基于MQTT Proxy的移動互聯(lián)網(wǎng)信息推送系統(tǒng)設(shè)計

崔艷萍+武國輝+閻知知+黃龍

摘要摘要：緊隨“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展前沿，研究適用于移動互聯(lián)網(wǎng)的信息推送技術(shù)。對比多種設(shè)計方案，基于消息隊列遙測傳輸協(xié)議設(shè)計信息推送系統(tǒng)。研發(fā)了配置安卓操作系統(tǒng)的手機APP客戶端、PHP服務(wù)器端，數(shù)據(jù)庫使用MySql，在Windows2008 Server環(huán)境下搭建代理服務(wù)器。設(shè)計了連接識別字符串算法、Activity跳轉(zhuǎn)URL算法，并加入了多種可提升用戶使用體驗效果的功能。從某學(xué)校試點推廣使用的結(jié)果可知，設(shè)計方案新穎、方便實用，性能穩(wěn)定可靠，增強了用戶的移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體驗。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：移動互聯(lián)網(wǎng)；信息推送；消息隊列遙測傳輸；PHP

DOIDOI：10.11907/rjdk.162138

中圖分類號：TP319文獻標識碼：A文章編號文章編號：16727800（2017）001007105

0引言

移動通信服務(wù)已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚牟糠諿1]。截至2014年12月，中國網(wǎng)民規(guī)模6.49億，手機網(wǎng)民5.57億[2]，網(wǎng)民平均每天“玩手機”158分鐘[3]。面對技術(shù)爆炸性變革，“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略被提升到了前所未有的高度。移動互聯(lián)網(wǎng)+通信=即時通信。對于這樣的應(yīng)用模式，大家熟知的有QQ、微信，與傳統(tǒng)概念顯著的區(qū)別在于前者使用的是數(shù)據(jù)流量業(yè)務(wù)，而后者使用的是語音業(yè)務(wù)。信息推送是以互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)挖掘、通信以及自然語言處理等多專業(yè)方向相融合的綜合性技術(shù)。信息推送技術(shù)最早由美國PointCastNetwork公司于1996年提出[4]。信息推送服務(wù)系統(tǒng)自動將合適的信息推送給合適的人，幫助用戶高效率地發(fā)掘有價值的信息。在這個信息處理過程中，信息推送服務(wù)器是主動方，用戶手中的客戶端是被動方。很多行業(yè)都將它作為重要的網(wǎng)絡(luò)營銷手段之一，例如中國工商銀行近期推出的一款理財手機APP軟件“融e聯(lián)”工銀信使就是以信息推送技術(shù)為基礎(chǔ)研發(fā)出來的。 1信息推送方案對比

1.1適用于移動互聯(lián)網(wǎng)的信息推送方案設(shè)計原則

具體如下：①安全性，保障用戶信息交互和傳遞安全；②穩(wěn)定性，保障用戶客戶端和服務(wù)器端的長期可靠運行；③省電省流量，處理冗余數(shù)據(jù)少，待機開銷?。虎荏w積小，不過多占用有限的移動存儲空間。1.2輪詢信息方案

該方案可以形象地稱之為“拉”信息。用戶手中的信息推送服務(wù)客戶端每隔一定的時間與服務(wù)器建立一次連發(fā)3D版本的訓(xùn)練游戲，可有效提升用戶參與度。此外，目前游戲市場所占份額最多的仍屬低齡段的語文、數(shù)學(xué)、外語等主科教學(xué)，針對特殊教育等社會應(yīng)用的游戲案例較少，面向自閉癥兒童的3D訓(xùn)練游戲研發(fā)可彌補此類需求，在特殊教育機構(gòu)、醫(yī)院自閉癥?？频炔块T有廣闊的市場。

查詢服務(wù)器上是否有信息發(fā)布出來，如果有就取回并顯示到客戶端上。這種方案看似簡單直接，但是輪詢間隔時間很難優(yōu)化。輪詢間隔時間設(shè)置太長，信息推送的實時性就很差；而如果這個時間設(shè)置太短，勢必會增加網(wǎng)絡(luò)流量和消耗電量，對于移動互聯(lián)網(wǎng)而言，這是“大忌”。1.3攔截信息方案

