移動閱讀社交系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

肖 燦，朱珍民，葉 劍

（1.湘潭大學(xué) 信息工程學(xué)院，湖南 湘潭411105；2.中國科學(xué)院 計算技術(shù)研究所，北京100190）

0 引 言

移動閱讀作為移動互聯(lián)網(wǎng)［1］的主要應(yīng)用之一，能夠為人們提供隨處可得的閱讀服務(wù)，極大地改變了人們的閱讀方式。傳統(tǒng)移動閱讀產(chǎn)品的功能僅僅局限于為用戶提供電子資源的閱讀服務(wù)，存在以下不足：第一，忽略了移動閱讀環(huán)境中用戶難以查詢相關(guān)閱讀資料的問題，用戶在閱讀過程中產(chǎn)生的疑問無法得到即時解答；第二，用戶在零散的移動閱讀環(huán)境中無法與相同興趣愛好的其他閱讀者交流溝通。將普適計算中為人們隨時隨地提供服務(wù)的思想與移動閱讀相結(jié)合［2］，對傳統(tǒng)移動閱讀應(yīng)用加以改進，能夠為用戶提供更好的閱讀體驗。

本文提出了知識點的概念，通過語義標(biāo)注建立起知識點和知識點詳細(xì)信息之間的關(guān)聯(lián)，將文本、圖片等資源聯(lián)系起來，根據(jù)用戶查詢需要提供相關(guān)資源；將社交網(wǎng)絡(luò)引入到移動閱讀平臺中，通過對閱讀愛好的分類，將用戶歸類到不同的社區(qū)中，并呈現(xiàn)同一社區(qū)其他用戶的位置信息，便于用戶選擇距離近的書友進行交流討論。

1 相關(guān)工作

要滿足用戶閱讀過程中的查詢需求，需要提取閱讀資源中知識的表示方法。目前的研究中對知識的描述可以采用知識網(wǎng)絡(luò)、“學(xué)習(xí)元”、知識地圖等等。文獻(xiàn) ［3］提出用“學(xué)習(xí)元”來描述知識對象。浙江大學(xué)的施岳定教授定義了網(wǎng)絡(luò)課程中知識點、知識點屬性的概念，分析了知識點之間的4種關(guān)聯(lián)關(guān)系，提出了對知識點的超文本組織結(jié)構(gòu)和基于知識點的超文本教學(xué)控制的設(shè)計方法。綜合以上研究成果，為表示閱讀資源中知識結(jié)構(gòu)，將書本中的知識提取出來用統(tǒng)一對象表述并關(guān)聯(lián)相應(yīng)的解析是必要的；本文中通過定義知識點細(xì)分閱讀知識結(jié)構(gòu)，為用戶提供知識點查詢功能。

社交網(wǎng)絡(luò) （social network services，SNS）主要作用是為一群擁有相同興趣與活動的人建立在線社區(qū)［4］，近來發(fā)展迅速。據(jù)社交網(wǎng)站Facebook披露，其用戶總數(shù)已經(jīng)達(dá)到9.01億人。目前SNS已經(jīng)深入到互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的各個方面，有電子商務(wù)網(wǎng)站利用社交網(wǎng)絡(luò)建立用戶相互信賴的社區(qū)［5］，解決電子商務(wù)中的信任問題；即時通信行業(yè)中騰訊公司推出名為 “QQ圈子”的社交為用戶挖掘相互有關(guān)系的好友；網(wǎng)絡(luò)游戲利用社交網(wǎng)絡(luò)提高游戲傳播速度。綜合以上分析可得，各大應(yīng)用平臺中利用社交網(wǎng)絡(luò)用戶間互動最終達(dá)到提升用戶體驗的效果。在本文中，將閱讀同一書本的用戶劃分到相同社區(qū)中，增強用戶間的交流互動。

2 系統(tǒng)分析與設(shè)計

本章先定義一些文中用到的名詞，并給出解釋和舉例說明，然后根據(jù)需要完成的功能，設(shè)計出系統(tǒng)架構(gòu)圖。

2.1 名詞定義

知識點：一般是書籍中的關(guān)鍵人物、事件或者出現(xiàn)頻率較高的名詞、術(shù)語。它可以通過分析詞語出現(xiàn)頻率得到，最終由相關(guān)領(lǐng)域的專家確定和劃分，以保證權(quán)威性和正確性。例如，在中國四大名著 《紅樓夢》這一電子書籍中，“林黛玉”屬于其中的一個知識點。

