基于異構終端的云信息服務平臺設計與實現

宋 剛，甘西軍，杜 雯

（貴州省新技術研究所 貴州 貴陽550001）

基于異構終端的云信息服務平臺設計與實現

宋 剛，甘西軍，杜 雯

（貴州省新技術研究所 貴州 貴陽550001）

針對一種信息服務平臺只能支持一種架構或者一種操作系統的展示終端，而不能同時支持多種架構或多種操作系統的展示終端，導致每個平臺都是信息孤島，無法進行數據共享和大數據統計分析的目的。采用HTML5跨平臺多媒體展示方法，通過設計支持異構終端的云信息服務平臺應用，實現平臺支持多種異構終端統一管理、統一發布、統一數據采集、統一服務，用戶可針對不同的應用場景，靈活選擇不同的展示終端。

異構終端；云服務；插件式設計；HTML5

在信息化時代，傳統的文字閱讀已由紙質逐漸向以手機、平板等可視化屏幕的閱讀方式過渡；傳統的廣告、信息發布渠道，已由電視、廣播逐漸過渡到以IP網絡為載體的信息推送模式。試想一個城市居民，每天可以接收到多少信息推送服務？比如：機場的立體式廣告機、商場的交互式信息服務終端、電梯口（電梯內部）的壁掛式廣告機、以及在自己的手機、平板上閱讀信息等等。

以IP網絡為載體，以可視化、交互式終端為界面的信息化推送方式無疑會繼續深入社會的每個角落。同樣，以大數據為背景，實現數字化信息的跨平臺共享，這也是不可逆轉的技術趨勢！延續上一個例子繼續說明：機場的立體式廣告機，廣告內容來自于某承包商的服務器；商場的交互式信息服務終端，信息內容來自于商場自己的信息發布；電梯的壁掛式廣告機，來自于某知名廣告商的廣告推送；手機、平板上閱讀的信息，由某知名APP提供商所推送。所有這些信息，是由完全不搭邊的信息提供商各自推送，所推送的信息也只能在特定的終端平臺上閱讀、觀看；即使有一天你在這些平臺上看到了相同的信息，也是因為信息在多個平臺上重復推送所達成的。從技術的角度來講，這種由于平臺不同而造成的信息孤島，有悖于大數據的發展趨勢。

文中將介紹一種基于異構終端的云信息服務平臺實現技術。異構終端，是指CPU構架不同、操作系統不同的各種終端設備?；诋悩嫿K端的云信息服務，是指在一個服務器上的一次推送，不同構架多個終端設備的同時接收和播放。一次推送，服務于所有構架的信息終端，這是真正的大數據跨平臺共享。

目前，市場上應用較多的信息服務平臺大多采用C/S或者B/S架構模式。C/S構架模式有效率高、安全性高的特點，但是技術封閉、很難做到平臺間兼容。采用B/S構架的模式則相反，平臺易于搭建、兼容性好，但是安全性低、實時性差。另外，各廠家常常以其封閉技術搭建信息發布系統，這會導致不同品牌間的信息服務平臺不能兼容，而這種不兼容的根本，往往來自于終端平臺技術的局限性。通常一種信息服務平臺只能支持一種架構或者一種操作系統的展示終端，而不能同時支持多種架構或多種操作系統的展示終端。比如，常使用的終端操作系統有：Ubuntu、μClinux[1]、Android、Window 7、Window CE 等操作系統，常使用的終端架構有：嵌入式架構終端、X86架構終端。正是由于網絡構架的不同、技術封閉性、各種播放終端的技術局限性這些原因，用戶很難用這個廠家的信息終端去接入另一個廠家的信息服務平臺。

