基于设备适应性Agent的移动学习系统研究

摘要：移动学习系统由于设备性能差异较大，对学习内容有较大的限制。利用设备适应Agent技术可以解决这一问题。文章主要介绍了移动学习系统架构、设备检测的主要内容和方法以及设备适应性Agent的结构。

关键词：移动学习；Agent；设备适应性；移动设备检测

0　引言

移动学习是教育领域一种新颖的学习模式。在任何时间(Anytime)和任何地点(Anywhere)利用手持的无线移动通讯设备(如笔记本电脑、手机、PDA)学习任何内容(Anything)的学习方式是一种趋势。

移动设备种类繁多，各手持设备之间也存在较大的差异，如屏幕尺寸、分辨率、颜色数、浏览器、操作系统、虚拟机版本等等全都不一样。手持设备的计算能力、存储能力、无线网络传递内容的速率等对移动学习的内容有非常大的限制，成为移动学习发展的瓶颈。因此，有必要采用相应的技术根据不同设备特性提供适应的学习内容。

Agent技术是较前沿的软件技术之一，它在各个应用领域的运用是计算机科学与技术的一个研究热点。本文探讨利用Agent技术解决移动设备适应性问题。

1　基于设备适应性Agent移动学习系统技术架构

移动学习系统的技术架构由四层组成：表示层、网络层、逻辑层和数据层。其中表示层位于客户端，网络层是基于移动通信网和互联网，逻辑层和数据层则位于服务器端。

第一层(表示层)：是用户和系统交互的界面，负责和用户的会话处理。它的任务是通过浏览器访问移动学习系统服务器，根据浏览器的请求返回数据给浏览器，客户端利用相应的信息格式(如NHTML、XHTML、WML等)把所需的课程信息传送给客户端，客户机接收传来的符合该设备模式的文件，并把它显示在浏览器上。

第二层(网络层)：客户端通过GPRS或即将普及的3G网接入Internet，实现客户端与移动学习服务器的实时通信与数据共享。

第三层(逻辑层)：用于封装系统的业务服务，是整个系统的核心部分。它负责处理表示层的应用请求，对其业务处理进行逻辑判断；一旦逻辑判断通过则调用数据库的内容，进行数据处理，并将处理结果返回给表示层。

处理设备适应逻辑事务的Agent就位于这一层。它的任务是接收用户的请求并分析用户的设备性能，然后根据设备的性能将适合移动设备性能的内容反馈给移动设备浏览器。

第四层(数据层)：为应用提供数据来源。

2　移动设备适应性检测的主要检测特性和检测方法

2.1　主要检测内容

2.1.1　移动设备的类型

首先要检测的是移动设备的类型。常见的移动设备类型有：Notebook，PDA，smart phone，ceil phone。不同类型的移动设备有不同的支持系统，如操作系统和浏览器。表1为不同种类的移动设备的操作系统和浏览器。

2.1.2　屏幕特性

(1)分辨率：这是一个非常重要的特性，因为不同的移动设备的分辨率差别较大。

(2)屏幕模式(portrait／landscape)：许多新的PDA支持屏幕显示模式的转换。

2.1.3　支持的标记语言和脚本

HTML或者XHTML网页使用javascript脚本，有些PDA、智能手机的测览器不支持javascript。WAPl.x的手机支持WML和WMLScript，WAP2.x的手机支持XHTML。因此，支持的标记语言和脚本也是一个重要特征。

2.1.4　多媒体文件格式

为了让多媒体文件能正常地呈现在移动设备的特定浏览器上，确定多媒体文件格式也是较重要的。

2.2　主要检测方法

2.2.1　http user-agent报头

浏览器和服务器基于HTIP协议在WWW上传送信息。User-agent简单地说就是HTTP协议中的一个关键词，在HTTP头中允许加入这个字段的数据来描述发出HTTP请求的终端的一些信息，这样服务器端就可以实现对终端用户的识别。User-agent中包含移动设备的操作系统、浏览器和一些硬件的信息。

随着联接到Internet的移动设备的数量和种类的不断增长，对可以依照不同的设备能力而传送对应内容的需求也有相应的增加，仅仅用user-agent是不够的。

2.2.2　能力组合／喜好特征(cc／PP)

CC／PP设置文件(profile)是对移动设备的性能和使用者偏好的一种描述。CC／PP是W3C以基于XML的资源描述框架为基础的RDF。CC／PP设置文件包含许多的CC／PP属性名和相关值，服务器可据以选择最适合的资源形式

并将其传送到客户端。

2.2.3　用户轮廓规范(UAPROF)

