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Android智能终端无线远程控制系统设计

本文研究的这种控制系统，可以采用多种网络进行通信，包括WiFi、GPRS和GSM三种网络。利用Android底层基于Linux系统实现的特性，在Linux底层建立一个Agent，获取系统签名，能够执行需要获取到root权限的shell命令，实现对整个系统的完全控制。  

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张国厚

2020-4-9 10:27:48
引言
随着智能系统的高速发展和智能移动终端的普及，在***部门和企事业单位，员工使用Android系统的智能终端(包括手机和平板电脑)办公越来越多，利用网络对移动终端进行控制和管理，十分必要，目前的远程控制大多基于应用层实现，只能对特定的一些应用或者上层的一些权限进行管理和控制，不能对Android终端实现真正意义上的完全控制。另外，这些远程控制只是基于单个网络实现，不能保证远程控制的稳定实现。
本文研究的这种控制系统，可以采用多种网络进行通信，包括WiFi、GPRS和GSM三种网络。利用Android底层基于Linux系统实现的特性，在Linux底层建立一个Agent，获取系统签名，能够执行需要获取到root权限的shell命令，实现对整个系统的完全控制。

1 无线远程控制系统构架
基于多网络(GPRS、WiFi、GSM)进行通信、通过Linux代理实现操作的无线远程控制系统，主要对多种网络通信方式进行适应性设计，以及对Android智能终端的系统设置、文件系统以及设备进行控制。
系统基本功能包括：自动注册、发送消息、发送文件、管理应用程序、发送shell命令控制设备等。
基于Linux代理的Android智能终端无线远程控制系统主要由3部分组成：控制端、被控终端和通信网络。系统的架构图如图1所示。



2 无线远程控制系统设计
2．1 多网络通信设计
Android智能终端目前支持的网络有：GPRS无线网络和WiFi无线网络。WiFi无线网络的优点是网速快，缺点是有范围和信号强度的要求。而GPRS的优缺点和WiFi无线网络正好相反。目前，GPRS的2G网络传输速率在50 kb／s左右，3G网络速度更快，如果采用WiFi网络接入到Internet，速度甚至可以达到1 Mb／s。速度上完全可以达到远程控制中传输命令的速率要求。
本系统采用多网络方式：优先选择WiFi无线网络，其次采用GPRS网络，最后采用GSM发送短消息控制。采用WiFi无线网络和GPRS网络的时候，Android终端之间通过Socket进行通信。
如果该系统只是应用在局域网内，就只能使用WiFi无线网络；如果应用在远程或者广域网上，就可以使用WiFi无线网络和GPRS网络两者相结合的方式；如果没有WiFi和GPRS，才使用GSM网络。
在广域网内使用时，当被控终靖启动系统的时候，会采用UDP方式向广域网发送登录广播，或者采用TCP协议向特定的控制端IP发送注册信息。控制端接收到信息后，注册到本机，然后通过TCP方式发送控制命令进行远程控制。
在没有WiFi和GPRS的情况下，也可以采用GSM网络发送短消息命令进行一些简单的控制操作，例如：打开WiFi、打开GPRS网络等，使其可以使用上述两种网络进行控制。使用GSM网络的前提条件是需要知道被控终端的SIM号码。
2. 2 控制端设计
Android控制端在使用WiFi和GPRS网络时，通过Socket进行通信，可以实现全部的命令；在使用GSM网络时，通过短消息发送命令进行控制，只能发送部分操作指令，不能进行的操作包括发送文件、应用程序等需要通过IP地址进行通信的操作。
Sqlite数据库保存被控终端的信息数据和操作日志。Linux文件系统保存需要发送的文件和应用程序等。Android控制端具体功能设计如下：
①自动注册：编写Java程序通过接口调用MulticastSocket发送请求注册广播，并监控端口，接收被控终端的注册广播。
②发送消息：通过已注册的被控终端IP地址，编程调用Socket接口发送消息到被控终端，并监听端口，接收反馈消息。
③发送文件：编写监控程序调用Socket端口进行通信，调用Android文件系统，读取存储在SD卡上的文件进行发送。
④发送控制命令：有两种方式，一种通过Socket发送控制命令到被控终端IP；另一种通过GSM网络发送特定格式的短消息到被控终端手机，实现命令控制设备。
2．3 被控终端设计
Android被控终端没有监控界面，只有一个后台服务和一个Agent代理，该代理也是一个后台服务，不过这个服务是集成在Android系统版本中的。
本地后台服务会随系统启动而启动，启动后会建立一个线程(Thread)，线程通过Socket监听本机的通信端口；同时，还会建立一个广播接收器(BroadcastReceiver)，用于接收通过GSM网络发来的短消息广播。当Socket端口监听线程监听到数据时，先判断其是否为控制端的注册请求。如果是，则反馈信息到控制端注册；如果不是，则判断是否为命令。如果是命令，则交给Agent代理执行；如果不是，再判断其是否为消息。如果是消息，则调用Android的Activity显示消息；如果不是，则继续判断其是否为文件。如果是文件，则保存文件到文件系统中；如果不是，则退出，丢弃该消息。当广播接收器接收到GSM短信时，后台服务对消息进行判断，看其是否为控制命令。如果是命令，则GSM短信会被截断，被控终端用户不会提示收到短消息，然后，将命令传递给Agent代理进行执行，调用Android系统接口对应的功能模块执行。最后，将执行结果通过Socket反馈给控制端。其对应的功能模块设计流程图如图2所示。



