謝寒冰，賀松

基于3G的移動(dòng)云系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

謝寒冰，賀松

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的結(jié)合，為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來(lái)了新的契機(jī)，同時(shí)，也加速了云計(jì)算的落地。為了擴(kuò)展移動(dòng)終端的功能和作用，體現(xiàn)云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，讓用戶(hù)能夠真正受益于新興科技帶來(lái)的改變。提出了一種基于3G網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)而運(yùn)行的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)基于C/S設(shè)計(jì)模式，手機(jī)客戶(hù)端為主控端，PC端為被控端，通過(guò)服務(wù)器建立連接，處理命令和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)和控制。

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)；云計(jì)算；3G網(wǎng)絡(luò)；遠(yuǎn)程控制

0 引言

遠(yuǎn)程控制這一概念最早出現(xiàn)在PC端，用于連網(wǎng)的電腦之間，主控端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向受控端發(fā)送指令，完成一系列信息的交互。而隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，尤其是以安卓操作系統(tǒng)為代表的智能手機(jī)的大量接入網(wǎng)絡(luò)，人們對(duì)于應(yīng)用需求的不斷增加，遠(yuǎn)程控制大量開(kāi)始大量應(yīng)用于手持設(shè)備和電腦客戶(hù)端[1]。

傳統(tǒng)的手持設(shè)備與PC間的遠(yuǎn)程控制，功能比較單一，隨時(shí)隨地性較差，無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)越來(lái)越高的需求。正是在這種背景下，“移動(dòng)云”的出現(xiàn)，給移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)現(xiàn)帶來(lái)了新的契機(jī)，加速了云計(jì)算的落地，使用戶(hù)能真正受益于新興科技所帶來(lái)的改變。

“云計(jì)算”相對(duì)于普通遠(yuǎn)程控制軟件不同的是，在“云”端部署的服務(wù)器能夠帶來(lái)更為強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和計(jì)算能力，以及更為出色的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，使得即使在用戶(hù)量大，需要處理的數(shù)據(jù)非常龐大的時(shí)候，也可以輕松應(yīng)對(duì)；同時(shí)，在通過(guò)3G或WIFI連接入網(wǎng)的情況下，用戶(hù)可以在真正意義上實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的操作。

在基于3G網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)的背景下，文章介紹了一種遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，手機(jī)客戶(hù)端通過(guò)3G連接入網(wǎng)，與PC受控端完成一系列信息的交互，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于PC端的關(guān)機(jī)、重啟、攝像頭的訪(fǎng)問(wèn)、文件的訪(fǎng)問(wèn)和操作。

1系統(tǒng)整體闡述

1.1 系統(tǒng)采用的開(kāi)發(fā)環(huán)境

數(shù)據(jù)庫(kù)：SQLServer2005是一個(gè)全面的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，使用集成的商業(yè)智能工具提供了企業(yè)級(jí)的數(shù)據(jù)管理，其中的數(shù)據(jù)庫(kù)引擎為關(guān)系型數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)提供了更安全可靠的存儲(chǔ)功能。

SQLServer2005數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)對(duì)PC端、手機(jī)端、服務(wù)器端各種需要交互的文件、圖像、視頻等數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

Eclipse：Eclipse是一個(gè)開(kāi)放源代碼的，基于Java的可擴(kuò)展開(kāi)發(fā)平臺(tái)，是普遍適用的開(kāi)放是擴(kuò)展IDE，它不近可以開(kāi)發(fā)Java程序，也可以用來(lái)開(kāi)發(fā)C/C++，且任何人都可以擴(kuò)展Eclipse的功能。Eclipse的核心非常小，其他功能都是基于此核心寫(xiě)成插件，包括圖形API、開(kāi)發(fā)環(huán)境插件JDT、插件開(kāi)發(fā)環(huán)境PDE。Eclipse對(duì)這些插件的協(xié)同工作提供了良好的支持，不近安裝簡(jiǎn)單，還可以無(wú)縫結(jié)合。

