基于XMPP协议的Android即时通信系统设计.pdf

第1 9 卷V 0 1 1 9第8 期N O 8电子设计工程E l e c t r o n i cD e s i g nE n g i n e e r i n g2 0 1 1 年4 月A p r 2 0 1 1基于X M P P 协议的A n d r o i d 即时通信系统设计黄伟敏(陕西铁路工程职业技术学院陕西渭南7 1 4 0 0 0)摘要：即时通信通过互联网给人们提供了便捷的通信手段，针对手机覆盖区域和效果的不断提升提出一种在流行的A n d r o i d 手机操作系统上，实现客户端与客户端之间的即时通信的设计方案。设计基于开源的X M P P 即时通信协议，采用C S 体系结构，通过G P R S 无线网络用T C P 协议连接到服务器，以架设开源的O p e n f n e 服务器作为即时通讯平台。极大地方便了互联网通信不畅的用户。关键词：A n d r o i d；X M P P；O p e n f i r e；即时通信中图分类号：T P 3 9 9文献标识码：A文章编号：1 6 7 4 6 2 3 6(2 0 1 1)0 8 瑚5 7 0 3D e s i g no fA n d r o i dI n s t a n tM e s s a g i n gs y s t e mb a s e do nX M P Pa g r e e m e n tH U A N GW e i m i n(S h a t m x iR a i l w a yI n s t i t u t e，W e i n a n7 1 4 0 0 0，C h n a)A b s t r a c t：I n s t a n tM e s s a g i n go v e rt h eI n t e m e tt op r o v i d eac o n v e n i e n tl n e a n so fc o m m u n i c a t i o n，a i m i n ga tc o n s t a n tr i s eo fm o b i l ec o v e r a g ea r e aa n dt h ee f f e c t s，o nt h ep o pA n d r o i dm o b i l eo p e r a t i n gs y s t e m，ad e s i g nt 明：h e m ew a sp r e s e n t e dt oa c h i e v ei n s t a n tc o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h ec l i e n ta n dt h ec l i e n tp r o g r a m AX M P PI n s t a n tM e s s a g i n gp r o t o c o lb a s e do no p e n8 0 u F c ew a 8d e s i g n e d，i tu s e dC Sa r c h i t e c t u r e a n dT C Pp r o t o c o lt oc o n n e c tt ot h es e r v e rv i aG P R Sw i r e l e s sn e t w o r k，t os e tu pO p e n f i r es e r v e ra 8o p e ns o u I ei n s t a n tm e s s a g i n gp l a t f o r m w h i c hg r e a t l yf a c i l i t a t e dt h eu s e rw h o s eI n t e r n e tc o m m u n i c a t i o ni sn o ts m o o t h K e yw o r d s：A n d r o i d；X M P P；O p e n f i r e；I n s t a n tM e s s a g i n g2 0 0 7 年1 1 月，C o o s l e 推出了底层使用开放性L i n u xK e r n e l 为架构包含中间件、用户界面、应用软件组成的一套智能开源手机平台一A n d m i d 1 l。A n d r o i dS D K 提供A n d r o i d 平台上使用J a v a 语言进行A n d r o i d 应用开发必须的工具和A P I接口。本文的研究目的就是基于X M P P(E x t e n s i b l eM e s s a g i n ga n dP r e s e n c eP r o t o c 0 1)协议冈，提供在A n d r o i d 平台上实现一种能够使用户在手机上方便、迅捷的收发即时消息、传输图片的即时通信服务系统设计方案。1 系统体系结构系统主要由以下部分组成：一是服务器，负责管理发出的连接或者与其他实体的会话，接收或转发X M L(E x t e n s i b l eM a r k u pL a n g u a g e)流元素给授权的客户端、服务器等；二是客户终端。它与服务器相连，通过X M P P 获得由服务器或任何其它相关的服务所提供的全部功能。三是协议网关。完成X M P P 协议传输的信息与外部消息系统可识别信息间的翻译。再就是X M P P 网络。实现各个服务器、客户端间的连接。系统采用客户端(C l i e n t)服务端(S e r v e r)架构体系结构，如图1 所示翻。客户端基于A n d r o i d 平台进行开发。负责初始化通信过收稿日期：2 0 1 1-0 1 2 5稿件编号：2 0 1 1 0 1 0 8 2作者简介：黄伟敏(1 9 6 9 一)，男，上海人，硕士，副教授。