（计算机应用技术专业论文）数据压缩和加密在移动即时通讯系统中的应用.pdfVIP

- 一 (jir瓢 黑龙江科技学院学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得黑龙江科技学 院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 黑龙江科技学院学位论文使用授权声明 黑龙江科技学院、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人 所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的 保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或 部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权黑龙江科技学院研究生学院办理。 研究生签名： 名：物拳删坐4 黑龙江科技学院硕士学位论文 摘要 随着移动通信技术和移动业务种类的迅速发展，用户迫切希望一些互联 网上的业务能够在手机中得到应用。即时通讯就是对用户具有强大吸引力的 移动网络服务之一。j 2 m e 作为s u n 公司针对嵌入式、消费类电子产品推 出的开发平台，经过多年的发展和应用，已经成为嵌入式移动应用平台 的王者。j a b b e r 对于即时通信是一个完全开放的协议和标准，j a b b e r 的核心 协议是可扩展消息现场协议( x m p p ) ，x m p p 是一种基于x m l 流的支持实 时聊天的协议，最近被确立为i e t f 标准，x m p p 继承了在x m l 环境中灵活 的扩展性，目前已获得广泛配置。数据压缩是一种编码数据的过程，它的目 的是使数据的存储空间或传输时间最小化。数据加密是利用技术手段把重要 的数据变为乱码( 加密) 传送，到达目的地后再用相同或不同的手段还原( 解 密) 。 本文主要研究了j 2 m e 平台的体系结构和特点，分析了j 2 m e 和 x m l 、j a b b e r 等关键技术，同时针对移动设备存储限制和网络传输数据 安全性的问题，重点实现了数据压缩和加密这两个关键技术。依托这些现有 的先进技术，通过对j a b b e r 协议下的移动即时通讯系统予以扩展，论文提出 了一个移动即时通讯解决方案，使得移动终端之间或者移动终端与数据服务 器之间能够更好的进行交互，从而在多种设备上实现了最大的可行性。 关键词：j 2 m e ；移动即时通信；j a b b e r ；数据压缩；数据加密 黑龙江科技学院硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i d d e v e l o p m e n to fm o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya n d m o b i l eb u s i n e s st y p e s ，u s e r sa r ee a g e rt os o m eo ft h ei n t e m e ts e r v i c ec a nb e a p p l i e di nm o b i l ep h o n e s i n s t a n tm e s s a g i n ga so n eo ft h es e r v i c e so fm o b i l e n e t w o r k si sap o w e r f u la p p e a lt ot h eu s e r j 2 m ea ss u n se m b e d d e d ，a n d c o n s u m e re l e c t r o n i c sp r o d u c tl a u n c ho ft h ed e v e l o p m e n tp l a t f o r m ，a f t e ry e a r so f d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o n ，h a sb e c o m ee m b e d d e d | m o b i l ea p p l i c a t i o np l a t f o r m k i n g j a b b e rf o ri n s t a n tm e s s a g i n gi sac o m p l e t e l yo p e np r o t o c o l sa n ds t a n d a r d s ， j a b b e r sc o r ep r o t o c o li se x t e n s i b l em e s s a g i n ga n dp r e s e n c ep r o t o c o l ( x m p p ) ， x m p pi sa nx m l - b a s e ds t r e a m i n gp r o t o c o lt o s u p p o r tr e a l - t i m ec h a t w a s r e c e n t l ye s t a b l i s h e da st h ei e t fs t a n d a r d ，x m p pi n h e r i t a n c ex m le n v i r o n m e n t i naf l e x i b l ea n ds c a l a b l e ，h a sb e e nw i d e l yc o n f i g u r a t i o n d a t ac o m p r e s s i o