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家庭安防系統數據通信問(wèn)題的研究
【摘 要】當今社會(huì )，家庭的安全防盜成為了重大的問(wèn)題，為了維護家庭的生命財產(chǎn)安全，及時(shí)發(fā)現危險情況，安裝一套家庭安防系統是很有必要的，家庭安防系統的重點(diǎn)在于安防數據的通信，以便實(shí)時(shí)預警。本文闡述了安防系統的整個(gè)數據通信過(guò)程，并對具體的通信部分提出了解決方案，有利于實(shí)現更加安全、高效率的安防系統。
【關(guān)鍵詞】家庭安防;數據通信;Mina框架;WebService技術(shù);手機推送
引言
隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的飛速發(fā)展，社會(huì )結構和社會(huì )治安都日趨復雜，入室搶竊、偷盜等諸多社會(huì )問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，使得人們對家庭生命財產(chǎn)的安全越來(lái)越重視。為了滿(mǎn)足人們對家庭安全防范的更高要求，及時(shí)發(fā)現入室搶劫等危險情況，并在第一時(shí)間內迅速通知給用戶(hù)，將險情遏制在萌芽階段，從而更好的保護住宅用戶(hù)的利益。家庭安防系統應運而生，家庭安防系統的研究，可以使用戶(hù)跨越時(shí)間、空間的阻隔進(jìn)行遠程監控工作[1]，提高了住宅的安全防盜性能，可以有效的保護用戶(hù)的生命財產(chǎn)安全，具有較高的應用價(jià)值。
家庭安防系統是基于網(wǎng)絡(luò )的，系統功能實(shí)現的重點(diǎn)在于數據通信，數據通信是通信技術(shù)和計算機技術(shù)相結合而產(chǎn)生的一種新的通信方式。需要把文本、圖像、視頻、音頻等元素與二進(jìn)制數據進(jìn)行轉換傳輸。本文在實(shí)現了一套家庭安防系統的基礎上，著(zhù)重對系統的數據通信問(wèn)題做出研究，并提供了一套有效的解決方案。
1 開(kāi)發(fā)工具簡(jiǎn)介
1.1 MyEclipse
MyEclipse是一個(gè)功能十分強大的企業(yè)級集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，是在eclipse的基礎上集成自己的插件開(kāi)發(fā)而成的，主要用于Java還有Java EE和移動(dòng)應用的開(kāi)發(fā)。MyEclipse擁有完備的編碼、調試、測試和發(fā)布功能，完整支持HTML， CSS， Javascript， Struts， JSF， SQL， Hibernate。MyEclipse在結構上可以被分為7類(lèi)特征：(1)J2EE模型;(2)WEB開(kāi)發(fā)工具;(3)EJB開(kāi)發(fā)工具;(4)應用程序服務(wù)器的連接器;(5)J2EE項目部署服務(wù);(6)數據庫服務(wù);(7)MyEclipse整合幫助。MyEclipse通過(guò)各種各樣的的插件來(lái)提供以上的功能。MyEclipse具有模塊化的結構，能夠對任一模塊實(shí)現單獨的升級和擴展。
1.2 Android
Android是一種操作系統，是基于Linux開(kāi)發(fā)而成，開(kāi)放源碼，它主要被使用于移動(dòng)設備，如平板電腦和智能手機。Anroid平臺對第三方軟件是完全開(kāi)放的，開(kāi)發(fā)者可以更加自由的在平臺上開(kāi)發(fā)程序。Android系統是不收費的，這樣可以節省開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)的成本。Android平臺主要擁有5大特點(diǎn)：(1)開(kāi)放性：Android聯(lián)盟允許所有的移動(dòng)終端設備廠(chǎng)商加入到 Android平臺;(2)擺脫運營(yíng)商的制約：用戶(hù)能夠更方便地去連接網(wǎng)絡(luò )，減少了運營(yíng)商對用戶(hù)的束縛;(3)硬件選擇更加豐富：眾多的Android設備廠(chǎng)商提供了五花八門(mén)、功能各式各樣的產(chǎn)品;(4)開(kāi)發(fā)商不會(huì )受到任何的限制：Android平臺擁有一個(gè)非常寬泛、十分自由的生態(tài)環(huán)境，使得開(kāi)發(fā)商不會(huì )被太多的條條框框而阻擾;(5)Google應用：Android平臺設備可以非常方便的使用Google服務(wù)。
