《電子技術(shù)應(yīng)用》
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多網(wǎng)絡(luò)和Linux代理的Android無線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)
電子科技
王 桐,,楊 斌
摘要: 設(shè)計(jì)了一種適用于多網(wǎng)絡(luò)、具有root權(quán)限的智能移動終端遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),。在Android嵌入式系統(tǒng)的智能終端上,,通過WiFi無線網(wǎng)絡(luò),、GPRS網(wǎng)絡(luò)或者GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信;并利用Android系統(tǒng)底層基于Linux嵌入式系統(tǒng)的特性,,在被控終端上建立Linux代理執(zhí)行shell命令,實(shí)現(xiàn)Android移動終端的遠(yuǎn)程控制,。該系統(tǒng)可以完成一些需要獲取root權(quán)限才能執(zhí)行的操作,,包括對Android的系統(tǒng)控制、文件系統(tǒng)和設(shè)備的控制等,。
Abstract:
Key words :

引言

    隨著智能系統(tǒng)的高速發(fā)展和智能移動終端的普及,,在政府部門和企事業(yè)單位,員工使用Android系統(tǒng)的智能終端(包括手機(jī)和平板電腦)辦公越來越多,,利用網(wǎng)絡(luò)對移動終端進(jìn)行控制和管理,,十分必要,目前的遠(yuǎn)程控制大多基于應(yīng)用層實(shí)現(xiàn),,只能對特定的一些應(yīng)用或者上層的一些權(quán)限進(jìn)行管理和控制,,不能對Android終端實(shí)現(xiàn)真正意義上的完全控制。另外,,這些遠(yuǎn)程控制只是基于單個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn),,不能保證遠(yuǎn)程控制的穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)。
本文研究的這種控制系統(tǒng),,可以采用多種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信,,包括WiFi、GPRS和GSM三種網(wǎng)絡(luò),。利用Android底層基于Linux系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的特性,,在Linux底層建立一個(gè)Agent,獲取系統(tǒng)簽名,,能夠執(zhí)行需要獲取到root權(quán)限的shell命令,,實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的完全控制。

1 無線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)構(gòu)架
    基于多網(wǎng)絡(luò)(GPRS,、WiFi,、GSM)進(jìn)行通信、通過Linux代理實(shí)現(xiàn)操作的無線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),,主要對多種網(wǎng)絡(luò)通信方式進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計(jì),,以及對Android智能終端的系統(tǒng)設(shè)置、文件系統(tǒng)以及設(shè)備進(jìn)行控制,。
系統(tǒng)基本功能包括:自動注冊,、發(fā)送消息、發(fā)送文件,、管理應(yīng)用程序,、發(fā)送shell命令控制設(shè)備等,。
基于Linux代理的Android智能終端無線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要由3部分組成:控制端、被控終端和通信網(wǎng)絡(luò),。系統(tǒng)的架構(gòu)圖如圖1所示,。

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2 無線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 多網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)
    Android智能終端目前支持的網(wǎng)絡(luò)有:GPRS無線網(wǎng)絡(luò)和WiFi無線網(wǎng)絡(luò)。WiFi無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)速快,,缺點(diǎn)是有范圍和信號強(qiáng)度的要求,。而GPRS的優(yōu)缺點(diǎn)和WiFi無線網(wǎng)絡(luò)正好相反。目前,,GPRS的2G網(wǎng)絡(luò)傳輸速率在50 kb/s左右,,3G網(wǎng)絡(luò)速度更快,如果采用WiFi網(wǎng)絡(luò)接入到Internet,,速度甚至可以達(dá)到1 Mb/s,。速度上完全可以達(dá)到遠(yuǎn)程控制中傳輸命令的速率要求。
   本系統(tǒng)采用多網(wǎng)絡(luò)方式:優(yōu)先選擇WiFi無線網(wǎng)絡(luò),,其次采用GPRS網(wǎng)絡(luò),,最后采用GSM發(fā)送短消息控制。采用WiFi無線網(wǎng)絡(luò)和GPRS網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候,,Android終端之間通過Socket進(jìn)行通信,。
   如果該系統(tǒng)只是應(yīng)用在局域網(wǎng)內(nèi),就只能使用WiFi無線網(wǎng)絡(luò),;如果應(yīng)用在遠(yuǎn)程或者廣域網(wǎng)上,,就可以使用WiFi無線網(wǎng)絡(luò)和GPRS網(wǎng)絡(luò)兩者相結(jié)合的方式;如果沒有WiFi和GPRS,,才使用GSM網(wǎng)絡(luò),。
     在廣域網(wǎng)內(nèi)使用時(shí),當(dāng)被控終靖啟動系統(tǒng)的時(shí)候,,會采用UDP方式向廣域網(wǎng)發(fā)送登錄廣播,,或者采用TCP協(xié)議向特定的控制端IP發(fā)送注冊信息??刂贫私邮盏叫畔⒑?,注冊到本機(jī),然后通過TCP方式發(fā)送控制命令進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,。
在沒有WiFi和GPRS的情況下,,也可以采用GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送短消息命令進(jìn)行一些簡單的控制操作,例如:打開WiFi,、打開GPRS網(wǎng)絡(luò)等,,使其可以使用上述兩種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制。使用GSM網(wǎng)絡(luò)的前提條件是需要知道被控終端的SIM號碼,。

