（控制理论与控制工程专业论文）基于手机的嵌入式安防系统.pdf

浙江大学硕士学位论文 y8 7 7 2 5 7 摘要 本文基于手机平台，着重于提出和探讨嵌入式安防系统的架构。随着全球信 息化进程的推进，越来越多的人们对于手机的要求已经不仅仅局限于语音通信， 而要求获得更多的信息和娱乐。移动通信网络和手机终端技术的迅猛发展为这一 要求的实现提供了契机。本课题试图将传统的安防系统与新兴的移动通信网络相 结合，构建基于手机的嵌入式安防系统，使用户可以通过手机直接监控远端的现 场，为安防系统向个人市场的推广提供解决途径。 本文共分为七章，第一章介绍了安防系统和移动通信网络的发展历程。第二 章介绍了目前存在的几种主流手机开发平台；第三章构建了一个基于g p r s 网络 的实际系统，并以此为例，详细分析了新型安防系统的系统架构、应用模式、数 据传输方式等关键技术；第四章介绍了图像监控终端的软硬件设计：第五章介绍 了手机端软件的设计：第六章探讨了该系统的架构改进和性能测试。第七章总结 了该系统尚存的不足，并展望了今后的发展方向。 关键字：手机，安防，监控，移动通信，无线，g p r s 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h j sp a p e rf o c u s e so nu s i n gm o b i l ep h o n ep l a t f 0 咖t 0d e s g ne m b e d d e ds e c u r i 哆 s y s t e m w j t bt b e 鼢w a r d j n go fl h eg l d b a j j n 硒瑚a t j o n a lp r o c e s s ，m o r ea n dm o r e p e o p 】eh o p et h a tm o b 订ep h o n es h o u l dn o to n i yp r o v i d ev o i c ec o m m u n i c a t i o n ，b u t a 】s ob r i n gu sj n f b 瑚a t i o na n de n t e n a i n m e n t t h er 印i d d e v e l 叩m e n to fm o b i l e c o m m u n j c a t i o nn e t 、o r k sa 1 1 dm o b i 】ep h o n et e c h n o l o g yo n b r su saf a v o r a b l et e n l l t h i st h e s i st r i e st oc o m b i n et h ec l a s s i cs e c u r i t ) js y s t e mw i t l lt h et h r j v i n gm o b i i e c o m m u n j c a t i o nn e t w o r k sa i l di m p l e m e n t sa ne m b e d d e ds e c u r i t ys y s t e mb a s e do n m o b ij ep h o n ep l a t f o m l ，w i t hw h i c hu s e r sc a ns u p e r v i s et h er e m o t es c e n e i tb r i n g s 龇 a p p m a c h t oe x p a n dt h es e c u r i 时m a r k e tt ot h eh o m ef i e l d 1 1 1 i st h e s i si sd i v i d e di n t os e v e np a n s c h a p t e r lb r j e f l yj n 仃o d u c e st h eh i s t o r yo f s e c u r i t ys y s t e ma n dm o b i l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s c h a p t e r2i n t r o d u c e ss e v e r a l p r e v a l e n td e v e l o p m e n tp l a t f o m so nm o b i l ep h o n e c h a p t e r3j m p l e m e n t sat m e s y s t e mb a s e do ng p r sn e t w o r k s ，a n dd e t a i l st h ek e yt e c h n o l o g i e s ，i n c l u d i n gs y s t e m a r c h i t e c t l l r e ，o p e r a t i n gm o d ea n dd a t at r a n s f e lc h a p t e r4e x p l a i n st h eh a r d