基于混合云终端中间件平台的云书包设计研究

引言

云书包是一种云终端产品，是传统电子书包的升级。 云终端的概念有广义与狭义之分，从广义上讲，能使用云资源 的终端都可以叫云终端。而狭义的云终端则指的是专用的云终 端，它仅具有浏览器功能，数据处理、存储和程序应用都在 网络或服务器上完成，不需要进行大量的本地操作叫

目前我们所使用的移动终端设备往往拥有不同的操作系 统平台，其中市场占有率较高的移动操作平台为谷歌公司的 Android、苹果公司的iOS和微软公司的Windows Phone。各 个系统之间的应用不具有通用性，也就是说，开发同一功能的 应用，需要不同的开发人员开发不同的版本以适应终端移动平 台的要求，这样一方面浪费了大量的人力，另一方面由于开发 工具等方面存在差异，导致云的书包上的应用移植困难、开 发周期长等一系列问题给教学资源的分配和共享上带来了很大 的不便，对于中小企业、创业型公司的发展极为不利。业界迫 切需要一种跨平台的产品，实现产品的共性开发。云书包作为 移动终端的一种，同样绕不开跨平台开发的问题。

为了满足信息化资源共享的要求，迫切需要云书包能应用 于各个平台，在各个平台之上实现资源的无缝对接，解决跨 平台资源共享的问题，达到资源利用的最大化的目标。本文的 基于混合终端中间件平台的云书包就是为了解决当前云书包的 应用不能跨平台的问题而提出的一种解决办法。本文首先重 点介绍混合云终端中间件平台及其关键技术，并在此基础上 介绍了云书包架构和应用模式，同时分析了云书包的特点和云 书包的发展前景。

1混合云终端中间件介绍

混合式云终端中间件平台由Hybrid应用引擎、UI框架引 擎、Mobile Widget引擎、基于MQTT的云推送引擎、统计分 析引擎构成。其主要构成如图1所示。

1.1 UI框架和控件库

混合式云终端中间件平台有基于JQuery Mobile UI方案 的具有强大扩充性的UI框架引擎（包含列表、按钮、编辑框、 等分网格、单选、复选按钮等）。高效的窗口管理系统、窗口 消息系统、数据视图映射库等构成了强大的cZing应用开发 框架。UI架构通过利用丰富的平台调用接口和各种扩展功能, 利用HTML5技术快速地开发功能强大的富客户端应用。终端 用户利用定制的UI适配方案，可用极少的工作量完成各种终 端的适配工作。另外，UI框架引擎拥有强大的插件系统，使 开发者可以随时集成用户自定义的UI插件并发布给最终用户。

1.2跨平台的Hybrid应用引擎

Hybrid应用引擎使移动应用能够利用iPhone、Android、 Windows Phone 7等移动OS的核心功能，包括地理定位、加 速器、联系人、声音和振动等，此外还拥有丰富的插件，可 以以此扩展无限的功能。该引擎延展了浏览器功能，提供了 一个基本框架来实现浏览器本身没有提供的功能，我们甚至 可以把那些JavaScript无法承担的任务移交给本地代码去完 成，以达成更好的性能。这种面向跨平台移动应用的Web技 术加上本地代码的混合编程模式能够提供更高效的开发高速度和高性能的应用。跨平台的Hybrid应用引擎通过使用CSS 和HTML5来设计程序UI并控制程序的逻辑；同时，使用 JavaScript来调用API与对应平台进行交互，以启动手机的 GPS、震动、重力感应等功能。其最大特点就是拥有跨平台的 兼容性和拥有统一的W3C标准。

1.3 Mobile Widget 引擎

Mobile Widget是运行于Mobile Widget引擎之上的应用 程序，它用Web技术来创建，用HTML来呈现内容，用CSS 来定制风格，用JavaScript来表现逻辑。

Widget引擎相当于一个容器，能够容纳不同 类型的Widget应用，为Widget的运行提供良好的 运行环境。Widget引擎通常基于统一、支持国际 Web标准的全浏览器内核技术来实现，一般都包括 JavaScript解析引擎和Web解析引擎，负责完成整个 Widget运行生命周期的管理，包括Widget的安装、 解析、渲染、呈现与卸载等。Widget引擎为Widget 应用提供了跨平台的运行环境系统架构，拥有开放统 一的微Widget API和Widget UI自适应技术。

开放统一的 Widget API

Widget引擎定义了一套完善的JavaScript扩展框架，基 于JavaScript语言定义了一系列对象，扩展了 Widget引擎的 功能，提供更多访问手机终端和网络平台提供的常用功能和 业务能力。Widget引擎作为Mobile Widget的运行环境，屏 蔽了移动终端平台的差异性，提供一套统一的微API，实现 Mobile Widget业务应用的跨平台运行。