2. 2 控制端設(shè)計(jì)
   Android控制端在使用WiFi和GPRS網(wǎng)絡(luò)時(shí),,通過Socket進(jìn)行通信,,可以實(shí)現(xiàn)全部的命令;在使用GSM網(wǎng)絡(luò)時(shí),,通過短消息發(fā)送命令進(jìn)行控制,,只能發(fā)送部分操作指令,不能進(jìn)行的操作包括發(fā)送文件,、應(yīng)用程序等需要通過IP地址進(jìn)行通信的操作,。
    Sqlite數(shù)據(jù)庫保存被控終端的信息數(shù)據(jù)和操作日志。Linux文件系統(tǒng)保存需要發(fā)送的文件和應(yīng)用程序等,。Android控制端具體功能設(shè)計(jì)如下:
①自動注冊:編寫Java程序通過接口調(diào)用MulticastSocket發(fā)送請求注冊廣播,并監(jiān)控端口,,接收被控終端的注冊廣播,。
②發(fā)送消息:通過已注冊的被控終端IP地址,編程調(diào)用Socket接口發(fā)送消息到被控終端,,并監(jiān)聽端口,,接收反饋消息。
③發(fā)送文件:編寫監(jiān)控程序調(diào)用Socket端口進(jìn)行通信,,調(diào)用Android文件系統(tǒng),,讀取存儲在SD卡上的文件進(jìn)行發(fā)送。
④發(fā)送控制命令:有兩種方式,,一種通過Socket發(fā)送控制命令到被控終端IP,;另一種通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送特定格式的短消息到被控終端手機(jī),實(shí)現(xiàn)命令控制設(shè)備,。
2.3 被控終端設(shè)計(jì)
    Android被控終端沒有監(jiān)控界面,,只有一個(gè)后臺服務(wù)和一個(gè)Agent代理,該代理也是一個(gè)后臺服務(wù),,不過這個(gè)服務(wù)是集成在Android系統(tǒng)版本中的,。
本地后臺服務(wù)會隨系統(tǒng)啟動而啟動,啟動后會建立一個(gè)線程(Thread),,線程通過Socket監(jiān)聽本機(jī)的通信端口,;同時(shí),還會建立一個(gè)廣播接收器(BroadcastReceiver),,用于接收通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的短消息廣播,。當(dāng)Socket端口監(jiān)聽線程監(jiān)聽到數(shù)據(jù)時(shí),先判斷其是否為控制端的注冊請求,。如果是,,則反饋信息到控制端注冊;如果不是,,則判斷是否為命令,。如果是命令,,則交給Agent代理執(zhí)行;如果不是,,再判斷其是否為消息,。如果是消息,則調(diào)用Android的Activity顯示消息,;如果不是,,則繼續(xù)判斷其是否為文件。如果是文件,,則保存文件到文件系統(tǒng)中,;如果不是,則退出,,丟棄該消息,。當(dāng)廣播接收器接收到GSM短信時(shí),后臺服務(wù)對消息進(jìn)行判斷,,看其是否為控制命令,。如果是命令,則GSM短信會被截?cái)?,被控終端用戶不會提示收到短消息,,然后,將命令傳遞給Agent代理進(jìn)行執(zhí)行,,調(diào)用Android系統(tǒng)接口對應(yīng)的功能模塊執(zhí)行,。最后,將執(zhí)行結(jié)果通過Socket反饋給控制端,。其對應(yīng)的功能模塊設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示,。