1 平臺總體設計

基于異構終端的云信息服務平臺主要功能是對異構展示終端進行集中管理（狀態查看、參數配置以及軟件升級等）以及展示內容的更新控制。平臺的信息服務采用B/S架構，終端管理采用C/S構架。服務器端開發工具為JAVA[2]，底層采用MySql數據庫進行支撐，客戶端采用extjs[3]進行開發。服務器運行于Windows Server 2003或者更高版本[4]。展示終端支持嵌入式架構和X86架構兩種不同終端設備。整個平臺主要包含6個主功能模塊：展示終端管理、展示模版管理、媒體文件管理、節目制作管理、節目發布管理以及用戶權限管理。如圖1所示。

圖1 系統基礎架構

管理計算機與云端服務器的交互方式：管理員通過任何可以接入廣域網的計算機，以瀏覽器登錄云端服務器進行平臺的管理。展示終端與云端服務器的交互方式：展示終端與云端服務器保持一個HTTP[5]的長連接，當云端服務器有任何消息需要通知展示終端時（例如展示終端配置參數改變，發布內容改變或者需要顯示即時消息等），均通過這個長連接向展示終端下達指令。展示終端收到消息通知后，再通過訪問云端服務器的指定服務接口（也為HTTP服務），獲得具體的消息內容（如具體的配置參數、發布內容等）并進行相應的動作。終端與服務器之間的即時HTTP通訊，是融入了HTTPS[6]標準的安全B/S構架；兩者之間維持的長連接，是一個標準的C/S構架。

對于異構特性的支持，主要表現在云端服務器能同時對A類和B類兩種不同構架的終端提供信息服務。A類終端的信息播放行為按照自定義的語法實現，而B類終端的信息播放行為則按照HTML5[7]標準語法實現?；贖TML5標準語法的終端可以覆蓋市面上大多數展示終端平臺，包括X86、Android[8]、Linux[9]手持設備等，HTML5是正真的跨平臺交互式信息媒體形式，是我們當前設計的主推模式。A類僅針對某類特定展示終端，但是可以通過插件方式擴展，以在服務器端插入新功能模塊的方式支持更多范圍的特定展示終端。

2 功能模塊設計

2.1 功能模塊邏輯關系

如前所述，基于異構終端的云信息服務平臺包含6個主要的功能模塊，這6個功能模塊的邏輯聯系和先后順序如圖2所示。

圖2 功能模塊邏輯關系與先后順序

首先，為了保證系統的安全和便于進行權限控制，除了“展示終端管理模塊”外，其他幾個功能模塊都需要“用戶權限管理模塊”來參與工作，“用戶權限管理模塊”此時的作用是對其他模塊產生的中間結果進行審核 （只有具有相應權限的用戶才能進行審核），審核通過的中間結果才能供下一級模塊使用。

其次，為了使展示終端能夠播放一個發布包，需要經歷以下幾個步驟：

1）通過“展示模版管理模塊”制作展示模版，這一步完成后將產生一個中間結果，描述播放布局（視頻、圖片、字幕等區域的位置和大小信息），這些信息將被存入數據庫中指定的表中。

2）通過“媒體文件管理模塊”上傳媒體文件至服務器端，對上傳的媒體文件進行CRC校驗，然后將文件保存至存儲系統，并在數據庫中指定的表中記錄文件的相應信息（文件名、大小、存儲的位置、CRC校驗結果等）。

3）在第 1），2）步完成后，就可以通過“節目制作管理模塊”來進行節目的制作了，節目制作完成后將會在數據庫中記錄節目的相關信息，同時還將產生一個中間結果，稱為一個“節目包”或者“發布包”，包含以下內容：一個html文件，該文件描述了各個區域的位置和大小信息，以及各個區域需要展示的媒體文件列表。同時還有控制播放邏輯的javascript腳本；一個media文件夾，里面包含了所需要的媒體文件。

4）“節目發布管理模塊”用于指定展示終端使用第3步生成的“發布包”進行節目的播放。發布生效后，服務器通過長連接通知展示終端從服務器的指定位置下載“發布包”，最后自行進行播放。

