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1、基于短信的移动教育系统结构研究与实现Study and Implementation of SMS-based Mobile Education Architecture崔光佐 陈 虎 郝永胜 孙辨华 李树芳北京大学现代教育技术中心Tel：8610-62761149E-mail：本文通过将移动因特网和现代教育相结合，深入研究了移动教育的可行性，并根据目前广泛使用的短信服务讨论了该技术在移动教育中的应用。本文根据短信通信和教育活动研究并设计了基于短信中心及单机串口通信的短信移动教育系统结构，并利用Konia5110手机在WINDOWS2000和SQL SERVER7。0平台上实现了基于单机串口的
2、移动教育系统(SM2ES)。大量的实验结果表明，基于短信的移动教育系统SM2ES是可行的，移动教育可大大改进教育的方式，具有广阔的发展前景。关键词：移动因特网 短信服务 移动教育1 引言教育是人类社会发展过程中的永恒主题，扩大规模、提高质量和加快速度是发展教育的根本任务；多出人才，出好人才和快出人才始终是教育的主要目标。教育的发展与技术的进步息息相关，社会的每一次技术革新都曾不同程度地支持和促进了教育的发展。例如，纸张、印刷术导致了记录并传播文化的书本出现；广播电视技术导致了远距离教学；录音录像技术使教育的方式更加灵活；计算机技术带来了教育教学信息的数字化；多媒体技术使得抽象的概念更直观形象生
3、动；网络技术提供了更方便的远程交互和信息共享能力，产生了网络教育。网络教育大大改进了人们从事教育活动的方式，其教育规模和教育质量是以前的远程教育所无法比拟的，因此已经成为国际上各大学教育改革的重要措施，纷纷建立网上虚拟大学，中国政府已经批准建立了近70所网络教育学院进行现代远程教育试点。目前的网络教育主要是基于先进的因特网和多媒体技术，试图实现任何人、任何时间、任何地点、任何方式的理想教育模式。但因特网是有线连接，网络环境建立代价高，扩充新的节点也不很方便,尤其是在偏远山区难度更大。目前知识爆炸，教育的内容日新月异，终身教育已成为现代社会的需要，传统课堂之外的学生人数大大增加，这些人没有固定的
4、学习地点和时间，甚至工作场所也不固定（例如销售人员）。另外，对于在校生来说，其放假或者外出也希望随时取得与学校的联系，这些是利用有线连接的因特网无法实现的。即便目前即将采用的IPV6协议1，也只能增加IP地址的移动性，不能实现移动过程中连接。移动通信23是近来发展最快的通信技术，其普及推广的速度惊人。该技术与因特网结合而产生的移动因特网技术(mobile internet)将给人以全新的交互和资源共享环境，尤其是与IPV6协议结合后，其移动连接更方便更灵活。这无疑给教育又一次提供了有力的改进手段，很多单位已经在进行有益的探索，这种基于移动因特网技术的教育革新技术被称为移动教育（MOBILE E
5、DUCATION）6。移动教育作为一种可以广泛使用的教学手段目前在国内外还不多见。随着无线移动设备费用的降低，其普及率在迅速增加，尤其在中国更是如此。而且，移动通信和计算机技术的发展给移动设备的通信带宽和计算能力提供了广阔的发展空间。在这样的背景下，通过将移动互连通信与教育相结合，充分运用现代科技发展的新成果，移动教育将发挥积极的作用。Berkeley在2000年针对一些中学生做了使用手机的教育实验45简单讨论了在虚拟大学中的移动应用,而北京大学则对移动教育进行了较为系统的研究67，并得到了政府和企业的积极支持。移动教育(Mobile Education)是指依托目前比较成熟的无线移动网络、国
6、际互连网1以及多媒体技术，学生和教师通过使用移动设备(如手机等)来更为方便灵活地实现交互式教学活动，其基本构架参考文献6。移动教育系统主要由四部分组成67：国际因特网、移动教育网、移动台和教学服务器。由于技术和价格的原因，移动教育的功能还不能充分体现，有些功能将随着移动通信技术的发展而逐步实现。目前移动网的运营商基本建成了2.5G的移动网，CDMA和GPRS移动设备正在广为销售，但其设备费用和使用费用较高，很难为教育界所接受。本文将基于移动通信中使用广泛的短信技术，深入研究其在教育中的应用，设计适合教育的实用的应用系统。本文的安排如下：第二部分简单介绍移动因特网和短信服务；第三部分研究并设计基
7、于短信的移动教育系统；第四部分详细描述基于诺基亚5110手机的单机系统实现；第五部分给出实验结果和结论。2 移动因特网和短信通信服务简介移动教育的目的是利用移动设备和移动通信网方便地访问因特网上的教育资源689，并实现方便灵活的交互功能，其中资源访问的形式是受移动设备与移动通信网之间以及移动通信网与因特网之间的通信协议制约的。目前移动通信协议主要有两种形式：一种是面向短信的，另一种是面向连接的(实现实时通信)。本节主要介绍有关的移动因特网和短信服务。2.1 移动因特网简介移动因特网是将有线因特网、移动通信网(无线连接，包括GSM、AD HOC等无线网络)集成在一起的网络，如图1所示10。图1
8、移动通信网基本结构从图1可知，移动因特网主要包括三个部分：有线因特网、无线连接和灵便终端。有线因特网指INTERNET，无线连接是指由无线模块组成的网络(包括集中式和非集中式控制的无线网络)，灵便终端指具有终端处理能力的便于携带的终端设备，包括手机、PDA以及具有无线模块的便携式电脑等。在这样的网络中，用户利用灵便终端通过无线连接和协议服务器，就可以方便地与有线因特网交互信息，形成统一的因特网，称为移动因特网。与有线因特网相比，移动因特网的一个重要优点是客户使用终端通过空中接口与有线网相连，这样就可弥补有线互连不能移动的缺点(设备移动时必须断开)。因此，该种网络可实现移动中交互，实时连接，为移