2 系統功能簡(jiǎn)介
家庭安防系統主要由三部分組成，硬件端采集系統、服務(wù)器管理系統和手機移動(dòng)終端。硬件端利用溫度傳感器、振動(dòng)傳感器與攝像頭，實(shí)現對家庭安全防盜信息的采集;服務(wù)器端對數據進(jìn)行存儲分析;手機端對數據進(jìn)行展示，以及防盜報警。系統主要功能是實(shí)現對家庭內部的監控，能夠采集家庭內的溫度、振動(dòng)、圖像信息，并且能將這些信息發(fā)送到服務(wù)器上。當家庭內有異常(陌生人非正常進(jìn)入)時(shí)，可以檢測出異常，然后通過(guò)服務(wù)器將報警信息發(fā)送到用戶(hù)的手機上。用戶(hù)可以通過(guò)手機登錄服務(wù)器來(lái)查看家中的溫度、振動(dòng)、圖像信息，并且可以發(fā)送特定的指令信息給服務(wù)器，修改家庭內監控網(wǎng)絡(luò )的一些參數(采集頻率、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等)。
3 通信功能實(shí)現
家庭安防系統的數據通信功能主要分為三個(gè)模塊：(1)硬件端與服務(wù)器端通信：硬件端網(wǎng)關(guān)把采集的數據分析壓縮后上傳到服務(wù)器端，服務(wù)器端向硬件端發(fā)送監控參數設置信息;(2)服務(wù)器端與手機端通信：服務(wù)器端對硬件端上傳的數據進(jìn)行存儲分析，向手機端提供數據調用的展示和異常時(shí)的報警，手機端向服務(wù)器端設置監控參數;(3)服務(wù)器端與PC客戶(hù)端通信：服務(wù)器端向PC客戶(hù)端提供數據調用的展示，PC客戶(hù)端向服務(wù)器端傳送數據操作生成的數據信息。具體的系統數據通信框架如圖1。
圖1 系統數據通信框架圖
3.1 硬件端與服務(wù)器端通信
家庭安防系統面對的用戶(hù)群非常廣泛，同一時(shí)間需要支持大量的硬件端數據上傳，而且數據上傳的頻率非常高，因此，服務(wù)器需要支持大規模的并發(fā)連接。傳統的Socket通信是阻塞的、非異步的，連接數較多將會(huì )出現資源不足的情況，程序響應出現延遲，甚至崩潰。Apache Mina是一個(gè)網(wǎng)絡(luò )通信應用框架，也就是說(shuō)，它主要是基于UDP/IP和TCP/IP協(xié)議棧的通信框架，我們可以使用Mina 快速的開(kāi)發(fā)高性能并且高擴展性的網(wǎng)絡(luò )通信應用，Mina 提供了基于事件驅動(dòng)和異步(Mina 的異步IO 默認使用的是JAVA NIO 作為底層支持)操作的編程模型[2]。messageReceived是Mina中用于接收消息的方法，在此方法中進(jìn)行消息的處理。核心代碼如下：
public void messageReceived(IoSession session， Object message)
throws Exception {
IoBuffer buffer = (IoBuffer) message;
Context ctx = getContext(session);
byte[] b = new byte[buffer.limit()];
buffer.get(b);
System.out.println(b.length);
DataOutputStream dos = ctx.getDos();
boolean isopen = ctx.isIsopen();
System.out.println(isopen);
int len = b.length;
for(int k=0;k ...
