面向移動互聯網的農村開放教育云平臺研究

王永建 中國通信建設集團設計院有限公司高級工程師

張富根 中國通信建設集團設計院有限公司高級工程師

邢松峰 中國通信建設集團設計院有限公司高級工程師

面向移動互聯網的農村開放教育云平臺研究

王永建 中國通信建設集團設計院有限公司高級工程師

張富根 中國通信建設集團設計院有限公司高級工程師

邢松峰 中國通信建設集團設計院有限公司高級工程師

開放教育平臺在農村推廣意義重大，隨著移動互聯網的發展和智能終端的普及，傳統的開放教育平臺已不適應新的需求。分析了移動互聯網和云計算的特點之后，首先設計了系統總體框架，定義了各層功能；然后設計了系統功能框架，闡述了各子系統的功能。針對傳統Java的I/O不適合大量數據連接的局限性，引入了JavaNI/O技術，明顯地提高了系統的效率。采用了最新一代移動中間件--iMAG技術，克服了傳統移動中間件的不足，進一步優化系統性能。

移動互聯網；云計算；智能終端；JavaNI/O；iMAG

1 引言

在當今信息大爆炸時代，信息傳播的方式五花八門，信息更新日新月異。傳統的校園教育方式已不能滿足社會發展需要，網絡學習和終身教育將是未來趨勢。

農村位置偏遠、人員分散、教育資源稀缺，網絡教育很適合在農村大力推廣，對促進三農建設具有重要意義。國家對農村網絡教育也高度重視，早些年大力推廣“閉路電視+機頂盒+電視”模式的網絡教育，實現各類視頻、文字、圖片信息的點播功能，但是該系統學習和訪問方式單一、互動性差、系統可擴展性不強。

尤其是近幾年移動互聯網技術的興起和智能手機的迅速普及，一場新的學習模式的變革正在興起，傳統的“閉路電視+機頂盒+電視”模式無法適應移動互聯網應用場景下智能手機端的遠程教育需求。

2012年11 月，誕生了互聯網發展的新理念——互聯網+。互聯網+是基于信息傳播的傳統互聯網發展的新業態，催生了大量新的產業經濟形態與商業服務模式。

云計算作為互聯網+的關鍵技術，提供了新的交付模式和服務模式，如快速便捷的交付模式，動態高效的資源配置，強大可擴展的處理能力，靈活方便的訂購服務而發展迅速。

因此，建設面向移動互聯網，基于云計算的農村開放教育平臺十分必要，本文對此作了設計與研究。

2 相關技術分析

2.1 移動互聯網簡析

移動互聯網（MobileInternet）由互聯網、無線網絡、智能終端3部分構成。WWRF（WirelessWorldReserch Forum）定義的參考模型如圖1所示。

圖1 移動互聯網參考模型

APP為用戶提供交互界面和多種服務。

開放的API包含多種應用接口，典型代表如.dll和. JavaPackage，接口程序將具體應用進行封裝，若涉及到與其它系統對接，只需要其它應用系統對程序進行相應調整即可。

移動中間件處于手機操作系統與業務系統之間，實現不同應用的連接、交互、支撐和服務，典型代表如iMAG、AppMobi、AppCan、PhoneGap等。移動中間件能促使開源ESB和BAM平臺發揮更高效的作用。

互聯網協議簇包括IP、TCP、IGMP、ICMP、HTTP、SMTP、POP等協議，實現系統之間通信服務與資源共享。

操作系統指智能終端操作系統，主要有蘋果的iOS、Google的Android、微軟的WindowsPhone、RIM的BlackBerryOS、阿里云YunOS等。

智能終端與通信硬件/固件，指處理器、內存、緩存、射頻模塊，以及藍牙、紅外、GPS、NFC、攝像機、振動馬達等。

2.2 云計算簡析

云計算是一種服務，也是一種技術,或者商業模式。按照服務模式，本文將云計算系統由低層到高層分為4層（見圖2）。

圖2 云計算分層框架

（1）基礎設施即服務（IaaS，Infrastructure as a Service），將服務器、存儲、網絡、安全設施等構建成云資源，將虛擬機、內存、I/O、存儲、IP地址、網絡等組成虛擬化資源池，為用戶提供定制化服務。

（2）平臺即服務（PaaS，PlatformasaService），將開發環境/平臺和基礎能力（如數據分析處理、身份認證、中間件、數據庫等）作為服務，這是一種分布式服務，客戶在平臺上開發定制化應用。