3 具体实现
3．1 多网络通信实现
该系统的总体设计思路是；一定数量的Android终端用户群之间，有一个作为控制端，其余的是被控终端，通过WiFi无线网、GPRS网络进行通信，控制端发送命令到被控终端执行，采用C／S结构。
(1) GPRS网络和WiFi网络通信实现
首先，在控制终端和被控端都建立一个TCP端口监听线程。分别建立一个ServerSocket，能各自监听自己的TCP端口，端口地址分别为：控制端为10000，被控终端10001。被控终端监听控制端发送命令信息，命令放在报头中，而文件等内容放在数据流中；命令会被执行并保存到数据中，文件会保存到SD卡上，等待被命令调用执行，在此，完成TCP通信。另外，控制端和被控端各自创建一个MulticastSocket对象，并加入一个组播地址，地址为234．0．0．1，控制端的端口为10002，被控终端端口为10003。控制端用以监听被控终端发送的登录广播信息；被控终端监听控制端发送的连接请求；当接收到组播UDP包后，取得源IP地址和源ID，将信息保存到本地数据库中，完成通信。
(2) GSM网络通信实现
如果在GPRS和WiFi都不通的情况下，使用GSM短信发送命令。具体如下：在被控制端建立一个Broadcast Receiver，接收系统短信广播，并将优先级设置为2147483674最高级别，这样会优先于其他方式先对短信内容进行处理。当有短信进入被控终端时，Broadcast Receiver会优先截取到短信内容，首先判断该短信是否为控制命令。如果是，则将命令发送到Service执行，同时截断广播，这样手机收件箱就不会收到该条短信。