w a r ea n d s o 厅w a r ed e s i g no ft l l es u p e r v i s o r ys t a t i o n c h a p t e r5d e t a i l st l l es o f h v a r ec l j e n t i m p l e m e n t a l i o no nm o b i l ep h o n e c h a p t e r6d i s c u s s e ss o m ei m p r o v e m e n t so fs y s t e m c h 印t e r7p r e s e n t ss o m es u g g e s t i o n sf o r 血n l l e rd e v e l o p m e n t k q 常o r d s ：m o b i l ep h o n e ，s c c u r i t ys y s t e m ，s u r v e i l i a n c e ，m o b i l ec o m m u n i c a t i o n ， w i r e l e s s g p r s 儿 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题的研究背景及意义 1 1 1 社会的需求 近年来，随着中国经济的迅速腾飞，人民的生活水平获得了前所未有的提高。 在解决了温饱问题之后，人们很自然地把目标和追求转移到提高居住水平和周边 的生活环境上。在市场需求的驱使下，目前在国内的许多大中城市里，环境幽雅， 高贵豪华的公寓和别墅小区如雨后春笋般地涌现出来，满足了越来越多中产阶级 的物质和精神生活的要求，在很大程度上，美化城市景观的同时，也丰富了城市 的内涵。 然而，在国内市场经济环境不断完善和发展的过程中，竞争越来越激烈，贫 富差距逐渐拉人，人们的工作和精神压力也越来越重；相对的，与父母和子女在 起的时间也越来越少。这些因素都直接或间接地助长了各种社会不良现象的出 现： 部分不法之徒对巾高档住宅小区的偷窃打劫，乃至图则害命等犯罪行为有所 增加。 越来越多的工薪族双亲无暇照顾幼小的子女，而有些保姆玩忽职守，甚至别 有用心，虐待、诱拐孩童的现象时有发生。越来越多的中小学生放学历独自入 网家。他们自我约束能力较差，倘若长期沉溺于电子游戏，上嘲交友等等活动之 中，不但耽误了学习，而且还可能因为变错j r 朋友而断送了前途。 生活水3 i ，提高的同时，心血管类的疾病已经成为危害人类健康的最大的隐形 杀手。那些了女长期在外地求学、丁件的老人们或者是年高体弱的孤寡老人们常 常无法得到子女和社会的悉心照顾，一旦在家里跌伤或发病，却因为无人在场 错过了治疗的最悻时机。 基于以卜种种情况，家庭安防监控领域应运而生，它是一个以家居安防、防 盗报警等系统为 力的市场范畴并且采用越来越新的高科技手段，应用范围也 越来越广泛。它以预防和取证为目的对不法势力是聿 威慑也可以及时减少 1 ；幸的发牛。这些安防系统除了提供门禁、防盗、火警等功能外，一般还支持监 浙江大学硕士学位论文 视摄像头的安装、图像视频信息的传送、监控和存档。但是，这些传统意义的安 防产品基本上是基于有线网络搭建而成的，图像和视频信息都被集中送往数据中 心或采用本地存储处理的方式对待，信息无法得到及时的处理和更新，这显然在 很大程度上限制了安防系统在个人( 家庭) 市场的应用。所以，安防市场急需一 种能够打破传统的新一代安防产品的出现。 l - 1 2 安防系统的发展 视频( 图像) 监控作为安防系统的核心，一直都被业内的各大厂商所关注。 事实上，目前市场上的智能安防产品儿乎所有的高级功能都是基于图像和视频的 侦测，而这些功能的基础就是完成了图像和视频传输的视频( 图像) 监控系统。 因此，从视频( 图像) 监控系统的发展历程，我们可以看出安防系统发展的一个 轨迹。时争今日，视频( 图像) 监控系统大致已经走过了三个时代1 2 1 。 第一代视频监控系统指的是以v c r ( v i d e oc a s s c t t er e c o r d e r s l 为代表的传统 c c t v 系统，系统主要由模拟摄像机、专用电缆、视频切换矩阵、模拟监视器、 模拟录像设备和盒式录像带等构成。第一代的安防系统在今天看来存在很多明显 的缺点，例如维护作繁琐、无法进行远程访问、无法与其它安防系统( 如门禁、 周界防护等) 有效集成、录像质量将会随着时问的推移下降，而且系统使用越久， 如何保质保量地存放和检索录像带也是项非常繁琐的工作。尽管如此，在1 t 技术和网络技术不是非常发达的年代，众多的用户仍然非常秘极地采用此类系 统，主要原凶是当时建立一个数字化的系统花费非常高，性价比太低。 第二代视频监控系统指的是以d v r ( d 西诅lv i d e or e c o r d e r ) 和n v r ( n e n o r k d v r ) 为代表的视频龄= 降系统。上世纪9 0 年代中期，最早的d v r 系统开始进入 安防市场，d v r 使用户可以将模拟的视频信号进行数字化处理，并存储在电脑 硬盘而小是盒式录像带上。