在6個功能模塊中，異構終端共享“用戶權限管理”、“媒體文件管理”、“展示終端管理”、和“節目發布管理”4個模塊，異構的區別在于 “展示模版管理”、“節目制作管理”兩個模塊。當前系統設計集成了對A類播放器、B類播放器的模版和節目制作功能，同時提供插件接口，讓其他用戶集成更多特定的模版和節目制作功能的實現，以支持更多的異構展示終端。如圖3所示。

圖3 發布包制作與發布流程

2.2 單個功能模塊的插件式設計

雖然系統的6個主要功能模塊在邏輯上是有邏輯聯系和先后順序的，但是考慮到整個平臺各個功能優先實現的先后順序不同，并且為了合理利用開發團隊資源和加快開發進度。需要有一種“插件式”的方式來實現各個功能模塊，就是可以按照需要的順序實現各個功能模塊，為了解決各個功能模塊間的邏輯聯系和插件式實現的矛盾，這里采用針對某些功能模塊提供額外接口和部分功能延遲實現的方式來解決。具體實現方式如下：

“展示終端管理模塊”和“節目發布管理模塊”是系統運行的必不可少的功能模塊，所以這兩個模塊在最小系統中也是必須實現的。各個功能模塊中可以暫時延遲“用戶權限的功能”，即用戶直接具有審核和發布的權限，待“用戶權限管理模塊”功能實現后再修改各個功能模塊的權限邏輯，這種方式可以將“用戶權限管理模塊”作為一個插件，后期實現。“展示模版管理模塊”、“媒體文件管理模塊”和“節目制作管理模塊”這3個功能模塊，可以通過“插件式”的方式來實現，原因在于這3個模塊都是產生中間結果，這些中間結果最終被“節目發布管理模塊”使用。如圖4所示。

圖4 功能模塊中間結果

2.3 功能模塊實現順序

為了使平臺盡快達到可用狀態，將按照以下順序開發各個功能模塊：展示終端管理模塊→節目發布管理模塊（提供接口A及接口B）→媒體文件管理模塊→展示模版管理模塊→節目制作管理模塊→用戶權限管理模塊。

3 服務器端與展示終端通信

服務器與展示終端的通信協議[10]是平臺中的關鍵技術之一，它決定了平臺控制與信息發布的智能化、高效化、人性化等問題。服務器端為B/S結構的網絡應用程序，它主要由兩部分組成，一個是面向編輯需求的客戶端，為用戶提供播放列表的編輯、組的管理、組私有媒體庫的管理等服務功能；另一個是面向展示終端提供的媒體更新服務。為了擴展服務器和展示終端之間通訊的實時性，在兩者之間的HTTP多個連接中，通過連續的、有一定時間間隔的HTTP數據通訊維持了一個常態的TCP鏈接，以這種方式在兩者之間維持一種擴展的、類似C/S的通訊模型。服務器端可以在局域網內或跨廣域網構建，服務器與展示終端之間通常以一對多的模型構建。如果服務器是在局域網內，而需要使用網關設備向外網提供服務，則必須要在網關設備上設置端口映射。展示終端與服務器之間的連接通常由展示終端發起，所以在子網內的展示終端訪問外網的服務器時，不需要端口映射。

在設計服務器時，首先服務器生成play_list.smil（smil為“同步多媒體集成語言”，是為XML[11]文件針對多媒體播放控制的一個子集）和output_conf.xml文件，同時還需要提供上傳下載服務。簡單來說，有了以上機制，就已經可以通過服務器來驅動展示終端進行工作。當然為了使程序穩定健壯的工作，還必須加入其他輔助機制。如表1所示，服務器與展示終端通訊協議[12]。

表1 服務器與展示終端通訊協議

服務器作為展示終端媒體文件及配置的發布服務器，為多個展示終端提供分組配置管理，提供播放列表、媒體文件以及其它配置文件下載的文件服務器。兩者之間的通訊過程大致如圖5所示。

