基于Android手机的远程访问和控制系统

第3l卷第2期 2011年2月 计算机应用 JournalofComputerApplications V01．31No．2 Feb．201l 文章编号：100l一9081(2011)02—0559—03 doi：10．3724／SP．J．】087．2011。00559 基于Android手机的远程访问和控制系统 耿东久1，索 岳2，陈 渝2，文 军1，吕勇强2 (1．电子科技大学计算机科学与工程学院，成都610054；2．清华大学计算机科学与技术系，北京100084) (gengdj．1984@伊lail．eom；wenjun@uestc．edu．cn) 摘要：普适计算是一种新的计算模式，其本质特点是物理集成和自发互操作。而智能空间正是普适计算的这 两个本质特点的一种具体而集中的体现，智能手机在其中可以获得增强化的个性服务。提出了一个基于Android手 机的远程访问和控制系统，该系统基于开放服务网关规范(OSGI)的智能网关技术。首先介绍了整个系统结构框架， 然后详细分析了各个模块的具体实现，最后在真实设备上进行了测试。实现了Android手机利用周围的服务，对其他 设备的普适访问和远程控制。 关键词：智能空间；普适访问；远程控制；Android手机 中图分类号：TP311．5；TP316．5文献标志码：A Designandimplementationof Androidphonebasedaccessandcontrolinsmartspace GENGDong-jiu1，SUOYue2，CHENYu2，WENJun1，mYong—qian92 (1．CollegeofComputerScienceandTechnology,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina，ChengduSichuan610054，China； 2．DepartmentofComputerScienceandTechnology,TsinghuaUniversity,Beijing100084，China) Abstract：Asanewcomputingmode，themostessentialfeaturesofubiquitouscomputing，embodiedinintelligentspace， alephysicalintegrationandspontaneousinteroperation．Duetothem，Intelligentphonecangetpersonalizedservice．Aremote accessandcontrolsystemwasproposedinthispaper，whichwasbasedontheOpenServiceGatewayInitiative(OSGI) intelligentgatewaytechnology．Firstly，thesystemarchitecturewasintroduced，thentherealizationofeachmodulewas analyzed，finally，testingoilactualdeviceswascarriedout．Usingsurroundingservices，Androidmobilephonerealizesthe universalaccessandremotecontrolonotherdevices． Keywords：smartspace；universalaccess；remotecontrol；Androidmobilephone 0 引言 随着普适计算的蓬勃发展，出现了一种全新的计算模式。 该模式脱离r传统的键盘、鼠标，以自然和隐含的方式与信息 系统进行交流，在更多不在桌面环境下发生的日常活动中，成 为了一种主流模式，人们可以随时随地、透明地获取数字化的 服务，体现r信息空间与物理窄问的融合。智能空间是上述 两个特征在房间、建筑尺度上的集中体现，是一个在其中嵌入 了计算、信息设备和多模态传感器的下作空间，它的一个重要 特性就是游牧服务(CyberForaging，CF)¨。1。用户带入空间 的移动无线手持设备(例如手机)可以充分利用其周围基础 设施中资源相对较丰富的设备，进行信息处理。同时其上运 行的模块也可以与空间中的其他模块进行交互和协作，以获 得与当地空间相关的各种服务。Android是一种令新的开源 手机操作系统，具有强大的应用层API和丰富的传感器功能， 其开放的平台有利于开发者开发出各类应用软件，并且无缝 地结合Google优秀的服务oJ。 本文介绍了一种基于Android的远程控制和访问系统， 在系统中Android手机利用周围无线网络资源与其他设备进 行自发交互，例如进行远程无线鼠标、无线键盘、文件共享、文 件传输操作，远程遥控UPnP设备等，为智能空间中其他具有 传感和计算能力的设备识别丰富的上下文提供了可能，又为 实现计算对人的注意力的透明提供了重要的途径。 