【摘 要】針對現(xiàn)有架構(gòu)下個人即時通訊系統(tǒng)所存在的信息安全無法有效保障的問題，提出了一種基于家庭云的即時通訊系統(tǒng)方案，采用在家庭云主機中安裝即時通訊服務(wù)端的方法，組建一個屬于用戶自己的即時通訊系統(tǒng)，并對其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、信號流向、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】即時通訊 私有云 家庭云

1 引言

當(dāng)前即時通訊已經(jīng)成了人們生活、工作中最為常用的通信工具之一，即時通訊一般可分為兩類：個人消費即時通訊（CIM）和企業(yè)即時通訊（EIM），個人即時通訊為了節(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)，個人即時通訊系統(tǒng)存在著公有云所具有的弊端，即對信息的安全和隱私無法有效保障的問題，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，還有大量的信息保存在用戶自己的手機終端上，而這些終端屬于消耗物品，無法對信息做到永久、完整的保存，造成了個人即時通訊的局限。這些問題在當(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)即時通訊的私有云模式開發(fā)一種新的個人即時通訊系統(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)上只要加入一臺服務(wù)器就可組成一個家庭云，這對用戶來說并不需要太多的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，因此以家庭云的方式組建個人消費的私有云是比較現(xiàn)實的方案。家庭云是一種以家庭云主機為核心，通過家庭中的有線或無線網(wǎng)絡(luò)接入家庭可以聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備，并通過寬帶與互聯(lián)網(wǎng)相連，是一個為家庭而組建的私有云。由于家庭云中具備了家庭云主機，因此為解決上述問題安裝一個屬于用戶個人的即時通訊系統(tǒng)成為了可能，本文接下來將對此進(jìn)行研究（有關(guān)基于家庭云主機的即時通訊系統(tǒng)及其方法的方案，已申請發(fā)明專利（中國發(fā)明專利號：CN104506425A））。

2 基于家庭云的即時通訊系統(tǒng)設(shè)計

2.1 基于私有云的即時通訊系統(tǒng)的現(xiàn)狀

目前市面上所提供的基于私有云的即時通訊系統(tǒng)都屬于企業(yè)即時通訊，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。

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

2.2 家庭云即時通訊系統(tǒng)架構(gòu)

為克服以上問題，對企業(yè)即時通訊系統(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所發(fā)送的IP數(shù)據(jù)包，并獲取所述家庭云主機的寬帶動態(tài)IP地址。

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

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

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

其中通信服務(wù)器通過專線與互聯(lián)網(wǎng)連接；即時通訊終端通過移動或固定網(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，并通過寬帶終端與互聯(lián)網(wǎng)連接。

2.3 家庭云即時通訊系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

為使系統(tǒng)正常運行，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，程序中對端口號和IP地址進(jìn)行綁定，并以無限循環(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)庫中，當(dāng)再次收到IP數(shù)據(jù)包信號后，將取出的源IP地址對數(shù)據(jù)庫中的IP地址信息進(jìn)行刷新，從而使數(shù)據(jù)庫中存放的是最新的寬帶動態(tài)IP地址。

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

（3）在家庭云主機上安裝即時通訊服務(wù)端程序和IP數(shù)據(jù)包發(fā)送模塊，即時通訊服務(wù)端程序與目前企業(yè)用的基于私有云即時通訊系統(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，用于同即時通訊終端進(jìn)行通信與會話。IP數(shù)據(jù)包發(fā)送模塊是一個能定時發(fā)送IP數(shù)據(jù)包的程序，為了節(jié)省開銷和提高效率，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)備開放的端口號作為目的IP地址和端口號進(jìn)行綁定，以一定的時間間隔定時向通信服務(wù)器進(jìn)行發(fā)包，其中間隔時間越短，通信服務(wù)器中所獲取的寬帶動態(tài)IP地址準(zhǔn)確度越高。

3 基于家庭云的即時通訊系統(tǒng)的運行

3.1 信號流轉(zhuǎn)

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

3.2 工作步驟

家庭云主機中的IP數(shù)據(jù)包發(fā)送模塊定時不間斷地向通信服務(wù)器發(fā)送IP數(shù)據(jù)包信號，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)庫中，并隨著收到的最新信息對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行不斷刷新，將最新的寬帶動態(tài)IP地址存放在數(shù)據(jù)庫中。

在即時通訊終端中，當(dāng)即時通訊客戶端程序開始運行時，首先訪問通信服務(wù)器，從該服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中取出家庭云主機的寬帶動態(tài)IP地址，并存放于即時通訊終端的本地。隨后，即時通訊客戶端程序按照上述寬帶動態(tài)IP地址訪問家庭云主機，并與家庭云主機中的即時通訊服務(wù)端程序進(jìn)行通信，建立即時通信會話連接。

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

4 家庭云即時通訊系統(tǒng)的應(yīng)用

家庭云即時通訊在家庭云應(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通訊系統(tǒng)，可以解決個人信息交流中的信息安全問題。

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人的應(yīng)用，如個人網(wǎng)盤、虛擬桌面、家庭網(wǎng)站等，為了方便對家庭云的控制，安裝一個即時通訊系統(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)客戶端程序的移動終端隨時隨地對家庭云的各種功能和應(yīng)用進(jìn)行控制。

4.2 作為家庭的即時通訊系統(tǒng)

家庭內(nèi)部的溝通在現(xiàn)實社會中具有重要意義，特別其對相關(guān)信息的隱私安全、內(nèi)容的長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設(shè)備，從而可以使信息交流更加安全，對具有重要價值的個人信息做到完整、永久的保存。

4.3 作為智能家居控制平臺

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)用平臺無法統(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)問題，而基于家庭云即時通訊系統(tǒng)的推出，可以解決統(tǒng)一平臺的問題，因為通過該系統(tǒng)能夠掌握家庭內(nèi)所有信息設(shè)備的控制。

5 結(jié)束語

在個人信息安全更加重視的今天，對于現(xiàn)有公有云網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的各種個人消費應(yīng)用帶來了不少挑戰(zhàn)。家庭云作為一種私有云，能使個人信息得到有效的保護(hù)，并且利用家庭云主機的控制功能，對各種信息進(jìn)行加工、共享，更加豐富了針對個人、家庭的應(yīng)用。同樣，本文提出的基于家庭云的即時通訊系統(tǒng)克服了當(dāng)前個人即時通訊存在的弊端，使用戶交流更加保密、內(nèi)容存儲絕對安全、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，基于家庭云的即時通訊系統(tǒng)將使個人即時通訊迎來新的發(fā)展模式。

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