数字化的存储大大提高了用户对录像信息的处理能 力，用广可以通过d v r 来控制摄像机的启闭，从而实现移动侦测功能，此外对 于报警事干1 以及事前事后报警信息的搜索也变得异常简单。第二代视频监控系 统进入r h 场后的销量增长很快，特别是在1 9 9 6 至1 9 9 8 年问出现了爆发式的增长， 到2 0 0 0 年d v r 的市场销售额已经达到了1 0 亿美元。 进入_ 十。世纪厉，随着网络技术的发展，d v r 系统又进一步发展成为具 有网络功能的n v r ( n e t w o r kd v r ) 系统。与d v r 系统相比，n v r 系统小但实 浙江大学硕士学位论文 现了视频信息的数字化存储，还实现了视频档案信息的数字化传播，即n v r 可 以直接接入i p 网络，从而使存储下来的视频信息可以通过网络方便地进行共享。 当然总体上看起米，d v r 和n v r 系统均届丁筇二代安防产品，它们同属丁部分 数字化的视频监控系统。 第三代系统指的就是目前正在蓬勃发展的网络化视频监控系统，又称为l p 哺控系统，它最早出现于2 0 0 1 年。网络化视频监控系统从一开始就足针对在网 络环境下使用向设计的，它扩大了布控的范围，克服j rd v r 小v r 无法通过州络 获取视频信息的缺点，用户u j 以通过网络中的任何一台电脑来观看、录制和管理 实时的视频信息。网络视频监控系统的销售额从2 0 0 2 年升始加速上升，其增长 的势头和多年前d v r 销售增长情况非常相似，短短几年的时间内，网络视频市 场的销售额已经由2 0 0 2 午的不到1 亿美元增长到2 0 0 5 年的2 ，2 l 亿美元。预计 到2 0 1 0 年网络视频的市场销售额将达到1 1 8 亿美元。 虽然从销售总量上看，嘲络视频贿摔还远远落后于传统c c t v ( 2 0 0 5 年市场 销售额约5 0 亿美元，2 0 1 0 年预计达8 6 亿美元) ，但是从市场利润和上升空削上 来看，网络视频产品的潜力却远远超出c c t v 产品。据市场调研机构f r o s t & s u 儿i v a n 的预测，2 0 0 5 年至2 叭0 年c c t v 产品销售额的年增长率仅自l o 左右， 并且市场容量将在2 0 0 8 年达于饱年：而_ j 期阿络视频广品销售额的年增长率将 达到4 0 左有，即便是到2 0 】0 年仍然有上涨的幸! 间。另外从图l l 中可以看卅， 到2 0 1 0 年，基于i p 的数字化监控系统将取代模拟c c t v 系统，而战为视频监控市 场的 要构成部分。 w g # f 叫- 女m 舢 吲l - 】不同娄型视颁监控系统市场走翦 浙江大学硕t 学位论文 随着厂商对市场定位的调整和产品的不断丰富，市场上就逐渐地产生了智能 手机和非智能手机。去年，作为全球最大的手机生产厂商的诺基业将自己的产品 重新定义，形成了s 4 0 ( 基于大众市场的j a 、，a 平台) 、s 6 0 ( 基于操作系统的主 流智能终端) 、s 8 0 ( 基于高端商务、移动办公应用) 和s 9 0 ( 基于具前瞻性的手 持触摸操控模式) 四个系列以后，智能手机和非智能手机的划分也被明确地定义 下来。 事实上，在众多的不带有操作系统的非智能终端中，其智能化( 平台开放) 程度也是有所不同的。早期的手机通常采用厂商自有的封闭系统进行设计，用户 无法对系统进行任何修改。而自从j a v a 和b r e w 等技术被引入手机以后，各 大厂商纷纷开始在自有系统的基础上加入了对这些开发语言的支持，成为了部分 开放的甲台。 日前，包括诺基q es 4 0 系列在内的绝大部分非智能手机都已经加入对j a 、，a 的支持。 2 1 3 按照业务功能分类 除了在手机上采用编程的方式进行开发以外，我们还可以利用运营商提供的 一些增值业务对手机进行功能的扩展。这些业务包括w a p 、x h t m l 、h t m l 、 s m s 、m m s ( 移动俗称彩信，联通俗称彩e ) 、o t a 、w a p p l i s h 等。 当然，这些业务能甭真的被使用，还得看用户的手机是否支持这些功能。比 如，r 前的很多手机还4 i 支持m m s 、f t 务，就算在支持m m s 、i k 务的手机上，也 存在着同样的内容在不同的终端上显示的效果不一致的问题：另外，虽然市面上 的大部分手机都声称带有浏览器，具备上网功能，但真正能够像p c 一样浏览 h t m l 网页的手机却很少，因为这些手机往往只具备了w a p 浏览器，只能浏览 那砦少得可怜的为手机终端定制的网页。 2 2 智能手机开发平台四大操作系统 随着智能予机的不断升温，手机上的操作系统之争也越来越白热化。日前市 场上的移动终端操作系统主要有s y m b i a n 阵营的s y m b i a no s 、微软的w i n d o w s m o b i l e 、p a l m s o u r c e 的p a l mo s 以及基于l i n u x 的操作 浙江大学硕士学位论文 2 2 1s v m 搅a n s y m b i a n 是由摩托罗拉、西门子、诺基亚等几家大型移动通讯设备商共同出 资组建的一个合资公司，它是专门针对手机平台开发的操作系统。