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3 具體實(shí)現(xiàn)
3.1 多網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)
    該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路是;一定數(shù)量的Android終端用戶群之間,,有一個(gè)作為控制端,,其余的是被控終端,通過WiFi無線網(wǎng),、GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信,,控制端發(fā)送命令到被控終端執(zhí)行,采用C/S結(jié)構(gòu),。
(1) GPRS網(wǎng)絡(luò)和WiFi網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)
首先,,在控制終端和被控端都建立一個(gè)TCP端口監(jiān)聽線程。分別建立一個(gè)ServerSocket,,能各自監(jiān)聽自己的TCP端口,,端口地址分別為:控制端為10000,被控終端10001,。被控終端監(jiān)聽控制端發(fā)送命令信息,,命令放在報(bào)頭中,,而文件等內(nèi)容放在數(shù)據(jù)流中;命令會被執(zhí)行并保存到數(shù)據(jù)中,,文件會保存到SD卡上,,等待被命令調(diào)用執(zhí)行,在此,,完成TCP通信,。另外,控制端和被控端各自創(chuàng)建一個(gè)MulticastSocket對象,,并加入一個(gè)組播地址,,地址為234.0.0.1,控制端的端口為10002,,被控終端端口為10003,。控制端用以監(jiān)聽被控終端發(fā)送的登錄廣播信息,;被控終端監(jiān)聽控制端發(fā)送的連接請求;當(dāng)接收到組播UDP包后,,取得源IP地址和源ID,,將信息保存到本地?cái)?shù)據(jù)庫中,完成通信,。
(2) GSM網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)
如果在GPRS和WiFi都不通的情況下,,使用GSM短信發(fā)送命令。具體如下:在被控制端建立一個(gè)Broadcast Receiver,,接收系統(tǒng)短信廣播,,并將優(yōu)先級設(shè)置為2147483674最高級別,這樣會優(yōu)先于其他方式先對短信內(nèi)容進(jìn)行處理,。當(dāng)有短信進(jìn)入被控終端時(shí),,Broadcast Receiver會優(yōu)先截取到短信內(nèi)容,首先判斷該短信是否為控制命令,。如果是,,則將命令發(fā)送到Service執(zhí)行,同時(shí)截?cái)鄰V播,,這樣手機(jī)收件箱就不會收到該條短信,。
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3.2 控制端實(shí)現(xiàn)
控制端包括5個(gè)大的模塊:操作界面、自動注冊,、發(fā)送消息,、發(fā)送文件、應(yīng)用管理,。
操作界面:操作界面是基于應(yīng)用層和應(yīng)用框架層實(shí)現(xiàn)的,。調(diào)用Android組件庫中的Activity組件和ListActivity組件顯示操作列表,;點(diǎn)擊列表按鈕等組件用來調(diào)用操作命令;通過界面操作生成對應(yīng)的命令發(fā)送到被控終端,,并顯示反饋結(jié)果,。