移動通信運營商向用戶發(fā)送短信息，用戶的信息推送服務(wù)客戶端攔截該短信息并將其內(nèi)容解析出來，根據(jù)解析內(nèi)容跳轉(zhuǎn)訪問服務(wù)器的指定頁面。該方案可以保證信息推送的實時性，技術(shù)上問題不大。問題出在實際應(yīng)用上，一是找不到能夠免費發(fā)送短消息的移動通信網(wǎng)關(guān)，二是實現(xiàn)該方案需要支付給移動運營商的費用無法承受。1.4持久連接信息方案

用戶手中的信息推送服務(wù)客戶端與服務(wù)器建立一個持久連接，即使網(wǎng)絡(luò)中斷，連接信息不丟失、資源不回收，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后仍使用原有資源進行連接，如果連接超時，客戶端將立即再次發(fā)起連接。該方案可以保證實時性，雖然也會消耗電量和流量，但可以從設(shè)計上進行優(yōu)化，將信息推送損耗降至較低水平，另外還要保證消息一定要能夠到達客戶端，這個約束對于網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、終端設(shè)備內(nèi)存資源有限的移動互聯(lián)網(wǎng)來說至關(guān)重要。

對比上述幾套方案，選取最后一套方案，基于消息隊列遙測傳輸協(xié)議（MQTT）來實現(xiàn)。

源于IBM公司MQTT的設(shè)計思想是“發(fā)布—訂閱”模式?？蛻舳瞬恢苯优c服務(wù)器交互，在兩者之間架設(shè)代理服務(wù)器（Proxy Server），從而做到應(yīng)用程序與服務(wù)程序松耦合。

如圖1所示，MQTT協(xié)議的基本工作過程是：首先，Proxy Server作為broker角色開啟服務(wù)，然后客戶端與Broker創(chuàng)建連接并長時間維持連接，“訂閱”（準備接收特定的信息）已設(shè)定好的“主題”（Topic）。接下來，推送服務(wù)控制端與Broker創(chuàng)建連接，“發(fā)布”（推送特定的信息）已經(jīng)編輯好的推送信息，該信息一旦“發(fā)布”成功，該連接即斷開。最后，Broker將該信息推送至客戶端，客戶端接收成功后將其按照設(shè)定好的規(guī)則顯示出來。

2系統(tǒng)總體設(shè)計

信息內(nèi)容主要包括兩種形式，一是信息內(nèi)容的全部具體信息，另一種形式則是信息的主要內(nèi)容或者信息目錄索引，由接受信息對象按照推送的通知，查詢具體信息內(nèi)容[5]。本系統(tǒng)推送的信息以后者的形式實現(xiàn)。

信息推送服務(wù)系統(tǒng)由3個子系統(tǒng)組成，分別是信息推送服務(wù)控制端、信息代理服務(wù)器、手機APP客戶端。

信息推送服務(wù)控制端和信息代理服務(wù)器運行在同一個物理服務(wù)器上。該物理服務(wù)器是自購服務(wù)器，安裝Windows2008 Server操作系統(tǒng)，由第三方數(shù)據(jù)中心托管，固定國際互聯(lián)網(wǎng)IP v4地址。管理員從外部接入國際互聯(lián)網(wǎng)通過瀏覽器訪問該服務(wù)器。系統(tǒng)在推廣試用階段數(shù)據(jù)量不是很大，因此選擇性能較穩(wěn)定，操作和配置都較靈活的MySql數(shù)據(jù)庫[6]。服務(wù)控制端使用跨平臺的PHP腳本語言開發(fā)，管理員用瀏覽器即可操作，無需安裝繁瑣的控制軟件。

在早些時候，隨著MQTT協(xié)議的出現(xiàn)，IBM公司為應(yīng)用該協(xié)議，編寫了RSMB組件。該組件有多種形式，可運行于Windows、Linux等操作系統(tǒng)，但是它沒有考慮用戶訪問的安全性，并且未開源。在搭建信息代理服務(wù)器時，最初選用的也是RSMB組件，進一步完善修改后，最終選用開源的、支持安全訪問的Mosquitto組件作為Broker角色來實現(xiàn)信息代理服務(wù)。