Widget UI 自适应

Mobile Widget引擎通过提取描述界面元素、逐层逐点 分析、选取转换替代元素及重构适配界面等技术自动调节 Widget UI各个元素的位置和大小，实现Widget应用跨平台 运行时用户界面适配的难题。

1.4基于MQTT的云推送引擎

MQTT协议是一种基于TCP/IP的轻量级、基于代理的'发 布/订阅”模式的消息传输协议。云推送引擎是MQTT 3.1协 议的客户端实现，其优点是协议简洁、小巧、可扩展性强、省 流量、省电，用于连接大量的远程传感器和控制设备。同时它 针对于物联网应用提供了一套成熟的规范以及开发API，可将 各种移动设备连接至因特网和企业，从而降低了为智能设备构 建应用程序的成本。

1.5统计分析引擎

统计分析引擎提供一套高度本地化、为移动应用定制的 灵活、简单、跨平台的移动应用统计分析工具，通过对统计数 据的深度挖掘，提供全面的产品使用和用户行为分析。引擎提供使用情况分析、用户分析、版本分析、终端和网络识别及分析、 错误及异常分析以及自定义事件分析等功能。

2基于混合云终端中间件平台的云书包

2.1云书包架构

云书包的技术架构分为混合云终端中间件平台层和应用 层，如图2所示。

混合云终端中间建平台层是云书包的关键层，它能实现 安卓、苹果和微软手机操作系统之间的跨平台数据共享。从 根本上解决了之前云书包存在的数据跨平台共享困难的难题。

应用层分为通用应用层和专有应用层。通用应用层指的 是云书包的通用功能，它实现了云资源的共享最大化。这些功 能云书包的各类用户均能使用，主要包括：课程表、云盘、资 源社区、通讯录、电子邮箱、即时沟通(LYNC)、便签笔记、 播放器等。专有应用层分别针对使用云书包的人员包括学生、 教师、家长，云书包为每类用户都配备针对性的应用，其保证 了不同权限人员的职责和对应的数据安全性。其中学生专有 应用包括：教科书库、作业练习、互动课堂等，满足学生课前、 课后使用，以及在云课堂实现与老师、同学的互动；教师专有 应用包括：云讲义、云课堂、云备课等，满足教师日常教学使 用；家长专有应用包括：学生考勤、学生成绩、家长通知以及 学生监控档案等，为家长提供全面的学生在校信息，帮助家长 了解学生动态。

2.2云书包用户模式

云书包的应用模式主要有三种：学生模式、教师模式、 家长模式，三种模式均有定制研发的个性化桌面来满足三类用 户的使用。

( 1)学生模式

学生模式的使用对象是学生，学生可以使用定制的桌面 进行学习、提交作业、与老何其他同学进行互动学习等。学生 模式主要分为学习中心、个人中心、沟通中心和应用中心。

学习中心为学生提供各类学习资源，分类为：互动课 堂、教课书库、课程表、练习作业、在线考场、假条。个人中心是学生根据自己的学习情况为自己建立的学习库，个人中心 实现了每个同学的个性化学习，主要包括：个人资料、便签、 Widget (小组件)库、方位、资源库等。沟通中心是学生与同学、 老师和家长之间的沟通桥梁。主要信息有：通讯录、即时沟通 IM(LYNC)、我的邮箱、我的学堂等。应用中心是学生提供 各类丰富的教学资源，学生可以根据自己的实际需要将资源添 加到资格中心的管理数据库。主要包括:书包设置、书包管理、 文件管理、Veekee资源社区、浏览器、视频播放器、音频播 放器、日历日程、时钟闹钟等。

教师模式

教师模式主要是教师为学生提供教学资源、批改学生作 业、发布教学内容、与学生和家长进行实时互动。教学模式主 要分为备课中心和课堂中心。

备课中心为教师提供在线备课和离线备课的平台，通过 使用该平台对教案进行管理，记录、分享教学心得等。课堂 中心是由云课堂和云讲义组成，通过与教育云互联互通，云讲 义可以共享教育云的教学资源，如题库、字典等，进行课程 编排、讲义制作等；云课堂可以让教师的教学屏幕图像内容可 以同步广播到教室中的电子白板、学生的云书包等教育终端设 备之上，并能实时接收互动信息，并且课件等教学资源可在 云课堂教学过程中直接播放，有效进行课堂互动演示教学。