（3）軟件即服務（SaaS，SoftwareasaService），將應用軟件或者應用程序部署在PaaS上作為服務，根據客戶訂購的功能、數量、時間、性能要求等提供相應服務。

（4）呈現即服務（DaaS，Display as a Service），將Web、短彩信、APP、PC桌面、顯示大屏等作為服務。

3 總體設計

3.1 系統總體框架

借鑒云計算分層框架，本文將開放教育平臺由下自上分為4個層次，即資源與數據層、基礎平臺層、服務層、界面呈現層（見圖3）。

資源與數據層負責平臺所需的基礎物理資源，數據獲取和管理；基礎平臺層提供服務層運行所需環境或者支撐平臺；服務層實現業務邏輯和相應的業務應用服務；界面呈現層負責最終的各種界面定制和頁面呈現。

3.1.1 資源與數據層

本層的主要職責和功能是通過適配器從第三方系統或本地數據庫的數據獲取、采集，實現數據調用和數據操作服務；分配、調度虛擬層資源。

數據操作服務包含的主要模塊為：

（1）數據采集服務

主要從第三方系統提供的數據適配服務進行接口的銜接和數據的獲取。并進行數據的轉換和適配，進而存儲到本地數據庫中。

（2）數據緩存服務

針對平臺的業務需求，對一些業務呈現數據進行計算并緩存，通過分布式緩存等機制確保應用在訪問數據時有更好的性能。

（3）數據操作服務

實現對本地數據或第三方系統接口操作服務（增、刪、改、查等）操作。

（4）文件調用服務

實現對課件、視頻資源、文檔等文件的調用。

圖3 開放教育平臺總體框架

（5）流媒體轉換服務實現對流媒體文件的解碼和切片等操作。（6）任務批處理

跨平臺信息交互、與第三方系統數據采集均通過任務批處理框架保證數據的完整性；確保上下級之間信息的共享同步。

（7）虛擬資源

利用虛擬化技術將服務器、存儲、網絡、安全設施等構建成虛擬化的資源。

3.1.2 基礎平臺層

本層提供服務層所需的中間件、數據庫、編譯平臺、數據分析處理平臺等。

3.1.3 服務層

（1）公共服務

公共服務包含了平臺所必須的基本服務。

通信服務

為平臺提供各類通信服務。

資源管理

實現對平臺資源的管理，包括資源目錄的組織、資源的上傳下載、版本管理等，實現資源的物理存儲和邏輯位置的映射。

用戶管理和權限管理

實現對平臺的用戶和角色管理，管理用戶檔案、用戶組、角色；對平臺各個資源點進行權限控制，通過角色和操作點對各種平臺資源（頁面、視圖、頁面部件、內容、課件等）進行鑒權和授權的管理。

報表服務

提供平臺統計分析的數據圖型和表格呈現、導出。

信息交流

提供博客和論壇等方式的交流平臺。

（2）應用服務

應用服務主要包含以下3部分：

遠教服務

提供遠程教育相關內容（圖書、課件、新聞資訊等），學習考核方法等。

涉農服務

提供農村電商、涉農培訓、涉農新聞資訊、涉農金融、農村便民服務等內容。

公共應用服務

實現各種視圖所必須的業務應用服務。包括平臺管理服務、資源內容管理服務、各類應用管理服務等。這些服務通過對數據服務層獲取的業務數據進行處理，并為平臺各功能模塊提供邏輯服務，實現業務的封裝和定制。

3.1.4 界面呈現層

本層包含2個子層次：（1）界面個性化管理服務

面向各級用戶等進行個性化定制，設定自定義可選的頻道、專題、子視圖。并且結合權限和規則配置，確保內容呈現的安全性。

（2）界面呈現

針對桌面用戶和移動終端用戶，渲染輸出不同的界面呈現。

3.2 開發技術

3.2.1基于Java的NI/O

采用基于Java平臺的J2EE技術，系統采用SSH三層開源框架，構建于B/S三層應用體系結構之上。利用XML作為系統接口的數據交換標準進行信息資源整合；在應用支撐平臺上采用WebServices基于XML的標準化接口定義。

傳統Java的I/O是基于流的方式，因此I/O被認為是單個字節移動，采用被稱為Stream的對象每次移動一個字節。利用傳統Java的I/O建立的SOCKET服務器接收客戶端連接，適用于為每一個連接建立一個線程，但是如果連接數據量巨大時，服務器的開銷非常巨大。

為解決這個技術難點，本文采用JavaNI/O技術，這時I/O采用面向塊的思想，以塊的方式處理I/O數據，每一個操作在一步中生產或者消耗一個數據塊，NI/O將最耗時的I/O操作（填充和提取緩沖區）轉移回操作系統實現，因而極大地提高了效率。