手機APP客戶端基于安卓（Android）操作系統(tǒng)設(shè)計。雖然Android 用的是Linux內(nèi)核[7]，使用C、C++開發(fā)APP軟件效率高，但是信息推送服務(wù)主要關(guān)注點在應(yīng)用層，不過多考慮底層的硬件接口、驅(qū)動，因此在開發(fā)手段上采用基于Java虛擬機的SDK實時運行環(huán)境。APP與用戶交互的主界面使用Android的Layout相對布局，查看推送信息的詳細內(nèi)容使用WebView組件加載HTML5響應(yīng)式網(wǎng)頁進行瀏覽。

3信息推送服務(wù)控制端設(shè)計

管理員登錄系統(tǒng)采用Ajax設(shè)計理念，更新登錄信息輸入狀態(tài)而不刷新頁面。

配置信息推送Broker參數(shù)的源代碼如下：參數(shù)值的含義如下：

cishu=0 表示推送最新的信息。

cishu=1 表示推送其次新的信息。

cishu=2 表示推送從時間順序上排在第3的信息（也就是在歷史信息表中第3行的信息）。

cishu=3 表示更早的信息（也就是在歷史信息表中第4行的信息）。

以此類推，最大參數(shù)為cishu=9，也即本系統(tǒng)可以重新推送以前推送過的10條信息。

（3）填寫任意網(wǎng)址，推送的信息將會鏈接到該網(wǎng)址上。注意網(wǎng)址必須以帶問號的參數(shù)結(jié)尾。

例如http：//192.168.1.88/index.asp？mk=9

或者http：//192.168.1.66/？t=23

如果沒有參數(shù)，任意添加一個即可。

4信息代理服務(wù)器設(shè)計

Broker底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為TCP/IP，主要函數(shù)類包括：消息訂閱及發(fā)布類、創(chuàng)建、斷開連接類、連接狀態(tài)監(jiān)測類、日志類等。數(shù)據(jù)幀頭部采用固定格式，2字節(jié)（16位），包含信息類型、QoS、信息長度數(shù)、標志位等內(nèi)容。

處理推送信息的服務(wù)質(zhì)量（QoS）設(shè)計為3種：①Q(mào)oS=0，信息最多傳送一次，因此信息有可能丟失或者重復(fù)推送；②QoS=1，信息最少傳送一次，因此信息有可能重復(fù)推送，但不會丟失；③QoS=2，信息有且只傳送一次，因此信息既不會丟失也不會重復(fù)推送。

連接狀態(tài)模式設(shè)計為兩種：①cleanSession=true，對應(yīng)客戶端參數(shù)Clean_START=true，僅在連接會話的作用域內(nèi)創(chuàng)建“訂閱”和“發(fā)布”信息，一旦連接斷開，該次“訂閱”就會失效，處于該次“訂閱”集中的“發(fā)布”信息將不會被推送，而新的“訂閱”集將會被創(chuàng)建，以后“發(fā)布”信息將會對應(yīng)于這個新的“訂閱”集；②cleanSession=false，對應(yīng)客戶端參數(shù)Clean_START=false，“訂閱”信息是持久的。Broker與客戶端之間可以連接，也可以斷開，而其“訂閱”一直保持活動狀態(tài)，即“訂閱”集保持不變，當Broker與客戶端重新連接時，客戶端將接收任何未傳遞的“發(fā)布”信息。

5手機APP客戶端設(shè)計

5.1信息推送顯示形式

考慮信息推送的早期雛形，Email發(fā)信者將信發(fā)送給接收者。當接收者打開瀏覽器登錄到郵箱后，瀏覽器會自動彈出通知欄，告知接收者已經(jīng)有幾封郵件到達，并顯示郵件標題，接收者點擊郵件標題即可打開郵件瀏覽全文。本文系統(tǒng)APP客戶端也按這樣的思路進行設(shè)計。

客戶端接收到的信息以圖標的形式顯示在Android的通知區(qū)域（Notification），用戶向下滑動該圖標，展開Notification，看到信息標題。按照推送信息的接收順序，用戶最多可以看到最新推送來的前5條信息的標題。用戶點擊其中一條信息的標題，即可查看信息的詳細內(nèi)容。