ApplicationsFffZ磊q瓜司网匾；习厂] ApplicationFramework IMAc。。ti。v。it。yq[JMW。in。d。。o。wq]lnCo。n。t；e。n。t，Is、／Ⅲie。w。I qotificati01 Libraries AndriodRuntime 雠Surfa。cerIe甚划鬯型 CoreLibrariesDalvikvirtual I。inuxKemel Di。plaYDriVcrCameraDriverIBluetoathDriverll-：q 图1 Android框架 1 Android的系统架构 Android操作系统自顶向下分成4个层次，即应用层、应 用框架层、组件库堪和虚拟机和Linux内核层。其构架如图1 所示‘4j。 1)应用层。Android操作系统同一系列核心应用程序包 一起发布，其核心应用程序包括E—mail客户端、SMS(短信) 收稿日期：2010—08—12；修回Et期：2010一09—15。基金项目：国家863项目(2009AA011906)。 作者简介：耿东久(1984一)，男，河北衡水人，硕士研究生，主要研究方向：计算机网络、操作系统；索岳(1983一)，男，北京人，博士，主要 研究方向：普适计算、智能空间； 陈渝(1972一)，男，广东湛江人，副教授，博士，CCF会员，主要研究方向：操作系统、分布式系统；文 军(1966一)，男，四川成都人，副教授。主要研究方向：数据库；吕勇强(1980一)，男，北京人，助理研究员，主要研究方向：集成电路计算机辅助 设计、数字医疗。 万方数据 560 计算机应用 第3l卷 序、日历、Googh地图、网页浏览器、联系簿等，目前所有的应 用都是使用Java语言编写的。 2)应用框架层。开发者通过使用核心应用程序来调用 Android框架提供的API，这个应用程序结构被设计成方便复 用的组件。任何的应用程序都可以公布它的功能，其他的应 用程序可以使用这些功能(涉及到系统安全问题的功能将会 被框架禁止)。该应用程序重用机制使用户可以方便地替换 程序组件。隐藏在每个应用后面的是一系列的服务和系统， 其中包括： ①丰富和可扩展的视图。用于构建应用，包括列表、网 格、文本框、按钮，甚至内嵌的Web浏览器。 ②内容提供器。为应用提供数据或者实现应用间的数据 共享。 ③资源管理器。提供非代码的资源支持和访问，包括本 地字符串、图形和布局文件。 ④通知管理器。使应用程序可以在状态栏上显示告警信 息。 ⑤活动管理器。管理应用的生命周期，以及提供常用的 导航回退功能。 3)在组件库层。Android包含了一套C／C++函数库，主 要包括libc、MediaFramework、WebKit、SGL、OpenGLES、 FreeType、SQLite等，它们被应用于Android系统的各种组件 中，这些功能通过Android应用框架展现给开发人员。 4)运行时环境。Android包括了一个核心库，该核心库提 供了Java编程语言核心库的大多数功能。每一个Android应 用程序都在它自己的进程中运行，拥有一个独立的Dalvik虚 拟机实例。Dalvik被设计成可以同时高效地运行多个虚拟系 统。Dalvik虚拟机执行后缀为dex的叮执行文件，该格式文 件针对小内存使用做r优化。同时虚拟机是基于寄存器的， 所有的类都经由Java编译器编译，然后通过SD中的“叔”工 具转化成“．dex”格式。Dalvik虚拟机依赖于Linux内核的一 些功能，比如线程机制和底层内存管理机制M1。 5)Linux内核层。Android底层是一个基于I血u】【2．6．23 内核开发的独立操作系统。主要是添加了一个名为Goldfish 的虚拟CPU以及Android运行所需的特定驱动代码。该层用 来提供系统的底层服务，包括安全机制、内存管理、进程管理、 网络堆栈及一系列的驱动模块。作为一个虚拟的中间层，该 层位于硬件与其他的软件层之间。 2 系统总体设计 系统的总体设计思路是在智能窄间中部署一台Pc，负责 提供服务并与用户的Android手机通信。手机作为管理其他 设备的管理器，提供管理界面，例如远程控制设备、文件操作。 这实际上是一个C／S结构的系统，PC作为服务器，Android手 机作为客户端。系统的总体结构如图2所示。 图2系统总体结构 在该系统中，OSGI智能网关连接了内部网络和外部网 络，所有的内部设备与该网关相连，它主要由OSGIFramework 以及各种Bundle组成，Bundle之间互相通信，使设备能够了 解彼此的状态，并进行相互的操作。用户携带Android智能 手机进入空间后，手机端连入网络，动态获取一个IP地址，搜 索网络中的可用设备服务，发现可用服务后与之进行交互。 Android手机与PC之间通过Socket进行通信怕’。 