基于混合云終端中間件平臺的云書包設(shè)計研究

引言

云書包是一種云終端產(chǎn)品，是傳統(tǒng)電子書包的升級。 云終端的概念有廣義與狹義之分，從廣義上講，能使用云資源 的終端都可以叫云終端。而狹義的云終端則指的是專用的云終 端，它僅具有瀏覽器功能，數(shù)據(jù)處理、存儲和程序應(yīng)用都在 網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)器上完成，不需要進行大量的本地操作叫

目前我們所使用的移動終端設(shè)備往往擁有不同的操作系 統(tǒng)平臺，其中市場占有率較高的移動操作平臺為谷歌公司的 Android、蘋果公司的iOS和微軟公司的Windows Phone。各 個系統(tǒng)之間的應(yīng)用不具有通用性，也就是說，開發(fā)同一功能的 應(yīng)用，需要不同的開發(fā)人員開發(fā)不同的版本以適應(yīng)終端移動平 臺的要求，這樣一方面浪費了大量的人力，另一方面由于開發(fā) 工具等方面存在差異，導致云的書包上的應(yīng)用移植困難、開 發(fā)周期長等一系列問題給教學資源的分配和共享上帶來了很大 的不便，對于中小企業(yè)、創(chuàng)業(yè)型公司的發(fā)展極為不利。業(yè)界迫 切需要一種跨平臺的產(chǎn)品，實現(xiàn)產(chǎn)品的共性開發(fā)。云書包作為 移動終端的一種，同樣繞不開跨平臺開發(fā)的問題。

為了滿足信息化資源共享的要求，迫切需要云書包能應(yīng)用 于各個平臺，在各個平臺之上實現(xiàn)資源的無縫對接，解決跨 平臺資源共享的問題，達到資源利用的最大化的目標。本文的 基于混合終端中間件平臺的云書包就是為了解決當前云書包的 應(yīng)用不能跨平臺的問題而提出的一種解決辦法。本文首先重 點介紹混合云終端中間件平臺及其關(guān)鍵技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上 介紹了云書包架構(gòu)和應(yīng)用模式，同時分析了云書包的特點和云 書包的發(fā)展前景。

1混合云終端中間件介紹

混合式云終端中間件平臺由Hybrid應(yīng)用引擎、UI框架引 擎、Mobile Widget引擎、基于MQTT的云推送引擎、統(tǒng)計分 析引擎構(gòu)成。其主要構(gòu)成如圖1所示。

1.1 UI框架和控件庫

混合式云終端中間件平臺有基于JQuery Mobile UI方案 的具有強大擴充性的UI框架引擎（包含列表、按鈕、編輯框、 等分網(wǎng)格、單選、復選按鈕等）。高效的窗口管理系統(tǒng)、窗口 消息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)視圖映射庫等構(gòu)成了強大的cZing應(yīng)用開發(fā) 框架。UI架構(gòu)通過利用豐富的平臺調(diào)用接口和各種擴展功能, 利用HTML5技術(shù)快速地開發(fā)功能強大的富客戶端應(yīng)用。終端 用戶利用定制的UI適配方案，可用極少的工作量完成各種終 端的適配工作。另外，UI框架引擎擁有強大的插件系統(tǒng)，使 開發(fā)者可以隨時集成用戶自定義的UI插件并發(fā)布給最終用戶。

1.2跨平臺的Hybrid應(yīng)用引擎

Hybrid應(yīng)用引擎使移動應(yīng)用能夠利用iPhone、Android、 Windows Phone 7等移動OS的核心功能，包括地理定位、加 速器、聯(lián)系人、聲音和振動等，此外還擁有豐富的插件，可 以以此擴展無限的功能。該引擎延展了瀏覽器功能，提供了 一個基本框架來實現(xiàn)瀏覽器本身沒有提供的功能，我們甚至 可以把那些JavaScript無法承擔的任務(wù)移交給本地代碼去完 成，以達成更好的性能。這種面向跨平臺移動應(yīng)用的Web技 術(shù)加上本地代碼的混合編程模式能夠提供更高效的開發(fā)高速度和高性能的應(yīng)用。跨平臺的Hybrid應(yīng)用引擎通過使用CSS 和HTML5來設(shè)計程序UI并控制程序的邏輯；同時，使用 JavaScript來調(diào)用API與對應(yīng)平臺進行交互，以啟動手機的 GPS、震動、重力感應(yīng)等功能。其最大特點就是擁有跨平臺的 兼容性和擁有統(tǒng)一的W3C標準。