Eclipse用來(lái)實(shí)現(xiàn)C/S架構(gòu)的PC端和手機(jī)端的軟件功能開(kāi)發(fā)。

VS2010：Vssual Studio是目前最流行的Windows平臺(tái)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，是一套完整的開(kāi)發(fā)工具集，用于生成ASP.NET Web應(yīng)用程序、XML Web Services、桌面應(yīng)用程序和移動(dòng)應(yīng)用程序。此外，它還提供仿真程序，讓開(kāi)發(fā)者可以在開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行和調(diào)試代碼。

WDK：是一種完全集成的驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，它包含Windows DDK，用于測(cè)試Windows驅(qū)動(dòng)器的可靠性和穩(wěn)定性。

VS2010與WDK平臺(tái)用來(lái)實(shí)現(xiàn)的客戶(hù)端、服務(wù)器端的基于C、C++和C#語(yǔ)言的功能程序的開(kāi)發(fā)。

1.2 技術(shù)介紹

虛擬化技術(shù)：虛擬化技術(shù)是云計(jì)算、云存儲(chǔ)得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。對(duì)于云計(jì)算、云存儲(chǔ)來(lái)說(shuō)，需要抽象的地方很多，這當(dāng)中涉及虛擬化存儲(chǔ)管理和虛擬化計(jì)算管理。虛擬化存儲(chǔ)管理就像是虛擬內(nèi)存一樣，當(dāng)應(yīng)用程序執(zhí)行時(shí)，所占用的內(nèi)存不足，操作系統(tǒng)為之增加虛擬內(nèi)存，直至內(nèi)存耗盡。虛擬化計(jì)算管理，就像是如何對(duì)進(jìn)程、線(xiàn)程進(jìn)行調(diào)度，并且管理對(duì)應(yīng)的線(xiàn)程、進(jìn)程資源。

RFB協(xié)議和RDP協(xié)議：RFB（遠(yuǎn)程幀緩沖）協(xié)議是一個(gè)用于遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)圖形用戶(hù)界面的簡(jiǎn)單協(xié)議；RDP（遠(yuǎn)程顯示協(xié)議）提供了客戶(hù)和服務(wù)器之間的連接，協(xié)議基于T.128提供多信道，在客戶(hù)端支持多種資源緩沖和圖片數(shù)據(jù)的壓縮處理[2]。

遠(yuǎn)程控制中的C/S結(jié)構(gòu)、TCP和UDP協(xié)議、Telnet協(xié)議：C/S（ClientServer）結(jié)構(gòu)即客戶(hù)端和服務(wù)器端結(jié)構(gòu)，它可以充分利用兩端硬件環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，將任務(wù)合理分配到Client端和Server端來(lái)實(shí)現(xiàn)；遠(yuǎn)程控制中的C/S模式主要過(guò)程是主控端和服務(wù)端連接之后，client發(fā)送數(shù)據(jù)到server,server再接受數(shù)據(jù),處理數(shù)據(jù)(比如截取屏幕等)生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送到client；TCP（傳輸控制協(xié)議）和UDP（用戶(hù)數(shù)據(jù)包協(xié)議）都是位于OSI模型中的第四層-傳輸層，在網(wǎng)絡(luò)中，這兩個(gè)協(xié)議都是用來(lái)處理數(shù)據(jù)包，許多C/S模式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都需要使用這兩個(gè)協(xié)議；Telnet協(xié)議是TCP/IP協(xié)議族中的一員，是遠(yuǎn)程登陸的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和主要方式，也是常用的遠(yuǎn)程控制服務(wù)器的方法[3]。

Socket：Socket通常也稱(chēng)作套接字，是支持TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元。要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信，至少要有一對(duì)Socket，其中一個(gè)運(yùn)行于客戶(hù)端，稱(chēng)之為ClientSocket，另一個(gè)運(yùn)行于服務(wù)器端，成為ServerSocket。Socket之間的連接過(guò)程可以分為3個(gè)步驟：服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)，客戶(hù)端請(qǐng)求，連接確認(rèn)。

