基于家庭云的即時(shí)通訊系統(tǒng)研究

【摘 要】針對(duì)現(xiàn)有架構(gòu)下個(gè)人即時(shí)通訊系統(tǒng)所存在的信息安全無(wú)法有效保障的問(wèn)題，提出了一種基于家庭云的即時(shí)通訊系統(tǒng)方案，采用在家庭云主機(jī)中安裝即時(shí)通訊服務(wù)端的方法，組建一個(gè)屬于用戶自己的即時(shí)通訊系統(tǒng)，并對(duì)其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、信號(hào)流向、工作步驟進(jìn)行了分析，最后介紹了構(gòu)建該系統(tǒng)的意義及其應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】即時(shí)通訊 私有云 家庭云

1 引言

當(dāng)前即時(shí)通訊已經(jīng)成了人們生活、工作中最為常用的通信工具之一，即時(shí)通訊一般可分為兩類：個(gè)人消費(fèi)即時(shí)通訊（CIM）和企業(yè)即時(shí)通訊（EIM），個(gè)人即時(shí)通訊為了節(jié)約成本和方便部署，采用的是公有云架構(gòu)，而企業(yè)即時(shí)通訊注重的是安全和保密性，采用的是自設(shè)服務(wù)器方式，即私有云模式。

由于采用公有云的架構(gòu)，個(gè)人即時(shí)通訊系統(tǒng)存在著公有云所具有的弊端，即對(duì)信息的安全和隱私無(wú)法有效保障的問(wèn)題，從目前普遍使用的微信、QQ中可以看出，用戶的資料、用戶的部分聊天記錄都存放在騰訊公司的服務(wù)器上，因此難免存在用戶隱私泄漏或記錄丟失的風(fēng)險(xiǎn)，還有大量的信息保存在用戶自己的手機(jī)終端上，而這些終端屬于消耗物品，無(wú)法對(duì)信息做到永久、完整的保存，造成了個(gè)人即時(shí)通訊的局限。這些問(wèn)題在當(dāng)前的公有云架構(gòu)下是難以得到根本解決的，因此借鑒企業(yè)即時(shí)通訊的私有云模式開(kāi)發(fā)一種新的個(gè)人即時(shí)通訊系統(tǒng)是值得考慮的。

當(dāng)前在普通家庭中都具備了與互聯(lián)網(wǎng)連接的固定寬帶，并且以無(wú)線路由器為中心建立了家庭網(wǎng)絡(luò)，在此基礎(chǔ)上只要加入一臺(tái)服務(wù)器就可組成一個(gè)家庭云，這對(duì)用戶來(lái)說(shuō)并不需要太多的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，因此以家庭云的方式組建個(gè)人消費(fèi)的私有云是比較現(xiàn)實(shí)的方案。家庭云是一種以家庭云主機(jī)為核心，通過(guò)家庭中的有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入家庭可以聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備，并通過(guò)寬帶與互聯(lián)網(wǎng)相連，是一個(gè)為家庭而組建的私有云。由于家庭云中具備了家庭云主機(jī)，因此為解決上述問(wèn)題安裝一個(gè)屬于用戶個(gè)人的即時(shí)通訊系統(tǒng)成為了可能，本文接下來(lái)將對(duì)此進(jìn)行研究（有關(guān)基于家庭云主機(jī)的即時(shí)通訊系統(tǒng)及其方法的方案，已申請(qǐng)發(fā)明專利（中國(guó)發(fā)明專利號(hào)：CN104506425A））。

2 基于家庭云的即時(shí)通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 基于私有云的即時(shí)通訊系統(tǒng)的現(xiàn)狀

目前市面上所提供的基于私有云的即時(shí)通訊系統(tǒng)都屬于企業(yè)即時(shí)通訊，如騰訊RTX、BigAnt、e-Link等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)將服務(wù)端軟件安裝在單位自己的服務(wù)器上，即私有云的主機(jī)上，并以固定IP地址的方式與互聯(lián)網(wǎng)連接。由于使用者對(duì)網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備具有完全的控制權(quán)，使信息的安全能做到有效的保障。

