家校云平台架构和应用研究-软件技术

家校云平台架构和应用研究- 软件技术家校云平台架构和应用研究陈四维（上海汇明软件技术有限公司上海201203 ）摘 要手机、平板等移动智能设备正在改变人们的生活，也在改变着传统家庭与学校的沟通方式。 本文旨在规范家校之间的互联网应用建设，提出家校云技术框架、设计统一访问入口、定义移动接入服务、搭建统一管理和运维平台，按照“应用标准统一建设、 主题应用模块接入”的统分结合思想，建立一个家校互动领域云服务平台，推进教育领域移动互联网应用的建设， 更好地服务于用户。关键词移动互联网，家校云平台，云计算作者简介：陈四维，男， 1986年生，硕士，研发部经理，主要从事及研究 领域 ： 移动 家校 、 智 慧校 园领 域 的架 构 设 计和 开发 工 作， Email ：emailprotected。0 引言随着移动互联网技术与通信技术的高速发展，基于智能系统的手机、平板电脑为核心的移动智能设备在改变人们的生活，也在改变传统家校沟通的方式。因此，移动家校平台在这种背景下诞生，它既是传统家校沟通的一种延伸，也是未来教育行业的重要发展方向。因此，怎样搭建一个安全、有效、实用的移动家校平台，为广大教育工作者和家长提供统一的支撑服务，以及如何借助平台拓展与移动家校有关的业务应用，是本文要研究分析的主题。1 国内家校沟通应用需求移动家校平台 1 是家校沟通的一种新的表现形式，将为教育机构开展线上活动带来更大的便利和价值。 与使用其他即时通信软件相比，高度定制的行业应用大大减轻了教师之间的沟通成本，提高了沟通效率. 对广大家长来说，使用规范的家校沟通应用与教师沟通， 也提高了沟通效率。 除了应用最为普通的移动电话获得家校沟通服务以外，还可以通过Web 网页、可穿戴的电子设备以及其他手持设备获得各种支持与服务。经过调研，当前泛用沟通工具在家校沟通场景下的不足之处，如表1 所示。垂直的家校平台与其他的即时通信应用最明显的优势表现在以下5 个方面：1) 直观的垂直用户体验，强大的自定义通知功能；2) 信息按业务区分，控制沟通的碎片化；3) 提供按班级和机构定制的实时统计数据；4) 符合教育行业的信息安全规范；5) 同时支持其他即时通信应用具有的语音图文聊天和相册等泛用功能。可以说，目前尚处在发展初级阶段的移动家校平台，在我国有着极其广阔的发展前景和应用价值。2 家校云平台2.1 家校云服务（ JoySchool SaaS ）的概念传统的学校信息化建设只包含了机构内部的管理，而学生家长与学校的沟通基本只限于线下。家校云服务的目标是加强家庭与学校之间的沟通，为家长了解学生在校情况提供有效便捷的线上渠道， 让家长和教师能便捷快速地建立沟通关系，及时地发布和获取信息，最终更好地帮助学生的学习和生活。在这个基本需求下，我们深挖垂直领域的需求和现状，提出了家校云服务的概念，将家长学校共通的需求整合为统一的服务接口，将软件作为服务（SaaS）提供通用的功能平台。除了提供业务功能，家校云服务也会从基础设施的层级来保障家校成员的个人隐私，通过相应的业务机制来提高信息的安全性。家校云平台的客户端是多样的，除了主流智能手机设备，还提供Web 网页，以及满足未来可穿戴设备的接入。因此，该平台的基础设施的架构，应该是开放的、可扩展的、安全的、可靠的。根据对当前中小学、幼儿园家校互动现状的调研，通过分析和整理需求，我们把整个家校云平台分为三大部分：智能手机客户端（iOSAndroid）；Web 管理平台；运营管理平台。2.2 家校云服务平台功能图 1 为本文设计的家校云平台业务架构图，整个业务体系分为三类平台，四大客户端。其中：1) 手机教师端（ iOSAndroid）会话消息、班级通知、班级管理、相册管理、个人信息、用户反馈、考勤管理、课程浏览。2) 手机家长端（ iOSAndroid ）会话消息、班级通知、相册浏览、个人信息、用户反馈、请假管理、课程浏览。3) Web 管理平台班级管理、学校用户管理、消息管理、班级通知管理、相册管理、权限管理、数据统计、参数配置、课程管理、考勤管理、反馈管理。4) 运营管理平台机构管理、班级管理、账号管理、权限管理、模板管理、客服管理。5) 班级管理班主任或任课老师具有权限在所属机构下创建班级，修改学年等班级信息，并且可以进行添加、删除、审批班级成员的各项操作。6) 即时通信提供家长与教师之间的即时通信服务。对话双方可以是班主任vs 家长，班主任 vs 任课老师，任课老师vs 家长。会话支持的格式包括文字、图片、表情、语音。7) 班级通知可以发起高度自定义的通知类型，支持5 种以上复杂组合选项通知，涵盖通知事务各种需求。8) 数据统计数据统计功能分布在通知的详情、机构管理以及运营平台各处。详细实时的统计数据为教师以及机构管理者实时获取班级、机构数据提供了极大地帮助。3 家校云服务平台实现的主要技术图 2 为本文设计的家校云平台系统架构图。3.1 家校云服务授权认证协议接入家校云平台的客户端可能会跨系统、跨设备，如果仅用服务器Session来保存客户端的状态，无法满足今后子系统的的扩展以及第三方服务的调用。因此，本文提出采用JoySchoolAuth协议，是由 OAuth2.0协议发展而来。在没有第三方应用接入的情况下，JoySchoolAuth协议中的资源拥有者是家校云平台，若有第三方应用需要调用我们平台的资源，该协议可进行授权认证。