基于RFID的旅游一卡通应用系统设计与分析.docx
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基于RFID的旅游一卡通应用系统设计与分析
山东科技大学
课程设计论文
基于RFID的旅游一卡通
应用系统设计与分析
学号：
201301052208201301052212
姓名：
李万刘甲辉
学院：
信息科学与工程学院
专业：
物联网工程2013级2班
指导老师：
卫文学
2015年12月5日
摘要
随着社会经济的进步，国内旅游产业得到了蓬勃的发展。
信息技术的快速发展，网
上银行、电子地图、信息导航等工具确实为人们外出旅游带来了很多的便捷。
但是，上
述工具由于使用不同的终端载体，游客平时出行时身上需携带很多不同功能的终端，这
些终端工具无论从业务的定制还是业务的使用都会是一个比较繁琐的程序，这同样给旅
游生活带来很多不便。
本文针对解决上述问题，研究制定了一套智慧旅游一卡通系统。
智慧旅游一卡通系统整合、数据库、商务智能等先进的技术理念，采用逻辑
清晰的树形组织架构，其主要功能模块包括：
发行与管理子系统、积分与消费管理子系
统、增值服务管理子系统。
其中，发行与管理子系统下设个子功能模块，积分与消费
管理子系统下设个子功能模块，增值服务管理子系统下设个子功能模块。
各功能模
块通过后台的整合统一在一卡通上，为游客提供一站式服务。
本文除了对一卡通系统的
各功能模块进行了设计，同时也对一卡通系统的通信系统和硬件架构做了充分的考虑和
设计。
智慧旅游一卡通将银行卡、公交卡、在线支付、电子钱包、电子门票、游客位置定
位、景区智能管理等功能全部应用在一个平台之上，真正实现了旅游的信息化。
关键词：
RFID，智慧旅游，一卡通系统，在线支付，商业智能
第一章绪论
1.1课程研究的背景
旅游业是战略性产业，资源消耗低，带动系数大，就业机会多，综合效益好，在扩内需、调结构等方面起到了积极带动作用。
旅游是城市的第一名片，不仅是现代服务业的重要支柱，同时对促进城市的品牌提升具有重要作用。
在这种背景下，充分借助RFID和物联网等信息科技的力量，创建崭新的智慧旅游模式，大力推动城市旅游的协调发展。
青岛作为全国的著名旅游城市，传统的旅游方式已经制约旅游的进一步发展，“智慧旅游”是大势所趋。
智慧旅游让旅游者能够主动的感知到旅游活动、旅游经济等方面的信息资源。
第一时间了解这些信息，可以方便人们安排自己的出游和工作生活，从而使旅游变得更加的智能和方便。
1.2国内外相关技术的发展现状
1.2.1物联网技术国内外发展现状
（1）物联网概念
物联网（TheInternetofThings），顾名思义，物物相连的互联网。
物联网的目的就是为了实现互联网与物体的相接，可以让物体之间能够实现智能化的识别、监控、和管理，最终到达物体之间信息的通信和交换。
物联网是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次科技产业革命，被称为信息产业“第三次浪潮”。
物联网产业在全球范围了被多个国家放在战略性发展的位置，从而得到了全面的推动和发展。
日本、美国、欧盟本的多个国家都分别制定了自己的物联网发展计划，例如IJPN计划、智慧地球计划、物联网行动计划等。
目前，我国物联网已经进入实际应用发展阶段，概念逐渐清晰和应用发展同步进行，掌握了一批具有自主知识产权的关键技术，具备了较好的产业基础和发展前景。
具体应用方面，电力、城市交通、医疗和农业等已经逐步有了发展和突破。
随着3G、HSPA、LTE、WIFI和WINMAX等通信网络的普及和应用，物联网技术将会具有广阔的应用前景。
（2）物联网的应用举例
物联网在智慧交通的应用，最典型的范例，应该就是“智慧公交”系统。
智慧公交系统将地理信息系统（GIS），车辆定位系统、车辆识别系统、计算机网络、通信网和公交系统有机的结合在一个平台上，从而使公交车辆的调度效率大幅度提高，同时还能对公交车辆进行安全可靠的监控，为市民提供快速准确的信息发布。