相對(duì)個(gè)人即時(shí)通訊，要達(dá)到同樣的安全性能，需要將即時(shí)通訊系統(tǒng)也安裝在私有云上，而家庭云具備容易組建、方便實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，是比較適合個(gè)人安裝的私有云。家庭云由家庭云主機(jī)和家庭網(wǎng)絡(luò)組成，并經(jīng)過(guò)固定寬帶與互聯(lián)網(wǎng)連接。由于通過(guò)寬帶與互聯(lián)網(wǎng)相連，因此需要解決寬帶動(dòng)態(tài)IP地址的問(wèn)題。

2.2 家庭云即時(shí)通訊系統(tǒng)架構(gòu)

為克服以上問(wèn)題，對(duì)企業(yè)即時(shí)通訊系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了改正，提出了一種適合家庭云應(yīng)用的即時(shí)通訊系統(tǒng)。該系統(tǒng)由以下幾部分組成，如圖1所示。

（1）通信服務(wù)器是一臺(tái)固定IP地址與互聯(lián)網(wǎng)連接的服務(wù)器，用于接收家庭云主機(jī)所發(fā)送的IP數(shù)據(jù)包，并獲取所述家庭云主機(jī)的寬帶動(dòng)態(tài)IP地址。

（2）即時(shí)通訊終端可以是手機(jī)、平板、筆記本等移動(dòng)終端，也可以是臺(tái)式電腦、電視機(jī)等終端設(shè)備，用于與家庭云主機(jī)中的即時(shí)通訊服務(wù)端進(jìn)行會(huì)話、通信，用于存放從通信服務(wù)器獲取的家庭云主機(jī)的IP地址。

（3）家庭路由器，可以是普通家用的多端口無(wú)線路由器，用于家庭云主機(jī)通過(guò)寬帶終端接入寬帶，并將內(nèi)網(wǎng)地址和端口號(hào)映射成外網(wǎng)地址和端口號(hào)。

（4）家庭云主機(jī)是一臺(tái)家用的服務(wù)器，起到即時(shí)通訊服務(wù)器的作用，用于與即時(shí)通訊終端進(jìn)行通信，并定時(shí)向通信服務(wù)器發(fā)送IP數(shù)據(jù)包信號(hào)。

其中通信服務(wù)器通過(guò)專線與互聯(lián)網(wǎng)連接；即時(shí)通訊終端通過(guò)移動(dòng)或固定網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)連接；家庭路由器與家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有設(shè)備連接，并通過(guò)寬帶終端與互聯(lián)網(wǎng)連接。

2.3 家庭云即時(shí)通訊系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

為使系統(tǒng)正常運(yùn)行，需要在相關(guān)設(shè)備上安裝不同的程序，圖2是程序安裝示意圖：

（1）在通信服務(wù)器中安裝IP數(shù)據(jù)包接收程序，該程序安裝在通信服務(wù)器中，可用C#以及Socket套接字的方式進(jìn)行編程，程序中對(duì)端口號(hào)和IP地址進(jìn)行綁定，并以無(wú)限循環(huán)的方式使程序處于等待接收狀態(tài)，當(dāng)接收到IP數(shù)據(jù)包后，對(duì)數(shù)據(jù)包中的源IP地址進(jìn)行提取，并存放于數(shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)再次收到IP數(shù)據(jù)包信號(hào)后，將取出的源IP地址對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的IP地址信息進(jìn)行刷新，從而使數(shù)據(jù)庫(kù)中存放的是最新的寬帶動(dòng)態(tài)IP地址。

