移動閱讀社交系統設計與實現

肖 燦，朱珍民，葉 劍

（1.湘潭大學 信息工程學院，湖南 湘潭411105；2.中國科學院 計算技術研究所，北京100190）

0 引 言

移動閱讀作為移動互聯網［1］的主要應用之一，能夠為人們提供隨處可得的閱讀服務，極大地改變了人們的閱讀方式。傳統移動閱讀產品的功能僅僅局限于為用戶提供電子資源的閱讀服務，存在以下不足：第一，忽略了移動閱讀環境中用戶難以查詢相關閱讀資料的問題，用戶在閱讀過程中產生的疑問無法得到即時解答；第二，用戶在零散的移動閱讀環境中無法與相同興趣愛好的其他閱讀者交流溝通。將普適計算中為人們隨時隨地提供服務的思想與移動閱讀相結合［2］，對傳統移動閱讀應用加以改進，能夠為用戶提供更好的閱讀體驗。

本文提出了知識點的概念，通過語義標注建立起知識點和知識點詳細信息之間的關聯，將文本、圖片等資源聯系起來，根據用戶查詢需要提供相關資源；將社交網絡引入到移動閱讀平臺中，通過對閱讀愛好的分類，將用戶歸類到不同的社區中，并呈現同一社區其他用戶的位置信息，便于用戶選擇距離近的書友進行交流討論。

1 相關工作

要滿足用戶閱讀過程中的查詢需求，需要提取閱讀資源中知識的表示方法。目前的研究中對知識的描述可以采用知識網絡、“學習元”、知識地圖等等。文獻 ［3］提出用“學習元”來描述知識對象。浙江大學的施岳定教授定義了網絡課程中知識點、知識點屬性的概念，分析了知識點之間的4種關聯關系，提出了對知識點的超文本組織結構和基于知識點的超文本教學控制的設計方法。綜合以上研究成果，為表示閱讀資源中知識結構，將書本中的知識提取出來用統一對象表述并關聯相應的解析是必要的；本文中通過定義知識點細分閱讀知識結構，為用戶提供知識點查詢功能。

社交網絡 （social network services，SNS）主要作用是為一群擁有相同興趣與活動的人建立在線社區［4］，近來發展迅速。據社交網站Facebook披露，其用戶總數已經達到9.01億人。目前SNS已經深入到互聯網行業的各個方面，有電子商務網站利用社交網絡建立用戶相互信賴的社區［5］，解決電子商務中的信任問題；即時通信行業中騰訊公司推出名為 “QQ圈子”的社交為用戶挖掘相互有關系的好友；網絡游戲利用社交網絡提高游戲傳播速度。綜合以上分析可得，各大應用平臺中利用社交網絡用戶間互動最終達到提升用戶體驗的效果。在本文中，將閱讀同一書本的用戶劃分到相同社區中，增強用戶間的交流互動。

2 系統分析與設計

本章先定義一些文中用到的名詞，并給出解釋和舉例說明，然后根據需要完成的功能，設計出系統架構圖。

2.1 名詞定義

知識點：一般是書籍中的關鍵人物、事件或者出現頻率較高的名詞、術語。它可以通過分析詞語出現頻率得到，最終由相關領域的專家確定和劃分，以保證權威性和正確性。例如，在中國四大名著 《紅樓夢》這一電子書籍中，“林黛玉”屬于其中的一個知識點。

相關知識點：與知識點關聯度、上下文相關性較高的知識點。由相關領域的專家對知識點進行分類得到。例如，在 《紅樓夢》中，“賈寶玉”、“賈母”均為 “林黛玉”的相關知識點。

知識點詳細信息：對知識點使用文字、圖片信息加以描述，達到多角度、深刻刻畫知識點的目的。通常由相關領域的專家給出。例如知識點 “林黛玉”的詳細信息為“古典名著 《紅樓夢》中的女主角，金陵十二釵之首，寶玉的姑表妹。聰慧無比，琴棋詩畫樣樣俱佳，尤其詩作更是大觀園群芳之冠。”