家长模式

家长模式主要是提供给学生家长一个更好的了解学生的 学习情况的平台。通过家长模式的定制界面，家长可以很轻松 的了解学生的学习情况，通过与老师的交流可以清楚学生在学 校的思想动态，为学生的学习创造更好的环境，同时还能通 过在线的云资源平台了解更多的学习资源，以更好的辅导学生 的学习。家长模式拥有的功能主要包括:学生考勤、学生成绩、 学生作业、教师评语、家校沟通、健康档案、家长交流、家长 控制、资源社区等。

2.3云书包的技术特点

(1)跨平台

本架构的云书包的应用功能模块、应用插件等的研发, 均采用混合式云终端中间件技术，混合式云终端中间件提供了 强大的、可扩展的Hybrid应用开发引擎用于连接设备和本地 硬件的服务，它可以使云书包完全做到“Written Once，Run Everywhere!”。云书包上的应用软件只需要基于这个平台，从 而避免了对多版本的开发。

( 2)插件化

云书包与所有的智能终端的开发一样，需要不断增加新 的功能，并且新功能的增加要快速便捷，因为云书包的使用 者是老师、家长、学生，大多不是专业技术人员，不具备太多 设备更新和维护的能力。所以本项目设计中采用OSGI插件化 技术，一方面解决云书包新增功能的自助式配置，另一方面最 小化新增功能带来的对整体功能的不良影响，使云书包具有 良好的扩展性。

高性能、低功耗

云书包项目中互动性是灵魂。云书包的互动包括：师生 互动(课前、课堂、课后)、家校互动等；在互动过程中，信 息传递的速度直接决定了老师与学生以及家长和学校之间沟 通的信息将直接影响到互动的效率，信息传输时间过长不仅影 响互动的及时性，而且也消耗终端的电量，直接降低了系统的 性能和消耗大量的终端电量。云书包采用基于发布/订阅消息 的模式来推送消息，以轻量级、协议交换最小化、小型传输 等实现云书包高性能、低功耗的问题。

高安全

云书包采用了基于HTML5标准语言开发，以Native API 辅佐很好地解决了程序运行的稳定性和可靠性。移动应用安 全性是目前大家都非常关心的问题，有信息表明目前58%的 移动应用是不安全的。云书包数据传输采用了第三方安全认证 证书，对移动数据的AES高位加密，远程清除客户端，移动 设备码与帐号绑定，用户访问日志的记录与查询确保用户信息 安全。

简单易用，重视用户体验

遵循简单易用的原则，使界面易操作、易调试、功能简 单实用，对应用使用人员无特别要求。使用没有时间地点的限 制，只需要有用户终端，有网络，就能实现资源的实时利用与 分享。云书包应用在不同平台、不同尺寸终端保持界面一致和 操作保持一致，简化用户操作从而提升用户体验。

2.4发展前景

云书包的应用是教育信息化形势下的产物，云书包的推 广和应用适应了时代的发展，同时也满足了不同用户的需求。 围绕云书包，教育产品也将会向多元化发展，学生的教材等 学习材料将变成电子图书，学生的学习工具将从传统的纸笔转 变成平板电脑等移动设备，使得学生能够随时随地进行学习。 老师的教案不再仅仅是教学材料，通过云书包可以发掘其商 业价值，使得老师获取更大收益。老师的收入也不再仅是学 校的工资，通过教学资源交易，快速把自己的知识转化为商业 产品，实现知识价值最大化［5］。随着云书包的广泛推广，将带 动云书包上下游厂商发展，形成一个全新的教育云产业链。

基于混合式云终端中间件技术的云书包的研制成功，为 云书包建设提供了全新的方式，云书包上各类云终端应用程 序的快速研发和应用使云书包定制迅速、造价低廉，为云书包研发企业节省了大量的开发和维护成本，从而有效的推动云 书包产业的快速发展[6, 7]o基于混合式云终端的中间件平台不 仅可以应用于教育云应用的研发，还可应用于其它移动应用的 研发，云计算、智能终端、物联网、移动互联网等领域的终 端应用开发商通过平台支撑能快速创建跨平台的云终端应用程 序，使用该平台的企业只需投入一个研发团队就能研发出以前 至少需要三个团队的应用，能有效节省企业的开发成本和维护 费用，产生十分显著的经济效益，切实推动云计算、智能终端、 物联网、移动互联网等相关产业的快速发展。

3结语

本文提出了一种基于混合云端中间件平台的云书包的架 构设计。首先详细介绍了混合云端中间件平台的关键技术，并 在此基础之上详细介绍了云书包的架构、用户模式、技术特 点和云书包的发展前景。

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