相關(guān)知識點：與知識點關(guān)聯(lián)度、上下文相關(guān)性較高的知識點。由相關(guān)領(lǐng)域的專家對知識點進行分類得到。例如，在 《紅樓夢》中，“賈寶玉”、“賈母”均為 “林黛玉”的相關(guān)知識點。

知識點詳細(xì)信息：對知識點使用文字、圖片信息加以描述，達(dá)到多角度、深刻刻畫知識點的目的。通常由相關(guān)領(lǐng)域的專家給出。例如知識點 “林黛玉”的詳細(xì)信息為“古典名著 《紅樓夢》中的女主角，金陵十二釵之首，寶玉的姑表妹。聰慧無比，琴棋詩畫樣樣俱佳，尤其詩作更是大觀園群芳之冠。”

語義標(biāo)注：知識點和知識點詳細(xì)信息之間的映射關(guān)系。由專家通過語義標(biāo)注工具生成。本文中使用XML文件作為載體存儲語義標(biāo)注。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)需要完成線上電子書閱讀、知識點快速點答、電子資源與知識點存儲、線下的知識點語義標(biāo)注、基于用戶閱讀興趣的社區(qū)分類、社區(qū)內(nèi)交流服務(wù)、用戶地理位置信息采集與呈現(xiàn)?；谝陨闲枨?，規(guī)劃出系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 移動閱讀社交系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)各模塊職責(zé)功能如下所述。

終端：為用戶提供最直接的交互服務(wù)。與資源服務(wù)器交互獲取電子書本資源和知識點詳細(xì)信息，呈現(xiàn)電子書本供用戶閱讀，展示電子書本中的知識點，向標(biāo)注服務(wù)器獲取知識點的語義標(biāo)注，為用戶提供帶地理位置信息的社交服務(wù)，向社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器傳送社交信息和用戶地理位置信息。

資源服務(wù)器：儲存電子書籍資源、知識點、知識點詳細(xì)信息等；為終端提供圖書資源、根據(jù)終端提供的知識點語義標(biāo)注返回知識點詳細(xì)信息；接收并儲存由標(biāo)注工具劃分的知識點和知識點詳細(xì)信息。

標(biāo)注服務(wù)器：儲存語義標(biāo)注信息；根據(jù)終端提供的知識點返回知識點的語義標(biāo)注信息。

標(biāo)注工具：運行于PC端，供專家瀏覽電子書本，將電子書本的知識點標(biāo)注出來，為知識點生成語義標(biāo)注和知識點詳細(xì)信息。將語義標(biāo)注上傳到標(biāo)注服務(wù)器，將知識點詳細(xì)信息上傳到資源服務(wù)器。

社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器：接受終端發(fā)送的用戶閱讀書本記錄，維護社區(qū)列表，將閱讀同一書本的用戶劃分到相同社區(qū)中，提供社區(qū)中用戶間的交流互動服務(wù)。

3 終端軟件使用流程

用戶使用移動終端閱讀流程如圖2所示。首先登陸進入終端軟件界面，選擇自己喜愛的書本進行閱讀，碰到有疑問的知識點可以選擇查詢知識點詳細(xì)信息，查閱完詳細(xì)信息以后繼續(xù)閱讀書本。在閱讀過程中如果希望跟閱讀相同書本其他用戶進行交流或者收到其他用戶發(fā)過來的信息，可以選擇進入社區(qū)，此時終端軟件跳轉(zhuǎn)到聊天界面。用戶可以在 “閱讀模式”和 “交流模式”中切換。

圖2 終端軟件使用流程

4 系統(tǒng)開發(fā)與實現(xiàn)

本章將從系統(tǒng)的各個模塊著手講述系統(tǒng)開發(fā)實現(xiàn)。

4.1 終端開發(fā)實現(xiàn)

鑒于Android平臺具有較高的開放性、開發(fā)接口豐富、便于開發(fā)者發(fā)布應(yīng)用等特點［6，7］，本文基于Android系統(tǒng)開發(fā)終端平臺，設(shè)備選用Android智能手機和平板電腦。終端程序邏輯上由用戶界面、電子書讀入模塊、翻頁特效模塊、社交交互模塊、HTTP通信模塊。

