基于深度定制的Android学生智能手机设计开发

高光良，王子格，姚琦海，郭阳明

（1.西北工业大学 学校办公室，陕西 西安 710072；2.西北工业大学 附中，陕西 西安 710072；3.西北工业大学 计算机学院，陕西 西安710072）

基于深度定制的Android学生智能手机设计开发

高光良1，王子格2，姚琦海2，郭阳明3

（1.西北工业大学 学校办公室，陕西 西安 710072；2.西北工业大学 附中，陕西 西安 710072；3.西北工业大学 计算机学院，陕西 西安710072）

学生智能手机的普及趋势无法阻挡，已成为学生的生活必需品之一。结合中小学生对智能手机的需求，充分考虑家长和学生的各种因素，基于ROM深度定制，提出了一套技术创新的中小学生Android智能手机的设计方案。该智能手机以智能手机为载体，在保留原有的通讯功能之外，整合互联网上的教育资源，采用云存储技术和云服务网络，为家长、学校、学生达成共同的教育目标，提供了一个整合的、通用的、高效的新型网络教育资源的基础平台。该智能手机也将成为一款真正适合学生、适合家长，适应信息时代新型教育体系的产品。

深度定制；Android；SOA；中小学生

随着通讯网络和互联网的发展，学生智能手机的普及趋势无法阻挡，成为学生的生活必需品之一[1-3]。然而，大部分中小学生使用智能手机除了与父母、同学、朋友方便联系外，主要是用于玩耍，占用上课时间、自习时间、晚上休息时间，严重影响学习和休息。此外，正值成长发育的中小学生，自制能力差，易受到外界不良的诱惑。因此，对学生智能手机的管控一直困扰着学校、家长和学生自己。为此，设计并开发一套适合中小学生的智能手机，是一项极有意义的工作。

针对于此，文中结合中小学生对智能手机的需求，充分考虑家长和学生的各种因素，例如家长对学生手机的控制，以及学生自己的隐私的保留等，基于ROM深度定制，提出了一套技术创新的学生智能手机的设计方案。该智能手机以智能手机为载体，在保留原有的通讯功能之外，整合互联网上的教育资源，采用云存储技术打造完整的学生通信交流平台和远程教育服务平台。

1 设计目标

智能手机技术的未来技术发展趋势有两个方向，一是不断提升的处理能力、处理速度和硬件配置，从手机向多用途的个人移动信息处理平台发展。[3-5]另一方向是与互联网的结合，通过网络服务器的支持，实现智能手机与网络云端的无缝链接，将复杂运算和大型应用转移到网络服务器，以及将互联网的特色应用和功能移植到智能手机端。

针对学校教育、家庭教育和学生自我学习的需求，结合通讯终端及互联网的应用拓展，学生智能手机的设计一方面要凭借智能手机操作系统不断更新升级的多媒体和网络应用处理能力，开发和拓展集教学辅助，学生自学，学校管理，家长呵护，安全管控等功能于一体的新一代学生手机终端；另一方面则要通过智能手机与网络云服务器的互动联接，实现网络教育服务平台的搭建。

因此，借助Android智能操作系统和多媒体化的智能手机产品的强大信息处理能力，将智能手机打造为辅助学生学习和获取丰富课堂/课外知识的优秀工具，同时又能通过特色的家长呵护，避免学生沉迷网络与游戏，屏蔽网络不良信息[6-7]，将是中小学生智能手机设计的目标。

2 技术方案设计与分析

2.1 智能手机的架构设计

根据系统要求和设计目标，运用云计算及云存储技术，将智能手机平台分为4个子系统，即：

1）远程教育服务子系统 （iCloud）：利用云存储技术和SOA技术[6]，对中学生提供爱呵护、爱学习、爱阅读、爱校园等服务，提供第三方资源库的对接、第三方开发者的接入服务，以及为其他系统提供接入服务。

2）校园网站子系统（iSchool）：提供校园信息发布的平台，便于学生更直接和快捷地知悉校园的最新情况；提供三方社交平台，让三方在一个平台上进行充分的交流沟通；提供个人网盘，进行资料上传、下载、分发、共享，以及知识问答平台。

3）家长控制端子系统（iControl）：对学生手机进行一对一或者一对多的关爱设置和服务，在手机丢失或者学生遇到危险等情况时，可以实时监控智能手机的位置和轨迹。

4）智能手机子系统（iMobile）：在教育平台的支持下，为学生提供爱呵护、爱学习、爱阅读、爱互动、爱安全、爱校园等应用功能模块，为学生的学习、生活提供全方位的服务。

以上4个子系统中，iCloud为系统的核心和服务提供方，在内容提供商和服务提供商提供的资源和内容服务基础上，为iMobel、iControl、iSchool提供服务，学生和家长为系统的主要使用者，老师主要使用iSchool校园子系统，和家长、学生进行互动，了解学生并对学生提供帮助。

