基于家庭云的即時通訊系統研究

【摘 要】針對現有架構下個人即時通訊系統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方案，采用在家庭云主機中安裝即時通訊服務端的方法，組建一個屬于用戶自己的即時通訊系統，并對其網絡架構、信號流向、工作步驟進行了分析，最后介紹了構建該系統的意義及其應用。

【關鍵詞】即時通訊 私有云 家庭云

1 引言

當前即時通訊已經成了人們生活、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）和企業即時通訊（EIM），個人即時通訊為了節約成本和方便部署，采用的是公有云架構，而企業即時通訊注重的是安全和保密性，采用的是自設服務器方式，即私有云模式。

由于采用公有云的架構，個人即時通訊系統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器上，因此難免存在用戶隱私泄漏或記錄丟失的風險，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。這些問題在當前的公有云架構下是難以得到根本解決的，因此借鑒企業即時通訊的私有云模式開發一種新的個人即時通訊系統是值得考慮的。

當前在普通家庭中都具備了與互聯網連接的固定寬帶，并且以無線路由器為中心建立了家庭網絡，在此基礎上只要加入一臺服務器就可組成一個家庭云，這對用戶來說并不需要太多的經濟負擔，因此以家庭云的方式組建個人消費的私有云是比較現實的方案。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絡接入家庭可以聯網的設備，并通過寬帶與互聯網相連，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成為了可能，本文接下來將對此進行研究（有關基于家庭云主機的即時通訊系統及其方法的方案，已申請發明專利（中國發明專利號：CN104506425A））。

2 基于家庭云的即時通訊系統設計

2.1 基于私有云的即時通訊系統的現狀

目前市面上所提供的基于私有云的即時通訊系統都屬于企業即時通訊，如騰訊RTX、BigAnt、e-Link等系統，這些系統將服務端軟件安裝在單位自己的服務器上，即私有云的主機上，并以固定IP地址的方式與互聯網連接。由于使用者對網絡、設備具有完全的控制權，使信息的安全能做到有效的保障。

相對個人即時通訊，要達到同樣的安全性能，需要將即時通訊系統也安裝在私有云上，而家庭云具備容易組建、方便實現的特點，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絡組成，并經過固定寬帶與互聯網連接。由于通過寬帶與互聯網相連，因此需要解決寬帶動態IP地址的問題。

2.2 家庭云即時通訊系統架構

為克服以上問題，對企業即時通訊系統架構進行了改正，提出了一種適合家庭云應用的即時通訊系統。該系統由以下幾部分組成，如圖1所示。

（1）通信服務器是一臺固定IP地址與互聯網連接的服務器，用于接收家庭云主機所發送的IP數據包，并獲取所述家庭云主機的寬帶動態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、電視機等終端設備，用于與家庭云主機中的即時通訊服務端進行會話、通信，用于存放從通信服務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，并將內網地址和端口號映射成外網地址和端口號。