1.3 Mobile Widget 引擎

Mobile Widget是運行于Mobile Widget引擎之上的應(yīng)用 程序，它用Web技術(shù)來創(chuàng)建，用HTML來呈現(xiàn)內(nèi)容，用CSS 來定制風格，用JavaScript來表現(xiàn)邏輯。

Widget引擎相當于一個容器，能夠容納不同 類型的Widget應(yīng)用，為Widget的運行提供良好的 運行環(huán)境。Widget引擎通?；诮y(tǒng)一、支持國際 Web標準的全瀏覽器內(nèi)核技術(shù)來實現(xiàn)，一般都包括 JavaScript解析引擎和Web解析引擎，負責完成整個 Widget運行生命周期的管理，包括Widget的安裝、 解析、渲染、呈現(xiàn)與卸載等。Widget引擎為Widget 應(yīng)用提供了跨平臺的運行環(huán)境系統(tǒng)架構(gòu)，擁有開放統(tǒng) 一的微Widget API和Widget UI自適應(yīng)技術(shù)。

開放統(tǒng)一的 Widget API

Widget引擎定義了一套完善的JavaScript擴展框架，基 于JavaScript語言定義了一系列對象，擴展了 Widget引擎的 功能，提供更多訪問手機終端和網(wǎng)絡(luò)平臺提供的常用功能和 業(yè)務(wù)能力。Widget引擎作為Mobile Widget的運行環(huán)境，屏 蔽了移動終端平臺的差異性，提供一套統(tǒng)一的微API，實現(xiàn) Mobile Widget業(yè)務(wù)應(yīng)用的跨平臺運行。

Widget UI 自適應(yīng)

Mobile Widget引擎通過提取描述界面元素、逐層逐點 分析、選取轉(zhuǎn)換替代元素及重構(gòu)適配界面等技術(shù)自動調(diào)節(jié) Widget UI各個元素的位置和大小，實現(xiàn)Widget應(yīng)用跨平臺 運行時用戶界面適配的難題。

1.4基于MQTT的云推送引擎

MQTT協(xié)議是一種基于TCP/IP的輕量級、基于代理的'發(fā) 布/訂閱”模式的消息傳輸協(xié)議。云推送引擎是MQTT 3.1協(xié) 議的客戶端實現(xiàn)，其優(yōu)點是協(xié)議簡潔、小巧、可擴展性強、省 流量、省電，用于連接大量的遠程傳感器和控制設(shè)備。同時它 針對于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了一套成熟的規(guī)范以及開發(fā)API，可將 各種移動設(shè)備連接至因特網(wǎng)和企業(yè)，從而降低了為智能設(shè)備構(gòu) 建應(yīng)用程序的成本。

1.5統(tǒng)計分析引擎

統(tǒng)計分析引擎提供一套高度本地化、為移動應(yīng)用定制的 靈活、簡單、跨平臺的移動應(yīng)用統(tǒng)計分析工具，通過對統(tǒng)計數(shù) 據(jù)的深度挖掘，提供全面的產(chǎn)品使用和用戶行為分析。引擎提供使用情況分析、用戶分析、版本分析、終端和網(wǎng)絡(luò)識別及分析、 錯誤及異常分析以及自定義事件分析等功能。

2基于混合云終端中間件平臺的云書包

2.1云書包架構(gòu)

云書包的技術(shù)架構(gòu)分為混合云終端中間件平臺層和應(yīng)用 層，如圖2所示。

混合云終端中間建平臺層是云書包的關(guān)鍵層，它能實現(xiàn) 安卓、蘋果和微軟手機操作系統(tǒng)之間的跨平臺數(shù)據(jù)共享。從 根本上解決了之前云書包存在的數(shù)據(jù)跨平臺共享困難的難題。

