面向移动互联网的农村开放教育云平台研究

王永建 中国通信建设集团设计院有限公司高级工程师

张富根 中国通信建设集团设计院有限公司高级工程师

邢松峰 中国通信建设集团设计院有限公司高级工程师

面向移动互联网的农村开放教育云平台研究

王永建 中国通信建设集团设计院有限公司高级工程师

张富根 中国通信建设集团设计院有限公司高级工程师

邢松峰 中国通信建设集团设计院有限公司高级工程师

开放教育平台在农村推广意义重大，随着移动互联网的发展和智能终端的普及，传统的开放教育平台已不适应新的需求。分析了移动互联网和云计算的特点之后，首先设计了系统总体框架，定义了各层功能；然后设计了系统功能框架，阐述了各子系统的功能。针对传统Java的I/O不适合大量数据连接的局限性，引入了JavaNI/O技术，明显地提高了系统的效率。采用了最新一代移动中间件--iMAG技术，克服了传统移动中间件的不足，进一步优化系统性能。

移动互联网；云计算；智能终端；JavaNI/O；iMAG

1 引言

在当今信息大爆炸时代，信息传播的方式五花八门，信息更新日新月异。传统的校园教育方式已不能满足社会发展需要，网络学习和终身教育将是未来趋势。

农村位置偏远、人员分散、教育资源稀缺，网络教育很适合在农村大力推广，对促进三农建设具有重要意义。国家对农村网络教育也高度重视，早些年大力推广“闭路电视+机顶盒+电视”模式的网络教育，实现各类视频、文字、图片信息的点播功能，但是该系统学习和访问方式单一、互动性差、系统可扩展性不强。

尤其是近几年移动互联网技术的兴起和智能手机的迅速普及，一场新的学习模式的变革正在兴起，传统的“闭路电视+机顶盒+电视”模式无法适应移动互联网应用场景下智能手机端的远程教育需求。

2012年11 月，诞生了互联网发展的新理念——互联网+。互联网+是基于信息传播的传统互联网发展的新业态，催生了大量新的产业经济形态与商业服务模式。

云计算作为互联网+的关键技术，提供了新的交付模式和服务模式，如快速便捷的交付模式，动态高效的资源配置，强大可扩展的处理能力，灵活方便的订购服务而发展迅速。

因此，建设面向移动互联网，基于云计算的农村开放教育平台十分必要，本文对此作了设计与研究。

2 相关技术分析

2.1 移动互联网简析

移动互联网（MobileInternet）由互联网、无线网络、智能终端3部分构成。WWRF（WirelessWorldReserch Forum）定义的参考模型如图1所示。

图1 移动互联网参考模型

APP为用户提供交互界面和多种服务。

开放的API包含多种应用接口，典型代表如.dll和. JavaPackage，接口程序将具体应用进行封装，若涉及到与其它系统对接，只需要其它应用系统对程序进行相应调整即可。

移动中间件处于手机操作系统与业务系统之间，实现不同应用的连接、交互、支撑和服务，典型代表如iMAG、AppMobi、AppCan、PhoneGap等。移动中间件能促使开源ESB和BAM平台发挥更高效的作用。

互联网协议簇包括IP、TCP、IGMP、ICMP、HTTP、SMTP、POP等协议，实现系统之间通信服务与资源共享。

操作系统指智能终端操作系统，主要有苹果的iOS、Google的Android、微软的WindowsPhone、RIM的BlackBerryOS、阿里云YunOS等。

智能终端与通信硬件/固件，指处理器、内存、缓存、射频模块，以及蓝牙、红外、GPS、NFC、摄像机、振动马达等。

2.2 云计算简析

云计算是一种服务，也是一种技术,或者商业模式。按照服务模式，本文将云计算系统由低层到高层分为4层（见图2）。

图2 云计算分层框架

（1）基础设施即服务（IaaS，Infrastructure as a Service），将服务器、存储、网络、安全设施等构建成云资源，将虚拟机、内存、I/O、存储、IP地址、网络等组成虚拟化资源池，为用户提供定制化服务。

（2）平台即服务（PaaS，PlatformasaService），将开发环境/平台和基础能力（如数据分析处理、身份认证、中间件、数据库等）作为服务，这是一种分布式服务，客户在平台上开发定制化应用。

（3）软件即服务（SaaS，SoftwareasaService），将应用软件或者应用程序部署在PaaS上作为服务，根据客户订购的功能、数量、时间、性能要求等提供相应服务。

（4）呈现即服务（DaaS，Display as a Service），将Web、短彩信、APP、PC桌面、显示大屏等作为服务。

3 总体设计

3.1 系统总体框架

借鉴云计算分层框架，本文将开放教育平台由下自上分为4个层次，即资源与数据层、基础平台层、服务层、界面呈现层（见图3）。

资源与数据层负责平台所需的基础物理资源，数据获取和管理；基础平台层提供服务层运行所需环境或者支撑平台；服务层实现业务逻辑和相应的业务应用服务；界面呈现层负责最终的各种界面定制和页面呈现。