圖5 通訊過程

1）展示終端與服務器建立常連接：

在展示終端的設置上需要設置相應的服務器的IP地址服務端口號以及該展示終端的分組地址，然后展示終端再啟動后會自動根據該IP地址和端口與服務器建立TCP連接，并通過HTTP協議，訪問服務器建立常連接的入口頁面EntryPage.php[13]，完整的URL如：/EntryPage.php?groupid=分組ID，通過訪問此頁面完成與服務器建立常連接。對服務器而言，可以通過傳遞過來的groupid確定該展示終端屬于哪一個分組，這樣在后面將會將該分組對應的配置信息發送給它。

2）服務器通過常連接發送信息到展示終端，包括一下3個方面：

①發送時間同步信息。如果你需要將展示終端的時間與服務器進行同步的話應該每隔一段時間（如30秒）向展示終端發送一次時間同步的數據，并且時間同步應該在發送所有其它數據之前進行至少一次，保證在展示終端運行時它的時間是正確的。

②發送展示終端的基本配置信息。在展示終端剛與服務器建立常連接時或者更改了配置信息時，將發送該展示終端對應分組的配置信息到展示終端中。

③發送當前分組中正處于更新的Dl_Msg到展示終端。如果當前分組有正處于更新的更新計劃，將在剛建立常連接后，無條件發送一次給展示終端，此后如果有新的更新才會發送新的Dl_Msg給展示終端。

3）展示終端從服務器下載相關的媒體文件或其它的配置文件：

展示終端檢查發送過來的Dl_msgID，如果已經存在此Dl_msgID表示此Dl_Msg已經被處理過了，不需要再處理了。如果沒有處理則從服務器下載Dl_msg指定的dl_list.xml，下載成功后，讀取dl_list.xml中的需要下載的文件列表，然后依次從服務器下載這些指定的文件到展示終端。下載完成后，記錄當前處理的Dl_MsgID，然后重新啟動展示終端。

以上簡單介紹了服務器與展示終端的通訊過程，下面從展示終端通訊流程和服務器端通訊流程兩方面，詳細介紹一下服務器與展示終端的通訊流程。

1）展示終端通訊流程

前面說過，展示終端的所有展示功能都是通過配置文件來實現的。下面我們從展示終端描述通訊流程。為方便起見，我們假設已經有了服務器，存在所有的配置文件，并且提供了文件下載服務。IP為192.168.16.123服務端口為80組ID為1。該組中有一個已經配置好的播放列文件play_list.smil和相應的播放文件 test.avi，輸出配置文件output_conf.xml，同時服務器提供HTTP服務，可以下載所需的文件。

①展示終端連接請求，展示終端上電啟動，并初始化完成后，服務器首先會查找存儲介質目錄下 /sys_conf.xml文件。該文件為展示終端生成，通過解析文件，展示終端會向serv2_ip（即192.168.16.123）端口serv2_port（80）發送連接請求信息，信息定義如下：“GET/%s&Mac=%s&ip=%s HTTP/1.1 Host:%s ”。GET/%s中的%s為serv1_constant_rq的值，這里即entrypage.php?groupid=1；Mac=%s中的%s為展示終端的Mac地址；ip=%s中的%s為展示終端的本機ip；Host:%s中的%s為serv2_ip的值，這里即192.168.16.123。

②展示終端的偵聽，服務器接收到連接請求后，會建立網頁“192.168.16.123/entrypage.php?groupid=1”，該網頁會不斷發送數據，用于保持展示終端與HTTP協議的常鏈接（HTTP協議如一段時間無數據傳輸將會自動斷開），保證服務器端信令與展示終端的通訊。如該組有多個展示終端，它們都會與此網頁連接。作為服務器端，客戶指令都將經過處理發布到該網頁，展示終端通過偵聽該網頁來獲取更新。當展示終端完成與服務器的鏈接后，將進入偵聽階段，展示終端始終偵聽服務器的指定分組的更新信令。EntryPage.php代碼中可以發布3組信息 OConfObj、syscfgObj、dlMsg。