應(yīng)用層分為通用應(yīng)用層和專有應(yīng)用層。通用應(yīng)用層指的 是云書包的通用功能，它實現(xiàn)了云資源的共享最大化。這些功 能云書包的各類用戶均能使用，主要包括：課程表、云盤、資 源社區(qū)、通訊錄、電子郵箱、即時溝通(LYNC)、便簽筆記、 播放器等。專有應(yīng)用層分別針對使用云書包的人員包括學生、 教師、家長，云書包為每類用戶都配備針對性的應(yīng)用，其保證 了不同權(quán)限人員的職責和對應(yīng)的數(shù)據(jù)安全性。其中學生專有 應(yīng)用包括：教科書庫、作業(yè)練習、互動課堂等，滿足學生課前、 課后使用，以及在云課堂實現(xiàn)與老師、同學的互動；教師專有 應(yīng)用包括：云講義、云課堂、云備課等，滿足教師日常教學使 用；家長專有應(yīng)用包括：學生考勤、學生成績、家長通知以及 學生監(jiān)控檔案等，為家長提供全面的學生在校信息，幫助家長 了解學生動態(tài)。

2.2云書包用戶模式

云書包的應(yīng)用模式主要有三種：學生模式、教師模式、 家長模式，三種模式均有定制研發(fā)的個性化桌面來滿足三類用 戶的使用。

( 1)學生模式

學生模式的使用對象是學生，學生可以使用定制的桌面 進行學習、提交作業(yè)、與老何其他同學進行互動學習等。學生 模式主要分為學習中心、個人中心、溝通中心和應(yīng)用中心。

學習中心為學生提供各類學習資源，分類為：互動課 堂、教課書庫、課程表、練習作業(yè)、在線考場、假條。個人中心是學生根據(jù)自己的學習情況為自己建立的學習庫，個人中心 實現(xiàn)了每個同學的個性化學習，主要包括：個人資料、便簽、 Widget (小組件)庫、方位、資源庫等。溝通中心是學生與同學、 老師和家長之間的溝通橋梁。主要信息有：通訊錄、即時溝通 IM(LYNC)、我的郵箱、我的學堂等。應(yīng)用中心是學生提供 各類豐富的教學資源，學生可以根據(jù)自己的實際需要將資源添 加到資格中心的管理數(shù)據(jù)庫。主要包括:書包設(shè)置、書包管理、 文件管理、Veekee資源社區(qū)、瀏覽器、視頻播放器、音頻播 放器、日歷日程、時鐘鬧鐘等。

教師模式

教師模式主要是教師為學生提供教學資源、批改學生作 業(yè)、發(fā)布教學內(nèi)容、與學生和家長進行實時互動。教學模式主 要分為備課中心和課堂中心。

備課中心為教師提供在線備課和離線備課的平臺，通過 使用該平臺對教案進行管理，記錄、分享教學心得等。課堂 中心是由云課堂和云講義組成，通過與教育云互聯(lián)互通，云講 義可以共享教育云的教學資源，如題庫、字典等，進行課程 編排、講義制作等；云課堂可以讓教師的教學屏幕圖像內(nèi)容可 以同步廣播到教室中的電子白板、學生的云書包等教育終端設(shè) 備之上，并能實時接收互動信息，并且課件等教學資源可在 云課堂教學過程中直接播放，有效進行課堂互動演示教學。

家長模式

家長模式主要是提供給學生家長一個更好的了解學生的 學習情況的平臺。通過家長模式的定制界面，家長可以很輕松 的了解學生的學習情況，通過與老師的交流可以清楚學生在學 校的思想動態(tài)，為學生的學習創(chuàng)造更好的環(huán)境，同時還能通 過在線的云資源平臺了解更多的學習資源，以更好的輔導學生 的學習。家長模式擁有的功能主要包括:學生考勤、學生成績、 學生作業(yè)、教師評語、家校溝通、健康檔案、家長交流、家長 控制、資源社區(qū)等。

2.3云書包的技術(shù)特點

(1)跨平臺

本架構(gòu)的云書包的應(yīng)用功能模塊、應(yīng)用插件等的研發(fā), 均采用混合式云終端中間件技術(shù)，混合式云終端中間件提供了 強大的、可擴展的Hybrid應(yīng)用開發(fā)引擎用于連接設(shè)備和本地 硬件的服務(wù)，它可以使云書包完全做到“Written Once，Run Everywhere!”。云書包上的應(yīng)用軟件只需要基于這個平臺，從 而避免了對多版本的開發(fā)。

( 2)插件化

云書包與所有的智能終端的開發(fā)一樣，需要不斷增加新 的功能，并且新功能的增加要快速便捷，因為云書包的使用 者是老師、家長、學生，大多不是專業(yè)技術(shù)人員，不具備太多 設(shè)備更新和維護的能力。所以本項目設(shè)計中采用OSGI插件化 技術(shù)，一方面解決云書包新增功能的自助式配置，另一方面最 小化新增功能帶來的對整體功能的不良影響，使云書包具有 良好的擴展性。

