嵌入式網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)設(shè)計

范會芳

（河南省理工中等專業(yè)學(xué)校，鄭州 450008）

0 引言

遠(yuǎn)程訪問控制是指通過自己的設(shè)備向遠(yuǎn)程的計算機(jī)發(fā)送各種指令，使遠(yuǎn)程的設(shè)備在無人看守的情況下也能按照程序完成工作[1]。遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)可以運用在遠(yuǎn)程辦公、網(wǎng)絡(luò)的自動化管理、遠(yuǎn)程協(xié)作、遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程教學(xué)等方面[2,3]。遠(yuǎn)程訪問控制技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了很多年，由于網(wǎng)絡(luò)不發(fā)達(dá)和市場需求較低，遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)沒有得到突破，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)在生活中逐漸被重視[4,5]。目前的遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)存在需要安裝專門的客戶端軟件、不能跨越子網(wǎng)、系統(tǒng)不穩(wěn)定等問題，限制了用戶對遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的使用[6]。

根據(jù)以上遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)存在不穩(wěn)定、所用時間長和成本較高等問題，提出了一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)設(shè)計方法。

1 嵌入式網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)設(shè)計

嵌入式網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)由用戶訪問認(rèn)證模塊、前端流量采集設(shè)備控制模塊、服務(wù)器功能控制模塊、文件下載模塊、監(jiān)聽模塊和服務(wù)器認(rèn)證模塊構(gòu)成。嵌入式網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)具體參數(shù)如表1所示。

嵌入式網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)整體設(shè)計圖如圖1所示。

為了對嵌入式網(wǎng)絡(luò)實施遠(yuǎn)程訪問控制，監(jiān)測嵌入式網(wǎng)絡(luò)中存在有害流量信息，利用網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測技術(shù)思想，本文采用遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)，基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)[7]和socket通信機(jī)制[8]，其中數(shù)據(jù)庫技術(shù)的主要功能是對遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)進(jìn)行訪問，socket通信機(jī)制的主要功能是對遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)通過加載木馬檢驗?zāi)K等功能模塊對網(wǎng)絡(luò)路由器等設(shè)備進(jìn)行實時的監(jiān)測，并根據(jù)路由器等設(shè)備的監(jiān)測結(jié)果對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行查看和處理，能夠及時的采取有效措施對嵌入式網(wǎng)絡(luò)中的有害信息流量進(jìn)行控制和隔離，保障遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的安全性。

表1 嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)具體參數(shù)

圖1 嵌入式網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)整體設(shè)計圖

2 嵌入式網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)客戶端指令通道設(shè)計

遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)指令通道的客戶端主要由用戶訪問認(rèn)證模塊、前端流量采集設(shè)備控制模塊、文件下載模塊和服務(wù)器功能控制模塊構(gòu)成。嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)指令通道的客戶端功能模塊圖如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)指令通道的客戶端功能模塊圖

2.1.1 遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)用戶訪問認(rèn)證模塊設(shè)計

嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)用戶訪問認(rèn)證模塊的主要功能是對登錄系統(tǒng)的用戶進(jìn)行認(rèn)證，保障嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的安全，用戶進(jìn)入遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的登錄界面，輸入用戶名及密碼，服務(wù)器端通過查找遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的信息與用戶輸入的用戶名和密碼進(jìn)行認(rèn)證，若用戶輸入的信息與數(shù)據(jù)庫中的信息相匹配，則認(rèn)證成功，用戶登錄遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)，若信息不匹配則返回用戶登錄界面。嵌入式網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)用戶訪問認(rèn)證模塊設(shè)計圖如圖3所示。

圖3 遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)用戶訪問認(rèn)證模塊設(shè)計圖

2.1.2 訪問控制系統(tǒng)前端流量采集設(shè)備控制模塊設(shè)計

嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)前端流量采集設(shè)備是一臺工控機(jī)器，對嵌入式網(wǎng)絡(luò)路由器內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制，根據(jù)路由器[9]設(shè)置的規(guī)則對嵌入式網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾。客戶端前端數(shù)據(jù)采集設(shè)備控制模塊的主要功能是根據(jù)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的要求對設(shè)備進(jìn)行過濾規(guī)則的設(shè)置，并轉(zhuǎn)發(fā)過濾規(guī)則，使將不同類型的數(shù)據(jù)傳送到不同的服務(wù)器網(wǎng)卡中，為木馬檢驗、病毒檢驗、惡意代碼檢驗等功能模塊處理數(shù)據(jù)提供信息。嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)前端流量采集設(shè)備控制模塊設(shè)計圖如圖4 所示。

圖4 訪問控制系統(tǒng)前端流量采集設(shè)備控制模塊設(shè)計圖

2.1.3 遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)服務(wù)器功能控制模塊設(shè)計

嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)服務(wù)器功能控制模塊的主要功能是控制服務(wù)器端各個功能模塊的關(guān)閉和開啟，并對服務(wù)器端各個模塊的運行狀態(tài)進(jìn)行實時查詢。服務(wù)器功能控制模塊為各個模塊設(shè)置了功能按鈕，包括狀態(tài)查詢、啟動和停止按鈕等，用戶通過點擊不同的按鈕后，服務(wù)器功能控制模塊將指令發(fā)送給數(shù)據(jù)庫，并執(zhí)行相應(yīng)的功能，最后將執(zhí)行的結(jié)果傳送到客戶端，遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的客戶端將結(jié)果傳送給用戶。嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的服務(wù)器功能控制模塊設(shè)計圖如圖5所示。

圖5 遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)服務(wù)器功能控制模塊設(shè)計圖

2.1.4 遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)文件下載模塊設(shè)計

嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)文件下載模塊的主要功能是將獲取的網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)包和服務(wù)器功能模塊處理的結(jié)果信息下載到本地的客戶端中，進(jìn)行深入的分析和處理。用戶選擇需要下載的數(shù)據(jù)文件后，點擊下載按鈕，下載命令和需要下載的數(shù)據(jù)文件通過下載連接傳送到遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的服務(wù)器。文件下載模塊采用了多線性處理方法，保證了下載數(shù)據(jù)文件的同時可以進(jìn)行其他操作。嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)文件下載模塊設(shè)計圖如圖6所示。

圖6 遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)文件下載模塊設(shè)計圖

2.2 遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)監(jiān)聽模塊設(shè)計

遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)為客戶端/服務(wù)器[10]，該結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)運行時采取的請求方式是主動的，即系統(tǒng)的客戶端運行時需要主動連接系統(tǒng)的服務(wù)器，所以服務(wù)器要時刻保持運行的狀態(tài)，接收客戶端傳送的連接請求。這樣的方式極大地浪費了遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的資源，所以遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的服務(wù)器采用了阻塞的方式。監(jiān)聽模塊的主要功能是阻塞等待客戶端發(fā)起的連接請求。遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的服務(wù)器通過監(jiān)聽模塊監(jiān)聽到客戶端發(fā)送的連接請求后，accept信號連接會產(chǎn)生一個新的描述符對該連接進(jìn)行描述，之后遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的服務(wù)器程序會阻塞在當(dāng)前位置，等待系統(tǒng)客戶端的數(shù)據(jù)。嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)監(jiān)聽模塊流程圖如圖7所示。

圖7 遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)監(jiān)聽模塊流程圖

2.3 遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)服務(wù)器認(rèn)證模塊

嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)服務(wù)器認(rèn)證模塊的主要功能是獲取服務(wù)器認(rèn)證指令，并給指令賦值一個字符串，與設(shè)定好的服務(wù)器口令字符串進(jìn)行對比。若匹配成功，向客戶端發(fā)送認(rèn)證通過的消息；若匹配不成功，則向用戶發(fā)送認(rèn)證失敗的消息，用戶需要重新認(rèn)證。將認(rèn)證消息傳送給主程序，主程序?qū)τ脩舻暮戏ㄐ赃M(jìn)行判斷，提高了遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的安全性。嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)服務(wù)器認(rèn)證模塊設(shè)計圖如圖8所示。

圖8 遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)服務(wù)器認(rèn)證模塊設(shè)計圖

3 嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

在嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)中，對用戶進(jìn)行訪問控制是遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的重要組成部分，可以為系統(tǒng)的安全提供保障，因此嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的軟件部分對訪問控制算法進(jìn)行深入分析。

嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)中不同類型的應(yīng)用程序同時對系統(tǒng)進(jìn)行訪問時，會形成混合類型的多媒體負(fù)載，相同類型的多媒體應(yīng)用訪問請求形成一個訪問請求流，在一個訪問請求流中不同應(yīng)用程序的訪問請求按照規(guī)則接受遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的服務(wù)。每個多媒體應(yīng)用的請求應(yīng)與訪問請求流中的訪問需求保持一致，即保證訪問請求流中訪問請求相應(yīng)的時間大于d的概率要小于P，若嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)中混合負(fù)載存在M種多媒體應(yīng)用類型，則遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的訪問請求流表達(dá)形式為：

式中，i=0，1，2，…，M-1，Qi所表示的是某種多媒體應(yīng)用類型訪問請求流中的需求，Ni所表示的是該類型多媒體應(yīng)用的并發(fā)數(shù)目。

遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)中的多媒體應(yīng)用訪問系統(tǒng)的時間都是隨機(jī)的，在遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)中多媒體應(yīng)用訪問系統(tǒng)的過程屬于一個泊松過程，多媒體應(yīng)用向遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)發(fā)出訪問請求的周期為Ti，訪問請求到達(dá)系統(tǒng)服務(wù)器中的時間間隔服從參數(shù) ， 表示的是訪問請求到達(dá)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的平均速率，計算公式為：

嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)中的訪問請求為用戶提供訪問服務(wù)的時間Si為隨機(jī)變量，服從參數(shù)μi的分布，μi所表示的是嵌入式遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)中訪問請求的平均速率，計算公式為：

4 實驗方法及步驟

1）分別采用本文方法和文獻(xiàn)[8]方法、文獻(xiàn)[9]方法進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的性能測試，對比三種不同方法的數(shù)據(jù)傳輸速度。

2）采用本文方法和基于DirectFB的遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的丟包率測試。

3）分別采用本文方法和文獻(xiàn)[8]方法、文獻(xiàn)[10]方法進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的性能測試，對比三種不同方法的比特率。

4）通過訪問請求周期Ti對嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的平均訪問速率進(jìn)行測試。

本次實驗的測試平臺為Hadoop+WebService，系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境為MyEclipse+TOMCAT，圖9為嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的登錄界面。

圖9 嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)登錄界面圖

分別采用本文方法和文獻(xiàn)[8]方法、文獻(xiàn)[9]方法進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的性能測試，對比三種不同方法的數(shù)據(jù)傳輸速度，對比結(jié)果如圖10所示。

分析圖10可知，在相同的時間內(nèi)，本文方法傳輸?shù)臄?shù)據(jù)多于文獻(xiàn)[8]方法和文獻(xiàn)[9]方法傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，本文方法的數(shù)據(jù)傳輸速度要高于文獻(xiàn)[8]方法和文獻(xiàn)[9]方法。文獻(xiàn)[8]方法采用ARM信息處理器的TrustZone技術(shù)，通過加密信道將遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的信息數(shù)據(jù)傳送到客戶端，在傳送的過程中需要對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，該方法的加密算法運算量大，所用時間較多，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速度較低。文獻(xiàn)[9]方法采用移動終端作為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控端，移動終端通過網(wǎng)絡(luò)登錄到信息數(shù)據(jù)處理器，采集模塊對遠(yuǎn)程訪問監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理，并將處理后的信息以HTML的形式傳輸?shù)接脩舻囊苿咏K端，該方法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，需要將信息轉(zhuǎn)換為HTML形式，過程較為繁瑣，所用時間長，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速度慢。

圖10 三種不同方法的數(shù)據(jù)傳輸速度對比

為了驗證嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的性能，對系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行測試。分別采用本文方法和基于DirectFB的遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的丟包率（%）測試，兩種不同方法的對比結(jié)果如表2所示。

表2 兩種不同方法的丟包率對比

分析表2可知，經(jīng)過多次實驗測試本文方法的平均丟包率為8%，基于DirectFB的遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的平均丟包率為40%，本文方法的平均丟包率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于基于DirectFB的遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的平均丟包率。基于DirectFB的遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)中Directvnc是系統(tǒng)的客戶端，Directvnc通過用戶界面顯示模塊對數(shù)據(jù)的輸入和輸出進(jìn)行控制，采用RealVNC作為遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的服務(wù)器端，在RealVNC服務(wù)器端進(jìn)行大量的計算，并將數(shù)據(jù)幀緩存的變化傳送到客戶端的顯示器中，因為該方法中的數(shù)據(jù)幀緩存層較多，數(shù)據(jù)信息通過緩存層傳送到客戶端的時間較長，數(shù)據(jù)在緩存層傳輸過程中丟失的數(shù)據(jù)信息較多，導(dǎo)致系統(tǒng)的丟包率高。本文方法的丟包率較低，為遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了保障。

表3是嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)中訪問請求周期Ti對用戶訪問系統(tǒng)平均速率（KB/s）的影響，當(dāng)訪問周期Ti控制在2～3區(qū)間時，嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的用戶訪問平均速率最高。

表3 訪問請求周期Ti對用戶訪問系統(tǒng)平均速率的影響

分析表3可知，嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)中訪問請求周期Ti對用戶訪問系統(tǒng)平均速度的影響較大，當(dāng)訪問請求周期Ti在2～3內(nèi)，嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的用戶平均訪問速率明顯高于其他區(qū)間內(nèi)的平均訪問速率，當(dāng)訪問請求周期Ti在2～3區(qū)間時，嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的平均訪問速率在214～240KB/s之間，進(jìn)一步證明了本文所提的嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的可實現(xiàn)性。

5 結(jié)語

遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)是近年來研究的熱點，嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)方法存在的系統(tǒng)不穩(wěn)定、所用時間長和成本較高等問題，并在數(shù)據(jù)傳輸速度、丟包率、比特率和平均訪問速率方面進(jìn)行優(yōu)化和提升，嵌入式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)為用戶提供了一個安全穩(wěn)定的工作環(huán)境。