OConfObj輸出配置更新信令，當用戶更改輸出配置文件后，服務器生成output_conf.xml，讀取該文件以字符串形式發布到該網頁，展示終端獲取后更改其輸出配置。

syscfgObj為時間同步信令，它會以服務器的系統時間用來生成一個xml語言的字符串，該字符串會被展示終端的時間同步線程偵聽到，進而同步展示終端的系統時間。

dlMsg為更新信令，服務器生成play_list.smil之后，會根據播放列表把所有需要的文件生成dl_list.xml，再由dl_list.xml生成dl_msg.xml文件。服務器通過字符串方式將dl_msg.xml的內容發布到該網頁，展示終端偵聽到該字符串，解析后得到dl_list.xml路徑信息。而后啟動文件下載程序，下載dl_list.xml，再由其得到文件更新列表，最后按更新列表繼續下載需要的文件。

③展示終端的狀態反饋信息，以2秒一次的頻率向服務器反饋播放狀態，也就是所說的“心跳”功能，發送字符串如下：“GET/status.php?groupid=%d&Mac =% s&playstatus =% d&playfile =%s&syncstatus=%d&syncfile=%s HTTP/1.1 Host:%s ”。groupid=%d中%d的值為展示終端的分組ID序號；Mac=%s中的%s為展示終端的Mac地址用于服務器區分不同的展示終端；playstatus=%d中%d有3 個取值：“0”播放停止，“1”正在播放媒體文件，“2”媒體文件被暫停；playfile=%s中%s為展示終端正在播放的文件名，如展示終端處于停止播放狀態則為空；syncstatus=%d中%d有2個取值：“0”展示終端未進行更新動作，“1”展示終端正在更新節目列表；Syncfile=%s中%s為展示終端更新文件時正在更新的文件名，如未更新，該項為空；Host:%s中%s為sys_conf.xml中定義的serv2_ip的值。

2）服務器端流程

對于服務器流程設計需要考慮的有以下幾個方面：用戶交互界面，包括用戶上傳文件，設置輸出參數生成output_conf.xml，編輯播放列表生成play_list.smil等；設置下載服務器，提供可下載的文件用于展示終端下載；底層通訊協議的握手、同步、數據發送等。

①用戶交互界面，用于人機交互，是用戶直接可以看到的部分，主要考慮操作的便捷性、直觀性。從與展示終端的通訊角度來說，交互界面至少應實現以下功能：用戶上傳文件的管理。出于下載安全，校驗等方面的考慮，用戶上傳的媒體文件，我們會在其文件名后加上該文件的CRC值。如經計算test.avi的CRC值為0123456789，那么文件在服務器中存放的名稱應該為test_0123456789.avi。生成播放列表文件，輸出參數配置文件。用戶界面需要為用戶提供一個直觀的操作平臺，使用戶能夠方便的表達對展示終端的操作意圖，而其最終目的是生成展示終端所能解析的xml語言文件為底層通訊協議提供支持。文件play_list.smil和output_conf.xml是根據用戶操作得來。

②通訊協議的握手，展示終端連接到網頁后，會一直偵聽指定端口的指定分組，只要獲取到新信令，展示終端將主動解析信令進行指定動作。另一方面，收到任何一臺展示終端的連接請求后，服務器生成常鏈接網頁entrypage.php，來保持與展示終端的連接。

服務器通過用戶交互界面產生控制播放的若干文件，等待展示終端的連接。展示終端與服務器端成功連接后，不斷偵聽網絡信令，如發現服務器有新的信令就執行信令指定動作，與服務器端進行同步完成后，展示終端會自行執行新的動作。