語義標注：知識點和知識點詳細信息之間的映射關系。由專家通過語義標注工具生成。本文中使用XML文件作為載體存儲語義標注。

2.2 系統架構

本系統需要完成線上電子書閱讀、知識點快速點答、電子資源與知識點存儲、線下的知識點語義標注、基于用戶閱讀興趣的社區分類、社區內交流服務、用戶地理位置信息采集與呈現。基于以上需求，規劃出系統架構如圖1所示。

圖1 移動閱讀社交系統架構

系統各模塊職責功能如下所述。

終端：為用戶提供最直接的交互服務。與資源服務器交互獲取電子書本資源和知識點詳細信息，呈現電子書本供用戶閱讀，展示電子書本中的知識點，向標注服務器獲取知識點的語義標注，為用戶提供帶地理位置信息的社交服務，向社交網絡服務器傳送社交信息和用戶地理位置信息。

資源服務器：儲存電子書籍資源、知識點、知識點詳細信息等；為終端提供圖書資源、根據終端提供的知識點語義標注返回知識點詳細信息；接收并儲存由標注工具劃分的知識點和知識點詳細信息。

標注服務器：儲存語義標注信息；根據終端提供的知識點返回知識點的語義標注信息。

標注工具：運行于PC端，供專家瀏覽電子書本，將電子書本的知識點標注出來，為知識點生成語義標注和知識點詳細信息。將語義標注上傳到標注服務器，將知識點詳細信息上傳到資源服務器。

社交網絡服務器：接受終端發送的用戶閱讀書本記錄，維護社區列表，將閱讀同一書本的用戶劃分到相同社區中，提供社區中用戶間的交流互動服務。

3 終端軟件使用流程

用戶使用移動終端閱讀流程如圖2所示。首先登陸進入終端軟件界面，選擇自己喜愛的書本進行閱讀，碰到有疑問的知識點可以選擇查詢知識點詳細信息，查閱完詳細信息以后繼續閱讀書本。在閱讀過程中如果希望跟閱讀相同書本其他用戶進行交流或者收到其他用戶發過來的信息，可以選擇進入社區，此時終端軟件跳轉到聊天界面。用戶可以在 “閱讀模式”和 “交流模式”中切換。

圖2 終端軟件使用流程

4 系統開發與實現

本章將從系統的各個模塊著手講述系統開發實現。

4.1 終端開發實現

鑒于Android平臺具有較高的開放性、開發接口豐富、便于開發者發布應用等特點［6，7］，本文基于Android系統開發終端平臺，設備選用Android智能手機和平板電腦。終端程序邏輯上由用戶界面、電子書讀入模塊、翻頁特效模塊、社交交互模塊、HTTP通信模塊。

用戶界面：Android應用程序可以采用模型－視圖－控制（model－view－controller，MVC）模式開發。用戶界面屬于視圖層，其設計由XML文件規范。閱讀模式的主界面中放置了ReaderView控件，該控件繼承自Android開發包基礎類View，用于繪制電子書讀入模塊讀取出來的文字、圖片。社區交流模式的主界面中放置了BaiduMapView和ChatButton。BaiduMapView用于載入地圖作為聊天背景，附近的相同社區用戶均以圓點在地圖上顯示，用戶點擊圓點將彈出聊天對話框。

翻頁特效模塊：用戶體驗直接影響了用戶對軟件的評價，在電子閱讀中引入模擬真實書本翻頁效果能提升用戶體驗。下面結合翻頁特效真實效果圖和簡化模型圖講述此模塊的實現。

翻頁特效如圖3所示，可以將翻頁特效模型簡化為如圖4所示。手指在屏幕上滑動，帶動紙張產生翻頁動作，手指與屏幕的接觸點即為圖4中的點A。 “書本”的右下角，也即屏幕的右下角，為圖4中的點C。連接AC，作線段AC的中垂線，得到線段BD，交AC與點E。于是屏幕被劃分為a、b、c這3個區域，b區為三角形ABD，c區為三角形BCD，a區則為手機屏幕除b區和c區的剩余部分。圖3所示效果由三部分組成：1.a區，仍然顯示當前頁面內容，2.b區，顯示當前頁被折過來后，文字透過紙張顯示出來的內容，3.c區，顯示下一頁的內容。a區通過對當前頁面截圖得到，b區通過對當前頁面右下角截圖并作倒映、旋轉得到，c區通過對下一頁面截圖得到。以上3個區域的繪制可以構造出翻頁特效的簡化模型。將這3個區域相鄰的邊用貝塞爾曲線繪制出來，則可得到如圖3所示比較圓滑、逼真的翻頁效果。