让管理人员对公交系统进行精确的管理，也让公交系统的运营成本大幅度降低。
物联网在高校校园中的应用，已经较为广泛。
校园一卡通系统就是最好的范例。
校园一卡通系统能够将学生在校园生活中使用的功能紧密的联系起来，例如，校园图书管理系统、门禁系统、水房收费系统、校园商店消费系统，以及校园安保系统、学生位置监控、到校平安短信系统有机的结合起来。
校园一卡通系统不但方便了学生的学习生活，同时也有利于学校的管理。
学校的信息化水平得到了显著的提高。
技术人员将各种前端的质量数据监测设备与监测中心的数据库直接连接起来，同时利用了很多无线技术、视频通信技术、计算机网络等技术和手段，实现了可以自动监测前端情况，并能够传回后台自动完成分析，并且能够自动发布监测结果的功能。
从而实现了环境保护的自动监测。
目前该物联技术在环境监测上的应用，已经在多地得到实施。
1.2.2RFID技术发展现状
旅游一卡通系统广泛的应用到RFID技术。
RFID射频识别技术从上世纪60年代发展到现在，走过了一个从理论研究到生产应用的过程。
经过50多年的研究发展，也让其技术得到了显著的发展，使得其各项技术都日益的成熟，尤其是在14.56MHz以下的低频技术。
如今技术的难点集中在中高频部分，于此同时超高频技术也受到人们越来越多的重视。
（1）国外RFID技术应用现状：
纵观全球RFID的发展情况，美国无论是从软硬件水平和相关的应用领域均处于世界领先水平。
美国政府积极推动RFID的应用，同时也制定了推动其进一步发展的RFID标准。
欧洲和美国一样拥有自己行业标准。
虽然日本拥有自己行业标准，但是使用者都是国内的厂商，因此要走向国际还需要一段时间。
韩国政府同样高度重视的RFID发展，但其国内的RFID标准含糊不清阻碍其及时发展。
目前，南非、瑞士、日本、德国、瑞典、美英等国的RFID产品较为成熟先进。
（2）国内RFID技术应用现状：
我国目前共有超过100家的RFID企业，但由于缺少关键核心技术，尤其是超高频领域相关产品远远落后于欧美的产品水平；但其低高频方面，我国厂商入市较为早，因此其产品在市场还有一定的市场；在超高频领域，由于国内发展较晚，技术的欠缺，现在仍然处于缺少竞争力的状态。
我国的中低频标签的制造领域已经较为成熟，在市场上有很强的竞争力，同时又少量的企业在高频和超高频读写器具有领先水平。
随着中国物联网的发展，必然将把我国的RFID发展带到一个新的水平。
1.2.3国内智慧旅游发展情况
2011年7月国家旅游局提出要实现国家旅游业发展战略目标，一个阶段性任务就是要争取用10年左右的时间显著提高信息技术在旅游业应用的广度和深度，使旅游企业的经营活动全面信息化，使在线旅游业务在旅游产业中的比重明显提升，使旅游行业管理和旅游公共服务信息化水平明显提高，基本建成覆盖全国的旅游基础信息数据库和旅游基础信息资源交换和共享平台，形成一大批引领作用强、示范意义突出的智慧旅游城市、智慧旅游企业。
目前，许多城市都在开展智慧城市建设。
国家旅游局对“智慧旅游城市”试点工作进行了部署，确定了包括北京市、武汉市、成都市、南京市、福州市、大连市、厦门市、苏州市、黄山市、温州市、烟台市、洛阳市、无锡市、常州市、南通市、扬州市、镇江市、武夷山市18个国家智慧旅游试点城市。
1.2.4国外智慧旅游发展情况
（1）新加坡“智慧旅游计划”
2006年，推出“智慧国2015计划”，确立“智慧化立国”发展理念，全面实施“从传统城市国家向‘智慧国’转型”的发展战略。
韩国“iTourSeoul”应用服务系统
韩国首尔基于智能手机平台，开发了“iTourSeoul”掌上移动旅游信息服务平台。
通过网站 和移动手机网站来进行旅游咨询服务。
（2）比利时“标识都市”项目