手机端的按键通过脚本文件定义成为各种击键命令或者 热键组合命令(消息)，Pc端解析该命令，调用相应的应用程 序，进行远程控制，同时Pc端会返回一些状态信息№J，例如 某个目录中所有文件的列表。当在焦点窗体响应命令(消 息)显示按键字符时就是无线键盘，其设备管理框架如图3 所示。 PC端 Android刊lL端 网络设备管理 本地设备管理 设备信息描述 设备描述信息发布I匾翮匾翮匿丽翮f0设备侦Ⅱ斤I陂备注删服务注删 网络设备操作代理层 } { 设备操作层(设备驱动) 通萤管理层 J网网瓜忑硼．安全管捌I通信管到IQos机制l『 0 Socket * m Socket 图3设备管理框架 3 系统的具体实现 3．1 Android手机终端模块的设计 当手机启动访问控制模块时，会新建一个线程旧j。在此线 程内，首先会创建MuhieastClient对象，对HTrP端口、UDP端 口、SSDP端口以及监听时间间隔进行设置；然后建立组播 Socket，设置1’rL为255，发送报文“connect”，等待服务器端的 响应：服务器收到组播UDP包后，取得源端lP地址，并向手机 端发送消息；手机接收到返回的消息之后，通过handler发送 “找到Server”的提示，并提取Server端的IP地址，完成查找过 程一’。整个查找过程采用组播的方式，服务器端的响应时间大 约为3s，可以返回多个Server，便于与多个设备进行交互。接 着建立TCP连接，在TCP的连接中指定了要连接的服务器端 口号，当服务器的端口已被占用时，会返回端口已被占用的出 错信息，这样并发用户数为1，避免了相互之间的干扰。 Android手机通过CommandControl类与Server进行消息 (命令)的传递，它本身接受本地网络、远程网络信息两个参 数，每次TCP连接都会新建一个TcpClient类对象，TcpClient 类对象封装了TCP连接，设有监听器netDataListener，每次接 收到报文后，都会调用netDataListener的DataRecieved方法， 对报文进行响应处理。其中CommandControl类定义了一组 请求操作，包括FileCtrl命令、MouseCtdr命令、KeyCtrl命令 等。这样手机端可向服务器端发送各种命令，主要命令如下： BASE—LIST_REQ(CommandType．R3MOTE—SERVER)， LIST—REQ(CornmandType．R3MOTE_SERVER)， LIST_REPLY(ConunandType．R3MOTE—．SERVER)， MEDIA—INFO—REQ(CommandType．R3MOTE—SERVER)， MEDIA—INFO(CommandType．R3MOTESERVER)。 Rurq(CommandType．R3MOTE—SERVER)， SERVER—ERROR(CommandType．P13MOTESERVE， SUCCESS(CommandType．R3MOTE—SERVER)， AUTH—REQ(CommandType．R3MOTE—SERVER)， AUTH—REPLY(CommandType．R3MOTE—SERVER)， PLAY—DVD(CommandType．R3MOTE—SERVER)，MOUSE—MOVE— REQ(CommandType．R3MOTE—SERVER)，MOUSE—CLICK—REQ (CommandType．R3MOTE—SERVER)，KEYBOARD—EVENT—REQ (CommandType．P2MOTE—SERVER)，MOUSE—WHEEL—REQ (CommandType．R3MOTE_SERVER)， UPDATE—．SERVER．．REQUEST(CommandType．1t3MOTE．． 氮一 万方数据 第2期 耿东久等：基于Android手机的远程访问和控制系统 561 SERVER)，SHOW—ALL—FILES—REQ(CommandType．R3MOTE— SERVER)，SHOW——PLAYABLE．．FILES．．ONLY—．REQ (CommandType．R3MOTE—SERVER)。LAUNCH—URL—REQ (CommandType．R3MOTE—SERVER)， PLAY(CommandType．MEDIA_PLAYER)， PAUSE(CommandType．MEDIA—．PLAYER)， 为了减少资源占用，CommandContwl采用单例的形式，只 与一个Server进行通信。当尝试与新的Server进行通信时， CommandControl会关闭之前的连接，网络具有很大的吞吐量。 多处使用子线程处理界面控件和耗时的操作。这样用户在与 Server进行交互的同时，还可以进行本地的操作，系统被阻塞 的时间很短。 为了交互的方便，使用Android的传感器来触发事件。 例如当把手机上的文件传输到PC上时，把原本面朝上平置 的手机往右旋转45。