家庭安防系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信問(wèn)題的研究

　　【摘 要】當(dāng)今社會(huì)，家庭的安全防盜成為了重大的問(wèn)題，為了維護(hù)家庭的生命財(cái)產(chǎn)安全，及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)情況，安裝一套家庭安防系統(tǒng)是很有必要的，家庭安防系統(tǒng)的重點(diǎn)在于安防數(shù)據(jù)的通信，以便實(shí)時(shí)預(yù)警。本文闡述了安防系統(tǒng)的整個(gè)數(shù)據(jù)通信過(guò)程，并對(duì)具體的通信部分提出了解決方案，有利于實(shí)現(xiàn)更加安全、高效率的安防系統(tǒng)。

　　【關(guān)鍵詞】家庭安防;數(shù)據(jù)通信;Mina框架;WebService技術(shù);手機(jī)推送

　　引言

　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，社會(huì)結(jié)構(gòu)和社會(huì)治安都日趨復(fù)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(duì)家庭生命財(cái)產(chǎn)的安全越來(lái)越重視。為了滿足人們對(duì)家庭安全防范的更高要求，及時(shí)發(fā)現(xiàn)入室搶劫等危險(xiǎn)情況，并在第一時(shí)間內(nèi)迅速通知給用戶，將險(xiǎn)情遏制在萌芽階段，從而更好的保護(hù)住宅用戶的利益。家庭安防系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，家庭安防系統(tǒng)的研究，可以使用戶跨越時(shí)間、空間的阻隔進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控工作[1]，提高了住宅的安全防盜性能，可以有效的保護(hù)用戶的生命財(cái)產(chǎn)安全，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

　　家庭安防系統(tǒng)是基于網(wǎng)絡(luò)的，系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)在于數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)通信是通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)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(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換傳輸。本文在實(shí)現(xiàn)了一套家庭安防系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，著重對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(qiáng)大的企業(yè)級(jí)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，是在eclipse的基礎(chǔ)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(yīng)用的開(kāi)發(fā)。MyEclipse擁有完備的編碼、調(diào)試、測(cè)試和發(fā)布功能，完整支持HTML， CSS， Javascript， Struts， JSF， SQL， Hibernate。MyEclipse在結(jié)構(gòu)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(yīng)用程序服務(wù)器的連接器;(5)J2EE項(xiàng)目部署服務(wù);(6)數(shù)據(jù)庫(kù)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(jié)構(gòu)，能夠?qū)θ我荒�塊實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的升級(jí)和擴(kuò)展。

　　1.2 Android

　　Android是一種操作系統(tǒng)，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(shè)備，如平板電腦和智能手機(jī)。Anroid平臺(tái)對(duì)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(tái)上開(kāi)發(fā)程序。Android系統(tǒng)是不收費(fèi)的，這樣可以節(jié)省開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)的成本。Android平臺(tái)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(shè)備廠商加入到 Android平臺(tái);(2)擺脫運(yùn)營(yíng)商的制約：用戶能夠更方便地去連接網(wǎng)絡(luò)，減少了運(yùn)營(yíng)商對(duì)用戶的束縛;(3)硬件選擇更加豐富：眾多的Android設(shè)備廠商提供了五花八門(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(tái)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(yīng)用：Android平臺(tái)設(shè)備可以非常方便的使用Google服務(wù)。

　　2 系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介

　　家庭安防系統(tǒng)主要由三部分組成，硬件端采集系統(tǒng)、服務(wù)器管理系統(tǒng)和手機(jī)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(xiàn)對(duì)家庭安全防盜信息的采集;服務(wù)器端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)分析;手機(jī)端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，以及防盜報(bào)警。系統(tǒng)主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭內(nèi)部的監(jiān)控，能夠采集家庭內(nèi)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(dāng)家庭內(nèi)有異常(陌生人非正常進(jìn)入)時(shí)，可以檢測(cè)出異常，然后通過(guò)服務(wù)器將報(bào)警信息發(fā)送到用戶的手機(jī)上。用戶可以通過(guò)手機(jī)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(nèi)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的一些參數(shù)(采集頻率、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等)。

　　3 通信功能實(shí)現(xiàn)

　　家庭安防系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jiān)控參數(shù)設(shè)置信息;(2)服務(wù)器端與手機(jī)端通信：服務(wù)器端對(duì)硬件端上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)分析，向手機(jī)端提供數(shù)據(jù)調(diào)用的展示和異常時(shí)的報(bào)警，手機(jī)端向服務(wù)器端設(shè)置監(jiān)控參數(shù);(3)服務(wù)器端與PC客戶端通信：服務(wù)器端向PC客戶端提供數(shù)據(jù)調(diào)用的展示，PC客戶端向服務(wù)器端傳送數(shù)據(jù)操作生成的數(shù)據(jù)信息。具體的系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信框架如圖1。