圖3 翻頁特效

電子書讀入模塊：電子書資源的源文件為EPub和txt格式，EPub格式書籍可以攜帶文字和圖片信息。通過Java的字節輸入流InputStream將電子書讀入到內存。需要注意的是，電子書的大小在1M－100M之間，鑒于移動設備內存資源有限，讀入電子書時不能一次將字節輸入流全部讀入。本系統中，每次讀入內存的字節容量為100kb。當用戶瀏覽到上次讀入內存字節的盡頭時，開啟子線程繼續向后讀入100kb內容。

圖4 翻頁特效簡化

社交交互模塊：該模塊負責向社交網絡服務器傳送用戶間社交信息和用戶地理位置信息。與社交網絡服務器的交互采用了可擴展通訊和現場協議 （the extensible messaging and presence protocol，XMPP）［8－10］。該協議定義了3種包，分別是信息 （message）、信息／查詢請求 （Info／Query，IQ）、在線狀態 （presence）。Message包用于搭載用戶間聊天、交流消息，IQ包搭載了用戶地理位置信息、用戶近期閱讀書本，Presence包搭載了用戶在線、離線、閱讀狀態信息。通過這3種消息包可以實現終端與社交網絡服務器間的通信。

HTTP通信模塊：該模塊負責向資源服務器獲取帶語義標注的電子書本、知識點詳細信息查詢，向標注服務器獲取知識點的語義標注信息。用戶在選擇查看知識點詳細信息時，會產生知識點的字符串。利用Android開發包中的HttpClient類將知識點的字符串作為請求關鍵字發送到標注服務器，獲得該知識點的語義標注。再把語義標注用HttpClient類包裝發送到資源服務器，這樣可以獲得知識點的詳細信息。

4.2 社交網絡服務器實現

社交網絡服務器基于Openfire平臺開發。Openfire是遵守XMPP協議實現的開源即時消息傳輸平臺，已經設計好即時消息傳輸框架，要對其進行功能擴展，需要將功能模塊寫成插件并注冊。

本文中，自定義的插件類SocialPlugin實現了Plugin接口，并重寫了接口函數initializePlugin（PluginManager manager，File pluginDirectory）。該函數在 Openfire啟動時被調用，從而完成插件的初始化工作，通常將注冊插件、獲取組件管理器實例等工作放在此函數中。注冊用于截獲消息包的PacketInterceptor接口和實現該接口中截獲消息包的回調函數代碼如下所示：

在回調函數interceptPacket（）中接收到消息后，根據消息類型作出處理。消息包有3種，即上一小節所述的Message包、IQ包、Presence包。3種消息包均寫在XML文件中。截獲到消息包以后分析出消息種類，對裝載聊天信息的Message包提取出接收消息的ID，并進行轉發；對裝載用戶地理位置信息的IQ包提取位置信息，并發送給相同社區中的每一用戶，以表明該用戶的地理位置；對裝載用戶正在閱讀書本信息的IQ包，提取書本名字，將該用戶添加到相應社區中；對Presence包獲取在線狀態信息，并轉發給該用戶所在社區的其他用戶。

社交網絡服務器的數據庫中維護了社區中的用戶列表和用戶所在社區表，每次接受到用戶閱讀書本信息時修改用戶列表和社區表，實現對用戶的分區管理。

4.3 標注服務器實現

標注服務器中存儲了由標注工具上傳的知識點語義標注信息。當用戶發起查詢知識點詳細信息請求時，終端會將知識點字符串用GET方法發送到標注服務器。標注服務器使用名為tagSearch的Servlet來接受用戶的查詢請求，其請求的方式為 http：／／ip：port／tagSearch？key＝tagname。標注服務器接受到請求后，查詢數據庫獲取知識點位置信息，然后返回用XML描述的知識點位置信息，即知識點的語義標注。其中XML節點的主要標簽見表1。