s y m b i a l l 操作 系统的前身是e p o c 而e p o c 是e l e c t m n i cp i e c eo f c h c c s e 取第一个字母而来 的，其原意为“使用电子产品时可以像吃乳酪一样简单”，这就是它在设计时所坚 持的理念。 s y m b i a n 操作系统在智能移动终端上拥有强大的应用程序以及通信能力，这 都要归功于它有一个非常健全的核心强大的对象导向系统、企业用标准通信 传输协议以及完美的j a 、，a 语言。s y m b i a l l 认为无线通讯装置除了要提供声音沟 通的功能外，同时也应具有其它种沟通方式，如触笔、键盘等。在硬件设计上二， 它可以提供许多小同风格的外型，像使用真实或虚拟的键盘，在软件功能上可以 容纳许多功能，包括和他人互相分享信息、浏览网页、传输、接收电子信件、传 真以及个人生活行程管理等。此外，s y m b i 操作系统在扩展性方面为制造商预 留了多种接n ，而且e p o c 操作系统还可以细分成三种类型：p e a r i o u a n z c r y s t a i ，分别对应普通手机、智能手机、手持式p c 场合的应用。 s y m b j a n 分两个主要的智能平台，一个是适于单手操作的s 6 0 代表产品是 诺基亚7 6 5 0 、3 6 5 0 ；另一个是双手操作的s 8 0 ，代表产品是诺基亚的9 2 l o ，主 要针对商务用户。此外在s y m b i 柚卜- 还有另个半台u 1 q ，以笔操作为主，代表 产品是索尼爱立信的p 8 0 2 。 2 2 2l i n u xo s l j n u x 凭借其自南、免费、开放源代码的优势，经过来自互联网、遍布全球 的程序员的努力，再加上l b m 、s u n 等计算机巨头的支持，l j n u x 在手机操作系 统市场中异军突起，尤其是在众多知名厂商宣布支持l i n u x 手机操作系统之后， l i n u x 的发展将彳i 容忽视。 由丁l j n u x 具有源代码开放、软件授权费用低、应用开发人才资源丰寓等优 点，便于开发个人和行、世应用。这一特点非常关键，因为丰富的应用是智能手机 优越性的重要体现。从应用开发的角度看，由丁l j n u x 的源代码是开放的，有利 ：独立软件开发商开发出硬件利用效率高、功能更强大的应用软件，也方使行业 用户开发自己的安全、可控认证系统。特别是当智能手机大量用作行业应用的移 浙江大学硕l 学位论文 动终端时使用l i n u x 便于实施系统一体化的安全策略。 嵌入式l i n u x 系统的典型代表是摩托罗拉在智能手机a 7 8 0 。 2 2 3w i n d o w sm o m l e w i n d o w sm o b i l e 包括了微软公司的p o c k e tp c 、s m a n p h o n e 以及p o c k e tp c p h o n e 二大平台体系，它们都是以w i n d o w sc e 为核心的操作系统。w i n d o w s m o b i i e 具有录音、音视频播放等多媒体功能以及o 历c e 系列的w o r d 、e x c e 】、 p o w e r p o i n t 等软件。最近推出的w i n d o w sm o b i l e5 0 版本还集成了w i n d o w s m e d ap l a y e r l om o b i l e 播放器，并支持d i r e c t 3 d 、d i r e c t d m w 、照相机等a p i 接 口。但是，由于、m n d o w sc e 本身需要占用巨大的系统资源所以在能耗方而 w i n d o w sm o b i l e 系统要明显逊于其它操作系统。在功能扩展方面微软比较倾向 于集成使用，大多具有标准的c f 卡插槽，用户可以根据自己的需要增加内存、 加装摄像头、调制解谓器等设备。 针对中国用户而言，w n d o w s m o b l i e 的中文操作系统已经比较成熟。目前， 摩托罗拉、a r m 、s t 、n e o m a g i c 、德州仪器、i n t e l 、三犀、现代都已经生产了 针对该系统的处理器；有数十家制造商牛产基于s m a n p h o n e 和p o c k c tp c 技术的 移动设备，有3 5 家运营商分销这些产品。目前国内也已经开始销售基于w i n d o w s m o b i l e 系统的手机终端，例如m o t o m l a 的m p ) 【2 2 0 。 w i n d o w sc e 是w i n d o w sm o b l j e 系统的核心。它是一个抢先式多任务并具有 强大通信能力的嵌入式操作系统，是微软专门为信息设备、移动应用、消费类电 子产品、嵌入式麻用等非p c 领域而精心设计的战略性操作系统j 古品。 s m a 唧h o n e 则是m j c r o s o r 开发的专注一r 手机平台的新一代操作系统平台， 这一智能电话解决方案为手机用户提供，语占、数据及多媒体功能，通过与微软 的后端服务器及服务相结合，能够成为移动商务人士以及公司用户利用小型移动 电话实现移动服务和互联网访问的丰要平台。