比利时首都布鲁塞尔于2012年6月正式推出基于智能手机的微电子旅游大全“标识都市”（TAGTAGCITY）项目，使布鲁塞尔成为世界上第一个数码移动旅游城市。
（3）英、德开发“智能导游”
2009年，英、德两家公司在欧盟资助下协作开发了一款智能导游软件，用以促进文化旅游发展。
该软件以“增强现实”技术为基础，让游客通过声光与影像，“亲身”体验被遗忘的历史时光。
1.3论文内容简介
本论文结合智慧旅游的发展趋势，分析了RFID的技术特征。
第一章介绍本课题的研究背景和选题意义，同时介绍了国内外智慧旅游和技术的应用情况。
第二章回顾了RFID技术的发展历程，对RFID技术原理和系统组成进行了系统的研究，RFID系统主要由标签，识别器，中间件和软件应用组成。
其主要标准包括ISO和EPC标准。
第三章首先从整体要求和实现功能对一卡通对一卡通系统进行了需求分析，并从一卡通系统架构、功能模块、中心数据库和安全性的角度对一卡通系统做了需求分析的研究。
第四章依照一卡通系统的设计原则，对一卡通系统的系统架构、硬件架构、网络架构、系统通信架构做了详细的设计，并设计实现各个单元功能子模块，包括发行与管理子模块，积分与消费子模块，增值服务管理子模块。
第五章总结与展望，对本文的研究工作进行了总结并对未来的研究工作进行了展
望。
第二章RFID技术原理及系统组成
RFID是一种促成技术，它本身并不创造什么价值，但它能帮助公司开发出各种各样的应用，从而创造价值。
RFID描述系统使用无线电波来传递对象的身份。
使用RFID识别物体的方法有好几种，但最常见的是存储的ID或序列号，连同其它信息来标识一个特定的产品上的标签的。
它是将一个小的微芯片连接到天线。
芯片上所包含的信息通过天线来传递给接收器。
接收器将RFID标签上读到的无线电波转换为数字信号，软件系统可以进一步的处理这些数字信号。
通常当识别器读到一个标签信息是，它通常会给主机传递3个东西：
标签ID，接收器自身ID，读到标签的具体时间。
公司通过每个识别器在什么位置来判断产品在什么位置，同事也可以判断它是什么。
并且通过追踪标签的时间，可以知道时刻判断它的位置，包括之前到过的位置。
2.1RFID工作原理
识别器可以反射电磁无线电波，标签的天线来接收这些无线电波。
一个无源的RFID标签从识别器产生的电场中获取能量，同时驱动标签中芯片的电路。
芯片之后能够增强无线电波，将之中含有的数据信息返回给识别器，识别器又将这些信息转换成数字信号。
图2.1系统典型构成
2.2RFID系统组成
如图2.1所示，通常一个完整的RFID系统由以下四个部分组成：
RFID标签转调器、RFID识别器、RFID中间件、RFID软件应用。
这里需要说明一下天线。
因为无线电波接收和发送都是通过天线来完成的。
对于发射机和接收机，天线被分级设计用来辐射、收集无线电波能量。
所以对天线来说，其的主要功能就是将电信号转换成无线信号，同时也可以讲收集到的无线信号转换成电信号。
2.2.1标签
标签是一些大概只有米粒大小的器件，它在天线上附着一个微芯片，将其放在靠近物体的旁边就能被识别出来。
标签可以被编程为某一指定的信息，例如ID或者序列号。
当读写器发送适当的无线电信号的标签，反映能源给识别器，使标签能识别本身和它的数据。
根据使用频率，内存模式，内存大小，内存类型和包装方式的不同，标签通常会分化和命名。
但是有三种基本类型的标签来可供用户选择：
（1）有源标签，有源标签指的是含有电池，电池用来驱动微芯片的电路，并且给识别器广播无线波的标签。
有无电池，是区分有源标签和无源标签的重要标准。
有源标签，通常用在大型资产上，例如货物集装箱，铁路车辆，大型可重复使用的集装箱，这些设备上同时是移动的，这样有源标签可以采用主动的认证。
其工作频段在455MHz，2.45G或者5.8G，它的有效被识别距离为60--300英尺。
有源标签可以一直处于工作状态，当然也可以在需要的时候被“唤醒”。