用戶界面：Android應(yīng)用程序可以采用模型－視圖－控制（model－view－controller，MVC）模式開發(fā)。用戶界面屬于視圖層，其設(shè)計由XML文件規(guī)范。閱讀模式的主界面中放置了ReaderView控件，該控件繼承自Android開發(fā)包基礎(chǔ)類View，用于繪制電子書讀入模塊讀取出來的文字、圖片。社區(qū)交流模式的主界面中放置了BaiduMapView和ChatButton。BaiduMapView用于載入地圖作為聊天背景，附近的相同社區(qū)用戶均以圓點在地圖上顯示，用戶點擊圓點將彈出聊天對話框。

翻頁特效模塊：用戶體驗直接影響了用戶對軟件的評價，在電子閱讀中引入模擬真實書本翻頁效果能提升用戶體驗。下面結(jié)合翻頁特效真實效果圖和簡化模型圖講述此模塊的實現(xiàn)。

翻頁特效如圖3所示，可以將翻頁特效模型簡化為如圖4所示。手指在屏幕上滑動，帶動紙張產(chǎn)生翻頁動作，手指與屏幕的接觸點即為圖4中的點A。 “書本”的右下角，也即屏幕的右下角，為圖4中的點C。連接AC，作線段AC的中垂線，得到線段BD，交AC與點E。于是屏幕被劃分為a、b、c這3個區(qū)域，b區(qū)為三角形ABD，c區(qū)為三角形BCD，a區(qū)則為手機屏幕除b區(qū)和c區(qū)的剩余部分。圖3所示效果由三部分組成：1.a區(qū)，仍然顯示當(dāng)前頁面內(nèi)容，2.b區(qū)，顯示當(dāng)前頁被折過來后，文字透過紙張顯示出來的內(nèi)容，3.c區(qū)，顯示下一頁的內(nèi)容。a區(qū)通過對當(dāng)前頁面截圖得到，b區(qū)通過對當(dāng)前頁面右下角截圖并作倒映、旋轉(zhuǎn)得到，c區(qū)通過對下一頁面截圖得到。以上3個區(qū)域的繪制可以構(gòu)造出翻頁特效的簡化模型。將這3個區(qū)域相鄰的邊用貝塞爾曲線繪制出來，則可得到如圖3所示比較圓滑、逼真的翻頁效果。

圖3 翻頁特效

電子書讀入模塊：電子書資源的源文件為EPub和txt格式，EPub格式書籍可以攜帶文字和圖片信息。通過Java的字節(jié)輸入流InputStream將電子書讀入到內(nèi)存。需要注意的是，電子書的大小在1M－100M之間，鑒于移動設(shè)備內(nèi)存資源有限，讀入電子書時不能一次將字節(jié)輸入流全部讀入。本系統(tǒng)中，每次讀入內(nèi)存的字節(jié)容量為100kb。當(dāng)用戶瀏覽到上次讀入內(nèi)存字節(jié)的盡頭時，開啟子線程繼續(xù)向后讀入100kb內(nèi)容。

圖4 翻頁特效簡化

社交交互模塊：該模塊負(fù)責(zé)向社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器傳送用戶間社交信息和用戶地理位置信息。與社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的交互采用了可擴展通訊和現(xiàn)場協(xié)議 （the extensible messaging and presence protocol，XMPP）［8－10］。該協(xié)議定義了3種包，分別是信息 （message）、信息／查詢請求 （Info／Query，IQ）、在線狀態(tài) （presence）。Message包用于搭載用戶間聊天、交流消息，IQ包搭載了用戶地理位置信息、用戶近期閱讀書本，Presence包搭載了用戶在線、離線、閱讀狀態(tài)信息。通過這3種消息包可以實現(xiàn)終端與社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器間的通信。

HTTP通信模塊：該模塊負(fù)責(zé)向資源服務(wù)器獲取帶語義標(biāo)注的電子書本、知識點詳細(xì)信息查詢，向標(biāo)注服務(wù)器獲取知識點的語義標(biāo)注信息。用戶在選擇查看知識點詳細(xì)信息時，會產(chǎn)生知識點的字符串。利用Android開發(fā)包中的HttpClient類將知識點的字符串作為請求關(guān)鍵字發(fā)送到標(biāo)注服務(wù)器，獲得該知識點的語義標(biāo)注。再把語義標(biāo)注用HttpClient類包裝發(fā)送到資源服務(wù)器，這樣可以獲得知識點的詳細(xì)信息。