9、动教育提供了广阔的发展空间。2.2 短信通信服务 （1）短信中心服务GSM(Global System for Mobile Communication)网络除了提供话音服务外，还提供面向字符的短信服务(SMS，Short Message Service)。SMS占用信道的时间短、费用小，可使得两个GSM用户方便地进行点对点通信。由于因特网开发的时间较长，而且已经具有大量的支持软件，并形成了丰富的资源，因此目前众多的短信服务厂商几乎都与国际因特网相结合而形成统一的短信服务中心。图2是中国移动通信集团短信网络的结构，其中的简写短语意义如下：SMPP：Short Message Peer to P
10、eer，短信点对点协议。CMPP：China Mobile Peer to Peer，中国移动点对点协议。ISMG：Internet Short Message Gateway，因特网短信网关。短讯中心防火墙SMPPTCP/X.25短讯中心防火墙SMPPTCP/X.25ISMG维护管理中心ICPWWWServerICPWWWServerCMPPTCP/IPCMPPTCP/IPCMPPCMPPSMPPSMPPTCP/IP图2 中国移动通信短信服务网络（2）基于串行口的单机短信通信GSM/GPRS/CDMA是目前商业化的移动通信网络，属于2.5G通信产品，都提供标准的短信服务。但由于其短信中心服务
11、只授权给运营商，科研单位要想开展基于短信的应用研究，目前只能通过移动设备提供的与PC串行通信口来实现。其结构和原理如图3所示。图3 基于串行口的短信通信通过短信可在用户间实现有限字符的通信，也可实现用户与因特网服务器之间的有限字符传送。利用这一特点可实现用户通过无线移动网络与因特网之间的通信，进而实现对教育服务器的访问，并完成一定的教学活动。具体功能如下：1 学校对教师的教学活动通知； 2 教师对学生的教学活动通知；3 学生对教师提出问题；4 教师对学生的问题浏览以及答疑；5 学生对考试分数的查询。总之，通过短信可实现学生和学生之间、学生和教师之间、学生和教学服务器之间以及教师和服务器之间的字
12、符通信，这样的教学活动不再受时间、地点和场所的限制，真正做到“everywhere，everytime”学习。但是，要想更好地实现移动教育，还需要解决以下问题：1 需要对教学服务器的软件系统增加移动接口； 2 需要专门设计并编写面向短信的服务软件； 3 需要手机方提供教学服务系统的操作菜单。前两者是属于服务器端的软件，用户可以修改完成；但对于来说，涉及到手机系统的软件，需要具备扩展应用程序功能的无线设备，如摩托罗拉的6288、诺基亚的9210等高档移动台设备。对于目前通常的手机来说，短信是标准的应用支持，其价格最适合于教育。可行的基于短信的移动教育方案是教育系统自行规定一组操作，用户可利用短信
13、将操作命令发给教学服务器，教学服务器再根据收到的命令执行相应的操作。3 基于短信的移动教育系统(SM2ES)设计internet图4 基于短信的移动教育系统结构3.1 硬件结构设计 基于短信的移动教育服务系统(以下简称SM2ES)结构如图4。由图可知，SM2ES由四部分组成：国际因特网、短信通信(移动通信)、教学服务器和移动台(手机等)。（1）移动教育网：该网络是整个移动网络的一部分，由多个基站组成，用来发射或接收来自移动台以及因特网的信息，并通过空中接口将移动台与因特网实现无缝连接。（2）国际因特网：该网络即我们通常说的Internet，是教育资源的有效载体。目前因特网技术已经非常成熟，与因
14、特网连接的客户可方便地进行信息交换，并可访问因特网上的丰富资源。（3）教学服务器：该服务器与因特网相连，存放丰富的教学资源以及相应的服务程序。（4）移动台：移动设备，如手机等。目前一般指2代或2.5代手机，即由通信硬件与SIM卡组成。通信硬件完成信号的接收以及协议识别，SIM卡保存用户的标志。对于该类设备来说，其内置的操作系统基本上是封闭的，很少具有扩充软件的功能。另外，许多公司正在推出具有PDA功能的高档手机，该设备集成了通常手机和PDA的功能，其PDA部分具有一定的开放性，可在一定程度上扩充软件。从移动教育系统SM2ES的构成来看，其国际因特网和教学服务器是教育资源的主要载体；而移动台和移
15、动教育网则是连接用户和互连网的主要媒介，正是这种媒介才使得移动教育系统独具魅力,提供了支持移动连接的空中接口。同时，随着移动通信技术的迅速发展，移动教育系统将给使用者提供更方便的服务。目前国际上不少移动厂商正在研发并推出第三代移动通信协议，诺基亚、爱立信等都在试图推出第三代通信产品。一般认为到2005年左右，第三代通信产品将趋于成熟。此时，移动通信的速度将大大增强，我们使用手机就可以浏览Web网页，此时的移动教育系统也会提升到新的水平。3.2 软件结构设计系统执行过程：SM2ES的运行过程如图5所示。 系统启动装入串口通信API启动SM2ES系统有短信收到么？是访问SM2ES系统么？查询短信队列根据命令执行相应的系统操作给用户返回命令集NYNY图5 SM2ES的运行流程涉及的软件模块：（1）串行口通信API该模块主要完成计算机和移动台之间的串行通信，所有的移动台都应该配备该接口，而且提供标准的API。目前比较常用的是诺基亚的5110和6110等系列。计算机端通过调