ni sa p r o c e s so fe n c o d i n gd a t a , i t sp u r p o s ei st om a k ed a t as t o r a g es p a c eo rt r a n s m i s s i o n t i m ei sm i n i m i z e d d a t ae n c r y p t i o ni st h eu s eo ft e c h n i c a lm e a n st o b r i n g i m p o r t a n td a t ai n t oag a r b l e d ( e n c r y p t e d ) t r a n s m i s s i o n ，t h ed e s t i n a t i o na n dt h e n w i t ht h es a m eo rd i f f e r e n tm e a n so fr e d u c t i o nf d e c r y p t i o n ) t h i sp a p e rm a i n l ys t u d i e st h ej 2 m ep l a t f o r i l la r c h i t e c t u r ea n df e a t u r e s ， a n a l y s i so fj 2 m ea n dx m l ，j a b b e ra n do t h e rk e yt e c h n o l o g i e s w h i l et h e s t o r a g el i m i tf o rm o b i l ed e v i c e sa n dn e t w o r kt r a n s m i s s i o no fd a t as e c u r i t yi s s u e s f o c u s i n g o nd a t ac o m p r e s s i o na n d e n c r y p t i o n t oa c h i e v et h e s et w ok e y t e c h n o l o g i e s r e l y i n g o nt h e s e e x i s t i n ga d v a n c e dt e c h n o l o g i e s ，u n d e rt h e a g r e e m e n tb ym o b i l e j a b b e ri n s t a n tm e s s a g i n gs y s t e mt ob ee x t e n d e d ，p a p e r p r e s e n t sam o b i l ei n s t a n tm e s s a g i n gs o l u t i o nt h a te n a b l e sm o b i l et e r m i n a l so r b e t w e e nm o b i l et e r m i n a l sa n dd a t as e r v e r sb e t t e ra b l et oi n t e r a c t r e s u l t i n gi na v a r i e t yo fd e v i c e st oa c h i e v et h em a x i m u mf e a s i b l e k e yw o r d s ：j 2 m e ；m o b i l ei n s t a n tm e s s a g e ；j a b b e r ；d a t a c o m p r e s s i o n ； d a t ae n c r y p t i o n i i 黑龙江科技学院硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i ， 第l 章绪论1 1 1 选题背景l 1 2 国内外研究现状2 1 3 论文研究的主要内容2 第2 章j z m e 无线应用平台4 2 1j a v a 平台技术4 2 2j 2 m e 的体系结构5 2 2 1j 2 m e 配置6 2 2 2j 2 m e 虚拟机7 2 2 3j 2 m e 简表7 2 2 4j 2 m e 可选包：8 2 3c l d c 和m i d p 9 2 3 。1c l d c 9 2 3 2m i d p 。l o 2 4j 2 m e 程序开发流程 2 5j 2 m e 程序开发环境 2 6 小结 第3 章相关技术分析 3 1x m l 技术 3 1 1x m l 概述 3 1 2x m l 文档结构 3 1 3x m l 与j 2 m e i i i 1 3 1 4 1 4 1 5 1 5 1 5 1 5 1 7 t 黑龙江科技学院硕士学位论文 3 1 4x m l 应用1 8 3 2j a b b e r 协议1 8 3 2 1j a b b e r 核心协议x m p p 1 9 3 2 2j a b b e r 的架构1 9 3 2 3j a b b e r 会话2 0 3 2 4x m p p 元素2 l 3 3 数据压缩2 2 3 3 1 霍夫曼编码2 2 3 3 2l z 7 7 压缩2 3 3 3 3y n i l 压缩技术2 4 3 4 数据安全2 4 3 4 1 数据加密2 5 3 4 2 数据认证一消息摘要算法2 7 3 5 网络连接2 8 3 5 1s o c k e t 协议2 8 3 5 2h t t p 协议2 9 3 6 小结2 9 第4 章移动即时通讯系统的设计与实现3 0 4 。