多網絡和Linux代理的Android無線遠程控制系統(tǒng)

摘要：設計了一種適用于多網絡、具有root權限的智能移動終端遠程控制系統(tǒng)。在Android嵌入式系統(tǒng)的智能終端上，通過WiFi無線網絡、GPRS網絡或者GSM網絡進行通信；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，實現(xiàn)Android移動終端的遠程控制。該系統(tǒng)可以完成一些需要獲取root權限才能執(zhí)行的操作，包括對Android的系統(tǒng)控制、文件系統(tǒng)和設備的控制等。
關鍵詞：多網絡；Linux代理；Android系統(tǒng)；無線遠程控制

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(包括手機和平板電腦)辦公越來越多，利用網絡對移動終端進行控制和管理，十分必要，目前的遠程控制大多基于應用層實現(xiàn)，只能對特定的一些應用或者上層的一些權限進行管理和控制，不能對Android終端實現(xiàn)真正意義上的完全控制。另外，這些遠程控制只是基于單個網絡實現(xiàn)，不能保證遠程控制的穩(wěn)定實現(xiàn)。
    本文研究的這種控制系統(tǒng)，可以采用多種網絡進行通信，包括WiFi、GPRS和GSM三種網絡。利用Android底層基于Linux系統(tǒng)實現(xiàn)的特性，在Linux底層建立一個Agent，獲取系統(tǒng)簽名，能夠執(zhí)行需要獲取到root權限的shell命令，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的完全控制。

1 無線遠程控制系統(tǒng)構架
    基于多網絡(GPRS、WiFi、GSM)進行通信、通過Linux代理實現(xiàn)操作的無線遠程控制系統(tǒng)，主要對多種網絡通信方式進行適應性設計，以及對Android智能終端的系統(tǒng)設置、文件系統(tǒng)以及設備進行控制。
    系統(tǒng)基本功能包括：自動注冊、發(fā)送消息、發(fā)送文件、管理應用程序、發(fā)送shell命令控制設備等。
    基于Linux代理的Android智能終端無線遠程控制系統(tǒng)主要由3部分組成：控制端、被控終端和通信網絡。系統(tǒng)的架構圖如圖1所示。

2 無線遠程控制系統(tǒng)設計
2．1 多網絡通信設計
    Android智能終端目前支持的網絡有：GPRS無線網絡和WiFi無線網絡。WiFi無線網絡的優(yōu)點是網速快，缺點是有范圍和信號強度的要求。而GPRS的優(yōu)缺點和WiFi無線網絡正好相反。目前，GPRS的2G網絡傳輸速率在50 kb／s左右，3G網絡速度更快，如果采用WiFi網絡接入到Internet，速度甚至可以達到1 Mb／s。速度上完全可以達到遠程控制中傳輸命令的速率要求。
    本系統(tǒng)采用多網絡方式：優(yōu)先選擇WiFi無線網絡，其次采用GPRS網絡，最后采用GSM發(fā)送短消息控制。采用WiFi無線網絡和GPRS網絡的時候，Android終端之間通過Socket進行通信。
    如果該系統(tǒng)只是應用在局域網內，就只能使用WiFi無線網絡；如果應用在遠程或者廣域網上，就可以使用WiFi無線網絡和GPRS網絡兩者相結合的方式；如果沒有WiFi和GPRS，才使用GSM網絡。
    在廣域網內使用時，當被控終靖啟動系統(tǒng)的時候，會采用UDP方式向廣域網發(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。控制端接收到信息后，注冊到本機，然后通過TCP方式發(fā)送控制命令進行遠程控制。
    在沒有WiFi和GPRS的情況下，也可以采用GSM網絡發(fā)送短消息命令進行一些簡單的控制操作，例如：打開WiFi、打開GPRS網絡等，使其可以使用上述兩種網絡進行控制。使用GSM網絡的前提條件是需要知道被控終端的SIM號碼。[!--empirenews.page--]
2. 2 控制端設計
    Android控制端在使用WiFi和GPRS網絡時，通過Socket進行通信，可以實現(xiàn)全部的命令；在使用GSM網絡時，通過短消息發(fā)送命令進行控制，只能發(fā)送部分操作指令，不能進行的操作包括發(fā)送文件、應用程序等需要通過IP地址進行通信的操作。
    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)送的文件和應用程序等。Android控制端具體功能設計如下：
    ①自動注冊：編寫Java程序通過接口調用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)控程序調用Socket端口進行通信，調用Android文件系統(tǒng)，讀取存儲在SD卡上的文件進行發(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網絡發(fā)送特定格式的短消息到被控終端手機，實現(xiàn)命令控制設備。
2．3 被控終端設計
    Android被控終端沒有監(jiān)控界面，只有一個后臺服務和一個Agent代理，該代理也是一個后臺服務，不過這個服務是集成在Android系統(tǒng)版本中的。
    本地后臺服務會隨系統(tǒng)啟動而啟動，啟動后會建立一個線程(Thread)，線程通過Socket監(jiān)聽本機的通信端口；同時，還會建立一個廣播接收器(BroadcastReceiver)，用于接收通過GSM網絡發(fā)來的短消息廣播。當Socket端口監(jiān)聽線程監(jiān)聽到數(shù)據(jù)時，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。當廣播接收器接收到GSM短信時，后臺服務對消息進行判斷，看其是否為控制命令。如果是命令，則GSM短信會被截斷，被控終端用戶不會提示收到短消息，然后，將命令傳遞給Agent代理進行執(zhí)行，調用Android系統(tǒng)接口對應的功能模塊執(zhí)行。最后，將執(zhí)行結果通過Socket反饋給控制端。其對應的功能模塊設計流程圖如圖2所示。