VNC：VNC是虛擬網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的縮寫(xiě)，是VNC 是一款優(yōu)秀的遠(yuǎn)程控制工具軟件，遠(yuǎn)程控制能力強(qiáng)大，高效實(shí)用。VNC基本上是由兩部分組成：一部分是客戶(hù)端的應(yīng)用程序(vncviewer)；另外一部分是服務(wù)器端的應(yīng)用程序(vncserver)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

在客戶(hù)端，用戶(hù)點(diǎn)擊軟件圖標(biāo)，進(jìn)入軟件，首頁(yè)進(jìn)行登錄驗(yàn)證，輸入用戶(hù)名和密碼，驗(yàn)證成功后，獲取被控端主機(jī)列表，點(diǎn)擊選擇的被控端主機(jī)進(jìn)行連接，連接成功后，客戶(hù)端獲取服務(wù)目錄。系統(tǒng)的功能模塊如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)功能模塊

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路是在遠(yuǎn)端即“云”端部署一個(gè)“云”服務(wù)器，負(fù)責(zé)建立手機(jī)客戶(hù)端和PC端的連接通信，以及對(duì)于兩端發(fā)送的請(qǐng)求和數(shù)據(jù)的處理。具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

PC受控端功能需求：受控端主要功能是接收主控端發(fā)送的連接請(qǐng)求，建立連接；對(duì)主控端發(fā)送的命令進(jìn)行識(shí)別，完成相應(yīng)操作，將結(jié)果通過(guò)服務(wù)器端發(fā)送給主控端。

手機(jī)客戶(hù)端功能需求：手機(jī)客戶(hù)端即主控端，主要負(fù)責(zé)生成并發(fā)送連接請(qǐng)求、操作命令給被控端，并接收經(jīng)服務(wù)器端處理由被控端發(fā)送來(lái)的響應(yīng)結(jié)果，并將結(jié)果處理、顯示在客戶(hù)端[2]。

服務(wù)器端功能需求：服務(wù)器端主要功能是負(fù)責(zé)建立主控端和被控端之間的通信，并對(duì)主、被控端發(fā)送的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行計(jì)算和處理。

2.3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

視頻監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)流程如圖3所示：

圖3 視頻監(jiān)控實(shí)現(xiàn)流程

手機(jī)客戶(hù)端接收用戶(hù)操作命令，經(jīng)處理后向服務(wù)器端發(fā)送連接請(qǐng)求，服務(wù)器端將客戶(hù)端發(fā)送來(lái)的請(qǐng)求加以分析，并將命令發(fā)送給PC受控端，調(diào)用受控端程序，打開(kāi)攝像頭，完成圖像撲捉，桌面圖像截取，PC端將圖像數(shù)據(jù)打包發(fā)送給服務(wù)端進(jìn)行處理，服務(wù)端接收到PC端發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)，并對(duì)接收到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)化成手機(jī)端可以顯示的圖像，并將處理后的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給手機(jī)客戶(hù)端。

手機(jī)客戶(hù)端與服務(wù)器間進(jìn)行socket通信[4]，如圖4所示：

圖4 客戶(hù)端與服務(wù)端通信流程

3 “云”服務(wù)器端設(shè)計(jì)

3.1 傳統(tǒng)遠(yuǎn)程控制模式

傳統(tǒng)模式下的手機(jī)、電腦遠(yuǎn)程通信和手機(jī)遠(yuǎn)程控制，產(chǎn)生的少量通信請(qǐng)求和信息的傳輸、數(shù)據(jù)的處理直接在電腦端或手機(jī)端通過(guò)內(nèi)部程序進(jìn)行處理，此時(shí)雖可以保證數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，但對(duì)設(shè)備的依賴(lài)較大。而設(shè)備間無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的通信接口和數(shù)據(jù)傳輸通道也造成了設(shè)計(jì)手機(jī)遠(yuǎn)程控制端時(shí)不得不針對(duì)不同廠(chǎng)家的不同電腦進(jìn)行獨(dú)立開(kāi)發(fā)，無(wú)通用性，而軟件開(kāi)發(fā)的難度、成本相對(duì)較高[4]。

