高光良，王子格，姚琦海，郭陽明

（1.西北工業(yè)大學 學校辦公室，陜西 西安 710072；2.西北工業(yè)大學 附中，陜西 西安 710072；3.西北工業(yè)大學 計算機學院，陜西 西安710072）

基于深度定制的Android學生智能手機設計開發(fā)

高光良1，王子格2，姚琦海2，郭陽明3

（1.西北工業(yè)大學 學校辦公室，陜西 西安 710072；2.西北工業(yè)大學 附中，陜西 西安 710072；3.西北工業(yè)大學 計算機學院，陜西 西安710072）

學生智能手機的普及趨勢無法阻擋，已成為學生的生活必需品之一。結(jié)合中小學生對智能手機的需求，充分考慮家長和學生的各種因素，基于ROM深度定制，提出了一套技術(shù)創(chuàng)新的中小學生Android智能手機的設計方案。該智能手機以智能手機為載體，在保留原有的通訊功能之外，整合互聯(lián)網(wǎng)上的教育資源，采用云存儲技術(shù)和云服務網(wǎng)絡，為家長、學校、學生達成共同的教育目標，提供了一個整合的、通用的、高效的新型網(wǎng)絡教育資源的基礎平臺。該智能手機也將成為一款真正適合學生、適合家長，適應信息時代新型教育體系的產(chǎn)品。

深度定制；Android；SOA；中小學生

隨著通訊網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，學生智能手機的普及趨勢無法阻擋，成為學生的生活必需品之一[1-3]。然而，大部分中小學生使用智能手機除了與父母、同學、朋友方便聯(lián)系外，主要是用于玩耍，占用上課時間、自習時間、晚上休息時間，嚴重影響學習和休息。此外，正值成長發(fā)育的中小學生，自制能力差，易受到外界不良的誘惑。因此，對學生智能手機的管控一直困擾著學校、家長和學生自己。為此，設計并開發(fā)一套適合中小學生的智能手機，是一項極有意義的工作。

針對于此，文中結(jié)合中小學生對智能手機的需求，充分考慮家長和學生的各種因素，例如家長對學生手機的控制，以及學生自己的隱私的保留等，基于ROM深度定制，提出了一套技術(shù)創(chuàng)新的學生智能手機的設計方案。該智能手機以智能手機為載體，在保留原有的通訊功能之外，整合互聯(lián)網(wǎng)上的教育資源，采用云存儲技術(shù)打造完整的學生通信交流平臺和遠程教育服務平臺。

1 設計目標

智能手機技術(shù)的未來技術(shù)發(fā)展趨勢有兩個方向，一是不斷提升的處理能力、處理速度和硬件配置，從手機向多用途的個人移動信息處理平臺發(fā)展。[3-5]另一方向是與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，通過網(wǎng)絡服務器的支持，實現(xiàn)智能手機與網(wǎng)絡云端的無縫鏈接，將復雜運算和大型應用轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡服務器，以及將互聯(lián)網(wǎng)的特色應用和功能移植到智能手機端。

針對學校教育、家庭教育和學生自我學習的需求，結(jié)合通訊終端及互聯(lián)網(wǎng)的應用拓展，學生智能手機的設計一方面要憑借智能手機操作系統(tǒng)不斷更新升級的多媒體和網(wǎng)絡應用處理能力，開發(fā)和拓展集教學輔助，學生自學，學校管理，家長呵護，安全管控等功能于一體的新一代學生手機終端；另一方面則要通過智能手機與網(wǎng)絡云服務器的互動聯(lián)接，實現(xiàn)網(wǎng)絡教育服務平臺的搭建。

因此，借助Android智能操作系統(tǒng)和多媒體化的智能手機產(chǎn)品的強大信息處理能力，將智能手機打造為輔助學生學習和獲取豐富課堂/課外知識的優(yōu)秀工具，同時又能通過特色的家長呵護，避免學生沉迷網(wǎng)絡與游戲，屏蔽網(wǎng)絡不良信息[6-7]，將是中小學生智能手機設計的目標。