到90。之间时，触发文件传输的事件。 首先注册一个方位感知传感器监听器。监听函数为public voidonSensorChanged(intsensor，floatvalues[])，sensor选用 方向传感器，置横向旋转角(value[2])在45。与90。之间。 Android手机本身不支持samba功能，为了传输方便，使用开 源项目叫CIFS。JCIFS是一个完全用Java开发的SMB客 户端库，它紧密遵循通用Intemet文件系统(CommonIntemet FileSystem，CIFS)规范支持Unicode、命令管道、批处理、线程 化调用者的10复用、加密认证和完整事务。在手机端引用该 库，可以访问Server端的共享目录，并进行文件的上传和下载 的操作。资源的lld定位形式为：smb：／／{user}：{password} @{host}／{path}。 3．2 Server端的模块设计 Server端启动的时候，会加入到一个组播地址中，然后初 始化Socket，对规定的端口进行侦听。当请求连接的报文到 来时，performAuthentication会对用户的合法性进行验证， Server端向手机端发送一个验证包，等待手机端的响应；当收 到的响应报文数据与预期的数据相等时，验证通过，否则拒绝 连接。连接成功后，会解析收到的报文。由 handleReceiveData类处理收到的不同命令，并且发送 SendPacket与手机端进行交互。 PublicsynchronizedvoidhandleReceiveDeta(AbstractPacketpacket， TcpConneetionconnection)l LOGGER．info(”Receivedcommand：”+packet．toString())； Commandcommand2packet．getCommand()； if(command==Command．BASE_LIST—REQ) { retumPacket=null； } elseif(command．getCornmandType()==CommandType．MEDIA _PLAYER) lif(command==Command．CLOSE) { } elseifrcommand==Command．PLAY) f etrlPoint．operate(”powerOn”)； } elseiffcommand==Command．STOP) f l } 整个系统的运行如图4所示。 Android手／OL(Client)厂丽翮 请求连接 ．．．．．．．．．．．．I!一开启多线程 糕H．．．H_|| 结束线程关闭Socket 连接释放相关资源 电脑(Server) 刃始化Sockel 蔫 结束线程 等待下次连接 接 收 命 令 图4系统运行流程 为了提高程序的响应速度，多处使用子线程，这样异步处 理各种不同事件，避免了事件之间的盲等。当前没有处理任 务时可将处理器时间让给其他任务一j，占用大量处理器时间 的任务可以定期将处理器时问让给其他任务，并可随时停止 某个任务，设置各个任务的优先级，以此优化性能，提高了程 序的运行效率，减少了服务器的响应时间，提高了CPU和网 络I／O的利用率。 4 实现结果 系统采用了C／S的结构来进行实现，服务器与客户端通 过Socket进行网络通信。在PC端使用Java的OSGi框架，手 机的Server做成一个町热插拔的Bundle，该手机Bundle只有 被加载的时候才会启动，因此具有很高的性能，实现环境为 Eclipse。Android手机端的启动、访问控制及文件操作过程如 图5所示。 5结语 图5实现结果 经过在HTCM确cG2上反复测试，手机连接Server的时 间小于5s，远端Server对手机控制命令的响应时间小于3S， 基本上完成了手机在智能宅间的普适访问和控制功能。系统 在设计与实现中，已经加入了与其他设备进行交互的接口，下 一步将准备实现多种设备之间的远程瓦操作。93。如将UPnP 的移植到手机上，这样就可以自动联网，发现其他设备的 服务，进而实现对整个智能窄间中的UPnP设备进行控制，这 也正是项目组正在深入研究和探讨的问题。 参考文献： 【1】 BALANR，FLINNJ，SATYANARAYANANM，eta／．Thecasefor cyberforaging[C】／／Proceedingsofthe10thWorkshopOnACM SIGOPSEuropeanWorkshop．NewYork：ACM，2002：411—428． (下转第57l页) 万方数据 第2期 冯兴杰等：基于有向层次图的Web服务自动组合方法 57l 本文方法在图规划算法的基础上加入了完全规约图、广义笛 卡儿积的求解，因此执行时间要大于反向随机求得可行解的 经典图规划算法，但随着规模的增大，DLG具有较高的稳定 性；对于大规模的Web服务库，能够在较短时间内完成自动 组合，满足用户对组合服务质量的要求。 