与旗f 另一款操作系统p o c k e tp c p h o n ee d i t i o n 不同的是，s m a n p h o n e 没有触控笔和触摸屏，全以数字键盘代替 体现单手操控的理念，史注重的是移动且联和娱乐功能。 2 2 4p a l mo s p a l mo s 是p a i m 公司的足一种3 2 位的嵌入式操作系统，它的操作界而采用 0 浙江大学硕士学位论文 触控式，差不多所有的控制选项都排列在屏幕上，使用触控笔便可进行所有操作。 作为一套极具开放性的系统，开发商向用户免费提供p a l m 操作系统的开发工具， 允许用户利用该工具在p a l m 操作系统的基础上编写、修改相关软件，使支持p a l m 的应用程序丰富多彩、应有尽有。 p a l m 操作系统最明显的优势还在于其本身是一套专门为掌上电脑编写的操 作系统，在编写时充分考虑到了掌上电脑内存相对较小的情况，所以p a l m 操作 系统本身所占的内存极小，基于p a l m 操作系统编写的应用程序所占的空间也很 小，通常只有几十k b ，所以基于p a l m 操作系统的掌上电脑虽然只有几兆内存 却口j 以运行众多的应用程序。p a l m 操作系统还存在一些不足，如本身不具有录 音、m p 3 播放功能等，如果你需要使用这些功能，就需要另外加入第三方软件 或硬件设备方可实现。对于中国用户而言，另一个不足之处在于p a l m 操作系统 起初在中国销售的产品仍然要使用中文外挂平台有相当部分依然是以英文界面 为主，在一定程度上影响了基于p a l m 操作系统的产品在中国市场的大面积进入。 其代表性的产品有p a l mt n 5 0 5 、p a l mm 5 0 0 、p a l mi l i 等。 2 3 通用手机开发平台j 2 m e 2 3 1 j a ： r a 的三个版本 j a 、，a 是一个通用的开发环境，在不同的操作系统以及硬件平台上通过虚拟 机技术构架了 个抽象层，提供各种安全机制、合理的内存管理机制、无效对象 回收机制、对象动态加载机制、代码的网络传输能力，使得同一份代码能够通过 有线网络或者无线f 载的方式，安全地到达不同硬f ，l 上的j a 、，a 虚拟机平台。 j a 、，a 虚拟机负责代码的完整性、可靠性检杳，并向用广提供一种安全的运行是 环境米执行程序。 s l 州公司针对不同应用领域定义了三个j a 、，a 版本：j 2 s e ( j a 、，a2s t a n d a r d e d i t i o n ，j a 、，a 2 标准版) ，j 2 e e ( j a 、，a 2 e n t e r p r l s ee d i t i o n ，j a 、，a 2 企业版) 和 j 2 m e ( j a 、，a 2 m i c r o e d i t i o n ，j a 、，a 2 微型版) 。罔2 1 描述了这= 个版本之间的 联系和区别： 浙扛大学硕士学位论文 图2 1 ja ：v a 三个版本的比较 j 2 s e ：是为桌面p c 应用而设计的，主要运行在u n i x 、l i n u x 、m i c m s o r w i n d o w s 等操作系统卜。 j 2 e e ：是一个适合分布式、多用户、企业级应用的平台，它以j 2 s e 为 基础，增加了处理服务端的计算能力。 j 2 m e ：和j 2 s e 不同，它并不足一个单一的规范。准确地说，j 2 m e 是 为了支持像小型嵌入式设备或移动设备而制定的一系列技术和规范的 总称。j 2 m e 所提供的类库是对j 2 s e 类库的裁减和补充。 本文主要采用了j 2 m e 的、f 台，因此后面的章节将详细介绍j 2 m e 的内容。 2 3 2j 2 m e 简介 j 2 m e ( j a 、，a2 m i c r oe d j t j o n ) 是j a 、，a2 的一个组成部分，它与j 2 s e 、j 2 e e 并称。根据s u n 的定义：j 2 m e 是种高度优化的j a 、，a 运行环境，毛要针对消 费类电子设备的，例如蜂窝电话和可视电话、数字机顶盒、汽车导航系统等等。 j 2 m e 技术在1 9 9 9 年的j a v a o n ed e v e l o p e rc o n f e r e n c e 人会上正式推出，它将 j 语言的与平台无关的特性移植到小型电子设备上，允许移动无线设备之间 ，e 享应用程序。 j 2 m e 本质上是一个针对小型嵌入式设备的j a v a 版本，通过裁减某些在小 i ， 浙江大学硕士学位论文 型设备上不需要的功能，以达到减小j a 、，a 虚拟机体积以及相应运行库体积的目 的，其目标是为了在那些使用有限的能源、有限的网络连接( 常常是无线连接) 以及有限图形用户界面能力的设备上提供个可靠、资源占有少的运行平台。 j 2 m e 的应用为移动网络引入了一种新的应用模式，即于机从移动互联网上 下载各种应用程序，并在手机中离线运行这些程序。由于定义了可执行程序下载 的标准，并在手机上创立了可执行环境，就形成一种新型的应用模式。