3.1.1 资源与数据层

本层的主要职责和功能是通过适配器从第三方系统或本地数据库的数据获取、采集，实现数据调用和数据操作服务；分配、调度虚拟层资源。

数据操作服务包含的主要模块为：

（1）数据采集服务

主要从第三方系统提供的数据适配服务进行接口的衔接和数据的获取。并进行数据的转换和适配，进而存储到本地数据库中。

（2）数据缓存服务

针对平台的业务需求，对一些业务呈现数据进行计算并缓存，通过分布式缓存等机制确保应用在访问数据时有更好的性能。

（3）数据操作服务

实现对本地数据或第三方系统接口操作服务（增、删、改、查等）操作。

（4）文件调用服务

实现对课件、视频资源、文档等文件的调用。

图3 开放教育平台总体框架

（5）流媒体转换服务实现对流媒体文件的解码和切片等操作。（6）任务批处理

跨平台信息交互、与第三方系统数据采集均通过任务批处理框架保证数据的完整性；确保上下级之间信息的共享同步。

（7）虚拟资源

利用虚拟化技术将服务器、存储、网络、安全设施等构建成虚拟化的资源。

3.1.2 基础平台层

本层提供服务层所需的中间件、数据库、编译平台、数据分析处理平台等。

3.1.3 服务层

（1）公共服务

公共服务包含了平台所必须的基本服务。

通信服务

为平台提供各类通信服务。

资源管理

实现对平台资源的管理，包括资源目录的组织、资源的上传下载、版本管理等，实现资源的物理存储和逻辑位置的映射。

用户管理和权限管理

实现对平台的用户和角色管理，管理用户档案、用户组、角色；对平台各个资源点进行权限控制，通过角色和操作点对各种平台资源（页面、视图、页面部件、内容、课件等）进行鉴权和授权的管理。

报表服务

提供平台统计分析的数据图型和表格呈现、导出。

信息交流

提供博客和论坛等方式的交流平台。

（2）应用服务

应用服务主要包含以下3部分：

远教服务

提供远程教育相关内容（图书、课件、新闻资讯等），学习考核方法等。

涉农服务

提供农村电商、涉农培训、涉农新闻资讯、涉农金融、农村便民服务等内容。

公共应用服务

实现各种视图所必须的业务应用服务。包括平台管理服务、资源内容管理服务、各类应用管理服务等。这些服务通过对数据服务层获取的业务数据进行处理，并为平台各功能模块提供逻辑服务，实现业务的封装和定制。

3.1.4 界面呈现层

本层包含2个子层次：（1）界面个性化管理服务

面向各级用户等进行个性化定制，设定自定义可选的频道、专题、子视图。并且结合权限和规则配置，确保内容呈现的安全性。

（2）界面呈现

针对桌面用户和移动终端用户，渲染输出不同的界面呈现。

3.2 开发技术

3.2.1基于Java的NI/O

采用基于Java平台的J2EE技术，系统采用SSH三层开源框架，构建于B/S三层应用体系结构之上。利用XML作为系统接口的数据交换标准进行信息资源整合；在应用支撑平台上采用WebServices基于XML的标准化接口定义。

传统Java的I/O是基于流的方式，因此I/O被认为是单个字节移动，采用被称为Stream的对象每次移动一个字节。利用传统Java的I/O建立的SOCKET服务器接收客户端连接，适用于为每一个连接建立一个线程，但是如果连接数据量巨大时，服务器的开销非常巨大。

为解决这个技术难点，本文采用JavaNI/O技术，这时I/O采用面向块的思想，以块的方式处理I/O数据，每一个操作在一步中生产或者消耗一个数据块，NI/O将最耗时的I/O操作（填充和提取缓冲区）转移回操作系统实现，因而极大地提高了效率。

3.2.2 基于iMAG

移动中间件发展至今已有3代，iMAG是典型代表，本文选用iMAG，具有AppMobi、AppCan、PhoneGap等基于HTML5的第二代移动中间件无法比拟的优势。例如，具有原生的客户体验，强大的手机本地调用能力，同时支持在线和离线两种应用模式，iMAGManager可作为组织机构移动应用的管理和运营的支撑系统。

4 系统功能设计

4.1 系统功能框架

按照功能模块，本文将系统分为6个子系统，分别为系统管理子系统、数据存储与资源子系统、数据采集与交换子系统、数据共享发布子系统、前端展示子系统、业务功能子系统，具体参见图4。

在平台统一管理框架机制下，6个子系统相互独立实现相关功能，通过统一的内部信息共享和交换机制实现整体功能的实现。可根据业务需求进行快速开发上线，可实现各业务模块功能的灵活组装形成新的业务版本。