域名服务器1l 型鲨查生鲎I 恒型两i 雾墓司伍石两i 芬暮司I 茎垡垦查墨X M P P 客户I 删P P 客户端1 逊试网图l 系统体系结构图F i g 1S y s t e mA r c h i t e c t u r e1)i a F a m程，进行即时通信时，由客户端负责向服务器发起创建连接请求。系统通过G P R S 无线网络与I n t e r n e t 网络建立连接，通过服务器实现与A n d r o i d 客户端或P C 机客户端之间的即时通信脚。服务器端则采用O p e n f i r e 作为服务器。允许多个客户端同时登录并且并发的连接到一个服务器上。服务器对每个客户端的连接进行认证，对认证通过的客户端创建会话，客户端与服务器端之间的通信就在该会话的上下文中进行。1 1 服务器端设计O p e n i l r e 采用J a v a 语言进行开发是基于X M P P 协议开源的实时协作(R T C)服务器，具有跨平台的特点，服务器可以架设于多种操作系统平台之上懈。O p e n f i r e 采用X M P P 协议。可以使用各种支持X M P P 协议的I M(I n s t a n tM e s s a g i n g)客户端软件登陆服务。研究方向：计算机应用研究、计算机教学。-5 7-万方数据电子设计工程2 0 1 1 年第8 期O p e n f i r e 服务器的内核主要由连接管理组件、服务器连接管理组件、会话管理组件、注册登录管理组件、管理更新组件、文件传输管理组件、外部管理组件、数据存储组件和传输器组件等组件组成。O p e n f i r e 实现了插件机制，方便扩展，通过安装插件，就能与其他的通讯软件实现通讯。在网络连接中，选用A p a c h e的M I N A(M u l t i p u r p o s eI n f r a s t r u c t u r e f o rN e t w o r kA p p l i c a t i o n s)框架来实现网络连接，M I N A 框架选用非阻塞式、高性能的I，0 底层采取异步I O 事件和事件驱动机制，使服务器具有很高的效率和性能。从而能够及时处理大量的客户端连接和I，0 随机突发性。在O p o n f i r e 服务器中。针对每个用户的请求，创建一个线程来进行响应，同时采用线程池来创建和管理线程，提高了服务器的执行效率。线程池的大小可以根据服务器在运行的过程中接收到的用户请求的数量进行自动调整。1 2 客户端结构实现系统客户端基于A n d r o i d 手机平台。采用X M P P 作为即时通讯协议。X M P P 是基于X M L，实现任意两个网络终端准实时的交换结构化信息的通信协议。采用A n d r o i d 平台提供的X M L 解析包对X M L 进行解析。由于应用活动都运行于主线程。故用多线程技术来解决系统通讯问题。针对通信安全问题系统的用户信息和聊天信息在客户端存储在A n d r o i d平台自身所带的S Q L i t e 数据库中，多媒体文件和图片文件存储在A n d r o i d 平台虚拟文件存储设备S DC a r d 中。l-3 客户端设计系统的客户端分为5 大模块进行设计开发，如图2 所示。系统服务墨S Q L i t e 数据库通讯模块陌诵酮I _ J圆文件系统(S Dc a r d)用户图2 客户端结构图F i g 21)i a g r 8 mo fc l i e n ta r c h i t e c t u r ed i a g r a m通讯模块负责与服务器建立通讯旧。通过创建3 个线程来进行处理。分别负责消息的发送、接收和心跳信息的发送；解析模块主要用来解析X M L 数据流。根据解析元素不同类型封装成不同的数据对象：数据模块定义整个客户端中大部分的数据类型和对象；应用模块包括即时通信、图片浏览和音乐播放。是客户端和用户交流的接口；加密模块对发送和接收的消息进行加解密。以确保通讯数据的安全。2 系统即时通信协议2 1 主流即时通信协议目前，流行的即时通信通用协议包括I M P P(I n s t a n tM e s s a g i n ga n dP r e s e n c eP r o t o c 0 1)、S I M P L E(S e s s i o nI n i t i a t i o n-5 8-P r o t o c o lf o rI n s t a n tM e s s a g i n ga n dP r e s e n c eL e v e r a g i n gE x t e n s i o n s)、X M P 胂和与X M P P、S I M P L E 类似，但已经不再使用的P R I M(P r e s e n c ea n dI n s t a n tM e s s a g i n gP r o t o c 0 1)4 个。I M P P 协议是由I E T F 的I M P P 工作组制定。包括了I M 服务模型定义，通用功能接口的定义，统一数据信息的定义。用来构建一个具有空间接收、发布能力的即时信息系统。S I M P L E 协议是由I E T f 的S I M P L E 工作组织制定通过对于S I P 协议的扩展，使其支持I M P S(I n s t a n tM e s s a g i n ga n dP r e s e n c eS e r v i c e)服务。体系结构与S I P 基本相同，利用了S I P的请求重定向功能，来发送P r e s e n c e 信息。S I P 一般考虑用在建立语音通话中，一旦连接以后，依靠如实时协议(R T P)来进行实际上的语音发送。