过程必须包括如下步骤：步骤1，外界的移动智能终端采集、存储其合法拥有者的身份证号信息，移动智能终端在预设的时间段内实时采集其合法拥有者的人体磁场数据，构建其合法拥有者在各预设时间段内的人体磁场数据库，并以构建的人体磁场数据库作为其合法拥有者的身份识别信息；步骤2，移动智能终端采集其合法拥有者的体味数据、接收其合法拥有者的各手指所对应的指纹信息和静脉信息，构建移动智能终端合法拥有者体味数据库以及各手指所对应的指纹信息数据库和静脉信息数据库；移动智能终端分别赋予其合法拥有者的人体磁场具有身份识别的第一优先级、体味数据具有身份识别的第二优先级；在识别操作者是否具有合法身份过程中，第一优先级具有比第二优先级更高的识别可信度；步骤3，移动智能终端在其触摸显示屏上显示预设个数的支付密码输入框给其合法拥有者，各支付密码输入框均分别对应着七种供任意选择的基础颜色列表；其中，基础颜色列表中的七种基础颜色分别为红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色和紫色，每个支付密码输入框对应着一组支付允许色；各组支付允许色为七种基础颜色的任意组合；步骤4，根据触摸显示屏上各支付密码输入框对应的基础颜色列表，移动智能终端的合法拥有者依次选取自定义种类数的基础颜色组合分别作为各支付密码输入框的支付允许色，并由移动智能终端分别对应地存储各支付密码输入框所对应的支付允许色；移动智能终端的合法拥有者在每个支付密码输入框中对应输入的各组支付允许色的整体组合即形成该移动智能终端关于支付的二次确认支付密码；步骤5，移动智能终端根据其合法拥有者的身份证号信息以及关于支付的二次确认支付密码，生成表征移动智能终端合法拥有者对该移动智能终端合法拥有认证信息的身份认证秘钥；其中，身份认证秘钥标记为K，身份认证秘钥K的获取过程包括步骤5‑1至步骤5‑5：步骤5‑1，移动智能终端提取其合法拥有者的身份证号信息，并分别获取其身份证号信息中所有数字的身份证号信息的累计和值、身份证号信息的平均值以及身份证号信息特征值；其中：X为身份证号信息的累计和值，Y为身份证号信息的平均值，Z为身份证号信息特征值；x_i为身份证号信息中的第i个数字，m为身份证号信息中所有数字的个数；步骤5‑2，根据得到的身份证号信息的累计和值、平均值以及身份证号信息特征值，得到在预设时间段内有效的第一认证秘钥值；第一认证秘钥值标记为k，第一认证秘钥值k由如下公式得到：k³＝Xt²+Yt+Z；其中，t为移动智能终端的合法拥有者输入完毕二次确认支付密码的时刻，标记T₁为所述预设时间段的起始时刻，标记T₂为所述预设时间段的终止时刻；步骤5‑3，移动智能终端提取各支付密码输入框中对应的每组支付允许色，并计算得到各支付密码输入框中对应每组支付允许色的灰度平均值；其中，各支付密码输入框对应的一组支付允许色的灰度平均值I(n)由如下公式得到：其中，I(n)为第n个支付密码输入框所对应组的支付允许色的灰度平均值，J_n为第n个支付密码输入框中支付允许色所对应基础颜色的个数，I(n,j)为第n个支付密码输入框中第j个基础颜色的灰度值，1≤j≤J_n；步骤5‑4，根据各支付密码输入框对应的一组支付允许色的灰度平均值，计算所有的支付密码输入框中支付允许色的灰度平均值I；其中：N为所有支付密码输入框的个数，I(n)为第n个支付密码输入框所对应的一组支付允许色的灰度平均值；步骤5‑5，根据得到的第一认证秘钥值k以及支付允许色灰度平均值I，得到在预设时间段内有效的身份认证秘钥，并将该身份认证秘钥存储到移动智能终端中；身份认证秘钥标记为K，身份认证秘