（2）无源标签，有别于有源标签，它没有电源或者发射机，需要从识别器获得能量来支持其工作。
由于没有电源，无源标签同源比有源标签要便宜很多，并且不需要人工维护。
它的工作频率主要集中在低频、高频和超高频。
（3）半有源标签，是一种介于有源标签和无源标签之间的标签，它结合它们两者各自的特点，它能像有源标签一样，使用电池来驱动芯片电路，但交换信息时是从识别器上获得能量，通常处于休眠状态直到被某一识别器唤起，这一点又很像无源标签。
2.2.2识别器
要获得RFID标签储存的信息，需要一个阅读器。
一个典型的阅读器是含有一个或者多个可以无线发射或者接受的无线电波的移动设备。
无线电波转换成数字信号，阅读器将此数字信号传递给计算机系统。
RFID阅读器可以采用多种方式来和标签通信。
在近距离读取标签信息，最常用的方法是“电感耦合”，即阅读器的天线和标签的天线产生一个磁场。
标签从这磁场中收集能量，并靠这个能量向阅读器发回无线电波。
2.2.3应用软件
RFID软件通常执行特定的功能，如跟踪仓库的库存或在零售店里商品被从货架上移走之后，重新排序库存。
应用程序可以根据收到某些货物标签的信息，做适当的处理。
这些货物可以是零售商品，托盘、纸箱，出货量或卡车。
基于企业内部的事件，该软件也将发送信息给读者以单个标签上写入数据，如销售的项目，或清空托盘，或指定一个代码来表示货物已经离开了一个仓库并运往一个零售商店。
RFID的应用程序往往是特定的垂直行业，如供应链，仓储，零售，医疗等行业。
软件工程师通常没有和不需要有在RFID技术方面的专门知识。
因此，很多组织正在积极努力开发一个系统，可以让程序员的工作主要在应用层，而无需处理的RFID硬件接口层。
此系统层被称为RFID中间件层。
2.2.4中间件
中间层像胶水一样，从低层次到较高的应用层的硬件组件连接起来。
虽然在原则上，它是一个水平的技术但是为了工业上有用武之地，它往往留有接口，以满足在垂直行业的需求。
在特定RFID情况下，中间层可以起到额外的功能，它可以使读写更加可靠，可以将数据从阅读器通过网络传输到一个适当的位置，同时还可以控制和监控阅读器。
它在安全方面也起到了不少的作用。
它能够保证读写操作的安全，减少射频的干扰。
能够将标签和阅读器上的事件及时的通知到应用程序。
对于应用程序来说，它可以帮助应用程接收和转发命令，并在异常情况下通知到用户。
从架构上来讲，RFID中间层通常又可以分成多个子层。
下层关注的功能是从标签中读取和写入数据的可靠性，鲁棒性和安全性。
上层是和应用程序相关的。
因此它们通常为应用程序提供各种借口，诸如：
产品出货表、产品路由表和计划表、标签表、阅读器表、门户表、企业IT系统，例如计费、ERP、SCM和CRM、处理标记代码标准如电子产品代码。
这种较低的中间件层阅读、标签RFID网络等建造了抽象类。
当诸如采用新协议的阅读器等新技术已经出现了，其特征是可以嵌到中间件里去。
这样仅需要最小的结构单元或者对于软件而言只需要代码级别的改动。
上层的中间件层，除了有应用程序的接口外，还有可能包括额外的一些功能，例如含有装运标签的交叉引用标签，含有位置标签的装运标签或者标记时间标记，预计货物到达的时间。
他们可以存储检索数据库中的信息，因此应用程序参考的ID通常是指数据库中的ID，而不是标签ID。
有了可靠的中间件意味着程序员可以专注于开发应用程序的业务逻辑，而不用了解不同类型的硬件。
对于一个给定的应用程序，一个企业可能需要支持来自不同厂商的阅读器和标签，主动和被动式标签，，工作在不同的频率协议或标签的不同的读写可靠性和规格标签。
中间件简化了这些问题。
最终，中间件或许是能够减少RFID硬件集成到现有的应用程序所花费的时间。
2.3RFID标准
标准对于很多RFID应用程序是至关重要的，如支付系统，货物跟踪或在开发的供应链中可重复使用的容器。
人们在过去过得数十年中已经花费了为了不同的RFID频率和应用开的标准做了大量的工作。