这种模式 为整个移动通信行业创造了巨大的商机：对手机用户来讲，得到了丰富的应用程 序并获得更好的体验；对移动网络运营商来说，大大提高了运营商的网络流量； 而对于软件开发厂商，则开拓了一个新的软件开发领域。 j 2 m e 的出现实际上是j a v a 技术的回归，因为这才是j a v a 技术最初的设计目标 n 作为j a v a2 平台的一部分，j 2 m e 与j 2 s e 、j 2 e e 一道，为无线应用的客户端 和服务器端提供了完整的开发、部署环境。 2 3 3j 2 m e 的目标设备 j 2 m e 的曰标设备主要分为两大类： 第一类设备包括手机、寻呼机、个人数字助手( p d a ) ，以及小型零售支付终 端等。这雌目标设备通常具有以_ f 特征： 町供j a v a 平台使用的1 6 0 到5 1 2 干字节的总内存； 功率有限，常常是电池供电； 网络连通性，常常是无线的、不一致的连接并j 1 带宽自限： 用户接 i 混乱，程度参差不齐，有时根本就没有接r 】； 第二类设备包括常驻网关、智能电话和通讯器、p d a 、管理器、家用电器、 销售网点终端以及汽车导航系统。这些日标设备通常具有以下特征： 使用3 2 位处理器： 2 兆字节或更多町供j a v a 平台使用的总内存： 设备要求的j a v a2 “蓝皮一虚拟机的伞部功能； 网络连通性，常常是无线的、不一致的连接并几带宽有限； 用户接口混乱，程度参差不齐，有时根本就没有接口： 浙江大学硕1 学位论文 2 3 4j 2 m e 的优势和不足 j 2 m e 技术的优势： 移植性强 使用j 2 m e 技术开发的程序，可以( 有时需要经过简单的修改) 在不同厂商 的手机上运行，这是j 2 m e 技术最大的优势。 开发速度快 由于j a v a 语言自身具有跨平台的特性，所以开发速度很快。程序的开发周期 比较短。 技术入门快 由于j a v a 语言相当的普及，而对于有一定j a v a 语言基础的人来说，学习 j 2 m e 技术的门槛很低，所以j 2 m e 技术的普及速度很快。 j 2 m e 技术的劣势： 功能有限 为了实现j 2 m e 技术的移植性，j 2 m e 技术无、法直接实现底层的系统功能， 例如本地存储或拨打电话。无法开发手机系统软件。 速度比较慢 由于j 2 m e 技术是运行存j v m 基础上，相对于采用编译语言直接运行在硬 件设备上的c 或c + + 而吉，运行速度相对比较慢。 程序大小受限 在手机上，j 2 m e 技术开发的程序在文件人小和堆栈空间r 受到一定的限制， 例如早期的n o k i as 4 0 系列的程序文件和堆栈的大小 般限制在6 4 k b 以内，这 大大地限制了j 2 m e 程序的功能。但是，随着硬什性能的不断提升，这一限制逐 渐显得无关紧要了。最近n o k i a 出品的同样属十s 4 0 系列的n o k i a 7 3 7 0 已经将这 限制提高到5 0 0 k b 。 2 3 5 手机上的j 2 m e 早在2 0 0 0 年，手机 就开始出现了采用j a v a 技术编写的小程序，摩托岁扣是 最甲| 把j a v a 应用存手机、传呼机等产品卜- 的，商之一。摩托罗拉在2 0 0 0 年一季 度开发成功了全球第部基于j a v a 技术的双频移动电话，被称为t i m e d o r t p l 0 8 ， 它能让用户利用手机下载他们需要的游戏、通讯录和计算器等软件。随后，各手 浙汀大学硕上学位论文 机厂商纷纷推出了自己的支持j a v a 的手机吼目前，基本上所有g s m 新型号的手 机均已经内置了对j 2 m e 的支持，即使是市场价格在于元以下的低端彩屏手机， 如n o k i a 3 1 0 0 ，也支持了m i d p i 0 。支持j 2 m e 技术的手机列表可以通过s u n 公司 的官方网页( h 郇： v i r c l e s s i a v a s u n c o m d e v i c e ) 查询。 随着硬件的发展和标准的完善，未来会有更多的手机加入j 2 m e 的阵营。根 据s t r a t e g i e su n l i m i t e d 公司的调查分析，市场上j a v a 手机的数量预计将以每年翻 一番的速度增长，到2 0 0 6 年将从2 0 0 1 年的1 9 1 0 万部增长到5 5 3 亿部，占全部 手机出货量的8 3 。在手机硬件中加快集成j 2 m e 技术，将进一步促进j 2 m e 在 市场中的普及，j 2 m e 将成为事实上的标准。 2 4 专用手机开发平台_ b l m w 专用开发环境意味着这个环境仅仅能够适用于特定硬件平台以及特定软件 结构。以高通的b r e w 技术为例，高通公司的b r e w 技术用于其本身开发的 c d m a 系统，整个体系比较完善，提供r 一整套完整的体系结构和函数库。 但是由于b r e w 采用了c 语言，开发和测试流程比较麻烦和繁琐。虽然高 通已经尽量将b r e w 脱离具体的编程语言，实现对于语言的中立，但是还是存 在很多局限性。 2 4 1b r e w 的体系结构 高通的b r e w 平台是种为无线设备提供开放式标准平台的应用程序执行 环境，是无线应用拌序开发、设备配置、应用程序发布以及计费和支付的完整端 到端解决方案的喑b 分。