高性能、低功耗

云書包項目中互動性是靈魂。云書包的互動包括：師生 互動(課前、課堂、課后)、家校互動等；在互動過程中，信 息傳遞的速度直接決定了老師與學生以及家長和學校之間溝 通的信息將直接影響到互動的效率，信息傳輸時間過長不僅影 響互動的及時性，而且也消耗終端的電量，直接降低了系統(tǒng)的 性能和消耗大量的終端電量。云書包采用基于發(fā)布/訂閱消息 的模式來推送消息，以輕量級、協(xié)議交換最小化、小型傳輸 等實現(xiàn)云書包高性能、低功耗的問題。

高安全

云書包采用了基于HTML5標準語言開發(fā)，以Native API 輔佐很好地解決了程序運行的穩(wěn)定性和可靠性。移動應(yīng)用安 全性是目前大家都非常關(guān)心的問題，有信息表明目前58%的 移動應(yīng)用是不安全的。云書包數(shù)據(jù)傳輸采用了第三方安全認證 證書，對移動數(shù)據(jù)的AES高位加密，遠程清除客戶端，移動 設(shè)備碼與帳號綁定，用戶訪問日志的記錄與查詢確保用戶信息 安全。

簡單易用，重視用戶體驗

遵循簡單易用的原則，使界面易操作、易調(diào)試、功能簡 單實用，對應(yīng)用使用人員無特別要求。使用沒有時間地點的限 制，只需要有用戶終端，有網(wǎng)絡(luò)，就能實現(xiàn)資源的實時利用與 分享。云書包應(yīng)用在不同平臺、不同尺寸終端保持界面一致和 操作保持一致，簡化用戶操作從而提升用戶體驗。

2.4發(fā)展前景

云書包的應(yīng)用是教育信息化形勢下的產(chǎn)物，云書包的推 廣和應(yīng)用適應(yīng)了時代的發(fā)展，同時也滿足了不同用戶的需求。 圍繞云書包，教育產(chǎn)品也將會向多元化發(fā)展，學生的教材等 學習材料將變成電子圖書，學生的學習工具將從傳統(tǒng)的紙筆轉(zhuǎn) 變成平板電腦等移動設(shè)備，使得學生能夠隨時隨地進行學習。 老師的教案不再僅僅是教學材料，通過云書包可以發(fā)掘其商 業(yè)價值，使得老師獲取更大收益。老師的收入也不再僅是學 校的工資，通過教學資源交易，快速把自己的知識轉(zhuǎn)化為商業(yè) 產(chǎn)品，實現(xiàn)知識價值最大化［5］。隨著云書包的廣泛推廣，將帶 動云書包上下游廠商發(fā)展，形成一個全新的教育云產(chǎn)業(yè)鏈。

基于混合式云終端中間件技術(shù)的云書包的研制成功，為 云書包建設(shè)提供了全新的方式，云書包上各類云終端應(yīng)用程 序的快速研發(fā)和應(yīng)用使云書包定制迅速、造價低廉，為云書包研發(fā)企業(yè)節(jié)省了大量的開發(fā)和維護成本，從而有效的推動云 書包產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展[6, 7]o基于混合式云終端的中間件平臺不 僅可以應(yīng)用于教育云應(yīng)用的研發(fā)，還可應(yīng)用于其它移動應(yīng)用的 研發(fā)，云計算、智能終端、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的終 端應(yīng)用開發(fā)商通過平臺支撐能快速創(chuàng)建跨平臺的云終端應(yīng)用程 序，使用該平臺的企業(yè)只需投入一個研發(fā)團隊就能研發(fā)出以前 至少需要三個團隊的應(yīng)用，能有效節(jié)省企業(yè)的開發(fā)成本和維護 費用，產(chǎn)生十分顯著的經(jīng)濟效益，切實推動云計算、智能終端、 物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

3結(jié)語

本文提出了一種基于混合云端中間件平臺的云書包的架 構(gòu)設(shè)計。首先詳細介紹了混合云端中間件平臺的關(guān)鍵技術(shù)，并 在此基礎(chǔ)之上詳細介紹了云書包的架構(gòu)、用戶模式、技術(shù)特 點和云書包的發(fā)展前景。

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