X M P P 是由J a b b e r 软件基金会开发，最早在J a b b e r 上实现的协议，它继承了在X M L 环境中灵活的发展性，使基于X M P P 的应用具有超强的可扩展性。经过扩展以后的X M P P更易于解析和阅读。可以通过发送扩展的信息来处理用户的需求以及在X M P P 的顶端建立如内容发布系统和基于地址的服务等应用程序。而且，X M P P 包含了针对服务器端的软件协议，使之能与另一个进行通话，这使开发者更易建立客户应用程序或给一个配好的系统添加功能。2 2】|口P P 技术优点开放性X M P P 协议是免费、开放、公有、容易被理解的协议。它有很多开源的客户端、服务器、组件与代码库的实现是I E T F 正式确认的基于X M L 流的即时通信协议。从1 9 9 8起X M P P 被开发到实现，已经相当稳定。有数以千计的开发者在X M P P 技术上工作。有数以万计的X M P P 服务器在I n t e m e t 上运行，超过百万的X M P P 终端用户。X M P P 的框架与e-m a i l 类似。所以每一个人都可以运行它独立的X M P P 服务器来进行他们自己的组织与管理的I M 体验。任何一个X M P P 服务器都与公共的X M P P 网络独立的通过S A S L(S i m p l eA u t h e n t i c a t i o na n dS e c u r i t yL a y e r)与T L S(T r a n s p o r tL a y e rS e c u r i t y)来建立安全连接，已经内建在X M P P 的核心协议里。X M P P 在X M L 结构化数据中扮演通用“传输层”的角色，能使数据高效路由到最合适的请求源。除了实现I M 的互操作性。X M P P 另一个重大用途是通过各类应用实现现场实时信息处理。所有实体对于X M P P 服务器都是透明的实体中的任何用户的状态对于其他用户都是可见的。X M P P 的程序可以超越I M 的范畴可以用来进行网络管理、内容同步、协同工具、文件共享、游戏与远程系统监控等。2 3X M L 的数据格式X M L 是X M P P 系统架构的核心。它能表述几乎任何一种结构化数据。特别是X M P P 利用X M L 数据流进行客户端一服务器端、服务器端一服务器端的通信。X M L 数据流一般是由客户端发起至服务端，X M L 数据流的有效时间直接与用户的在线会话有效时间相关联。X M P P 严格遵守X M L 的同时。不需要知道任何关于信息转发中介的信息。对于信息转发中介没有任何固有规定，也无需任何关于信息转发中介的系统然啊一一图万方数据黄伟敏基于X M P P 协议的A n d r o i d 即时通信系统设计架掏的知识。这也使得提供与第三方服务(如：I R C、I C Q 等)进行信息传输的传输器的实现成为可能。2 4】|【】P P 地址结构一个实体在X M P P 网络结构中被认为是一个接点它有一个唯一的标识J I D，即实体地址，用来标识一个用户。但是也可以表示其他内容。一个有效的J I D 应该包括一些必要元素，如域名(d o m a i ni d e n t i f i e r)、节点(n o d ei d e n t i f i e r)和源(r e s o u r c ei d e n t i f i e r)。J I D 的格式采用的形式是n o d e d o m a i r dr e s o u r c e，其中n o d e 表示用户在服务器上注册的用户名。d o m a i n 用来表示接点不同的设备或位置。2 5X M P P 协议消息格式X M P P 协议包括3 个顶层X M L 元素：M e s s a g e、P r e s e n c e和I Q m。M e s s a g e 用来表示传输的消息，当用户发送一条消息时。就会在流的上下文中插入一个M e s s a g e 元素，中间有用户发送的相关信息；P r e s e n c e 用来表示用户的状态。当用户改变自己的状态时。就会在数据流的上下文中插入一个P r e s e n c e元素，用来表示用户现在的状态；I Q 用来表示一种请求，响应机制，从一个实体发送请求，另外一个实体接受请求并响应。2 6 网络连接协议X M P P 服务器之间、客户与服务器之间采用的是T C P 连接罔。T C P 提供一种瓦向连接、可靠的字节流服务。保持一个实时双向的传输通道。T C P 将用户数据打包构成报文段。它发送数据后启动一个定时器，等待对端数据确认，另一端对收到的数据进行确认，对失序的数据重新排序，并丢弃重复数据；T C P 提供端到端的流量控制。计算和验证一个强制性的端到端检验。但是G P R S 网络对T C P 链路存在一个限制。当T C P 链路在长时间无有数据流量时。会自动降低此链路的优先级直至强制断开此链路。所以在应用中采用发送心跳的方式来维持此链路。3 结束语通过本系统设计方案。可以把手机的短信和手机移动互(上接第5 6 页)机信息，2 0 0 4，2 0(6)：7 6 _ 7 8 Z O UH a i，B I A NX i n-q i a n，W A N GE r-x i M u l t i-t h r e a dp r o g r a m m i n gu n d e rQ N X J 1 M i c r o c o m p u t e rI n f o r m a t i o n，2 0 0 4 2 0(6)：7 6-7 8【3】季宇V x W o r k s 操作系统3：C o m p a e t P C I 总线驱动程序设计啊电子设计工程，2 0 0 9(6)：9 9 1 0 1 J lY u D e s i g no ft h eC o m p a c t P C Ib u sd r i v e rp r o g r a mu n d e rv x W o r k 8 们E l e c t r o n i cD e s i g nE n g i n e e r i n g，2 0 0 9(6)：9 9-1 0 1【4】黄峰，单家方，匡光力Q N X 系统下P 多功能数据采集卡驱动程序开发【J】计算机技术。