2 技術(shù)方案設計與分析

2.1 智能手機的架構(gòu)設計

根據(jù)系統(tǒng)要求和設計目標，運用云計算及云存儲技術(shù)，將智能手機平臺分為4個子系統(tǒng)，即：

1）遠程教育服務子系統(tǒng) （iCloud）：利用云存儲技術(shù)和SOA技術(shù)[6]，對中學生提供愛呵護、愛學習、愛閱讀、愛校園等服務，提供第三方資源庫的對接、第三方開發(fā)者的接入服務，以及為其他系統(tǒng)提供接入服務。

2）校園網(wǎng)站子系統(tǒng)（iSchool）：提供校園信息發(fā)布的平臺，便于學生更直接和快捷地知悉校園的最新情況；提供三方社交平臺，讓三方在一個平臺上進行充分的交流溝通；提供個人網(wǎng)盤，進行資料上傳、下載、分發(fā)、共享，以及知識問答平臺。

3）家長控制端子系統(tǒng)（iControl）：對學生手機進行一對一或者一對多的關愛設置和服務，在手機丟失或者學生遇到危險等情況時，可以實時監(jiān)控智能手機的位置和軌跡。

4）智能手機子系統(tǒng)（iMobile）：在教育平臺的支持下，為學生提供愛呵護、愛學習、愛閱讀、愛互動、愛安全、愛校園等應用功能模塊，為學生的學習、生活提供全方位的服務。

以上4個子系統(tǒng)中，iCloud為系統(tǒng)的核心和服務提供方，在內(nèi)容提供商和服務提供商提供的資源和內(nèi)容服務基礎上，為iMobel、iControl、iSchool提供服務，學生和家長為系統(tǒng)的主要使用者，老師主要使用iSchool校園子系統(tǒng)，和家長、學生進行互動，了解學生并對學生提供幫助。

通過對學生手機的深度定制，則可以實現(xiàn)對安裝的軟件，學生的電話、短信、上網(wǎng)、娛樂等進行全方位的管理。智能手機的架構(gòu)設計如圖1所示。

圖1 中小學生智能手機的架構(gòu)設計

2.2 智能手機的功能層次劃分

從手機端來說，進行中小學生智能手機ROM定制，定制適合學生使用習慣的UI和符合學生欣賞的主題，從基礎層面將手機區(qū)別于市場其他手機。從平臺端來講，中小學生智能手機要利用云存儲技術(shù)，對數(shù)據(jù)庫和文件進行管理，對滿足中學生需要的學習資源進行分類，入庫管理，提供個人網(wǎng)盤服務，提供視頻、圖片、音樂等應用的大數(shù)據(jù)存放和實時存取和查找。因此，可以將學生智能手機系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)層、服務層、應用層等三個層次，其層次和功能如圖2所示。

圖2 學生智能手機的功能層次框圖

數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，采用基于xml的消息體，用于為學生遠程教育服務平臺提供基礎存儲服務和數(shù)據(jù)管理服務。因為有親情定位方面的服務，將建立oracle空間數(shù)據(jù)庫。同時，在數(shù)據(jù)層的建設中，考慮緩存機制，并對各類敏感數(shù)據(jù)進行加密處理。

服務層是系統(tǒng)核心組成部分，負責與外部資源、外部系統(tǒng)通訊，向各種移動終端和PC端提供服務。因此，其主要功能是響應來自應用層的請求，給應用層返回所請求的數(shù)據(jù)；與數(shù)據(jù)層進行交互，完成數(shù)據(jù)的獲取、修改和增加；進行鑒權(quán)、計費、隱私策略等處理。

應用層是學生使用手機的認知入口，是專門為學生打造的功能服務，主要包括愛呵護、愛學習、愛閱讀、愛校園、愛互動、愛安全等服務，通過應用和網(wǎng)站的方式提供給用戶。愛呵護包含時間控制、健康上網(wǎng)、應用控制、信息查詢、親情定位等；愛學習包含學習助手、課程同步、英語學習、詞典工具、名師視頻、試題題庫、個人網(wǎng)盤；愛閱讀主要提供第二課堂的內(nèi)容，包括文學名著，歷史文明、名人傳記，情商培養(yǎng)等電子書籍，是學生學習的延伸；愛校園包含校園生活、知識問答平臺、三方社交論壇；愛安全包括緊急呼叫、位置信息分享等功能。