4.2 系统管理子系统

系统管理子系统主要包括人员组织管理、权限管理、模块管理、接口管理、资源管理、性能管理、统计报表等内容，具体参见表1。

4.3 数据共享发布子系统

图4 系统功能框架

表1 系统管理子系统功能

数据共享发布子系统由可视化设计工具、支撑引擎、资源管理系统和接口服务等组件构成，由前端展示子系统对外发布信息，具体参见图5。

基于信息资源管理的信息资源应用模式，它类似于一个资源工厂，通过对各种资源的加工、处理，提供各种标准数据接口，满足不同终端的需求。

（1）资源整合

面对多数量、多类型的政府信息资源，平台提供手动录入、批量导入、信息交换、信息抓取等采集手段。

（2）创建资源管理平台

以元数据为核心，以多分类体系、多主题词表和版本控制为主要方式，对信息资源进行有序的整合，创建政务信息资源管理体系。

（3）资源迁移

标准数据交换接口，实现了与其他应用系统的信息交换、信息迁移等功能，可以更方便地对信息进行管理。通过用户管理、权限控制、操作审计、分析与统计等功能，有效地保证了信息资源迁移的安全。

图5 数据共享发布子系统框架

4.4 业务功能子系统

业务功能子系统业务功能模块分为两种类型：

（1）统一建设业务模块，是公用功能模块，主要包括“新闻公告”“活动专题”、“党员远教”、“在线课堂”、“涉农服务”、“社保民生”、“农村商务”、“阅读”、“便民服务”等功能体组成。

（2）特色模块，是根据当地需求、第三方资源引入聚合等情况建设的针对特定区域、特定人群的业务模块。

4.5 前端展示子系统

前端展示子系统是主要用户使用界面，它是由一组不同类型的技术实现方式组成，具体包括网站、移动客户端、微信、短彩信4种展现方式，具体参见表2。

5 结束语

本文面向移动互联网，引入了云计算，用户利用智能终端通过Web或者APP都能访问平台，方便快捷。农村开放教育平台要想更好的服务三农，应进一步突破局限于教育的思维模式，要结合农村的特点和需求，提供更多的契合当地迫切需求的服务。例如，尝试为农村留守儿童和空巢老人提供幼教服务、生活服务。开放教育平台下一步的研究将侧重与其它信息化系统的对接，提供更大范围的信息共享和服务；利用新技术、新理念对系统进行不断的优化与改进。

表2 前端展示子系统功能

[1]王永建,赵志明,陈汝君,等.面向移动互联网的电梯安全监管系统设计[J].电信快报,2016(08)∶9-12.

[2]王永建,郎丰凯,王迅等.智慧校园一卡通系统安全研究[J].信息安全研究,2016,2(5)∶454-461.

[3]宁义双.基于HTML5的移动终端应用中间件平台的研究与设计[D].北京∶北京工业大学,2013.

[4]徐磊.基于SOA的RFID中间件的设计与实现[D].北京∶中国科学院大学,2015.

[5]王庆刚,张林,张剑.移动互联网探究及农业移动电子商务应用[J].电脑知识与技术,2015,11(35)∶167-168.

[6]王庆刚,张林,张剑.基于移动互联网的农业电商系统设计与实现[J].计算机应用,2016,36(s1)∶286-290.

[7]张斌,罗东森.云计算数据中心SDN部署研究[J].通信技术, 2014,47(12)∶1424-1428.

[8]J Rhoton,R Haukioja.Cloud Computing Architecture∶SolutionsDesignHandbook[M].America∶RecursivePress,2011∶5-6.

[9]杨洁,王左利.教育信息化跃上云端[J].中国教育网络,2016 (09)∶18-19.

[10]潘晓敏.基于公有云SaaS模式的科技园区服务平台[J].上海工程技术大学学报[J].2012,26(2)∶185-188.

[11]王飞平.基于Android系统的PC端手机管理软件的研究与实现[D].成都∶电子科技大学,2013.

[12]王永建,王海兵,周显,等.智慧校园一卡通与图书馆系统对接探究[J].软件,2016(05)∶111-114.

[13]王永建,郭广涛,牛辉奇等.基于二维码的粮油溯源系统设计研究[J].电信技术,2016(04)∶61-67.

[14]徐巍.跨平台移动开发框架的比较分析与实例开发[D].长春∶吉林大学,2014.

[15]谢倩.翼机通管理及集中应用平台系统的方案设计与实践[D].北京∶北京邮电大学,2011.

[16]赵迪.基于J2EE的重大危险源动态监控系统开发[D].长沙∶中南大学,2007.

[17]邱玲.基于主动数据库的危险源监控系统设计与实现[D].成都∶电子科技大学,2010.

[18]薛娟.基于RFID射频技术的电信翼机通平台的应用研究[D].南京∶南京邮电大学,2012.

[19]王琳.校园手机一卡通系统设计和应用[J].通信管理与技术,2011(3)∶47-51.

[20]朱继团,胡莹,黄志辉,等.混合云计算模式下政府网站资源服务平台的搭建—以从化市政府门户网站改版升级项目为例[J].广州大学学报(自然科学版),2012,11(6)∶83-90.

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）