钥K由如下公式得到：K³＝Xt²+Yt+I，t∈[T₁,T₂]；t为移动智能终端的合法拥有者输入完毕二次确认支付密码的时刻，标记T₁为所述预设时间段的起始时刻，标记T₂为所述预设时间段的终止时刻；步骤6，移动智能终端发送其真实身份标识号给认证机构，由认证机构生成移动智能终端交易用的匿名身份标识号；NFC收费模块发送其真实身份标识号给认证机构，由认证机构生成NFC收费模块交易用的匿名身份标识号；其中，移动智能终端的真实身份标识号记为Mobile_id，认证机构标记为TSM，移动智能终端的匿名身份标识号记为Mobile_aid，NFC收费模块的真实身份标识号记为PoS_id，NFC收费模块的匿名身份标识号记为PoS_aid；Mobile_aid＝sH(Mobile_id)，PoS_aid＝sH(PoS_id)；其中，sH(·)为哈希匿名函数；步骤7，图书借阅人员预先利用移动智能终端在第一银行系统注册其付款账户，学校图书馆预先利用NFC收费模块在第二银行系统注册其收款账户；其中，移动智能终端的付款账户记为Mobile_acct，NFC收费模块的收款账户记为PoS_acct；步骤8，移动智能终端靠近NFC收费模块准备进行图书借阅费用支付时，NFC收费模块发送包括待支付金额、电子收据单号、NFC收费模块匿名身份标识号、当前位置空气湿度、电子收据单号生成时间以及其与认证机构共享秘钥的交易信息给移动智能终端；该交易信息标记为E_PoS，E_PoS＝E(Receipt_Num,Price,PoS_aid,RH_PoS,T,K_PoS‑TSM)；其中，Receipt_Num为NFC收费模块生成的收据单号；Price为移动智能终端需要支付的金额，PoS_aid为NFC收费模块匿名身份标识号，RH_PoS为NFC收费模块当前位置空气湿度，T为电子收据单号生成时间；K_PoS‑TSM为NFC收费模块与认证机构的共享秘钥；步骤9，NFC收费模块发送包括步骤7中交易信息、NFC收费模块收款账户以及其与认证机构间的共享秘钥的认证信息给认证结构，移动智能终端发送支付认证信息给认证结构；其中，移动智能终端发送的支付认证信息包括其临时识别码TMSI、其与认证机构间的共享秘钥K_Mobile‑TSM、其位置区识别码LAI、其当前位置空气湿度RH_Mobile、移动智能终端支付账户Mobile_acct及NFC收费模块发送的交易信息；移动智能终端发送的支付认证信息记为E_Mobile；其中，Mobile_aid表示移动智能终端的匿名身份标识号；步骤10，认证机构提取NFC收费模块所发送信息中的NFC收费模块匿名身份标识号，并基于认证结构中已存储的NFC收费模块真实身份标识号进行匹配判断：当认证机构利用NFC收费模块真实身份标识号以及哈希匿名函数所生成的NFC收费模块匿名身份标识号与提取的NFC收费模块匿名身份标识号匹配一致时，表明发送该认证信息的NFC收费模块可信，则认证机构执行步骤10；否则，认证机构切断与该认证信息所对应NFC收费模块之间的通信，并发送包含此NFC收费模块匿名身份标识号的警告信息给移动智能终端；步骤11，认证机构提取移动智能终端支付认证信息中的临时识别码和位置区识别码，并发送包括移动智能终端临时识别码、位置区识别码以及其与移动运营商间的共享秘钥的反馈认证信息给移动运营商；其中，反馈认证信息记为E_MNO，E_MNO＝E(TMSI,LAI,K_TSM‑MNO)；K_TSM‑MNO表示认证机构与移动运营商之间的共享秘钥；步骤12，移动运营商利用其与认证机构间的共享秘钥提取反馈认证信息中的移动智能终端临时识别码和位置