2.3 技術(shù)可行性分析

文中設計的中小學生智能手機分別從Android智能手機產(chǎn)品和統(tǒng)一教育網(wǎng)絡平臺兩方面進行了技術(shù)方案規(guī)劃。

對于 Android智能手機產(chǎn)品，在 Android操作系統(tǒng)的framework層中擴展一個獨立的呵護管理模塊，實現(xiàn)對系統(tǒng)功能使用，應用程序開啟，以及上網(wǎng)瀏覽等功能的控制和管理，如圖3所示。該模塊是獨立模塊，對APP層開放擴展的獨立API，供APP層的愛呵護等特色功能使用。該模塊對Android原生系統(tǒng)接口與模塊不做修改，因此具有較好的系統(tǒng)兼容性與穩(wěn)定性[8-12]。

圖3 Android操作系統(tǒng)的定制

經(jīng)過系統(tǒng)拓撲和數(shù)據(jù)交互流程的論證，對于網(wǎng)絡服務器和統(tǒng)一教育網(wǎng)絡平臺，采用IBM的SOA成熟架構(gòu)搭建切實可行。SOA將每一個應用程序或者資源視為實現(xiàn)了特定的、可標識的一組（業(yè)務）功能的服務[13]。服務通過交換結(jié)構(gòu)化信息——消息或者文檔（有時稱為業(yè)務對象）彼此通訊。服務的能力是由聲明它們可以生產(chǎn)或者消費的消息的接口、聲明所要求或者提供的服務質(zhì)量的策略批注以及聲明在服務交互中必須遵守的行為約束的編排（choreography）批注所定義的。服務的具體實現(xiàn)對于服務請求者來說是隱藏的，因此SOA是通過允許新的和現(xiàn)有的應用程序迅速地結(jié)合為一個新上下文而實現(xiàn)應用程序集成的方便方式。

在SOA體系架構(gòu)下，服務注冊于企業(yè)服務總線（Enterprise Service Bus，ESB），服務之間的所有交互都借助ESB完成，ESB對服務端點之間的交互起中介作用，ESB支持基于事件的交互和消息交換以處理服務請求。這樣，實現(xiàn)每一個具體服務所具體依賴的開發(fā)語言、操作系統(tǒng)平臺、協(xié)議形式等差異都被ESB屏蔽了，因此每一個服務都是相同的和平等的。

3 中小學生智能手機的開發(fā)實現(xiàn)

經(jīng)原型法在工程樣機開發(fā)測試，設計開發(fā)了中小學生智能手機，主推的愛呵護、愛學習等4大功能充分考慮了學生使用手機和家長對學生使用手機的擔憂，提供了區(qū)別以往教育終端，例如學習機、快譯通、游戲機等終端設備，采用家長合理控制學生使用手機通訊功能的時間，保留學生學習的時間，同時有提供學生上網(wǎng)、娛樂的時間，最大程度的滿足家長和學生對手機的需求，并讓學生在健康、合理的環(huán)境下使用手機。產(chǎn)品通過了完整詳細的功能測試，系統(tǒng)兼容性測試，Monkey自動化測試與Google CTS測試認證，達到產(chǎn)品化要求。

愛呵護是學生手機的重要服務之一，如圖4所示。它可以對手機的使用時間，健康上網(wǎng)，應用管理等進行必要合理的設定。呵護幫助學生子女養(yǎng)成使用手機的良好習慣，避免濫用手機對學業(yè)和人生造成負面影響。

圖4 愛呵護功能界面

愛學習也是學生手機的重要服務之一，如圖5所示。它內(nèi)置了從小學一年級到高中三年級的全程課程同步及考試教輔等多媒體影音內(nèi)容；提供了大量的中考及高考的真題模擬，名師指點，知識點強化等。針對小學、初中及高中學習中所遇到的難點，重點給予著重強化。除此之外還提供了大量的課外閱讀，文學寶庫等來豐富學生的業(yè)余生活。