4 平臺實現

基于異構終端的云信息服務平臺客戶管理界面，其中包含6個主功能模塊：展示終端管理、展示模版管理、媒體文件管理、節目制作管理、節目發布管理以及用戶權限管理。平臺經過黑盒測試[14]、壓力測試和試運行，其中共設計了11個測試用例，執行用例11個，未執行用例0個，通過測試用例11個，未通過測試用例0個。并且平臺可根據網絡帶寬情況，實時調整信息內容發布策略，管理1000臺以上異構終端設備。平臺的實現，大大提高了信息服務平臺的工作效率和工作質量，解決了信息孤島問題，使不同展示終端的數據得到了共享，為以后的大數據統計和分析做好了準備。

5 結束語

基于異構終端的云信息服務平臺設計與實現，從平臺總體設計、功能模塊設計、服務器端與展示終端通信、平臺實現四個方面對平臺進行了介紹。該平臺的設計解決了多種異構終端不能由一個平臺管理的缺點，解決了信息的跨平臺重復發布的缺點，提高了工作效率，節省了運營成本，并真正實現了信息的跨平臺共享。目前該平臺已開發完成，并投入商業運行。未來，我們將對平臺的加密技術[15]進行深入研究，加入數字水印技術、3DES加密，使平臺安全性更高、應用場景更多。

[1]W.Richard Stevens.Unix環境高級編程[M].張亞英，戚正偉，譯.北京:人民郵電出版社，2014.

[2]Elliotte Rusty Harold.Java網絡編程[M].李帥，荊濤，譯.北京:中國電力出版社，2014.

[3]鐘協良.Ext JS開發實戰[M].北京:清華大學出版社，2012.

[4]楊秋黎.Windows網絡編程[M].北京:人民郵電出版社，2015.

[5] 上野宣.圖解HTTP[M].于均良，譯.北京:人民郵電出版社，2014.

[6]David Gourley.HTTP權威指南[M].陳涓，趙振平，譯.北京:人民郵電出版社，2012.

[7]Adam Freeman.HTML5權威指南[M].謝廷晟,?；桑瑒⒚烙?，譯.北京:人民郵電出版社，2014.

[8]朱桂英.android網絡開發技術實戰詳解[M].北京:電子工業出版社，2012.

[9]宋敬彬.Linux網絡編程[M].北京:清華大學出版社，2014:181-232.

[10]Andrew S.Tanenbaum,Davi J.Wetherall.計算機網絡[M].嚴偉，潘愛民，譯.北京:清華大學出版社，2012.

[11]Joe Fawcett,Liam R.E.Quin,Danny Ayers.XML入門經典[M].劉云鵬，王超，譯.北京:清華大學出版社，2013.

[12]馬宏斌.數據通信與網絡協議[M].北京:清華大學出版社，2015.

[13]明日科技.PHP從入門到精通[M].北京:清華大學出版社，2013.

[14]朱少民.全程軟件測試[M].北京:電子工業出版社，2014.

[15]Bruce Schneier.應用密碼學[M].吳世忠，祝世雄，張文政，譯.北京:機械工業出版社，2014.

Design and implementation of cloud information service platform based on heterogeneous terminal

SONG Gang ，GAN Xi-jun ，DU Wen
（Guizhou Institute for New Technology，Guiyang 550001，China）

Aimed at an information service platform can only support a structure or an operating system of the terminal display while not simultaneously support multiple architecture or multiple operating systems display terminal， result in each platform is the information isolated island，it can not data sharing and big data statistical analysis.Using HTML5 cross platform multimedia display method，through the design of the support cloud information service platform and application of heterogeneous terminals，realize the platform to support heterogeneous terminal unified management， unified release， unified data acquisition and service，the users can flexibility to choose different display terminal according to different application scenarios.

heterogeneous terminal； cloud services； plug-in design； HTML5

TN915.03

A

1674－6236（2017）12-0128-06

2016-04-20稿件編號：201604200

宋 剛（1984—），男，貴州貴陽人，碩士。研究方向：物聯網技術、嵌入式系統。