UAROF是无线应用协议WAP论坛在CC／PP的基础上制定的无线设备在WAP客户端、中间网络点(网关)和服务器间传送无线设备信息的标准和协议，采用“属性――值”的方式来描述移动设备的信息，主要包括：①硬件平台：包含设备的硬件属性，如屏幕大小、色彩能力、像素纵横比、支持的字符集等；②软件平台：包含设备的应用环境，如操作系统、是否接受下载软件、是否装有音视频解码器等；③网络特征：包含描述网络环境的属性，如载体特征、支持的安全机制、支持的蓝牙版本等；④用户浏览器：包含运行在设备上的浏览器属性，如浏览器版本、支持的XHTML版本、是否具备显示表格的能力；⑤WAP特征：包含设备支持的无线应用协议的环境，如WAP版本、WAP设备类型等；⑥PUSH特征：包含设备对PUSH的支持能力，如支持PUSH的语言、字符集等。

2.2.4　Wireless Universal Resource File(WURFL)

HTTP协议提供了user-agent header，借助于它可以获得终端的具体型号，根据这个型号找到终端的各种规格属性。WURFL正是做这个事情的，它的全称是Wireless UniversalResource File，主页架在Source Forge上，http：／／／。WURFL是一个开源的免费的XML文件，里面收集了世界上所有手机的技术参数。

3　设备适应性Agent的结构

设备适应性Agent由两个模块组成：设备检测模块和内容适应模块。设备检测模块负责检测移动设备的特性(存储能力、屏幕尺寸等)，并将这些信息传给内容适应模块。内容适应模块主要负责产生适应的内容，根据相应的规则将学习内容转换成不同的内容，如将PNG文件转换为GIF文件。设备适应性Agent结构如图2所示。

3.1　设备检测模块

设备检测模块负责检测移动设备的类型、内存、屏幕尺寸、操作系统、浏览器等特性，然后将设备的特性送给适应内容模块。由于每天涌现出不同种类的新设备，设备检测模块不可能 识别世界上所有的设备，如果没有检测出相应的设备，设备检测模块应该为用户提供相似的性能。其处理过程如下：

第一步：基于学习者的请求，从设备信息库获得设备的特征。可以从用户的请求中得到user-agent。例如：从三星D500C型手机，可以得到user-agent，SAMSUNG-SGH-D500C／1.0Profile／MIDP-2.0 Configuration／CLDC-1.1 UP.Browser／6.2.3.3.c.1.101(Gui)MMP／2。用户的user-agent和设备信息库的匹配采用来文史特距离(Levenshtein distance)算法。具体算法如图3所示。

当用户使用移动设备通过Internet访问学习内容，设备浏览器特征是非常重要的。当不能从设备信息库检测出设备特征时，可以用浏览器特性来代替移动设备的特性。检测模块尽量使用来文史特距离从设备信息库中获得浏览器的特征。例如从三星D500C型手机，检测出浏览器是UP.Browser。因此系统可以根据浏览器的特性提供适应的内容。

虽然系统能从用户请求的user-agent获得移动设备的特征，在很多时候只能取得移动设备的相似性能。为了取得更精确的性能，一个改善的算法在第二步进行。

第二步：利用用户请求的其他报文(如CC／PP、UAPROF、WURFL)中的信息修改特征。除了user-agent，用户能从其他报文获得移动设备信息，例如标记语言、图像格式、屏幕尺寸等。对于移动设备的同一个特性，不同的服务提供不同的报文，例如：屏幕尺寸有的报文用HTTP_X_JPHONE_DISPLAY，有的报文用HTTP_X UP DEVCAP_SCREENPIXELS。所以在规则库中应该定义不同的规则去检测用户报文信息。改善算法见图4。

3.2　内容适应模块

规则库包含不同的媒体转换规则，例如文本、图像、音频等。在适应内容模块取得移动设备的性能后能产生适合移动设备特性的内容，这些内容尽量适应设备。例如移动学习系统中有个图片(格式：JPEG,像素：200*200)，当检测到移动设备支持图片的特性(格式：PNG,像素：180*120)，如果移动学习系统将原始的JPEG图片文件发送给移动设备，图片将在移动设备上不能正常显示。应该将原始JPEG图片文件转换成PNG文件。这种转换规则记录在规则库中。另外移动设备支持不同的标记语言，如WML，XHTML等，为了显示学习内容，应该用适应的标记语言标记嵌入的对象。

4　结束语

现代信息技术为移动学习提供了丰富的教学媒体资源，而性能各异的移动设备终端对媒体资源的选择有一定的局限性。将设备适应性Agent技术引入移动学习系统，可以让设备自动适应教学资源，提高移动学习系统的普及性。