圖5 愛學習功能界面

文中基于深度ROM定制設計實現(xiàn)的學生智能手機，將云存儲與應用軟件相結(jié)合，開發(fā)構(gòu)建數(shù)據(jù)層、服務層和應用層，實現(xiàn)存儲設備向存儲服務的轉(zhuǎn)變，使學生手機具有創(chuàng)新性，其主要特點如下：

1）功能服務定位：將學生手機打造成適合學生使用的遠程教育服務平臺，充分整合目前教育市場中的教育資源，打造出愛呵護，愛學習，愛閱讀，愛校園，愛交流等為學生定制的功能服務。該功能服務是目前市場上的空白。

2）手機ROM定制：包括手機UI和手機主題的定制功能，將手機打造成適合學生體驗的平臺。

3）大吞吐量的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)：為學生用戶提供各種方式的個性數(shù)據(jù)的存儲、共享、分發(fā)的解決方案；利用數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，整合教育行業(yè)名師的視頻、課件、電子書，為學生提供更加豐富高質(zhì)的教學資源。

4）適應長期變化的業(yè)務：在系統(tǒng)架構(gòu)方面，根據(jù)平臺的要求，采用SOA架構(gòu)，使用IBM的WebSphereEnterpriseService Bus和消息隊列Websphere Message Queue，提供滿足學生群體在家長呵護、學習閱讀、校園生活、溝通交流等方面的需求。

5）修改系統(tǒng)各服務功能的架構(gòu)，添加控制層，能夠管理Android中的所有應用程序的使用權(quán)限，能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)各應用功能，如通話、短信、上網(wǎng)等完善的時間控制，并將時間控制的控制權(quán)交給家長，在不影響正常使用的前提下，能夠根據(jù)學生的學習時間和課程安排自由設定各功能的開啟/關閉時段。

6）修改系統(tǒng)網(wǎng)絡路由規(guī)則，通過上網(wǎng)關鍵詞過濾，屏蔽惡意、暴力、色情等網(wǎng)絡信息，保證學生上網(wǎng)的安全性。關鍵詞通過關鍵詞列表維護，有出廠預設關鍵詞，也支持家長編輯添加。

7）增加與網(wǎng)絡云服務器的連接控制，能夠?qū)崿F(xiàn)諸如學習類應用程序?qū)崟r更新，家長遠程控制，學生定位信息查詢以及其他通過網(wǎng)絡實現(xiàn)的云服務內(nèi)容。

8）在網(wǎng)絡云服務器架設基礎上，通過短信、IP訪問等方式，開發(fā)和增強學生手機的互相溝通能力，如學生與老師、老師與家長、家長與學生之間的信息發(fā)送與查詢。

4結(jié) 論

中小學生智能手機是智能手機終端與云技術(shù)的網(wǎng)絡服務相結(jié)合的產(chǎn)品形態(tài)，既是符合學生、家長需求的學生手機，也是以終端為基礎節(jié)點的云服務網(wǎng)絡。

通過對手機軟件的深度定制，避免學生和家長存在不必要的沖突，在滿足家長對學生手機監(jiān)控的同時保留學生自己的隱私。同時，通過云服務網(wǎng)絡，在實現(xiàn)學生手機預定價值的同時，能夠連接現(xiàn)有的網(wǎng)絡教育資源，為孩子的教育提供了一個整合的、通用的、高效的新型網(wǎng)絡教育資源的基礎平臺。

該智能手機可以幫助家長、學校、學生共同達成教育的目標，也將成為一款真正適合學生、適合家長，適應信息時代新型教育體系的產(chǎn)品。

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[8]GB 2421-89.電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程[S].

[9]GB 15842-1995.移動通信設備安全要求與試驗方法[S].

[10]GB/T 15844.2-1995.移動通信調(diào)頻無線電話機環(huán)境要求和試驗方法[S].

[11]GB/T 15844.3-1995.移動通信調(diào)頻無線電話機可靠性要求及試驗方法[S].

[12]GB/T 15844.4-1995.移動通信調(diào)頻無線電話機質(zhì)量評定規(guī)則[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 稿件編號：201511056

高光良（1976—），男，河南信陽人，博士，副研究員。研究方向：學校信息化工程。