完整的b r e w 解决方案包括面向开发者的b r e ws d k 软件开发包、面向设备制造商的b r e w 应用程序甲台和移植工具以及由运营商 控制和管理的b r e w 分发系统。 利用b r e w 系统，通讯运营商可以轻松地将开发者开发的应用程序投入市 场并协调计费和支付过程。利用运营商基于b r e w 的服务，用户可以通过从运 营商的虑用程序卜载服务器上无线下载应用程序米自定义手持设备。b r e w 平 台是全面的、端到端的无线应用，f 发、设备配置、应用分发、计费和支付解决，j 案的部分。 浙江大学硕士学位论文 主要基于m l d p 2 o 和c l d c l o 4 。由于高通几乎占领了9 0 的c d m a 芯片市场 份额，所以这也将加速j 2 m e 向c d m a 领域的渗透。这个举措无疑印证了j 2 m e 是技术领先的开发和部署无线数据服务的解决方案。 对于开发人员而言，采用某个厂商的专有系统进行开发，与特定环境进行绑 定，并不是一件很好的事情。该厂商的产品策略、市场策略的变化都可以影响你 的开发成果。可以说，这种方式无法对开发人员形成有效的保护，一旦市场发生 变化，将可能导致原有的知识积累完全失效。这是开发人员币得不考虑的一个问 题。 2 5 平台的选择 2 5 1 运营商的选择 目前，在国内的两大移动通信运营商中，中国移动一直支持j 2 m e 的开发， 推出了移动梦网、百宝箱等基于g p r s 网络的增值业务：中国联通在c d m a 网 络上采用b r e w 平台。借助于b r e w 端到端的完善解决方案，中国联通为其用 广提供了丰富的应用。据统计，已有超过2 5 0 个b r e w 应用程序通过了中国联 通的认证，可为用户提供诸如股票行情、天气预报、精彩游戏在内的各类应用。 不过，联通在2 0 0 4 年4 月与s u n 公司联手推出了j 2 m e 在c d m a 手机上 的新规范：u n 订a ，并开始大力推广。这表明了联通也”始转而支持j 2 m e 的开 发r 虽然联通没有明确表示放弃b r e w ，但是这其中隐含的用意也非常明确。 2 5 - 2 用户的选择 在智能手机的领域，从目前情况看，除了p a l m o s 表现稍差外，s v m b i a l l 、 l i n u x 和w i n d o w sm 0 b i l e 各有千秋。根据去年全球智能手机出货单上的数据显 示，基于s y m b i a n 平台的智能手机1 1 i 据7 0 ，占绝对优势，但s y m b i a i l 正面临 着来自w i n d d w sm o b i l e 和l i n u x 的强力挑战。市场调研公司a b lr e s e a r c hf 1 前 发表的一份研究报告碌示，到2 0 0 9 年，s y m b j a i l 在移动终端操作系统市场中的 份额可能不到5 0 ，剩f 中的大部分将被微软抢走。“n u x 虽然进入移动终端操 作系统时间不长，但在这场操作系统的对决中也显示出了顽强的生命力，其竞争 实力不容忽视。 浙江大学硕士学位论文 虽然智能手机代表着手机未来的发展方向，但是，就目前而言，智能手机毕 竟还只是占了手机市场很小的份额，而且考虑到手机更新换代的时间，可以预计 在未来的几年内，非智能手机仍将是市场的主流。 为了能够使本项目开发的应用程序能够满足市场上绝大部分用户的需求，基 于非智能手机的开发平台将是本项目所考虑的重点，事实上由于非智能手机所支 持的平台，在智能手机上通常都可以支持，因此这样的考虑将具有最广泛的适用 性。由于b r e w 等专有平台的封闭性，目前能够支持这些平台的手机很少，在 其上开发的应用程序也不具有普遍的适用性。这样，j 2 m e 甲台就成了目前最理 想的选择。本文的第五章将详细介绍如何采用j 2 m e 平台进行手机应用程序的开 发。 浙江大学硕士学位论文 另外，有些对实时性要求较高的系统也采取图像监控终端始终在线的方式， 这样可以去掉终端拨号上网所需要的时间。 3 4 数据传输 当我们设计一个常见的网络系统时，例如局域网内的企业应用，数据传输协 议的选择并不是很重要。系统的设计人员可以采用任何一种合适的协议，但是在 无线网络系统中，我们要面对复杂的组网形式和恶劣的通信环境。因此，选择合 适的数据传输协议将变得非常关键。 3 4 1 嵌入式系统的传输协议 由于嵌入式系统开发的特点，我们可选的数据信输协议受到了硬件模块功能 的限制，我们使用的g p r s 模块提供了t c p 、u d p 和p p p 协议，其中p p p 协议 属于链路层协议，不能完成数据传输的任务，因此我们可选的协议只剩下t c p 和u d p 协议，以下是两者的简单介绍。 t c p 协议 t c p 提供了 种可靠的血向连接的字节流运输层服务l 。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；另一端对收到的数据 进行确认，对失序的数据重新排序，丢弃重复数据；t c p 提供端到端的流量 控制，并计算和验让一个强制性的端到端榆验和。 