3.2.2 基于iMAG

移動中間件發展至今已有3代，iMAG是典型代表，本文選用iMAG，具有AppMobi、AppCan、PhoneGap等基于HTML5的第二代移動中間件無法比擬的優勢。例如，具有原生的客戶體驗，強大的手機本地調用能力，同時支持在線和離線兩種應用模式，iMAGManager可作為組織機構移動應用的管理和運營的支撐系統。

4 系統功能設計

4.1 系統功能框架

按照功能模塊，本文將系統分為6個子系統，分別為系統管理子系統、數據存儲與資源子系統、數據采集與交換子系統、數據共享發布子系統、前端展示子系統、業務功能子系統，具體參見圖4。

在平臺統一管理框架機制下，6個子系統相互獨立實現相關功能，通過統一的內部信息共享和交換機制實現整體功能的實現。可根據業務需求進行快速開發上線，可實現各業務模塊功能的靈活組裝形成新的業務版本。

4.2 系統管理子系統

系統管理子系統主要包括人員組織管理、權限管理、模塊管理、接口管理、資源管理、性能管理、統計報表等內容，具體參見表1。

4.3 數據共享發布子系統

圖4 系統功能框架

表1 系統管理子系統功能

數據共享發布子系統由可視化設計工具、支撐引擎、資源管理系統和接口服務等組件構成，由前端展示子系統對外發布信息，具體參見圖5。

基于信息資源管理的信息資源應用模式，它類似于一個資源工廠，通過對各種資源的加工、處理，提供各種標準數據接口，滿足不同終端的需求。

（1）資源整合

面對多數量、多類型的政府信息資源，平臺提供手動錄入、批量導入、信息交換、信息抓取等采集手段。

（2）創建資源管理平臺

以元數據為核心，以多分類體系、多主題詞表和版本控制為主要方式，對信息資源進行有序的整合，創建政務信息資源管理體系。

（3）資源遷移

標準數據交換接口，實現了與其他應用系統的信息交換、信息遷移等功能，可以更方便地對信息進行管理。通過用戶管理、權限控制、操作審計、分析與統計等功能，有效地保證了信息資源遷移的安全。

圖5 數據共享發布子系統框架

4.4 業務功能子系統

業務功能子系統業務功能模塊分為兩種類型：

（1）統一建設業務模塊，是公用功能模塊，主要包括“新聞公告”“活動專題”、“黨員遠教”、“在線課堂”、“涉農服務”、“社保民生”、“農村商務”、“閱讀”、“便民服務”等功能體組成。

（2）特色模塊，是根據當地需求、第三方資源引入聚合等情況建設的針對特定區域、特定人群的業務模塊。

4.5 前端展示子系統

前端展示子系統是主要用戶使用界面，它是由一組不同類型的技術實現方式組成，具體包括網站、移動客戶端、微信、短彩信4種展現方式，具體參見表2。

5 結束語

本文面向移動互聯網，引入了云計算，用戶利用智能終端通過Web或者APP都能訪問平臺，方便快捷。農村開放教育平臺要想更好的服務三農，應進一步突破局限于教育的思維模式，要結合農村的特點和需求，提供更多的契合當地迫切需求的服務。例如，嘗試為農村留守兒童和空巢老人提供幼教服務、生活服務。開放教育平臺下一步的研究將側重與其它信息化系統的對接，提供更大范圍的信息共享和服務；利用新技術、新理念對系統進行不斷的優化與改進。

表2 前端展示子系統功能

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Study and design of security supervision platform for card system in smartcampus

WANGYongjian,ZHANGFugen,XINGSongfeng

It has great significance for the promotion of open education platform in countryside. With the development ofmobile Internet and the popularity of intelligent terminals, the traditional open education platform doesn't adapt to the newrequirements.After analyzing the characteristics of mobile Internet and cloud computing, the overall framework of the systemis designed, and the function of each layer is defined. Then the framework of system function is designed, and the function ofeach subsystem is described. In view of the limitation of traditional Java's I/O, which is not suitable for a large number of dataconnection, the technology of Java NI/O is introduced, which is able to improve the efficiency of the system significantly. Thelatest generation of mobile middleware - iMAG is used, which can overcome the shortcomings of the traditional mobilemiddleware and furtherly optimize the performance of system.

mobile Internet；cloud computing；intelligent terminal；JavaNI/O；iMAG（

2016-11-01）