2.3.1ISO标准
国际标准组织（ISO）已经为自动识别和项目管理制定了RFID标准。
例如，国际标准化组织已经制定RFID跟踪牛的标准。
ISO11784定义了标签的数据结构。
ISO11785定义了空中接口协议。
国际标准化组织同时也为支付系统和非接触式一卡通（ISO14443）和近距型卡（ISO15693），制定了相应的RFID标签空中接口协议，包括ISO15693（智能标签），ISO14443（无接触式付款方式），ISO11784（畜牧养殖业），ISO18000（空中接口协议）。
2.3.2自动识别中心和EPC标准
自动识别中心，开发了电子产品代码（EPC）技术，并且选择创建自己的空中接口协议，用于跟踪商品通过国际供应链。
自动化识别中心成立于1999年，其目的是开发出产品数字代码及其相关技术通过全球供应链中识别和跟踪货物。
它的任务是开发一种低成本RFID系统，因为标签需要一次性（制造商把标签在产品运送给零售商从未去获得这些标签回重用它们）。
该系统必须运行在超高频段，因为只有超高频交付所需的阅读范围供应链应用程序，比如阅读托盘来通过一个船坞门。
自动识别中心开发了自己的协议，全球范围内授权给EPC，其条件是EPC将提供免版税给制造商和最终用户。
该中心还负责开发一个网络架构，它将和互联网结合起来，将使任何人能通过存储在标签中的序列码查找相关的信息。
网络也需要基于开放标准的Internet上使用，所以公司可以分享信息很容易，且成本低。
2.4RFID商业应用
RFID可以用在许多不同的方式来创造价值。
RFID技术是目前被应用于诸如：
（1）资产跟踪——公司会在那些经常丢失或被盗，没有得到充分利用或者当需要时很难找的资产上放上RFID标签
（2）制造业——很多正在使用RFID跟踪部件和工作流程，减少缺陷，提高产量，并管理生产相同产品的不同版本。
（3）供应链管理——RFID技术是用来增加吞吐量，减少运输错误，并降低劳动力成本。
（4）零售业——零售商使用RFID来提高供应链的效率，以帮助减少盗窃，并确保库存是最新的。
（5）支付系统——RFID是用今天来支付在无需停车情况下收取过路费；支付三餐的外卖窗口；支付公交、地铁和火车等交通费使用非接触式智能卡支付小零售购买。
（6）安全和访问控制——RFID被用在电子钥匙已经有段时间了，它可以控制谁有权限进去办公室或者办公室的其他区域。
资产保护上也用到RFID技术，大部门新车在方向盘上都安装了RFID阅读器。
当然还有许多其他的创新都使用RFID。
在主题公园，使用主动式标签在一个手镯系统来定位儿童。
本质上，RFID让电脑能够跟踪位置的物品或人—换句话说，RFID是通往定位计算。
如数据库技术、语音技术、互联网、RFID打开全新的领域应用开发。
2.5本章小结
本章研究分析了RFID技术的技术原理和技术特征。
RFID技术包括识别器、标签、中间件和软件应用。
本章节同时介绍了RFID的技术标准：
ISO标准和自动识别中心和EPC标准。
最后本章节介绍了RFID主流的商业应用情况和及其应用前景。
第三章旅游一卡通应用系统的需求分析
旅游一卡通系统，是指游客仅需携带旅游服务卡就可以实现在旅行社、酒店、景点等场所完成身份识别、消费等服务，从而为游客省去了携带个人身份证和现金的麻烦。
整个旅游过程的“吃、住、游”只需要通过一张服务卡就可以全部实现。
卡的种类包括实卡、虚拟卡、行业卡、一卡通、面额小的充值卡等多种类型。
本章主要想从需求分析的角度对智慧旅游一卡通需要实现的功能，进行了详细的阐述。
对一卡通系统的系统架构需求和功能模块需求都做了分析并研究了RFID要解决的问题。
3.1一卡通需求分析
3.1.1总体要求
如今，在全国各个大中专校园中，校园一卡通已经得到了越来越多的普及。
校园一卡通的使用，不但方便了学生的学习和生活，也对给学校的管理工作很大的帮助。
例如，学生饭卡管理，学籍管理，图书馆图书借阅等方面都起了很大的作用。