3 具體實現(xiàn)
3．1 多網絡通信實現(xiàn)
    該系統(tǒng)的總體設計思路是；一定數(shù)量的Android終端用戶群之間，有一個作為控制端，其余的是被控終端，通過WiFi無線網、GPRS網絡進行通信，控制端發(fā)送命令到被控終端執(zhí)行，采用C／S結構。
    (1) GPRS網絡和WiFi網絡通信實現(xiàn)
    首先，在控制終端和被控端都建立一個TCP端口監(jiān)聽線程。分別建立一個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，命令放在報頭中，而文件等內容放在數(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MulticastSocket對象，并加入一個組播地址，地址為234．0．0．1，控制端的端口為10002，被控終端端口為10003?？刂贫擞靡员O(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，將信息保存到本地數(shù)據(jù)庫中，完成通信。
    (2) GSM網絡通信實現(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Broadcast Receiver，接收系統(tǒng)短信廣播，并將優(yōu)先級設置為2147483674最高級別，這樣會優(yōu)先于其他方式先對短信內容進行處理。當有短信進入被控終端時，Broadcast Receiver會優(yōu)先截取到短信內容，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，同時截斷廣播，這樣手機收件箱就不會收到該條短信。
    
3．2 控制端實現(xiàn)
    控制端包括5個大的模塊：操作界面、自動注冊、發(fā)送消息、發(fā)送文件、應用管理。
    操作界面：操作界面是基于應用層和應用框架層實現(xiàn)的。調用Android組件庫中的Activity組件和ListActivity組件顯示操作列表；點擊列表按鈕等組件用來調用操作命令；通過界面操作生成對應的命令發(fā)送到被控終端，并顯示反饋結果。[!--empirenews.page--]
    自動注冊：啟動后，通過組播地址，每隔30 s向網絡中發(fā)送一次心跳包，報文為“regist‖ask”，通知網絡中的被控終端進行注冊。監(jiān)聽UDP端口和TCP端口，當接收到被控終端發(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容，向被控終端IP發(fā)送消息。報文為“sendMassage‖content”，第一部分是命令，第二部分是消息內容。
    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)送報文“sendfile‖filename／／filePath”。該報文第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，實現(xiàn)數(shù)據(jù)更新等功能。文件內容在Socket連接的輸入／輸出流中，保存的文件名和路徑從報頭中獲取。
    應用管理：首先，向被控終端IP發(fā)送命令，獲取被控終端應用列表；然后，選擇對應操作發(fā)送命令，在被控終端接收到命令后，調用Android接口和Agent代理執(zhí)行命令。該命令包括4個：install、start、stop、uninstall。例如：報文“install ‖file．apk”，通過Socket發(fā)送file．apk應用到被控端的sdcard／apk目錄下，然后，通過agent代理執(zhí)行install安裝命令安裝該應用。此外，start、stop和uninstall三個命令中，只是調用接口執(zhí)行，不傳送文件。