3．2 控制端实现
控制端包括5个大的模块：操作界面、自动注册、发送消息、发送文件、应用管理。
操作界面：操作界面是基于应用层和应用框架层实现的。调用Android组件库中的Activity组件和ListActivity组件显示操作列表；点击列表按钮等组件用来调用操作命令；通过界面操作生成对应的命令发送到被控终端，并显示反馈结果。
自动注册：启动后，通过组播地址，每隔30 s向网络中发送一次心跳包，报文为“regist‖ask”，通知网络中的被控终端进行注册。监听UDP端口和TCP端口，当接收到被控终端发送的注册信息后，取出源IP地址和ID，保存到数据库中，完成注册。
发送消息：通过界面操作输入文本内容，向被控终端IP发送消息。报文为“sendMassage‖content”，第一部分是命令，第二部分是消息内容。
发送文件：选择本地文件向被控终端IP发送。采用Socket发送报文“sendfile‖filename／／filePath”。该报文第1部分是命令，表示发送文件，第2部分是文件名，第3部分是文件保存路径。通过发送路径，可以替换被控终端上的文件，实现数据更新等功能。文件内容在Socket连接的输入／输出流中，保存的文件名和路径从报头中获取。
应用管理：首先，向被控终端IP发送命令，获取被控终端应用列表；然后，选择对应操作发送命令，在被控终端接收到命令后，调用Android接口和Agent代理执行命令。该命令包括4个：install、start、stop、uninstall。例如：报文“install ‖file．apk”，通过Socket发送file．apk应用到被控端的sdcard／apk目录下，然后，通过agent代理执行install安装命令安装该应用。此外，start、stop和uninstall三个命令中，只是调用接口执行，不传送文件。
3．3 被控终端实现
自动登录：被控终端启动的时候，也会建立两个线程和一个BroadCastReceiver。一个线程监听组播连接请求的消息，另一个线程监听TCP端口的命令；广播接收器接收GSM网络发送的短信命令。第一个线程中，组播端口监听到控制端发送的请求后，取得IP地址，然后，发送带有自己ID的Socket包，报文内容为"regist ‖IMEI号”，包括注册命令regist和IMEI号(Android终端唯一标识)。第二个线程中，创建一个ServerSocket，监听控制端发送的TCP消息。BroadCastReeeiver接收到短消息广播后，传递给服务进行判断，看其接收到的是否是命令，如果是命令则执行对应操作。
接收消息：在被控终端，Socket接收到控制端的消息后，会调用NotificationManager，在Android终端通知栏显示消息，点击通知会显示详细信息。
接收文件：Socket后台接收文件，保存在／sdcard／download文件夹下，然后通过Agent命令执行copy命令，将文件复制到命令里面指定的路径下。文件名和保存路径通过报头获取。
管理应用：安装应用分两步实现，第一步接收文件，第二步执行安装。第一步实现与上面所讲的接收文件相同，只是报文为"install‖n ame．apk”。默认保存到SD卡上的mnt／sdcard／apk路径下，然后，调用agent执行shell安装命令install mnt／sdeard／apk／name．apk。卸载应用时，直接执行接收到的命令uninstall packagename。启动应用时，通过Android系统接口Intent实现，停止和卸载都是通过被控终端上的Agent代理实现。“start‖appName”启动应用的时候，通过本地包管理获取到appName对应的包名packageName，新建一个Intent，启动包含该包的应用。代码如下：

通过shell命令执行kill PID。PID是应用进程号，通过ActivityManager可以获取到。
设备控制：可以通过命令例如“shell‖reboot”直接控制重启。
3．4 Agent代理实现
在编译系统内核的时候，将agent_server编入到路径／data／agentserver／agent_server下，用以接收命令。调用的时候，通过建立一个本地Socket，通过数据流发送shell命令到agent_setwer所在路径，实现通信。当agent_server接收到命令后，执行shell命令。

4 测试结果
设计的系统在ZTE U880手机上连接WiFi进行测试。图3为控制端界面，图4为控制端发送消息，图5为被控终端接收消息，图6为发送文件，图7为远程安装应用软件，图8为远程卸载应用软件，图9为shell命令界面。测试结果表明，系统能够实现发送消息、发送文件、安装和卸载应用，以及执行shell命令实现系统重启功能。




结语
本文设计了一个采用C／S模式实现的Android远程控制系统。控制端与被控终端之间采用Socket进行网络通信，在知道对方SIM卡号的情况下，也能通过GSM发送短信通信，能够实现多种网络的稳定通信。通过Linux代理能够实现root权限的操作，理论上可以实现对Android系统的完全远程控制。
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