许多流行的应用稗序如t e l n e t 、f t p 和s m t p 都使用t c p 。 u d p 协议 u d p 是一个无连接的面阳数据报的运输层协议：进程的每个输出操作都 正好产生个u d p 数据报，并组装成一份待发送的i p 数据报。这与面向流 宁符的协议不同，如t c p ，应用程序产生的全体数据与真正发送的单个i p 数据报可能没有什么联系。凶此，应用稃序必须芙心i p 数据报的长度。如 果它超过网络的m t u ，那么就要对i p 数据报进行分片。 u d p 不保证数据传输的可靠性：它把应用程序传给i p 层的数据发送出 去，并小保证它们能到达目的地。但也正是因为u d p 不像t c p 那样采取了 浙江大学硕士学位论文 幅的原因不在本文列出。 在数据包中，由于图像数据需要采用u d p 协议进行传输，传输层协议无法 保证数据的可靠性，而且，图像数据采用j p e g 算法进行压缩，数据本身不具有 查错和纠错的能力，为了保证数据的可靠，我们采用应用层协议来保证数据的完 整、有序和无误。其中，f r a m ei d 和p a c k a g ei d 分别表示图象帧和帧数据包的 索引，以便检查图像数据包的完整和有序，d a t as i z e 表示其后所附的图像数据 的长度，v e r i 睁c o d e 最大程度地保证了包的数据正确性，该值定义为包中所有 图像数据累加和的低8 位值。 浙江大学硕士学位论文 第四章图像监控终端开发 【本章摘要】本章详细介绍了基于手机的嵌入式安防系统的图像监控终端软硬件系统 设计方案。 图像监控终端是安装在现场，根据用户或中心服务器的要求，完成现场图像 采集、传送及报警等功能的设备。与传统的图像监控终端不同的是，本课题所开 发的终端具有无线移动通信能力，可以和手机等手持式移动设备构成分布式无线 安防系统。 4 1 终端硬件设计 本课题所开发的图像监控终端采用丁模块化的设计，将整个硬件系统分为j 个独立的模块，分别是：核心板、主板和摄像头模块。 4 1 1 删处理器 a r m 嵌入式处理器是一种高性能、低功耗的r j s c 芯片。它由英国的a r m 公 司设计，世界上几乎所有的主要半导体厂商都生产基于a r m 体系结构的通用芯 片，或在其专用芯片中嵌入a r m 的相关技术。 a r m 处理器目前包括a r m 7 、a r m 9 、a i n l 9 e 、a r m l o e 、a r m l l 、 s e c u r e c o r e 、x s c a i e 和s t m n g a r m 等系列，主频从十几个m l p s 到儿百兆m l p s ， 功耗在m w ，m h z 。这些处理器广泛地应用于无线系统、消费电子、存储设备、 汽车、工业和网络设备等领域。 其中，a r m 7 处理器是a r m 产品线中的低端系列，适用于对功耗和成本要 求比较苛刻的消费电予和嵌入式设备，a r m 7 处理器事实上是目前业界使用最成 熟、最广泛的a r m 芯片。 a r m 7 处珲器具有以f 特性： 3 2 位的r j s c 结构处理器( 包括3 2 位地址线和数据线) ； l i t c l e b j ge n d i a n 操作模式： 高性能r i s c ( 1 7m i p ss u s t a j n e d 2 5m h z ( 2 5m i p sp e a k ) 3 v ) ： 电压损耗较低( o 6 m a m h z 3 vf a b r i c a t e di n 8mc m 0 s 全静态操作) ； ，7 浙江大学硕士学位论文 适用于对电源比较敏感的应用中； 快速中断响应； 适用于实时系统； 支持虚拟内存； 支持高级语言； 简单但功能强大的指令系统。 4 1 2 基于s 3 c 4 4 i x 的核心板 4 1 2 1s 3 c 4 4 8 0 x 三星公司推出的1 6 3 2 位r j s c 处理器s 3 c 4 4 b o x 为手持设备和一般类型应 用提供了高性价比和高性能的微控制器解决方案。s 3 c 4 4 b o x 采用了 a r m 7 t d m i 内核，o 2 5 u m 工艺的c m o s 标准宏单元和存储编译器。它的低功 耗性能和出色的全静态设计特别适用于对成本和功耗敏感的应用。s 3 c 4 4 8 0 x 还 采用了一种新的总线结构，即s a m b ai i ( 三星a r mc p u 嵌入式微处理器总线 结构) 。a r m 7 1 d m i 的体系结构集成了t h u m b 代码压缩器、j i 上的i c e 断点调 试支持和一个3 2 位的硬件乘法器。 s 3 c 4 4 b o x 通过提供全面的、通用的片上外设，大大减少了系统电路中处理 器以外的元器件设计，从而最小化系统的成本。罔4 1 描述了s 3 c 4 4 8 0 x 的结构 框架。如图所示，s 3 c 4 4 8 0 x 包含了以下的外设： 2 5 v a r m 7 t d m i 内核，带有8 k 高速缓存器( s a m b a1 i 总线体系结构， 丰频高至6 6 m h z l ； 外部存储器控制器(