旅游卡一卡通，顾名思义，其实校园卡一卡通区别并不是很大，不同之处在于，把一个校园的应用，扩大到一个更大的范围——景区的旅游系统上去了。
3.1.2实现功能
将RFID技术应用到旅游上去，方便游客，统一旅游市场，同时提升旅游形象，建设旅游一卡通系统，实现如下的功能：
（1）旅游一卡通系统能实现支付功能
一卡通系统中的智能卡，为在线支付，“电子钱包”等功能提供基础保障。
（2）旅游一卡通系统应该可以提供公共交通换乘服务
作为旅游的重要部分，交通是一个不可回避的环节。
顺畅的交通，将会让旅游并的更见愉快。
交通卡可以方便旅客的乘车，一卡通系统中的职能卡，应该可以实现公交卡的所有功能，需要特别强调的是，希望可以实现多地区城市之间的“一卡通用”，开辟旅游换乘绿色通道，加快建设快捷的旅游交通换乘系统，形成水、陆、空立体化、网络化的旅游交通。
（3）旅游一卡通系统应该可以当地景区的电子门票，旅游年卡使用
游客提前在网上通过一卡通门户，预定支付某景区的门票。
到景区可以实现直接刷卡进景区，大大减少了旅客到景区排队买票时间，方便游客。
同时也杜绝了之前景区纸质假票的出现。
优化了景区的管理。
推行“一票通用”制度，加快建设集网上选车、网上调度、网上结算等为一体的旅游客运信息平台。
（4）旅游一卡通系统应该可以实现身份认证功能
一卡通中，应该包含了持卡人个人的基本信息。
手持一卡通，游客可以方便的入住之前定好的酒店，可以像身份证一样，直接证明游客的身份。
同时游客在进去也可以实现“电子签到”、“电子点名”的功能，方便导游团队的管理。
自动点名计数功能，使导游管理团队的手段更加科学化、人性化，通过读卡设备可以自动清点人数。
（5）旅游一卡通系统应该可以当“电子钱包”使用
所谓“电子钱包”，就是一卡通可以在景区指定的商店进行消费，购买商品，纪念品。
也可以在景区内进行娱乐消费。
（6）旅游一卡通系统应该可以实现增值服务
一卡通系统应该具有位置服务（GIS）功能，能够获取游客的位置信息及线路信息，方便的为游客提供“电子导游”的服务，同时景区可以及时统计游客的数量；自动转账和存取款功能：
可以将存款方便转移到一卡通的电子钱包上，方便游客的旅游消费活动；用户可以方便的登录一卡通系统查看自己的消费账单以及在特定景区的游览路线情况，并且可以采用多种方式输出结果。
（7）旅游一卡通系统可以提供决策支持
景区管理人员，可以通过一卡通后台数据库，及时得到景区游客的实时数量，同时也可从数据库中读出数据，通过商业智能（BusinessIntelligence），分析出游客的旅游线路、购物习惯，从而制定更好、更合理的旅游线路，同时可以帮助景区改善经营管理。
3.2一卡通架构分析
3.2.1一卡通系统框架
近年来信息技术领域发展迅速，在设计智慧旅游一卡通系统时，应充分考虑各个方面的情况进行整体规划，网络系统，应用系统和未来技术的应用都应考虑在内，保证系统的连贯性和技术要求的一致性。
未来新技术可用时，可用直接应用到现有的系统中去，而不用去从新修改系统。
系统设计时，应该保证一卡通系统能够高效，准确的处理各种消费数据，有很高的性，能够保障持卡人，景区单位，商户等多方面的信息和财产，利益信息不被泄露。
能够方便的将跟过其他的应该嵌入到该系统中，在一卡通中系统中得到更广泛的应用。
能够最大限度的考虑到游客的旅游习惯，贴近旅游过程，能够满足不同旅客的不同需要。
3.2.2智慧旅游服务卡功能模块
智慧旅游一卡通系统有若干个子系统组成，通过智慧旅游服务卡串接各个子系统，子系统之间可以实现数据的胡同和信息的共享，智慧旅游一卡通系统对传统的系统串接进行了改进，使其各个子系统能够进行无缝的集成，从而是一卡通平台的应用更加的灵活。
各个子系统都是通过一卡通这个平台来实现身份的认证，从而不用重复建设身份认证系统，避免了资源的浪费，同时也让一卡通系统更加的灵活便利。
智慧旅游服务卡系统的主要子系统功能有：
（1）管
升级会员 