（2）在即時(shí)通訊終端上安裝即時(shí)通訊客戶端程序，該程序除了具有通常的即時(shí)通訊客戶端軟件的功能外，在程序的啟動(dòng)或斷線重連時(shí)，首先訪問(wèn)通信服務(wù)器，從該服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中取出IP地址，并存放于本地，用作訪問(wèn)家庭云主機(jī)，并與其中的即時(shí)通訊服務(wù)端程序建立通信和會(huì)話。

（3）在家庭云主機(jī)上安裝即時(shí)通訊服務(wù)端程序和IP數(shù)據(jù)包發(fā)送模塊，即時(shí)通訊服務(wù)端程序與目前企業(yè)用的基于私有云即時(shí)通訊系統(tǒng)的程序相同，分為客戶端和服務(wù)端，這里安裝的是服務(wù)端程序，用于同即時(shí)通訊終端進(jìn)行通信與會(huì)話。IP數(shù)據(jù)包發(fā)送模塊是一個(gè)能定時(shí)發(fā)送IP數(shù)據(jù)包的程序，為了節(jié)省開(kāi)銷和提高效率，發(fā)送IP數(shù)據(jù)包可采用UDP協(xié)議，用C#編程，在程序中將通信服務(wù)器的IP地址、準(zhǔn)備開(kāi)放的端口號(hào)作為目的IP地址和端口號(hào)進(jìn)行綁定，以一定的時(shí)間間隔定時(shí)向通信服務(wù)器進(jìn)行發(fā)包，其中間隔時(shí)間越短，通信服務(wù)器中所獲取的寬帶動(dòng)態(tài)IP地址準(zhǔn)確度越高。

3 基于家庭云的即時(shí)通訊系統(tǒng)的運(yùn)行

3.1 信號(hào)流轉(zhuǎn)

圖3為即時(shí)通訊系統(tǒng)信號(hào)流轉(zhuǎn)示意圖，當(dāng)即時(shí)通訊終端的客戶端程序啟動(dòng)時(shí)，即時(shí)通訊終端首先訪問(wèn)通信服務(wù)器，向通信服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)；通信服務(wù)器向即時(shí)通訊終端發(fā)送應(yīng)答信號(hào)，同時(shí)從數(shù)據(jù)庫(kù)中取出存放的寬帶動(dòng)態(tài)IP地址信號(hào)，將這個(gè)信號(hào)返回給即時(shí)通訊終端，即時(shí)通訊終端取得上述信息并存放于本地；即時(shí)通訊終端根據(jù)所存放的IP地址向家庭云主機(jī)發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)；家庭云主機(jī)中的即時(shí)通訊服務(wù)端程序?qū)磿r(shí)通訊終端進(jìn)行響應(yīng)，并與即時(shí)通訊終端建立通信鏈路，雙方進(jìn)入會(huì)話。

3.2 工作步驟

家庭云主機(jī)中的IP數(shù)據(jù)包發(fā)送模塊定時(shí)不間斷地向通信服務(wù)器發(fā)送IP數(shù)據(jù)包信號(hào)，通信服務(wù)器將接收到的IP數(shù)據(jù)包中的源IP地址信息存放于數(shù)據(jù)庫(kù)中，并隨著收到的最新信息對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行不斷刷新，將最新的寬帶動(dòng)態(tài)IP地址存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

在即時(shí)通訊終端中，當(dāng)即時(shí)通訊客戶端程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，首先訪問(wèn)通信服務(wù)器，從該服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中取出家庭云主機(jī)的寬帶動(dòng)態(tài)IP地址，并存放于即時(shí)通訊終端的本地。隨后，即時(shí)通訊客戶端程序按照上述寬帶動(dòng)態(tài)IP地址訪問(wèn)家庭云主機(jī)，并與家庭云主機(jī)中的即時(shí)通訊服務(wù)端程序進(jìn)行通信，建立即時(shí)通信會(huì)話連接。