表1 語義標注的XML節點主要標簽表

4.4 資源服務器實現

資源服務器中存儲了帶知識點標注的電子書本和知識點詳細信息，通過HTTP協議與終端通信。在資源服務器中，使用名為tagFind的Servlet來接受終端帶語義標注的訪 問 請 求， 其 請 求 的 方 式 為 http：／／loaction／tagFind？id＝...＆file＝...＆＆start＝...＆end＝...。資源服務器接收到請求后，通過位置信息檢索到知識點詳細信息然后返回給用戶。值得注意的是，開發中客戶端利用HTTP發送字符串所使用的編碼必須與服務器使用的字符編碼保持一致，否則服務器端收到的字符解析出來會是亂碼。

4.5 標注工具實現

標注工具在PC端運行，使用Java語言開發，實現的功能有：電子書本顯示、添加知識點標注對話框、上傳語義標注及知識點詳細信息。電子書本顯示這一功能由Android終端的程序移植過來。添加知識點標注對話框如圖5所示。

圖5 添加知識點標注對話框

對話框中保存專家針對知識點添加的知識點詳細信息和相關知識點，并上傳到資源服務器中。標注工具根據知識點詳細信息保存在資源服務器的書本名字、開始位置、結束位置、相關知識點生成知識點語義標注的XML文件。知識點 “林黛玉”生成的語義標注XML代碼如下所示：

所得到的XML文件即為語義標注，上傳到標注服務器保存。標注工具與資源服務器、標注服務器間的通信均為HTTP協議，通信過程與終端軟件類似，不再贅述。

5 系統實現效果與測試

5.1 系統實現效果

打開終端軟件，選擇閱讀電子書本，點擊以 “賈寶玉”為標注的知識點，終端屏幕呈現如圖6（a）所示賈寶玉索引信息，點擊圖中 “詳細信息”按鈕，終端程序如圖6（b）所示顯示 “賈寶玉”的詳細信息。證明該系統能夠為用戶提供帶語義標注的知識點服務。

圖6 知識點查詢

選擇進入 “交流模式”，終端屏幕跳轉到以地圖為背景的社區中。如圖7（a）所示，同一社區中的其他用戶在地圖中以圓點顯示，在此界面下可以與同一社區中所有用戶聊天。點擊圓點進入圖7（b）的界面中，可與該用戶單獨聊天。證明系統能為用戶提供基于閱讀社區的交流服務。

圖7 社區交流界面

5.2 系統測試

對本系統的測試主要從系統穩定性、知識點點答響應速度兩個方面進行。將終端軟件安裝于不同Android設備上，供20個志愿者使用，每個志愿者每天保證兩個小時以上的閱讀或者交流時間。實驗持續兩個月，客戶端軟件能夠正常實現電子書閱讀、知識點點答、社區交流功能，未出現崩潰、失去響應等異常現象，證明系統具有可靠的穩定性。為測試知識點點答響應速度，在終端程序中加入double型變量clickTime記錄用戶每次點擊查詢知識點的時刻，終端接收到知識點詳細信息并完成對話框彈出的時刻用變量showTime記錄。showTime減去clickTime得到waitTime即為用戶等待時間，將waitTime寫入到test.txt文件中。統計出不同終端設備在WiFi網絡和GPRS網絡下的響應時間見表2。

表2 不同配置終端設備完成知識點點答響應時間

可以看到，所有設備在WiFi網絡下響應時間均在0.1秒左右，在GPRS網絡下響應時間均在1.5秒－2.0秒之間，并且隨著設備配置的提升，響應時間會隨之降低。實驗證明本系統能完成知識點點答和實時交流功能，具有穩定性高、點答響應速度快的特點。

6 結束語

針對傳統閱讀軟件只提供單一閱讀的功能，本文利用知識點標注為用戶答疑，通過將用戶劃分社區提供交流服務以提升閱讀體驗。經測試，本系統以XML文件為載體的語義標注解決了知識點點答功能，通過XMPP協議實現了為用戶提供社區交流服務，并且具有較高的穩定性和較快的響應速度。隨著移動設備的普及，本文設計的移動閱讀社交系統將會有廣闊的應用前景。下一步工作是研究使用壓縮算法減少從服務器端到終端的下行數據，進一步提高通信速度和降低通信費用。

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