自動注冊:啟動后,通過組播地址,,每隔30 s向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送一次心跳包,,報(bào)文為“regist‖ask”,通知網(wǎng)絡(luò)中的被控終端進(jìn)行注冊,。監(jiān)聽UDP端口和TCP端口,,當(dāng)接收到被控終端發(fā)送的注冊信息后,取出源IP地址和ID,,保存到數(shù)據(jù)庫中,,完成注冊。
發(fā)送消息:通過界面操作輸入文本內(nèi)容,,向被控終端IP發(fā)送消息,。報(bào)文為“sendMassage‖content”,第一部分是命令,,第二部分是消息內(nèi)容,。
發(fā)送文件:選擇本地文件向被控終端IP發(fā)送。采用Socket發(fā)送報(bào)文“sendfile‖filename//filePath”,。該報(bào)文第1部分是命令,,表示發(fā)送文件,第2部分是文件名,,第3部分是文件保存路徑,。通過發(fā)送路徑,可以替換被控終端上的文件,,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)更新等功能,。文件內(nèi)容在Socket連接的輸入/輸出流中,保存的文件名和路徑從報(bào)頭中獲取,。
應(yīng)用管理:首先,,向被控終端IP發(fā)送命令,獲取被控終端應(yīng)用列表,;然后,,選擇對應(yīng)操作發(fā)送命令,在被控終端接收到命令后,,調(diào)用Android接口和Agent代理執(zhí)行命令,。該命令包括4個(gè):install、start、stop,、uninstall,。例如:報(bào)文“install ‖file.a(chǎn)pk”,通過Socket發(fā)送file.a(chǎn)pk應(yīng)用到被控端的sdcard/apk目錄下,,然后,,通過agent代理執(zhí)行install安裝命令安裝該應(yīng)用。此外,,start,、stop和uninstall三個(gè)命令中,只是調(diào)用接口執(zhí)行,,不傳送文件,。
3.3 被控終端實(shí)現(xiàn)
自動登錄:被控終端啟動的時(shí)候,也會建立兩個(gè)線程和一個(gè)BroadCastReceiver,。一個(gè)線程監(jiān)聽組播連接請求的消息,,另一個(gè)線程監(jiān)聽TCP端口的命令;廣播接收器接收GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的短信命令,。第一個(gè)線程中,,組播端口監(jiān)聽到控制端發(fā)送的請求后,取得IP地址,,然后,,發(fā)送帶有自己ID的Socket包,報(bào)文內(nèi)容為"regist ‖IMEI號”,,包括注冊命令regist和IMEI號(Android終端唯一標(biāo)識)。第二個(gè)線程中,,創(chuàng)建一個(gè)ServerSocket,,監(jiān)聽控制端發(fā)送的TCP消息。BroadCastReeeiver接收到短消息廣播后,,傳遞給服務(wù)進(jìn)行判斷,,看其接收到的是否是命令,如果是命令則執(zhí)行對應(yīng)操作,。
接收消息:在被控終端,,Socket接收到控制端的消息后,會調(diào)用NotificationManager,,在Android終端通知欄顯示消息,,點(diǎn)擊通知會顯示詳細(xì)信息。
接收文件:Socket后臺接收文件,,保存在/sdcard/download文件夾下,,然后通過Agent命令執(zhí)行copy命令,將文件復(fù)制到命令里面指定的路徑下。文件名和保存路徑通過報(bào)頭獲取,。
管理應(yīng)用:安裝應(yīng)用分兩步實(shí)現(xiàn),,第一步接收文件,第二步執(zhí)行安裝,。第一步實(shí)現(xiàn)與上面所講的接收文件相同,,只是報(bào)文為"install‖n ame.a(chǎn)pk”。默認(rèn)保存到SD卡上的mnt/sdcard/apk路徑下,,然后,,調(diào)用agent執(zhí)行shell安裝命令install mnt/sdeard/apk/name.a(chǎn)pk。卸載應(yīng)用時(shí),,直接執(zhí)行接收到的命令uninstall packagename,。啟動應(yīng)用時(shí),通過Android系統(tǒng)接口Intent實(shí)現(xiàn),,停止和卸載都是通過被控終端上的Agent代理實(shí)現(xiàn),。“start‖appName”啟動應(yīng)用的時(shí)候,通過本地包管理獲取到appName對應(yīng)的包名packageName,,新建一個(gè)Intent,,啟動包含該包的應(yīng)用。代碼如下:
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通過shell命令執(zhí)行kill PID,。PID是應(yīng)用進(jìn)程號,,通過ActivityManager可以獲取到。
設(shè)備控制:可以通過命令例如“shell‖reboot”直接控制重啟,。
3.4 Agent代理實(shí)現(xiàn)
在編譯系統(tǒng)內(nèi)核的時(shí)候,,將agent_server編入到路徑/data/agentserver/agent_server下,用以接收命令,。調(diào)用的時(shí)候,,通過建立一個(gè)本地Socket,通過數(shù)據(jù)流發(fā)送shell命令到agent_setwer所在路徑,,實(shí)現(xiàn)通信,。當(dāng)agent_server接收到命令后,執(zhí)行shell命令,。

4 測試結(jié)果
設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在ZTE U880手機(jī)上連接WiFi進(jìn)行測試,。圖3為控制端界面,圖4為控制端發(fā)送消息,,圖5為被控終端接收消息,,圖6為發(fā)送文件,圖7為遠(yuǎn)程安裝應(yīng)用軟件,,圖8為遠(yuǎn)程卸載應(yīng)用軟件,,圖9為shell命令界面,。測試結(jié)果表明,系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)送消息,、發(fā)送文件,、安裝和卸載應(yīng)用,以及執(zhí)行shell命令實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重啟功能,。

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結(jié)語
本文設(shè)計(jì)了一個(gè)采用C/S模式實(shí)現(xiàn)的Android遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),。控制端與被控終端之間采用Socket進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信,,在知道對方SIM卡號的情況下,,也能通過GSM發(fā)送短信通信,能夠?qū)崿F(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定通信,。通過Linux代理能夠?qū)崿F(xiàn)root權(quán)限的操作,,理論上可以實(shí)現(xiàn)對Android系統(tǒng)的完全遠(yuǎn)程控制。

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