通常控制軟件由客戶(hù)端程序和服務(wù)器端程序組成，在使用前要將客戶(hù)端程序安裝到手機(jī)端，服務(wù)器端程序安裝到被控端（個(gè)人電腦）[5]。控制過(guò)程主要分為服務(wù)連接建立，客戶(hù)端、服務(wù)器端程序的運(yùn)行，圖像（電腦桌面）、指令（操作命令）等信息的傳輸，控制結(jié)果的響應(yīng)、反饋，從而實(shí)現(xiàn)手機(jī)端對(duì)電腦等產(chǎn)品的遠(yuǎn)程控制。

Android開(kāi)源系統(tǒng)的橫空出世，手機(jī)、平板、智能電視等搭載Android系統(tǒng)的各種移動(dòng)端產(chǎn)品迅猛發(fā)展，大大消除了由于不同廠(chǎng)商、不同設(shè)備等采用的不同開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)造成的設(shè)備差異性，現(xiàn)已基本能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備間通信接口標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，為實(shí)現(xiàn)家庭式物聯(lián)網(wǎng)提供了優(yōu)秀的軟件平臺(tái)基礎(chǔ)。隨著3G、4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和普及，可提供高達(dá)幾十到上百兆的通信帶寬為實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)提供了優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，極大的滿(mǎn)足了家庭式物聯(lián)網(wǎng)（手機(jī)等移動(dòng)端、電腦、冰箱、智能電視、空調(diào)等）產(chǎn)生的大量通信要求和大數(shù)據(jù)處理請(qǐng)求對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求。

綜上所述，傳統(tǒng)遠(yuǎn)程控制模式實(shí)現(xiàn)的手機(jī)對(duì)電腦的控制程度以及通信產(chǎn)生的信息量都不是太大，而現(xiàn)在智能手機(jī)的強(qiáng)大功能，使得控制信息的量大大增加，控制的程度更加深入和全面。傳統(tǒng)的手機(jī)端—電腦端模式，只能提供個(gè)人家庭的使用，且并不能全面實(shí)現(xiàn)對(duì)電腦的操控和大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理（特別是電腦攝像頭監(jiān)控產(chǎn)生的大視頻文件無(wú)法傳輸給手機(jī)端處理）。從而對(duì)手機(jī)端實(shí)現(xiàn)對(duì)電腦端的大數(shù)據(jù)處理、全方位操控、高實(shí)時(shí)性提出了更新的要求。建立“云”服務(wù)器專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)大數(shù)據(jù)的處理，提供全面的數(shù)據(jù)分析、處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)電腦端的精確操控顯得非常有必要[6]。

3.2 系統(tǒng)服務(wù)器端的設(shè)計(jì)

“云”服務(wù)器的設(shè)計(jì)中考慮到存在大量的用戶(hù)（例：不同用戶(hù)傳輸大量數(shù)據(jù)的要求）需要通過(guò)服務(wù)器進(jìn)行通信連接和數(shù)據(jù)傳遞完成手機(jī)端和電腦端的控制和信息交互，服務(wù)器需要提供大量的通信鏈路和及時(shí)、準(zhǔn)確的信息處理[6]。采用傳統(tǒng)的VPS技術(shù)可以滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)服務(wù)器資源的要求，但是由于VPS技術(shù)是將一臺(tái)獨(dú)立的服務(wù)器通過(guò)虛擬軟件（VM等）映射出多個(gè)串行的虛擬主機(jī)，當(dāng)其中一臺(tái)虛擬主機(jī)占用大量寬帶資源時(shí)，就會(huì)影響到其它虛擬主機(jī)的使用，更重要的是，當(dāng)某一臺(tái)虛擬主機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題（受到攻擊）時(shí)，所有的虛擬主機(jī)都會(huì)陷入癱瘓，無(wú)法工作。所以，此系統(tǒng)采用基于“云”概念的技術(shù)，利用服務(wù)器集群，將其部署在電信機(jī)房?jī)?nèi)部，形成一種遠(yuǎn)程的中間件形式的“云”服務(wù)器模式，為遠(yuǎn)程分布的各用戶(hù)，提供手機(jī)與電腦通信連接的接口、操作指令的解析功能和大數(shù)據(jù)的傳輸功能，此服務(wù)器端對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)是一個(gè)透明的存在，用戶(hù)只需要關(guān)注自身的操作而無(wú)需考慮通信連接的建立和數(shù)據(jù)通信的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程，方便用戶(hù)的使用[7]。

