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、存儲和程序應用都在 網(wǎng)絡或服務器上完成，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)之間的應用不具有通用性，也就是說，開發(fā)同一功能的 應用，需要不同的開發(fā)人員開發(fā)不同的版本以適應終端移動平 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應用引擎

Hybrid應用引擎使移動應用能夠利用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用?？缙脚_的Hybrid應用引擎通過使用CSS 和HTML5來設計程序UI并控制程序的邏輯；同時，使用 JavaScript來調(diào)用API與對應平臺進行交互，以啟動手機的 GPS、震動、重力感應等功能。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應用，為Widget的運行提供良好的 運行環(huán)境。Widget引擎通常基于統(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)絡平臺提供的常用功能和 業(yè)務能力。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)務應用的跨平臺運行。

Widget UI 自適應

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備。同時它 針對于物聯(lián)網(wǎng)應用提供了一套成熟的規(guī)范以及開發(fā)API，可將 各種移動設備連接至因特網(wǎng)和企業(yè)，從而降低了為智能設備構(gòu) 建應用程序的成本。

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、為移動應用定制的 靈活、簡單、跨平臺的移動應用統(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。

應用層分為通用應用層和專有應用層。通用應用層指的 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用，其保證 了不同權(quán)限人員的職責和對應的數(shù)據(jù)安全性。其中學生專有 應用包括：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 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)的云書包的應用功能模塊、應用插件等的研發(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應用開發(fā)引擎用于連接設備和本地 硬件的服務，它可以使云書包完全做到“Written Once，Run Everywhere!”。云書包上的應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 設備更新和維護的能力。所以本項目設計中采用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?；拥?；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，就能實現(xiàn)資源的實時利用與 分享。云書包應用在不同平臺、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

云書包的應用是教育信息化形勢下的產(chǎn)物，云書包的推 廣和應用適應了時代的發(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 云書包建設提供了全新的方式，云書包上各類云終端應用程 序的快速研發(fā)和應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 僅可以應用于教育云應用的研發(fā)，還可應用于其它移動應用的 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。

20211223_61c42ab0c0fc9__基于混合云終端中間件平臺的云書包設計研究