（4）家庭云主機是一臺家用的服務器，起到即時通訊服務器的作用，用于與即時通訊終端進行通信，并定時向通信服務器發送IP數據包信號。

其中通信服務器通過專線與互聯網連接；即時通訊終端通過移動或固定網絡與互聯網連接；家庭路由器與家庭網絡內的所有設備連接，并通過寬帶終端與互聯網連接。

2.3 家庭云即時通訊系統軟件結構

為使系統正常運行，需要在相關設備上安裝不同的程序，圖2是程序安裝示意圖：

（1）在通信服務器中安裝IP數據包接收程序，該程序安裝在通信服務器中，可用C#以及Socket套接字的方式進行編程，程序中對端口號和IP地址進行綁定，并以無限循環的方式使程序處于等待接收狀態，當接收到IP數據包后，對數據包中的源IP地址進行提取，并存放于數據庫中，當再次收到IP數據包信號后，將取出的源IP地址對數據庫中的IP地址信息進行刷新，從而使數據庫中存放的是最新的寬帶動態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，首先訪問通信服務器，從該服務器的數據庫中取出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端程序和IP數據包發送模塊，即時通訊服務端程序與目前企業用的基于私有云即時通訊系統的程序相同，分為客戶端和服務端，這里安裝的是服務端程序，用于同即時通訊終端進行通信與會話。IP數據包發送模塊是一個能定時發送IP數據包的程序，為了節省開銷和提高效率，發送IP數據包可采用UDP協議，用C#編程，在程序中將通信服務器的IP地址、準備開放的端口號作為目的IP地址和端口號進行綁定，以一定的時間間隔定時向通信服務器進行發包，其中間隔時間越短，通信服務器中所獲取的寬帶動態IP地址準確度越高。

3 基于家庭云的即時通訊系統的運行

3.1 信號流轉

圖3為即時通訊系統信號流轉示意圖，當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器，向通信服務器發送請求信號；通信服務器向即時通訊終端發送應答信號，同時從數據庫中取出存放的寬帶動態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；即時通訊終端根據所存放的IP地址向家庭云主機發送請求信號；家庭云主機中的即時通訊服務端程序對即時通訊終端進行響應，并與即時通訊終端建立通信鏈路，雙方進入會話。

3.2 工作步驟

家庭云主機中的IP數據包發送模塊定時不間斷地向通信服務器發送IP數據包信號，通信服務器將接收到的IP數據包中的源IP地址信息存放于數據庫中，并隨著收到的最新信息對數據庫進行不斷刷新，將最新的寬帶動態IP地址存放在數據庫中。

在即時通訊終端中，當即時通訊客戶端程序開始運行時，首先訪問通信服務器，從該服務器的數據庫中取出家庭云主機的寬帶動態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端程序進行通信，建立即時通信會話連接。

當在即時通訊客戶端與家庭云主機的即時通訊服務端會話發生信號中斷時，即時通信客戶端將再次訪問通信服務器，取得存放于所述通信服務器中的寬帶動態IP地址，并更新存放于即時通訊客戶端本地的IP地址，客戶端程序根據存放的IP地址重新聯系家庭云主機的即時通訊服務端，并恢復中斷的會話連接。

4 家庭云即時通訊系統的應用

家庭云即時通訊在家庭云應用中具有關鍵的作用，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，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用，如個人網盤、虛擬桌面、家庭網站等，為了方便對家庭云的控制，安裝一個即時通訊系統作為家庭云的控制端是非常必要的，可以使裝有該系統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用進行控制。

4.2 作為家庭的即時通訊系統

家庭內部的溝通在現實社會中具有重要意義，特別其對相關信息的隱私安全、內容的長期保存都有很高的要求，本系統由于設備安裝在家庭內部，用戶能夠自己掌握存儲設備，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

智能家居技術經歷了十多年的發展，目前已經上升到了新的高度，各大主流公司紛紛加入其中，推出了各自的應用，由于技術標準和應用平臺無法統一，特別是目前所有產品是基于公有云的模式，同樣也產生了信息的安全和保存問題，制約著該產業的健康發展。家庭云的推出，可以解決家庭物聯網信息的隱私保護問題，而基于家庭云即時通訊系統的推出，可以解決統一平臺的問題，因為通過該系統能夠掌握家庭內所有信息設備的控制。

5 結束語

在個人信息安全更加重視的今天，對于現有公有云網絡架構下的各種個人消費應用帶來了不少挑戰。家庭云作為一種私有云，能使個人信息得到有效的保護，并且利用家庭云主機的控制功能，對各種信息進行加工、共享，更加豐富了針對個人、家庭的應用。同樣，本文提出的基于家庭云的即時通訊系統克服了當前個人即時通訊存在的弊端，使用戶交流更加保密、內容存儲絕對安全、使用容量不受限制，并能同家庭物聯網控制等應用進行整合，成為家庭的控制中心。因此，隨著家庭云的普及發展，基于家庭云的即時通訊系統將使個人即時通訊迎來新的發展模式。

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