5.2識別字符串連接算法

不同的連接由不同的連接識別字符串區(qū)分，連接識別字符串由兩部分構(gòu)成，即Topic+用戶識別碼。

Topic按照特定的人群區(qū)分：教師群、學(xué)生群、領(lǐng)導(dǎo)群、VIP群（在生活或者學(xué)業(yè)上需要特別照顧幫扶的個別人群）。向教師群推送教務(wù)信息，向?qū)W生群推送課程資料、考試信息，向領(lǐng)導(dǎo)群推送管理決策信息，向VIP群推送幫扶信息。

Topic相同，必須要有不用的用戶識別碼。本系統(tǒng)在最初設(shè)計時使用Android的系統(tǒng)參數(shù)ANDROID_ID，但在實際使用中發(fā)現(xiàn)ANDROID_ID有較大的重復(fù)概率，因此改用存儲在用戶手機SIM卡中的國際移動用戶識別碼（IMSI）[8]。

5.3再次連接間隔時間算法

設(shè)Tst為服務(wù)開始的時刻，Trval為已設(shè)定的初始再次連接間隔時間，Tmaxr為已設(shè)定的再次連接最長間隔時間，Tnow為連接斷開的時刻，Telap為從服務(wù)開始到本次連接斷開的時間，Taval為優(yōu)化后的再次連接間隔時間，則有如下迭代算法：

Telap=Tnow-Tst（1）

Taval=Trval，Telap≥Trval

min（4*Trval，Tmaxr），Telap

將Taval的值保存起來（使用Android便捷的SharedPreference數(shù)據(jù)存儲方式進行保存），下次連接斷開時，將其作為新的初始再次連接間隔時間代入算法進行計算。

5.4Activity跳轉(zhuǎn)WebView URl鏈接算法

客戶端調(diào)用Android里的WebView組件顯示Html5網(wǎng)頁內(nèi)容，WebView組件所在的Activity記為“WebActivity”?？蛻舳颂D(zhuǎn)到WebActivity有3個來源：①從服務(wù)控制端直接輸入URL鏈接地址；②信息標題Activity默認跳轉(zhuǎn)的URl鏈接地址；③APP主界面默認跳轉(zhuǎn)的URL鏈接地址。

為了區(qū)分上述3種情況，設(shè)置了2個字符串變量“biaozhi”和“l(fā)ianjiedata”，“biaozhi”由程序直接賦值，“l(fā)ianjiedata”為截取的URL鏈接字符串。對于第一種情況，從收到的推送信息中根據(jù)標識符“，f，”截取，然后在后面加上MISI號參數(shù)。因為使用“GET”形式傳遞參數(shù)，URL語法格式必須符合規(guī)范，鏈接地址和參數(shù)之間用“？”隔開，多個參數(shù)之間用“&”隔開，所以在服務(wù)控制端輸入連接地址時才有前述特殊要求。對于第二種情況，直接截取默認URL鏈接字符串http：//wuguohui.com/index.php？cishu=0， 對于第三種情況，直接截取默認URL鏈接字符串http：//wuguohui.com/mgq/index.html。

如果“biaozhi”為空，“l(fā)ianjiedata”不為空，則判斷為第一種情況；如果“biaozhi”為空，且“l(fā)ianjiedata”也為空，則判斷為第二種情況；如果“biaozhi”不為空，則判斷為第三種情況。

5.5增強用戶體驗設(shè)計

（1）服務(wù)啟動/停止。在長期的推廣使用中，不至于讓用戶反感，服務(wù)設(shè)計為可由用戶隨意開啟或者停止。在服務(wù)被用戶停止或者網(wǎng)絡(luò)中斷期間，如果有信息被推送過來，用戶將不能接收。離線推送功能可以保證這些信息在用戶再次開啟服務(wù)或者網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后可以立即被送達用戶。

