基于分布式架构的院校综合考勤管理系统

张军 杨忠明 邹燕妮

摘要：针对高等院校考勤地点相对分散、考勤时间集中等特点，提出了一种基于分布式三层架构的智能考勤设计方案。该方案利用TCP/IP网络构建考勤终端、控制主机、服务器的通信链路，通过运行智能考勤软件实现从考勤身份的感应、识别，考勤数据的分析、汇总及统计等全流程的自动管理。实际试用表明，该系统解决了地点分散、考勤集中及考勤定位等问题，方便了院校的综合考勤，提高了管理效率，为“智能校园”建设提供可借鉴的设计思路。

关键词：分布式;TCP/IP;考勤;管理系统

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）25-00107-04

Abstract： Introduction of a new design method of intelligence attendance management system. The system is based on three-layer distributed architecture to meet the actual application needs of school attendance management， whose difficulty is characterized by student concentrated attendance time， scattered student attendance locations， and teacher offices. In this scheme， TCP/IP network is used to build communication links among attendance terminals， control hosts and servers， and intelligent attendance software is used to realize automatic management of the whole process from induction and identification of attendance identity， analysis to summary and statistics of attendance data. The application shows that this system helps to solve the above-mentioned problems by facilitating the comprehensive attendance of colleges， improve  management efficiency， and provide a reference design idea of the “intelligent campus”.

Key words： distributed; TCP/IP; attendance; management-system

1 背景

目前大部分高等院校沿用的人工统计考勤方式，其效率低、数据反馈滞后等弊端显而易见[1]，成为规范化管理急需突破的难题;而已采用智能考勤方式的部分院校，因为办公地点无法集中，各二级部门自行购买，而购买的考勤系统由于需求各异、品牌不一带来接入方式不统一、考勤软件无法整合等问题，因此，由于建设初期缺乏统筹协调导致的冗余性、扩展性问题使得无法定制组建覆盖院校所有部门的考勤系统;同时针对如何解决学生考勤时间集中、考勤地点定位的难题，出现了使用手机定位、摄像头刷脸的新技术[2-5]，但由于较大上传流量而无法推广使用，至今也没有一个相对成熟的应用方案[6-7]。另一方面，随着“智慧校园”建设的加快推进，科学管理、信息集成、流程优化的考勤系统在高校的需求应用已迫在眉睫，研究并建立校园人员类别、考勤时段全覆盖的智能综合考勤管理系统势在必行。

本设计针对院校综合考勤管理的实际应用需要，提出一种基于分布式三层架构的智能考勤方案。该设计方案首先根据院校建筑分布特点，并基于院校已有的网络设备及架设的TCP/IP网络，规划系统的基本架构，再对院校管理者、教师、学生等各类角色的考勤需求进行调研，分析整理系统软件开发的功能任务[8-9];具体设计均运用模块化思想，充分考虑数据接口、功能扩充等，实现系统易加入、易组态的灵活便利。本系统设计针对性、适用性、实用性强，将有效完善高等院校智能化综合考勤管理，并为建设“数字校园”提供一种行之有效的参考。

2 系统架构设计

基于分布式智能综合考勤系统设计由三层架构组成，如图1所示，分别为服务器层（一般位于学校网络中心）、控制主機层（每栋建筑的管理机房）、考勤终端层（每间房屋），同时鉴于目前院校TCP/IP网络已基本覆盖[10-11]，本方案各层之间均采用TCP/IP方式构建通信链路。其工作流程描述为：开学前将学生、教师、课程表及身份认证等基础数据导入服务器层，服务器根据基础数据关联性自动生成每栋建筑一个学期的上课数据及对应身份认证数据，并分发至控制主机层中，控制主机提前生成每间房屋的考勤表下发到考勤终端层，与每间房屋地址绑定的嵌入式考勤机保存身份认证数据并等待考勤，正常考勤时，考勤终端主要实现考勤数据的采集、识别、存储、上传，控制主机负责一栋建筑所有考勤终端数据的收集，并实时汇总统计、显示每间房屋考勤的基本信息及出勤情况;服务器一方面与控制主机通信，进行数据的集中管理、存储，另一方面通过Web发布，提供远程浏览及GSM短信预警功能[12-14]，实现考勤管理的智能处理过程。主要业务流程如表1所示。

2.1 考勤终端层

本层主要设计是放置在每间房屋的嵌入式考勤机，通过MAC地址绑定及高速指纹识别有效解决考勤定位、考勤时间集中的难题。嵌入式考勤机采用32位ARM处理器LPC2214为核心，按功能分为声光指示、存储、指纹感应、网络传输等模块，如图2所示。表2为LPC2214处理器资源使用情况，满足系统设计及功能扩展需求。嵌入式考勤机提前接收从控制主机下发的考勤数据，存放于存储器模块;在有效考勤期间，指纹模块感应考勤信息，通过指纹感应模块预处理后传输至处理器，处理器收到考勤数据后调用存储器中正确的指纹数据进行比对，判断其合法性，驱动声光指示及液晶显示，并将考勤状态上传至控制主机中。当终端和控制主机数据链路传输错误，终端128M 闪存容量可单机存储7天考勤数据，同时设计定时“握手”信号确保在网络恢复下的信息同步机制及数据断点续传。