通过对学生手机的深度定制，则可以实现对安装的软件，学生的电话、短信、上网、娱乐等进行全方位的管理。智能手机的架构设计如图1所示。

图1 中小学生智能手机的架构设计

2.2 智能手机的功能层次划分

从手机端来说，进行中小学生智能手机ROM定制，定制适合学生使用习惯的UI和符合学生欣赏的主题，从基础层面将手机区别于市场其他手机。从平台端来讲，中小学生智能手机要利用云存储技术，对数据库和文件进行管理，对满足中学生需要的学习资源进行分类，入库管理，提供个人网盘服务，提供视频、图片、音乐等应用的大数据存放和实时存取和查找。因此，可以将学生智能手机系统划分为数据层、服务层、应用层等三个层次，其层次和功能如图2所示。

图2 学生智能手机的功能层次框图

数据层是系统的数据中心，采用基于xml的消息体，用于为学生远程教育服务平台提供基础存储服务和数据管理服务。因为有亲情定位方面的服务，将建立oracle空间数据库。同时，在数据层的建设中，考虑缓存机制，并对各类敏感数据进行加密处理。

服务层是系统核心组成部分，负责与外部资源、外部系统通讯，向各种移动终端和PC端提供服务。因此，其主要功能是响应来自应用层的请求，给应用层返回所请求的数据；与数据层进行交互，完成数据的获取、修改和增加；进行鉴权、计费、隐私策略等处理。

应用层是学生使用手机的认知入口，是专门为学生打造的功能服务，主要包括爱呵护、爱学习、爱阅读、爱校园、爱互动、爱安全等服务，通过应用和网站的方式提供给用户。爱呵护包含时间控制、健康上网、应用控制、信息查询、亲情定位等；爱学习包含学习助手、课程同步、英语学习、词典工具、名师视频、试题题库、个人网盘；爱阅读主要提供第二课堂的内容，包括文学名著，历史文明、名人传记，情商培养等电子书籍，是学生学习的延伸；爱校园包含校园生活、知识问答平台、三方社交论坛；爱安全包括紧急呼叫、位置信息分享等功能。

2.3 技术可行性分析

文中设计的中小学生智能手机分别从Android智能手机产品和统一教育网络平台两方面进行了技术方案规划。

对于 Android智能手机产品，在 Android操作系统的framework层中扩展一个独立的呵护管理模块，实现对系统功能使用，应用程序开启，以及上网浏览等功能的控制和管理，如图3所示。该模块是独立模块，对APP层开放扩展的独立API，供APP层的爱呵护等特色功能使用。该模块对Android原生系统接口与模块不做修改，因此具有较好的系统兼容性与稳定性[8-12]。

图3 Android操作系统的定制

经过系统拓扑和数据交互流程的论证，对于网络服务器和统一教育网络平台，采用IBM的SOA成熟架构搭建切实可行。SOA将每一个应用程序或者资源视为实现了特定的、可标识的一组（业务）功能的服务[13]。服务通过交换结构化信息——消息或者文档（有时称为业务对象）彼此通讯。服务的能力是由声明它们可以生产或者消费的消息的接口、声明所要求或者提供的服务质量的策略批注以及声明在服务交互中必须遵守的行为约束的编排（choreography）批注所定义的。服务的具体实现对于服务请求者来说是隐藏的，因此SOA是通过允许新的和现有的应用程序迅速地结合为一个新上下文而实现应用程序集成的方便方式。

在SOA体系架构下，服务注册于企业服务总线（Enterprise Service Bus，ESB），服务之间的所有交互都借助ESB完成，ESB对服务端点之间的交互起中介作用，ESB支持基于事件的交互和消息交换以处理服务请求。这样，实现每一个具体服务所具体依赖的开发语言、操作系统平台、协议形式等差异都被ESB屏蔽了，因此每一个服务都是相同的和平等的。

3 中小学生智能手机的开发实现

经原型法在工程样机开发测试，设计开发了中小学生智能手机，主推的爱呵护、爱学习等4大功能充分考虑了学生使用手机和家长对学生使用手机的担忧，提供了区别以往教育终端，例如学习机、快译通、游戏机等终端设备，采用家长合理控制学生使用手机通讯功能的时间，保留学生学习的时间，同时有提供学生上网、娱乐的时间，最大程度的满足家长和学生对手机的需求，并让学生在健康、合理的环境下使用手机。产品通过了完整详细的功能测试，系统兼容性测试，Monkey自动化测试与Google CTS测试认证，达到产品化要求。

爱呵护是学生手机的重要服务之一，如图4所示。它可以对手机的使用时间，健康上网，应用管理等进行必要合理的设定。呵护帮助学生子女养成使用手机的良好习惯，避免滥用手机对学业和人生造成负面影响。

图4 爱呵护功能界面

爱学习也是学生手机的重要服务之一，如图5所示。它内置了从小学一年级到高中三年级的全程课程同步及考试教辅等多媒体影音内容；提供了大量的中考及高考的真题模拟，名师指点，知识点强化等。针对小学、初中及高中学习中所遇到的难点，重点给予着重强化。除此之外还提供了大量的课外阅读，文学宝库等来丰富学生的业余生活。