　　圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信框架圖

　　3.1 硬件端與服務(wù)器端通信

　　家庭安防系統(tǒng)面對(duì)的用戶群非常廣泛，同一時(shí)間需要支持大量的硬件端數(shù)據(jù)上傳，而且數(shù)據(jù)上傳的頻率非常高，因此，服務(wù)器需要支持大規(guī)模的并發(fā)連接。傳統(tǒng)的Socket通信是阻塞的、非異步的，連接數(shù)較多將會(huì)出現(xiàn)資源不足的情況，程序響應(yīng)出現(xiàn)延遲，甚至崩潰。Apache Mina是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)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(kuò)展性的網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用，Mina 提供了基于事件驅(qū)動(dòng)和異步(Mina 的異步IO 默認(rèn)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(jī)端通信

　　3.2.1 WebService調(diào)用

　　WebService是一種跨編程語(yǔ)言和跨操作系統(tǒng)平臺(tái)的遠(yuǎn)程調(diào)用技術(shù)[3]，WebService使用HTTP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，采用XML格式來(lái)封裝數(shù)據(jù)(在XML中要說(shuō)明調(diào)用遠(yuǎn)程服務(wù)對(duì)象的什么方法，傳遞的是什么參數(shù)，還有服務(wù)對(duì)象會(huì)返回什么結(jié)果)。家庭安防系統(tǒng)服務(wù)器端將已經(jīng)開(kāi)發(fā)好的功能和數(shù)據(jù)發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上某個(gè)地址，手機(jī)客戶端通過(guò)訪問(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(jī)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(bào)警信息

　　家庭安防系統(tǒng)很重要的一個(gè)功能就是服務(wù)器端向手機(jī)端實(shí)時(shí)推送報(bào)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(jī)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(dá)，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(tái)的設(shè)備上，通過(guò)對(duì)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(duì)消息內(nèi)容進(jìn)行分析和處理。選取這個(gè)方案，可以完全的實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)操作，但是運(yùn)營(yíng)成本是比較高的，目前基本上沒(méi)有可以免費(fèi)發(fā)送短消息的網(wǎng)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)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(jī)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(tǒng)的主要目的是實(shí)時(shí)預(yù)警，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)情況，因此推送信息的實(shí)時(shí)性是必須要保證的。考慮到報(bào)警信息所需的實(shí)時(shí)性、偶然性和信息的重要性，項(xiàng)目采用了第二種解決方案，通過(guò)調(diào)用短消息發(fā)送網(wǎng)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息的推送功能。

　　3.3 服務(wù)器端與PC客戶端通信

　　服務(wù)器端與PC客戶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(yīng)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(shù)據(jù)：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(shù)據(jù)，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)中斷用戶的操作，響應(yīng)能力更加迅速;(3)前端與后端負(fù)載平衡：AJAX客戶端閑置時(shí)，可以為服務(wù)器端負(fù)擔(dān)一些工作，節(jié)約寬帶成本;(4)基于標(biāo)準(zhǔn)并且被廣泛支持：AJAX基于被廣泛支持而且標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)，不必下載小程序或者安裝瀏覽器插件，但是客戶需要允許在瀏覽器上運(yùn)行JavaScript代碼;(5)應(yīng)用與界面分離：有利于提高開(kāi)發(fā)效率，減少程序錯(cuò)誤。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　本文從實(shí)際需求出發(fā)，闡述了一套家庭安防系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，并對(duì)家庭安防系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信能力、預(yù)警的實(shí)時(shí)性都得到了顯著提高。隨著WIFI等無(wú)線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，硬件設(shè)備的不斷更新，系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳送速率和利用效率會(huì)大大提高，家庭安防系統(tǒng)將會(huì)有更大的前景。

　　【參考文獻(xiàn)】

　　[1]王靜茹，宋紹成.城市安防領(lǐng)域視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展與趨勢(shì)[J].黑龍江科技信息，2013，32：153+155.

　　[2]叢鳳俠，楊玉強(qiáng).基于MINA框架的高性能短x貓服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2013，04：213-216.

　　[3]李鳳云，黃迎春，馮永新.基于WebService的SOA實(shí)現(xiàn)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(yīng)用[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2012，02：23-25+28.

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