3．3 被控終端實現(xiàn)
    自動登錄：被控終端啟動的時候，也會建立兩個線程和一個BroadCastReceiver。一個線程監(jiān)聽組播連接請求的消息，另一個線程監(jiān)聽TCP端口的命令；廣播接收器接收GSM網絡發(fā)送的短信命令。第一個線程中，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，報文內容為"regist ‖IMEI號”，包括注冊命令regist和IMEI號(Android終端唯一標識)。第二個線程中，創(chuàng)建一個ServerSocket，監(jiān)聽控制端發(fā)送的TCP消息。BroadCastReeeiver接收到短消息廣播后，傳遞給服務進行判斷，看其接收到的是否是命令，如果是命令則執(zhí)行對應操作。
    接收消息：在被控終端，Socket接收到控制端的消息后，會調用NotificationManager，在Android終端通知欄顯示消息，點擊通知會顯示詳細信息。
    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，將文件復制到命令里面指定的路徑下。文件名和保存路徑通過報頭獲取。
    管理應用：安裝應用分兩步實現(xiàn)，第一步接收文件，第二步執(zhí)行安裝。第一步實現(xiàn)與上面所講的接收文件相同，只是報文為"install‖n ame．apk”。默認保存到SD卡上的mnt／sdcard／apk路徑下，然后，調用agent執(zhí)行shell安裝命令install mnt／sdeard／apk／name．apk。卸載應用時，直接執(zhí)行接收到的命令uninstall packagename。啟動應用時，通過Android系統(tǒng)接口Intent實現(xiàn)，停止和卸載都是通過被控終端上的Agent代理實現(xiàn)。“start‖appName”啟動應用的時候，通過本地包管理獲取到appName對應的包名packageName，新建一個Intent，啟動包含該包的應用。代碼如下：
    
    通過shell命令執(zhí)行kill PID。PID是應用進程號，通過ActivityManager可以獲取到。
    設備控制：可以通過命令例如“shell‖reboot”直接控制重啟。
3．4 Agent代理實現(xiàn)
    在編譯系統(tǒng)內核的時候，將agent_server編入到路徑／data／agentserver／agent_server下，用以接收命令。調用的時候，通過建立一個本地Socket，通過數(shù)據(jù)流發(fā)送shell命令到agent_setwer所在路徑，實現(xiàn)通信。當agent_server接收到命令后，執(zhí)行shell命令。

4 測試結果
    設計的系統(tǒng)在ZTE U880手機上連接WiFi進行測試。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為遠程安裝應用軟件，圖8為遠程卸載應用軟件，圖9為shell命令界面。測試結果表明，系統(tǒng)能夠實現(xiàn)發(fā)送消息、發(fā)送文件、安裝和卸載應用，以及執(zhí)行shell命令實現(xiàn)系統(tǒng)重啟功能。

結語
    本文設計了一個采用C／S模式實現(xiàn)的Android遠程控制系統(tǒng)。控制端與被控終端之間采用Socket進行網絡通信，在知道對方SIM卡號的情況下，也能通過GSM發(fā)送短信通信，能夠實現(xiàn)多種網絡的穩(wěn)定通信。通過Linux代理能夠實現(xiàn)root權限的操作，理論上可以實現(xiàn)對Android系統(tǒng)的完全遠程控制。