4.2 社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器實現(xiàn)

社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器基于Openfire平臺開發(fā)。Openfire是遵守XMPP協(xié)議實現(xiàn)的開源即時消息傳輸平臺，已經(jīng)設(shè)計好即時消息傳輸框架，要對其進行功能擴展，需要將功能模塊寫成插件并注冊。

本文中，自定義的插件類SocialPlugin實現(xiàn)了Plugin接口，并重寫了接口函數(shù)initializePlugin（PluginManager manager，F(xiàn)ile pluginDirectory）。該函數(shù)在 Openfire啟動時被調(diào)用，從而完成插件的初始化工作，通常將注冊插件、獲取組件管理器實例等工作放在此函數(shù)中。注冊用于截獲消息包的PacketInterceptor接口和實現(xiàn)該接口中截獲消息包的回調(diào)函數(shù)代碼如下所示：

在回調(diào)函數(shù)interceptPacket（）中接收到消息后，根據(jù)消息類型作出處理。消息包有3種，即上一小節(jié)所述的Message包、IQ包、Presence包。3種消息包均寫在XML文件中。截獲到消息包以后分析出消息種類，對裝載聊天信息的Message包提取出接收消息的ID，并進行轉(zhuǎn)發(fā)；對裝載用戶地理位置信息的IQ包提取位置信息，并發(fā)送給相同社區(qū)中的每一用戶，以表明該用戶的地理位置；對裝載用戶正在閱讀書本信息的IQ包，提取書本名字，將該用戶添加到相應(yīng)社區(qū)中；對Presence包獲取在線狀態(tài)信息，并轉(zhuǎn)發(fā)給該用戶所在社區(qū)的其他用戶。

社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中維護了社區(qū)中的用戶列表和用戶所在社區(qū)表，每次接受到用戶閱讀書本信息時修改用戶列表和社區(qū)表，實現(xiàn)對用戶的分區(qū)管理。

4.3 標(biāo)注服務(wù)器實現(xiàn)

標(biāo)注服務(wù)器中存儲了由標(biāo)注工具上傳的知識點語義標(biāo)注信息。當(dāng)用戶發(fā)起查詢知識點詳細(xì)信息請求時，終端會將知識點字符串用GET方法發(fā)送到標(biāo)注服務(wù)器。標(biāo)注服務(wù)器使用名為tagSearch的Servlet來接受用戶的查詢請求，其請求的方式為 http：／／ip：port／tagSearch？key＝tagname。標(biāo)注服務(wù)器接受到請求后，查詢數(shù)據(jù)庫獲取知識點位置信息，然后返回用XML描述的知識點位置信息，即知識點的語義標(biāo)注。其中XML節(jié)點的主要標(biāo)簽見表1。

表1 語義標(biāo)注的XML節(jié)點主要標(biāo)簽表

4.4 資源服務(wù)器實現(xiàn)

資源服務(wù)器中存儲了帶知識點標(biāo)注的電子書本和知識點詳細(xì)信息，通過HTTP協(xié)議與終端通信。在資源服務(wù)器中，使用名為tagFind的Servlet來接受終端帶語義標(biāo)注的訪 問 請 求， 其 請 求 的 方 式 為 http：／／loaction／tagFind？id＝...＆file＝...＆＆start＝...＆end＝...。資源服務(wù)器接收到請求后，通過位置信息檢索到知識點詳細(xì)信息然后返回給用戶。值得注意的是，開發(fā)中客戶端利用HTTP發(fā)送字符串所使用的編碼必須與服務(wù)器使用的字符編碼保持一致，否則服務(wù)器端收到的字符解析出來會是亂碼。

4.5 標(biāo)注工具實現(xiàn)

標(biāo)注工具在PC端運行，使用Java語言開發(fā)，實現(xiàn)的功能有：電子書本顯示、添加知識點標(biāo)注對話框、上傳語義標(biāo)注及知識點詳細(xì)信息。電子書本顯示這一功能由Android終端的程序移植過來。添加知識點標(biāo)注對話框如圖5所示。