与 OAuth2.0 不同的是， JoySchoolAuth 对于家校平台内的资源获取， 将授权过程包含在了登录过程中， 对于整个家校平台， 无论是网页浏览器还是手机客户端，访问业务资源的流程都是相同的，客户端在请求报文中用Client Type标示自己的类型，授权服务器也会对客户端类型做判断和记录。利用 JoySchoolAuth协议，能够有效地处理用户在不同客户端发起的请求。并且对于各种内部和第三方系统的资源授权和认证，有了统一的处理机制。图 3 展示了客户端请求家校云平台的授权认证2 流程。3.2 家校云服务业务接口设计家校云平台的Web 服务接口通过 RESTful3 架构原则来实现。云服务的各种资源通过经过设计的URL 来标示。示例：1) 获取一条班级信息的URL：，调用方式为 HTTP GET ；2) 更新一个用户信息的URL ：，调用方式为 HTTP PUT 。基于 JoySchoolAuth协议，我们设计了一套通用业务逻辑访问接口，命名为 JoySchoolAPI Framework ，由 PHP 语言开发。对于在不同客户端（手机/Web ）发起的业务请求，一律分配至该接口系统进行响应及处理。3.3 缓存数据库家校云平台如果要经得起大量用户并发请求的考验，在持久层或缓存层的选型和架构就至关重要。 假设家校云服务的数据库在没有进行分库和集群部署的情况下，单台服务器的并发能力在5000 个左右即将达到极限。因此，用缓存数据库来保存那些经常调用，且包含查询结果集的页面，是一个降低数据库IO 压力的有效方式。Redis4 是一个高性能的key-value数据库。 Redis 支持主从同步。数据可以从主服务器向任意数量的从服务器上同步，从服务器可以是关联其他从服务器的主服务器。这使得 Redis 可执行单层树复制。 从盘可以有意无意地对数据进行写操作。由于完全实现了发布/ 订阅机制，使得从数据库在任何地方同步时，可订阅一个频道并接收主服务器完整的消息发布记录。同步对读取操作的可扩展性和数据冗余很有帮助。Redis 在支持事务控制和持久化机制方面，在家校云平台中具有较大的优势。3.4 即时通信协议即时通信服务（ Instant Messenger，下文简称 IM ）也是家校云平台提供的关键功能之一。如果没有IM ，我们的平台就无法将家长和老师从其他工具上吸引过来。 XMPP 协议是一个广泛使用的通信协议。国内外基于XMPP 协议开发的开源通信服务器也有很多种，在项目初期阶段，我们使用了开源的Openfire服务器作为 IM 服务器。通过二次改造开发，目前家校云平台的IM 已能够支持图片、文字、语音、表情的收发，并且支持班级群聊。虽然现在即时通信软件有很多，但是它们之间不能互联互通也阻碍了及时通信用户的继续扩展。因此，在现阶段的各种即时通信服务，没有统一的标准，无法实现互联互通的局面下，而XMPP （ ExtensibleMessageandPresenceProtocol ）协议的出现，实现了整个及时通信服务协议的互通。有了这个协议之后，使用任何一个组织或者个人提供的即时通信服务，都能够无障碍地与其他的即时通信服务的用户进行交流。例如 Google公司 2005 年推出的 Google talk就是一款基于 XMPP 协议的即时通信软件。4 平台的应用2014 年 10 月， JoySchool家校云平台一期已伴随iOS 以及 Android客户端正式上线，通过家长和教师口碑相传以及校园推广，已于上海市数十家中小学、幼儿园内试用， 总体反馈良好。 对于不熟悉使用智能手机应用的和不便使用智能手机的用户，我们还提供了班级通知的短信推送功能，受到了不同年龄层次家长的好评。图 4 和图 5 分别展示了 JoySchool 云平台教师和家长客户端的用户界面。通过一期版本提炼用户反馈以及更深入的需求挖掘，云平台二期项目已在设计开发中，家校应用更丰富的场景将在后续的版本中得到实现。5 总结构建一个基于云服务的家校平台，是一个复杂的系统工程。利用以往的开发设计经验，已经无法满足大用户并发和扩展性需求。传统的家校系统和校园管理系统，大多数是私有化部署的工程项目，对系统的可靠性、扩展性、公共安全性没有很高的要求，用户数量也停留在几万或几千人的规模。家校云平台的概念，旨在将家校这个垂直领域上升到公共服务的高度，将家校相关的需求都整合到云端作为服务来提供，它的受众可以是学校、 老师、家长，也可以是第三方应用。 通过用户的助力和支持， 提高平台的影响力， 收集更广泛的需求，上升为云服务。 在这个特定用户聚集的平台下，利用社交关系和家校需求产生更大的垂直领域价值，最终将实现一个更强的家校云平台。参考文献何丽多 . 构建校园云服务平台 J, 现代计算机 , 2012.6: 63-67.时子庆 , 刘金兰 , 谭晓华 .基于 OAuth2.0的认证授权技术 J, 计算机系统应用，2012(21):260-264.王非 , 蔡勇 , 贺志军 . RESTful WebServices 在信息系统中的应用 J, 计算机系统应用 , 2013(22) .曾超宇 , 李金香 . Redis在高速缓存系统中的应用J,微型机与应用,2013(12):11-13.何丽多 . 基于 XMPP 协议即时通信系统的WEB 应用和集成研究 J, 大连海事大学学报 , 2011.