疽 也 蝾 善 面 筐 塞 焉 囊 Web服务库规模(操作数) 图3不同Web服务库规模下服务请求处理时间 web服务库规模(操作数) 图4不同Web服务库规模下组合Web服务质量 4．3组合服务质量的仿真实验 由于单个服务请求的随机性，故在不同规模Web服务库 下，测试了200个服务请求的平均服务质量，每个Web服务 的质量由小于20的随机正整数生成。由定义l，QoS综合值 越小表示质量越高；图4显示了随着规模的增大，QoS综合值 不断增大，这与实际是相符的，因为随着规模的增大，操作库 中参数数目增大，随机生成的服务请求需要更多的服务操作， 因此组合服务的QoS综合值不断增大；DLG求得的组合服务 质量明显优于图规划算法，从而能够提高组合的成功率。 以上两组实验结果表明，基于有向层次图的Web服务组 合方法，能够在较短时间内解决大规模Web服务操作库的 Web服务组合问题，得到近似质量最优的组合服务序列。 5 结语 为了解决web服务自动组合问题，本文提出了基于有向 层次图的服务组合方法，从用户输入开始，通过Web服务操 作库建立参数节点之问的层次关系，避免了循环搜索，提高了 Web服务之间的并发性，能够得到具有最小阶数的最优Web 服务组合序列，该序列近似全局最优的，且不存在冗余的Web 服务。仿真实验结果表明，本文方法能够在较短时间内求得 最优组合服务，有效地满足大规模Web服务操作库的用户请 求，提高服务组合的成功率。 本文主要求解web服务的组合序列，没有考虑Web服务的 组合验证、Web服务组合失败后的补偿以及用户对组合服务某 些单一QoS属性的要求，这些都是下一步要解决的问题。 参考文献： 【1】 倪晚成，刘连臣，吴澄．Web服务组合方法综述【J】．计算机工程， 2008。34(4)：79—81． 【2】 VOSSENT，BALLM，LOTEMA，eta／．OntheUSeofintegerpro- grammingmodelsinAIplanning【C】／／ProceedingsoftheSix- teenthInternationalJointConferenceonArtificialIntelligence．New York：ACM，1999：304—309． 【3】 李喜彤，范玉顺．Web服务流程相容性和相似性分析【J】．计算机 学报，2009，32(12)：2429—2437． 【4J 廖军，谭浩，刘锦德．基于Pi一演算的Web服务组合的描述和验 证【J】．计算机学报，2005，28(4)：635—643． 【5】 雷丽晖，段振华．一种基于扩展有限自动机验证组合Web服务 的方法IJ】．软件学报，2007，18(12)：2980—2990． 【6】 李鹏，战德臣，刘国忠，等．一种面向用户的Web服务组装方法 【J】．计算机应用，2009，29(11)：3120—3123． 【7】 龚小勇，朱庆生，武春岭．基于位置矩阵OoS感知的Web服务组 合研究【J1．计算机应用，2008，28(8)：2170—2172． 【8】HASHEMIANSV，MAVADDATF．Agraph—basedframeworkfor(Xm[1- position0fstatelessWebservices【C】／／ProceedingsoftheEuropean ConferenceonWebSer“o皓．NewYork：ACM．2006"75一筠． 【9】HASHEMIANSV，MAVADDATF．Agraph—basedapproachtoWeb servicescomposition【C】／／ProceedingsoftheSymposiumonAppli— cationsandtheIntemet．Washington，DC：IEEECoziiputerSociety。 2005：183一189． 【10】 曹利培，刘静，缪淮扣．基于图的Web服务组合优化的研究 【J】．计算机科学，2007，34(2)：95—99． f 1 1】 刘家茂，顾宁，施伯乐．基于Mediator的WebServices无回溯反向链 动态合成[J】．计算机研究与发展，2005，42(7)：1153—1158． 【12】 刘峰，谭庆平，杨艳萍．基于深度优先搜索的Web服务合成算 法【J】．计算机工程与科学，2006，28(12)：80—82． 【13】邓水光，吴健，李莹，等．基于回溯树的Web服务自动组合【J】． 软件学报，2007，18(8)：1896—1910． 【14】 YANGYANPING，TANQINPING，LIUFENG，eta／．Webserv- icecompositionalgorithmbasedonfLX·pointtheorem【C】／／Inter- nationalFederationforInformationProcessing．