（2）按鈕操作語音提示。為了提升用戶體驗效果，加入按鈕操作語音提示功能。用戶點擊按鈕，同時自動播放預(yù)先存儲的語音提示。為了縮短播放延遲，本系統(tǒng)調(diào)用Android的SoundPool類來實現(xiàn)。本系統(tǒng)還設(shè)計了一個音頻文件加載“監(jiān)聽器”，保證語音提示加載完成之后才能調(diào)用SoundPool類，以防止出現(xiàn)加載空值錯誤。

（3）開機自動啟動。本系統(tǒng)“截獲”Android啟動時發(fā)出的系統(tǒng)廣播，繼承BroadcastReceiver類，重寫onReceive方法，當接收到的Intent符合ACTION_BOOT_COMPLETED（即系統(tǒng)廣播的內(nèi)容）時，啟動本系統(tǒng)的首個Activity。

6系統(tǒng)調(diào)試及運行

6.1參數(shù)配置

6.2APP客戶端調(diào)試

下載APP客戶端的apk安裝包至Android手機進行安裝。安裝完成后，打開APP，首先輸入用戶授權(quán)碼，只需要輸入一次，授權(quán)信息將會被保存，再次打開APP，直接運行。APP客戶端運行后的界面如圖2所示。

7結(jié)語

本系統(tǒng)的服務(wù)控制權(quán)完全在管理者手中，可以統(tǒng)計用戶對信息接收情況的反饋（依據(jù)設(shè)備識別碼唯一性），準確掌握用戶對信息效果的反應(yīng)情況。它不僅能做到大面積統(tǒng)一推送，還可以做到定點準確推送。對信息區(qū)分各類人群（依據(jù)安裝不同客戶端的主題分類），不同信息有選擇地推送給不同的人群。本系統(tǒng)具有操作簡單、實用方便、適用廣泛、節(jié)省網(wǎng)絡(luò)流量和電池電量的特點，可以推送文字、圖片等多種形式，自動提醒用戶，只要用戶手機可上網(wǎng)，每個用戶能夠幾乎同時實時收到信息，還可以靈活用于發(fā)布各種通知、宣傳文件精神、發(fā)布便民生活消息、轉(zhuǎn)發(fā)時事新聞和網(wǎng)頁鏈接、聯(lián)絡(luò)人員、休閑娛樂、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。如果將信息服務(wù)質(zhì)量（QoS）設(shè)置為0，本系統(tǒng)可以應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)通信中，例如在智能家居環(huán)境下，將傳感器監(jiān)測到的家用機器人的工作狀態(tài)推送到辦公室里的PDA上并顯示出來。后續(xù)工作還需要美化人機交互界面，形成更加人性化的布局。

圖2APP客戶端運行界面圖3編輯、推送信息

參考文獻：

[1]閔慶飛，王菊，劉振華.移動系統(tǒng)可用性綜合研究框架[J].計算機應(yīng)用研究，2012，29（2）：421426.

[2]曉丹.CNNIC第35次《中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展狀況統(tǒng)計報告》中國手機網(wǎng)民達5.57億[EB/OL].[20150718] http：//www.guancha.cn/Science/2015_02_04_308533.shtml.

[3]中國互聯(lián)網(wǎng)信息中心.CNNIC手機娛樂報告：網(wǎng)民平均每天“玩手機”158分鐘[EB/OL].[20150718] http：//www.cnnic.net.cn/gywm/xwzx/rdxw/2015/201507/t20150710_52527.htm.

[4]張月天，鄔偉，曾欣.當前互聯(lián)網(wǎng)幾種信息推送技術(shù)及其評析[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009，3（2）：115119.

[5]李博，黃芳.信息推送技術(shù)在企業(yè)中的應(yīng)用研究[J].電腦知識與技術(shù)，2013，9（6）：15451547.

[6]蔣黎黎，梁坤，葉爽.基于粒度計算理論的知識融合模型研究[J].計算機應(yīng)用研究，2012，29（10）：36973700.

[7]楊海民，張濤，趙敏，等.基于Android的BSP移植自動適配技術(shù)[J].計算機工程，2014，40（11）：245249.

[8]何平，肖海，劉兆元，等.LTE終端多模選網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)分析[J].電信科學(xué)，2012（12）：131134.

責(zé)任編輯（責(zé)任編輯：孫娟）