2 0 0 5，3 2(2)：3 5-3 8 H U A N GF e n g，S H A NJ i a-f a n g，K U A N GG u a n g l i d e v e l o p m e n to ft h ed r i v e ro fP X Im u l t i-f u n e t i o nd a t a联网完美地结合起来，解决在当前流行的A n d r o i d 操作系统上实现即时通信的问题，极大地方便了互联网通信不畅的用户。由于时间和技术的因素，系统面对即时通信的多样性和复杂性，服务器集群、协议网关、安全性、V O I P、E R P 集成等业务功能的实现还需进一步的完善。参考文献：【l】于少山，卡米力，毛依丁基f f X M L 的即时通信系统的研究与实现 J】重庆邮电大学学报，2 0 0 7(6)：5 9 6 1 Y US h a o s h a n，K a m i l，M o i d y R e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fI Mb a s e d0 nX M LI J J o u r n a lo fC h o n g q i n gU n i v e r s i t yo fP o s t sa n dT e l e c o m m u n i c a t i o n s。2 0 0 7(6)：5 9 6 1【2】陈武基-t-X M P P 的企业级即时通信系统的研究与实现【D】武汉：武汉理工大学。2 0 0 9【3】赵远萍即时通信系统拓扑建模及消息传播模型研究【D】北京：北京邮电大学，2 0 1 0【4】马志强基T A n d r o i d 平台即时通信系统的设计与实现【D】北京：北京交通大学。2 0 0 9【5】姚昱曼，刘卫国A n d r o i d 的架构与应用开发研究【J】计算机系统应用，2 0 0 8(1 1)：1 1 0-1 1 2 Y A 0Y u-m i n L I UW e i g u o S t u d yo fA n d r o i d 8a r c h i t e c t u r ea n di t sa p p l i c a t i o n 阴D e v e l o p m e n tC o m p u t e rS y s t e m s A p p l i c a t i o n s，2 0 0 8(1 1)：1 1 0-1 1 2【6】李嘉基于智能终端的移动互联一网服务研究【D】长沙：中南大学。2 0 0 9 7】S a i n t-A n d r eP R F C 3 9 2 1E x t e n s i b l eM e s s a g i n ga n dP r e s e n c eP r o t o c o l(X M P P)I n s t a n tM e s s a g i n g a n dP r e s e n c e I E T F p r o p o s e ds t a n d a r d S 2 0 0 4【8 1 田森，李大和用A n d r o i d 发手机应用唧程序员，2 0 0 8(1)：5 7 6 l-T I A NS e n，L ID a h e D e v e l o p st h eh a n d s e ta p p l i c a t i o nw i t hA n d r o i d【J P r o g e a m m e r，2 0 0 8(1)：5 7-6 1 a c q u i s i t i o nc a r di nQ N X J】C o m p u t e rT e c h n o l o g y，2 0 0 5，3 2(2)：3 5 3 8【5】周静V x w o r k s 下基 t-P C I 总-线的驱动程序开发【J】电子元器件应用，2 0 0 9，1 1(7)：7 0 7 3 Z H O UJ i n g D r i v e rd e v e l o p m e n to fP C IB u su n d e rV x W o r k 8叨E l e c t r o n i cC o m p o n e n t&D e v i c eA p p l i e a t i o n s，2 0 0 9，l l(7)：7 m-7 3 6】程海全，徐抒岩，胡君P C I 设备配置空间研究叨电子设计工程，2 0 1 0(1 0)：1 4 C H E N GH a i-q u a n，X US h u-y a h，H UJ u n R e s e a r c ho fP C Id e v i c e sc o n f i g u r a t i o ns p a c e J】E l e c t r o n i cD e s i g nE n g i n e e r i n g，2 0 1 0(1 0)：l _ 4-5 9-万方数据基于XMPP协议的Android即时通信系统设计基于XMPP协议的Android即时通信系统设计作者：黄伟敏，HUANG Wei-min作者单位：陕西铁路工程职业技术学院,陕西渭南,714000刊名：电子设计工程英文刊名：ELECTRONIC DESIGN ENGINEERING年，卷(期)：2011,19(8)本文链接：http:/