本设计采用指纹识别作为身份鉴定，其作为生物识别技术中最为关注和成熟的一种，具有随身性，与人体唯一绑定，防伪性好，具有传统身份鉴定手段无法比拟的优势[15-17]。模块选型采用瑞典FingerPrints

公司推出的电容式面装指纹传感器FPC1011F，其具有高分辨率、高速、高耐磨等特点。整机实测结果为：50人次考勤人均<1S的感应识别通过速度。

2.2 控制主机层

院校教学、实训、行政、后勤等各部门楼宇安装控制主机，分布式对不同类别人群进行分类考勤信息汇总。控制主机运行Visual C#开发的应用程序，主要为考勤信息记录及处理、考勤信息看板展示两大功能，如图3所示。

每天将当天课程、学生、教师等信息提取出来，放入相应临时表，课前及上班前下发至每台嵌入式考勤机;实时接收考勤终机上传的身份数据及考勤时间，自动匹配信息，生成“正常”“迟到”“旷课”数据并保存;实时将“迟到”“旷课”上传至服务器层，并将各临时表的考勤数据等删除;当对应数据传输不成功，通过启动多次定时重传，并提供人工控制传输方式。

另一方面，通过在每栋建筑大厅的大屏幕LED进行考勤信息的展示，包括房间号、课程、班级、出勤率、教师出勤状态等信息。

2.3 服务器层

服务器架设在学校网络中心，运行Java开发的考勤管理系统，与各楼宇控制主机进行命令与数据传输，实现覆盖院校所有楼宇、全部人群的考勤数据自动处理管理，最大日处理考勤数据为100万人次、2TB，可满足10万规模人数每天8次考勤需求。其主要功能包括基础数据管理、数据下发、考勤信息查询与统计、考勤预警、调停课处理、考勤人工调整及系统与用户管理等，如图4所示。

基础数据管理子模块是为满足考勤需要，系统将课程基础数据（课程名称、授课时间段、地点、教师、班级）、学生基础数据（学号、姓名、班级、身份数据）、教师基础数据（教工号、姓名、学院、身份数据）、班级数据（班级名、年级、专业、学院、班主任）等导入。

数据下发子模块在学期初前，首先发出清理数据指令，清空各控制主机数据;再将生成的各建筑物考勤数据写入控制主机数据库中。

考勤信息查询与统计子模块便于各类人员通过网络（Web）查询、统计某段时间内的考勤信息，如某个学生的出勤情况、某个班级的出勤情况、某门课程的出勤情况、违规次数多于N次的人员情况等。

考勤预警子模块指可设置预警条件，当违规情况达到预警条件，通过GSM方式发送预警短信至预定手机号码上（违规者本人、辅导员、班主任、家长等）。

考勤数据人工修正子模块指根据学生请假、休学、课程调整等情况，管理员可人工增加、修改、删改考勤数据，其中对于休学、请假情况，考虑“事后”定期集中处理。

系统与用户管理子模块包括根据业务需要及管理级别，设置相应权限，不同权限的用户可以处理、查询、修改业务内容;也包括设置控制参数，如设置考勤时间、迟到及旷课时间点等。

假期调停课处理子模块实现节假日集中调、停课功能，由学校教务部门或二级学院教务员按规定统一调整。

3 数据库设计

为方便控制主机层及服务器层的数据传输，将采用相同的数据库设计，根据系统功能需求分析，选用SQL Server 2012作为后台数据库平台。SQL Server 2012安全性、事务处理能力和误差控制符合事务要求，其智能服务器技术增强了服务器上数据整体性，并具有分布式数据库管理功能，支持多用户高性能快速响应，充分满足分布式多层计算模型的设计需求[18=19]。在院校考勤管理系统中，其业务较为复杂，需实现的功能也很多[20-21]。因而在数据库中用于不同功能的表也较多，概括起来可分为基本功能表和功能操作表两大类。基本功能表主要是统计查询所涉及的各类表，功能操作表主要是各个子模块所用到的表。主要数据库表设计说明如下表3所示。

4 结束语

基于分布式院校考勤系统采用三层架构设计，通过合理规划各层任务，考勤终端主要负责数据感应、识别、存储，控制主机负责管理本栋大楼所有考勤终端数据的整理、分析，服务器收集院校所有数据并汇总、统计，三层相互配合、协调共同完成智能考勤过程，体现了部門分布式处理和院校整体数据管理需求。本系统部署两栋实训楼，共70间4800工位，每间日均考勤6次，经试用验证，系统运行稳定，实时性高，实现了院校考勤数据的集中、自动处理，打破了院校各部门、各建筑考勤的数据壁垒，解决了传统考勤方式耗时长、效率低等问题，初步实现了智能校园中重要的考勤管理模块[22-23]，为进一步“数字校园”建设奠定了基础。

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【通联编辑：谢媛媛】