图5 爱学习功能界面

文中基于深度ROM定制设计实现的学生智能手机，将云存储与应用软件相结合，开发构建数据层、服务层和应用层，实现存储设备向存储服务的转变，使学生手机具有创新性，其主要特点如下：

1）功能服务定位：将学生手机打造成适合学生使用的远程教育服务平台，充分整合目前教育市场中的教育资源，打造出爱呵护，爱学习，爱阅读，爱校园，爱交流等为学生定制的功能服务。该功能服务是目前市场上的空白。

2）手机ROM定制：包括手机UI和手机主题的定制功能，将手机打造成适合学生体验的平台。

3）大吞吐量的数据存储系统：为学生用户提供各种方式的个性数据的存储、共享、分发的解决方案；利用数据存储系统，整合教育行业名师的视频、课件、电子书，为学生提供更加丰富高质的教学资源。

4）适应长期变化的业务：在系统架构方面，根据平台的要求，采用SOA架构，使用IBM的WebSphereEnterpriseService Bus和消息队列Websphere Message Queue，提供满足学生群体在家长呵护、学习阅读、校园生活、沟通交流等方面的需求。

5）修改系统各服务功能的架构，添加控制层，能够管理Android中的所有应用程序的使用权限，能够实现对系统各应用功能，如通话、短信、上网等完善的时间控制，并将时间控制的控制权交给家长，在不影响正常使用的前提下，能够根据学生的学习时间和课程安排自由设定各功能的开启/关闭时段。

6）修改系统网络路由规则，通过上网关键词过滤，屏蔽恶意、暴力、色情等网络信息，保证学生上网的安全性。关键词通过关键词列表维护，有出厂预设关键词，也支持家长编辑添加。

7）增加与网络云服务器的连接控制，能够实现诸如学习类应用程序实时更新，家长远程控制，学生定位信息查询以及其他通过网络实现的云服务内容。

8）在网络云服务器架设基础上，通过短信、IP访问等方式，开发和增强学生手机的互相沟通能力，如学生与老师、老师与家长、家长与学生之间的信息发送与查询。

4结 论

中小学生智能手机是智能手机终端与云技术的网络服务相结合的产品形态，既是符合学生、家长需求的学生手机，也是以终端为基础节点的云服务网络。

通过对手机软件的深度定制，避免学生和家长存在不必要的冲突，在满足家长对学生手机监控的同时保留学生自己的隐私。同时，通过云服务网络，在实现学生手机预定价值的同时，能够连接现有的网络教育资源，为孩子的教育提供了一个整合的、通用的、高效的新型网络教育资源的基础平台。

该智能手机可以帮助家长、学校、学生共同达成教育的目标，也将成为一款真正适合学生、适合家长，适应信息时代新型教育体系的产品。

[1]万绚，卢优莎，黄丹.3G产品营销策略分析[J].中国传媒科技，2007（1）：49-51.

[2]李晓英，华成.我国电信运营商3G业务发展策略研究[J].管理现代化，2007（3）：25-27.

[3]戴国良.3G手机市场浅析[J].经营管理者，2010（2）：244.

[4]韩轶强.国内手机营销渠道演变探析[J].江苏经贸职业技术学院学报，2008（1）：1-18，42.

[5]戴国良.华为3G手机在深圳市的营销策略研究[D].南宁：广西大学，2008.

[6]GB/T 1.3.标准化工作导则 第1单元：标准的起草与表述规则第3部分：产品标准编写规定[S].

[7]GB 5296.1-1997.消费品使用说明[S].

[8]GB 2421-89.电工电子产品基本环境试验规程[S].

[9]GB 15842-1995.移动通信设备安全要求与试验方法[S].

[10]GB/T 15844.2-1995.移动通信调频无线电话机环境要求和试验方法[S].

[11]GB/T 15844.3-1995.移动通信调频无线电话机可靠性要求及试验方法[S].

[12]GB/T 15844.4-1995.移动通信调频无线电话机质量评定规则[S].

Depth-customization based Android smartphone design and development for students

GAO Guang-liang1，WANG Zi-ge2，YAO Qi-hai2，GUO Yang-ming3
（1.School Office of Northwest Polytechnical University，Xi’an 710072，China；2.Affiliated High School of Northwest Polytechnical University，Xi’an 710072，China；3.Computer College of Northwest Polytechnical University，Xi’an 710072，China）

The smart-phone for students become more popular，and they has become one of the necessities of their life.Fully considering the demands of student and parents for smart phones，a design of Android smart-phone for students is proposed based on the depth-customization with ROM.This smart-phone not only keeps the original communication function，but also integrates the education resources in the Internet.That is，the phone is a technological innovation device which applies the cloud storage technology and cloud service network.It will lead parents，schools and students to achieve the common goal in education via this integrated，general，efficient new foundation platform of network education resources.Moreover，the smartphone will be a real suitable product for students and parents and it also will adapt the new education mode.

depth-customization；Android；SOA；students

TN929.53

A

1674－6236（2016）18-0027-04

2015-11-20 稿件编号：201511056

高光良（1976—），男，河南信阳人，博士，副研究员。研究方向：学校信息化工程。