NewYork：Spring- er-Verlag，2005：293—303． (上接第561页) 【2】XIEWEIKAI，SHIYUANCHUN，XUGUANYOU，eta／．Smart platform：Asoftwareinfrastructureforsnlartspace【C1／／IEEE InternationalConferenceonMuhimodelInfeffaces．Washington， DC：IEEEComputerSociety，2002：429-434． 【3】 潘永高，钟亦平，张世永．基于网关的J2MEJabber系统研究【J】． 计算机工程，2005，31(19)：108—110． 【4】龙亚券，黄璞，吴胜．超大容量NANDFlash文件系统—— YAFFS2在Linttx下的实现【J】．北京电子科技学院学报，2007， 15(2)：80—84． 【5】YUANMJ．J2ME移动应用程序开发【M】．梁超，王延华，译．北 京：清华大学出版社，2004． 【6】YUANMJ，SHARPK．Series40可扩展应用程序开发【M】．周良 忠，译．北京：人民邮电出版社，2006． 【71 Goosle开发人员访谈Android平台【EB／OL】．【2010—06一01】． hRp：／／www．builder．eom．cn／2007／1l 13／628807．shtml． 【8】 张海燕．Java多线程技术在手机互联网中的应用【J】．农业网络 信息，2008(3)：97—99． 【91’WEISERM．Thecomputerforthetwenty-fwstcentury[J】．Scientific American，1991(9)：94—100． 巷壹富靶1j丰 万方数据 基于Android手机的远程访问和控制系统 作者： 耿东久， 索岳， 陈渝， 文军， 吕勇强， GENG Dong-jiu， SUO Yue， CHEN Yu， WEN Jun， L(U) Yong-qiang 作者单位： 耿东久,文军,GENG Dong-jiu,WEN Jun(电子科技大学,计算机科学与工程学院,成都,610054) ， 索岳,陈渝,吕勇强,SUO Yue,CHEN Yu,L(U) Yong-qiang(清华大学,计算机科学与技术系 ,北京,100084) 刊名： 计算机应用 英文刊名： JOURNAL OF COMPUTER APPLICATIONS 年，卷(期)： 2011,31(2) 参考文献(18条) 1.WEISER M The computer for the twenty-first century[外文期刊] 1991(09) 2.BALAN R.FLINN J.SATYANARAYANAN M The case for cyber foraging 2002 3.张海燕 Java多线程技术在手机互联网中的应用 2008(03) 4.XIE WEIKAI.SHI YUANCHUN.XU GUANYOU Smart platform:A software infrastructure for smart space 2002 5.Google开发人员访谈Android平台 2010 6.潘永高.钟亦平.张世永 基于网关的J2ME Jabber系统研究 2005(19) 7.YUANM J;SHARPK;周良忠 Series 40可扩展应用程序开发 2006 8.龙亚券.黄璞.吴胜 超大容量NAND Flash文件系统--YAFFS2在Linux下的实现 2007(2) 9.YUAN M J;梁超;王延华 J2ME移动应用程序开发 2004 10.YUAN M J.梁超.王延华 J2ME移动应用程序开发 2004 11.龙亚券;黄璞;吴胜 超大容量NAND Flash文件系统--YAFFS2在Linux下的实现 2007(02) 12.YUANM J.SHARPK.周良忠 Series 40可扩展应用程序开发 2006 13.潘永高;钟亦平;张世永 基于网关的J2ME Jabber系统研究[期刊论文]-计算机工程 2005(19) 14.Google开发人员访谈Android平台 2010 15.XIE WEIKAI;SHI YUANCHUN;XU GUANYOU Smart platform:A software infrastructure for smart space 2002 16.张海燕 Java多线程技术在手机互联网中的应用 2008(3) 17.BALAN R;FLINN J;SATYANARAYANAN M The case for cyber foraging 2002 18.WEISER M The computer for the twenty-first century 1991(9) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jsjyy201102076.aspx