當(dāng)在即時(shí)通訊客戶端與家庭云主機(jī)的即時(shí)通訊服務(wù)端會(huì)話發(fā)生信號(hào)中斷時(shí)，即時(shí)通信客戶端將再次訪問(wèn)通信服務(wù)器，取得存放于所述通信服務(wù)器中的寬帶動(dòng)態(tài)IP地址，并更新存放于即時(shí)通訊客戶端本地的IP地址，客戶端程序根據(jù)存放的IP地址重新聯(lián)系家庭云主機(jī)的即時(shí)通訊服務(wù)端，并恢復(fù)中斷的會(huì)話連接。

4 家庭云即時(shí)通訊系統(tǒng)的應(yīng)用

家庭云即時(shí)通訊在家庭云應(yīng)用中具有關(guān)鍵的作用，它可以作為家庭云的控制端，也可以作為智能家居的控制中心，但最具意義的是作為一種基于私有云的即時(shí)通訊系統(tǒng)，可以解決個(gè)人信息交流中的信息安全問(wèn)題。

4.1 作為家庭云的控制端

家庭云可以提供大量基于家庭或個(gè)人的應(yīng)用，如個(gè)人網(wǎng)盤(pán)、虛擬桌面、家庭網(wǎng)站等，為了方便對(duì)家庭云的控制，安裝一個(gè)即時(shí)通訊系統(tǒng)作為家庭云的控制端是非常必要的，可以使裝有該系統(tǒng)客戶端程序的移動(dòng)終端隨時(shí)隨地對(duì)家庭云的各種功能和應(yīng)用進(jìn)行控制。

4.2 作為家庭的即時(shí)通訊系統(tǒng)

家庭內(nèi)部的溝通在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中具有重要意義，特別其對(duì)相關(guān)信息的隱私安全、內(nèi)容的長(zhǎng)期保存都有很高的要求，本系統(tǒng)由于設(shè)備安裝在家庭內(nèi)部，用戶能夠自己掌握存儲(chǔ)設(shè)備，從而可以使信息交流更加安全，對(duì)具有重要價(jià)值的個(gè)人信息做到完整、永久的保存。

4.3 作為智能家居控制平臺(tái)

智能家居技術(shù)經(jīng)歷了十多年的發(fā)展，目前已經(jīng)上升到了新的高度，各大主流公司紛紛加入其中，推出了各自的應(yīng)用，由于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用平臺(tái)無(wú)法統(tǒng)一，特別是目前所有產(chǎn)品是基于公有云的模式，同樣也產(chǎn)生了信息的安全和保存問(wèn)題，制約著該產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。家庭云的推出，可以解決家庭物聯(lián)網(wǎng)信息的隱私保護(hù)問(wèn)題，而基于家庭云即時(shí)通訊系統(tǒng)的推出，可以解決統(tǒng)一平臺(tái)的問(wèn)題，因?yàn)橥ㄟ^(guò)該系統(tǒng)能夠掌握家庭內(nèi)所有信息設(shè)備的控制。

5 結(jié)束語(yǔ)

在個(gè)人信息安全更加重視的今天，對(duì)于現(xiàn)有公有云網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的各種個(gè)人消費(fèi)應(yīng)用帶來(lái)了不少挑戰(zhàn)。家庭云作為一種私有云，能使個(gè)人信息得到有效的保護(hù)，并且利用家庭云主機(jī)的控制功能，對(duì)各種信息進(jìn)行加工、共享，更加豐富了針對(duì)個(gè)人、家庭的應(yīng)用。同樣，本文提出的基于家庭云的即時(shí)通訊系統(tǒng)克服了當(dāng)前個(gè)人即時(shí)通訊存在的弊端，使用戶交流更加保密、內(nèi)容存儲(chǔ)絕對(duì)安全、使用容量不受限制，并能同家庭物聯(lián)網(wǎng)控制等應(yīng)用進(jìn)行整合，成為家庭的控制中心。因此，隨著家庭云的普及發(fā)展，基于家庭云的即時(shí)通訊系統(tǒng)將使個(gè)人即時(shí)通訊迎來(lái)新的發(fā)展模式。

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