区识别码，并根据移动智能终端临时识别码检索得到对应该临时识别码的移动用户识别码后，发送包括移动智能终端临时识别码、位置区识别码以及移动用户识别码的已认证信息给认证机构；步骤13，认证机构提取认证信息中所含有的NFC收费模块当前位置空气湿度以及支付认证信息中所含有的移动智能终端当前位置空气湿度，并判断NFC收费模块当前位置空气湿度与移动智能终端当前位置空气湿度之差低于预设的空气湿度差阈值时，则认证机构发送确认支付命令信息给第一银行系统；其中，所述确认支付命令信息包括移动智能终端支付账户应扣除的金额、收据单号、收据单号生成时间、移动智能终端支付账户、NFC收费模块收款账户以及认证机构与第一银行系统间的共享秘钥；确认支付命令信息记为E_Confirm；其中，E_Confirm＝(Amt_dedt,Receipt_Num,T,Mobile_acct,PoS_acct,K_TSM‑BANK1)；其中，Amt_dedt为移动智能终端支付账户应扣除的金额，K_TSM‑BANK1为认证机构与第一银行系统间的共享秘钥，第一银行系统标记为BANK₁；步骤14，第一银行系统根据认证机构所发送的确认支付命令信息以及对应的应扣除金额，在移动智能终端的支付账户中，预扣除对应的金额，并将移动智能终端支付账户中扣除的金额预转移至NFC收费模块在第二银行系统的NFC收费模块收款账户中，并在完成操作后，第一银行系统发送包括扣款金额、扣款时间、银行授权扣款单号、扣款账户、收款账户以及共享秘钥的预扣款回执信息给移动智能终端；步骤15，移动智能终端采集握持该移动智能终端人员的人体磁场强度、体味数据、指纹信息以及此时的时间值，并对该握持人员的身份进行鉴定判别：当移动智能终端判断此时采集的人体磁场强度存在于移动智能终端已存储的该时间所对应预设时间段内的人体磁场强度数据库，且此时采集的体味数据同样存储于移动智能终端已存储的体味数据库中时，表明该握持人员为移动智能终端的合法拥有者，则移动智能终端执行步骤15；否则，移动智能终端在预设时间段内拒绝该握持人员对移动智能终端的任何操作；步骤16，移动智能终端在其触摸显示屏显示各支付密码输入框以及对应各支付密码框的基础颜色列表，并在握持人员依次输入各组支付允许后，移动智能终端根据该握持人员输入的各支付密码输入框中的支付允许色进行判断：当各支付密码输入框中的支付允许色与移动智能终端在步骤4中已对应存储的支付允许色完全一致时，表明输入了正确的二次确认支付密码，则移动智能终端执行步骤17；否则，表明输入了错误的二次确认支付密码，则移动智能终端在预设时间段内拒绝该握持人员对移动智能终端的任何操作；步骤17，移动智能终端要求该握持人员输入其身份证号信息，并基于该握持人员的身份证号信息生成对应的身份认证秘钥K'，移动智能终端判断此时生成的身份认证秘钥K'与其已存储的身份认证秘钥K一致时，则移动智能终端发送确认转账命令给第一银行系统；否则，移动智能终端在预设时间段内拒绝该握持人员对该移动智能终端的任何关于支付的操作；步骤18，第一银行系统在接收到移动智能终端所发送的支付命令后，第一银行系统转移步骤14中对应的款项给NFC收费模块的收款账户，并在第二银行系统收到第一银行系统所转移的款项后，发送包括收款金额Amt_dedt'、银行授权收款单号BANK_Trans、收款账户PoS_acct和收款时间T₃的收款回执信息给NFC收费模块，从而利用移动智能终端支付图书馆费用，以完成图书的借阅；收款回执信息标记为E_Receipt；其中，E_Receipt＝E(Amt_dedt',BANK_Trans,PoS_acct,T₃)。