圖5 添加知識點標(biāo)注對話框

對話框中保存專家針對知識點添加的知識點詳細(xì)信息和相關(guān)知識點，并上傳到資源服務(wù)器中。標(biāo)注工具根據(jù)知識點詳細(xì)信息保存在資源服務(wù)器的書本名字、開始位置、結(jié)束位置、相關(guān)知識點生成知識點語義標(biāo)注的XML文件。知識點 “林黛玉”生成的語義標(biāo)注XML代碼如下所示：

所得到的XML文件即為語義標(biāo)注，上傳到標(biāo)注服務(wù)器保存。標(biāo)注工具與資源服務(wù)器、標(biāo)注服務(wù)器間的通信均為HTTP協(xié)議，通信過程與終端軟件類似，不再贅述。

5 系統(tǒng)實現(xiàn)效果與測試

5.1 系統(tǒng)實現(xiàn)效果

打開終端軟件，選擇閱讀電子書本，點擊以 “賈寶玉”為標(biāo)注的知識點，終端屏幕呈現(xiàn)如圖6（a）所示賈寶玉索引信息，點擊圖中 “詳細(xì)信息”按鈕，終端程序如圖6（b）所示顯示 “賈寶玉”的詳細(xì)信息。證明該系統(tǒng)能夠為用戶提供帶語義標(biāo)注的知識點服務(wù)。

圖6 知識點查詢

選擇進入 “交流模式”，終端屏幕跳轉(zhuǎn)到以地圖為背景的社區(qū)中。如圖7（a）所示，同一社區(qū)中的其他用戶在地圖中以圓點顯示，在此界面下可以與同一社區(qū)中所有用戶聊天。點擊圓點進入圖7（b）的界面中，可與該用戶單獨聊天。證明系統(tǒng)能為用戶提供基于閱讀社區(qū)的交流服務(wù)。

圖7 社區(qū)交流界面

5.2 系統(tǒng)測試

對本系統(tǒng)的測試主要從系統(tǒng)穩(wěn)定性、知識點點答響應(yīng)速度兩個方面進行。將終端軟件安裝于不同Android設(shè)備上，供20個志愿者使用，每個志愿者每天保證兩個小時以上的閱讀或者交流時間。實驗持續(xù)兩個月，客戶端軟件能夠正常實現(xiàn)電子書閱讀、知識點點答、社區(qū)交流功能，未出現(xiàn)崩潰、失去響應(yīng)等異?，F(xiàn)象，證明系統(tǒng)具有可靠的穩(wěn)定性。為測試知識點點答響應(yīng)速度，在終端程序中加入double型變量clickTime記錄用戶每次點擊查詢知識點的時刻，終端接收到知識點詳細(xì)信息并完成對話框彈出的時刻用變量showTime記錄。showTime減去clickTime得到waitTime即為用戶等待時間，將waitTime寫入到test.txt文件中。統(tǒng)計出不同終端設(shè)備在WiFi網(wǎng)絡(luò)和GPRS網(wǎng)絡(luò)下的響應(yīng)時間見表2。

表2 不同配置終端設(shè)備完成知識點點答響應(yīng)時間

可以看到，所有設(shè)備在WiFi網(wǎng)絡(luò)下響應(yīng)時間均在0.1秒左右，在GPRS網(wǎng)絡(luò)下響應(yīng)時間均在1.5秒－2.0秒之間，并且隨著設(shè)備配置的提升，響應(yīng)時間會隨之降低。實驗證明本系統(tǒng)能完成知識點點答和實時交流功能，具有穩(wěn)定性高、點答響應(yīng)速度快的特點。

6 結(jié)束語

針對傳統(tǒng)閱讀軟件只提供單一閱讀的功能，本文利用知識點標(biāo)注為用戶答疑，通過將用戶劃分社區(qū)提供交流服務(wù)以提升閱讀體驗。經(jīng)測試，本系統(tǒng)以XML文件為載體的語義標(biāo)注解決了知識點點答功能，通過XMPP協(xié)議實現(xiàn)了為用戶提供社區(qū)交流服務(wù)，并且具有較高的穩(wěn)定性和較快的響應(yīng)速度。隨著移動設(shè)備的普及，本文設(shè)計的移動閱讀社交系統(tǒng)將會有廣闊的應(yīng)用前景。下一步工作是研究使用壓縮算法減少從服務(wù)器端到終端的下行數(shù)據(jù)，進一步提高通信速度和降低通信費用。

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