“云”服務(wù)器端主要分為三大功能模塊：信息通訊模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、內(nèi)網(wǎng)穿透模塊[8]。

信息通訊模塊：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)偵聽(tīng)模式，獲取通信連接請(qǐng)求或手機(jī)端（電腦端）桌面變化產(chǎn)生的通信請(qǐng)求，驗(yàn)證請(qǐng)求合法性，分配服務(wù)器資源。

數(shù)據(jù)處理傳輸模塊主要功能包括：主要負(fù)責(zé)對(duì)主控端發(fā)送的命令請(qǐng)求以及被控端反饋的操作結(jié)果數(shù)據(jù)的處理。

內(nèi)網(wǎng)穿透模塊的主要功能：不在同一內(nèi)網(wǎng)時(shí)，作為打通主控端和被控端之間的連接。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

客戶(hù)端軟件的實(shí)現(xiàn)界面如圖5所示：

圖5實(shí)驗(yàn)結(jié)果

用戶(hù)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證登陸后，點(diǎn)擊被控端進(jìn)行連接，等待連接成功，會(huì)彈出服務(wù)目錄，用戶(hù)可以進(jìn)行先關(guān)的服務(wù)操作。

5 總結(jié)

文章提出了一種基于3G網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行下的智能手機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，其中手機(jī)客戶(hù)端為主控端，PC為被控端，服務(wù)器端負(fù)責(zé)建立兩者之間連接，以及對(duì)命令數(shù)據(jù)的處理和存儲(chǔ)。整個(gè)系統(tǒng)具有良好的橫向和縱向擴(kuò)展能力，利用云計(jì)算的特點(diǎn)，可以通過(guò)增加主機(jī)或者提高主機(jī)的性能提高整個(gè)系統(tǒng)的處理能力，應(yīng)對(duì)大量接入的用戶(hù)。同時(shí)，軟件具有靈活性、可伸縮性、保證功能模塊隨系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)流程發(fā)展變化靈活組合和擴(kuò)充，可以迅速靈活的擴(kuò)展新業(yè)務(wù)；同時(shí)系統(tǒng)的各個(gè)模塊既可分布式運(yùn)行，也可集中式運(yùn)行，且各模塊負(fù)載能力及整體負(fù)載能力可平滑擴(kuò)展，新功能模塊的增加不影響現(xiàn)有模塊的運(yùn)營(yíng)。

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Research and Design of Mobile Cloud System Based on 3G-Wlan

Xie Hanbing, He Song
(Electronic Information college,Guizhou University,Guiyang550000, China)

For the combination of the mobile internet and cloud computing,new opportunities have arisen for the mobile internet,and the process of the application of the cloud computing was speed up.In order to extend function of the mobile terminals ,reflect the advantage of the cloud computing,make the changes brought by the emerging technology benefit the users.The system this article designs is based on 3G-WLAN and internet and C/S mode,the master control is the smartphone,the controlled ports is the PC,they realize the remote access and control through the server which establish connection and process the command and data.

Mobile Internet;Cloud Computing;3G-WLAN;Remote Control System

TP393

A

1007-757X(2014)01-0022-03

2013.12.09)

上海市科委資助項(xiàng)目：外事一體化綜合管理系統(tǒng)（編號(hào)：09511503500）。

謝寒冰（1987-），男，江蘇徐州人，貴州大學(xué)電子信息學(xué)院，碩士研究生，主要研究方向?yàn)閿?shù)字通信與信息系統(tǒng)，貴陽(yáng)，550025賀 松（1974-），男，貴州貴陽(yáng)人，貴州大學(xué)電子信息學(xué)院，碩士，副教授，碩士研究生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)閿?shù)字通信與信息系統(tǒng)，貴陽(yáng)，550025