}
}
3.2 服務(wù)器端與手機端通信
3.2.1 WebService調用
WebService是一種跨編程語(yǔ)言和跨操作系統平臺的遠程調用技術(shù)[3]，WebService使用HTTP協(xié)議進(jìn)行數據傳輸，采用XML格式來(lái)封裝數據(在XML中要說(shuō)明調用遠程服務(wù)對象的什么方法，傳遞的是什么參數，還有服務(wù)對象會(huì )返回什么結果)。家庭安防系統服務(wù)器端將已經(jīng)開(kāi)發(fā)好的功能和數據發(fā)布到網(wǎng)絡(luò )上某個(gè)地址，手機客戶(hù)端通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)這個(gè)地址獲取所需的功能。WebService發(fā)布的核心代碼如下：
public void init() {
System.out.println("Start Server...");
TestImpl implementor = new TestImpl();
String address = "http：//127.0.0.1：8080/Test";
Endpoint.publish(address， implementor);
System.out.println("Server ready...");
}
服務(wù)器端提供了和手機端進(jìn)行交互的各式各樣的方法，具體的WebService方法如圖2。
圖2 WebService方法
3.2.2 推送報警信息
家庭安防系統很重要的一個(gè)功能就是服務(wù)器端向手機端實(shí)時(shí)推送報警信息，目前的推送技術(shù)有幾種常用的解決方案[4]。(1)輪詢(xún)(Pull)方式：手機端會(huì )不間斷的主動(dòng)連接服務(wù)器，查詢(xún)是否有推送消息到達，選取這個(gè)方式需要注意的是輪詢(xún)頻率的選擇，如果太慢，消息可能會(huì )遭到延遲，假如太快，電量和網(wǎng)絡(luò )會(huì )被大量消耗;(2)SMS(Push)方式：在使用Android平臺的設備上，通過(guò)對SMS消息的攔截，程序可以分析服務(wù)器推送消息的意圖，并對消息內容進(jìn)行分析和處理。選取這個(gè)方案，可以完全的實(shí)現實(shí)時(shí)操作，但是運營(yíng)成本是比較高的，目前基本上沒(méi)有可以免費發(fā)送短消息的網(wǎng)關(guān)來(lái)實(shí)現這個(gè)方案;(3)持久連接(Push)方式：這個(gè)方案能夠解決由輪詢(xún)方式帶來(lái)的消息延遲問(wèn)題，但是還是會(huì )消耗手機的網(wǎng)絡(luò )帶寬和電池電量，也會(huì )大大增加服務(wù)器的并發(fā)連接壓力。家庭安防系統的主要目的是實(shí)時(shí)預警，及時(shí)的發(fā)現危險情況，因此推送信息的實(shí)時(shí)性是必須要保證的�？紤]到報警信息所需的實(shí)時(shí)性、偶然性和信息的重要性，項目采用了第二種解決方案，通過(guò)調用短消息發(fā)送網(wǎng)關(guān)來(lái)實(shí)現報警信息的推送功能。
3.3 服務(wù)器端與PC客戶(hù)端通信
服務(wù)器端與PC客戶(hù)端的通信主要采用了AJAX技術(shù)，AJAX(異步JavaScript和XML)是一種創(chuàng )建交互式網(wǎng)頁(yè)應用的網(wǎng)頁(yè)開(kāi)發(fā)技術(shù)[5]。AJAX的優(yōu)點(diǎn)：(1)無(wú)刷新的更新數據：AJAX最大的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以與服務(wù)器交換很少量的數據，而不用去刷新整個(gè)前端頁(yè)面;(2)與服務(wù)器異步通信：AJAX采用異步的方式和服務(wù)器進(jìn)行通信，不會(huì )中斷用戶(hù)的操作，響應能力更加迅速;(3)前端與后端負載平衡：AJAX客戶(hù)端閑置時(shí)，可以為服務(wù)器端負擔一些工作，節約寬帶成本;(4)基于標準并且被廣泛支持：AJAX基于被廣泛支持而且標準化的技術(shù)，不必下載小程序或者安裝瀏覽器插件，但是客戶(hù)需要允許在瀏覽器上運行JavaScript代碼;(5)應用與界面分離：有利于提高開(kāi)發(fā)效率，減少程序錯誤。
4 結語(yǔ)
本文從實(shí)際需求出發(fā)，闡述了一套家庭安防系統的實(shí)現，并對家庭安防系統的數據通信部分做了重點(diǎn)研究，提出了一系列的解決方案。實(shí)驗結果表明，系統的數據通信能力、預警的實(shí)時(shí)性都得到了顯著(zhù)提高。隨著(zhù)WIFI等無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，硬件設備的不斷更新，系統數據的傳送速率和利用效率會(huì )大大提高，家庭安防系統將會(huì )有更大的前景。
【參考文獻】
[1]王靜茹，宋紹成.城市安防領(lǐng)域視頻監控技術(shù)的發(fā)展與趨勢[J].黑龍江科技信息，2013，32：153+155.
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[3]李鳳云，黃迎春，馮永新.基于WebService的SOA實(shí)現技術(shù)研究[J].科技視界，2012，23：17-19.
[4]孫偉，胡霞.Android推送技術(shù)綜合分析[J].科技廣場(chǎng)，2013，10：126-129.
[5]安勤玲.Ajax原理、性能及其應用[J].網(wǎng)絡(luò )安全技術(shù)與應用，2012，02：23-25+28.
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