1 移动即时通讯系统总体架构3 0 4 2 移动即时通讯客户端流程3 2 4 2 1 登录注册3 3 4 2 2 上线离线3 4 4 2 3 联系人增加删除3 5 4 2 4 搜索加入聊天室3 5 4 2 5 发送接收消息3 6 4 2 。6 保存聊天内容3 8 4 3 个性化功能设计3 9 4 3 1 界面3 9 4 3 2 输入4 2 黑龙江科技学院硕士学位论文 4 3 3 本地化4 2 4 4 小结4 3 第5 章数据压缩与加密4 4 5 1 数据压缩对移动即时通讯系统的扩展4 4 5 i 1 数据压缩流程4 4 5 1 2 数据压缩算法。4 5 5 1 3 数据压缩算法的具体实现一l z 7 7 算法4 6 5 1 4 数据压缩算法的具体实现一h u f f m a n 编码5 1 5 1 5 数据压缩算法的改进5 6 5 2 数据加密对移动即时通讯系统的扩展5 7 5 2 1 数据加密的具体实现一d e s 算法5 8 5 2 2 数据加密的具体实现m d 5 算法6 1 5 3 性能分析6 4 5 3 1 数据压缩性能分析6 4 5 3 2 数据加密性能分析6 6 5 4 小结6 6 。 第6 章总结与展望6 7 6 1 总结6 7 6 2 展望6 8 致谢7 0 参考文献7 0 作者简介7 3 v 黑龙江科技学院硕士学位论文 1 1 选题背景 第1 章绪论 随着移动通信技术的发展和无线数据业务的进步，手机已被赋予了除通 话以外的其它许多功能。截至2 0 0 7 年，全世界人口总数约为6 7 亿，而全球 手机保有量约为2 6 亿部。按照当前的手机发展速度，足以让全世界每个人在 1 0 年内拥有一部手机。如此大的市场规模吸引着越来越多公司的目光。根据 权威市场分析公司g a r t n e r 的预测，到2 0 0 9 年全球将会有1 0 亿部手机发货。 而在手机开发过程中，手机制造厂商有高达6 0 至7 0 的时间都是用于软件 开发，可见手机软件开发市场规模巨大。作为手机设计中的最重要环节，应 用软件设计可以使得手机实现多种功能，包括娱乐、办公、交易、数据等， 这也就意味着该领域的市场发展空间相当可观。全球移动软件厂商都在期望 未来得以分享移动运营商推出各种服务后收入增长的喜悦。2 0 0 7 年全球移动 软件市场收入超过了1 7 9 亿美元，而且全球手机服务市场规模将继续保持增 长，预计到2 0 1 3 年，这一收入将增长到6 7 3 亿美元。未来移动软件市场的发 展速度要高出软件总体市场的发展速度，主要表现在其规模逐渐膨胀。从发 展的角度来看，未来的移动软件市场发展更加趋于标准化、凸显技术含量而 且极富竞争性，其重心也逐渐由单机向网络发剧1 1 。 作为移动互联网应用核心的移动即时通讯软件，目前主要可以分成几两 种类型：一种是独立的互不相通的，建立在所有权协议上的，例如移动q q 、 移动m s n 等，它们几乎都是传统桌面平台向移动平台的移植；一种是互联 互通的，以j a b b e r 公共开放协议为基础的。j a b b e r 的出现，实现了整个即时 通信服务协议的统一。有了这个统一的协议之后，使用任何一个组织或者个 人提供的即时通信服务，都能够无障碍地与其他的即时通信服务的用户进行 交流。j a b b e r 以x m l 作为双方信息交互的载体，具有极大的通用性，但x m l 大小问题妨碍了它本身的应用范围。尤其是在带宽和存储空间都非常有限的 移动网络环境下，这种冗余性就更加明显了，同时j a b b e r 协议对信息采用明 文传送，这就产生了移动环境下的压缩和安全问题。 黑龙江科技学院硕士学位论文 1 2 国内外研究现状 一个开放的、面向手机的软件成功与否，在于应用软件和手机操作系统 底层的软件和硬件访问、修改和配置的结合程度。时下，移动开发技术大体 分为三个阵营：广泛得到各种设备支持的j 2 m e 技术、以s y r n b i a n 为代表的 开放应用平台使用c + + 语言为主辅以j 2 m e ，微软的s m a r tp h o n e 平台则使 用n e t 。j 2 m e 平台存在的基础是设备使用不同操作系统的多样性，其作为 最早提出的移动开发解决方案的价值正在逐步的凸现。j 2 m e 技术作为一种 针对移动电话和p d a 这样的小型设备的j a v a 平台，更强的效能和兼容性， 使其已经成为移动开发领域事实上最广泛的标准。 在手机即时通讯软件中，最为市场看好的是针对移动设备的j a b b e r 协 议。国外已经有一些厂商和个人开发出基于手机j a b b e r 协议的即时通讯软 件。但目前较完善的版本还很少。它们的开发有很强的设备针对性，一般都 是基于某种特定的手机操作系统。第一个j a b b e r 技术在1 9 9 8 由j e r e m i em i l l e r 开发，到目前为止，i n t e m e t 上已经有数以万计的j a b b e r 服务器和数以百万 的j a b b e r 用户。i e t f 已经将j a b b e r 定为即时通讯和现场技术的标准协议， 称为x m p p ( e x t e n s i b l em e s s a g i n ga n dp r e s e n c ep r o t o c 0 1 ) ，相关的规范是 r f c 3 9 2 0 和r f c 3 9 2 1 ，并且，j s f ( j a b b e rs o f t w a r ef o u n d a t i o n s ) 也在它的 j e p 中制定了更多扩展协议( 例如g r o u pc h a t 和文件传输等) ，这些扩展协 议目前还没有成为标准，但是将来有成为标准的可能。j a b b e r 在语音，视频， 游戏等附加功能上比较弱，其将来可能更加用于实时的x m l 数据传输上， 而不是仅仅作为一个即时通讯的平台。但是目前，移动环境中关于j a b b e r 协议下的数据压缩和安全问题尚没有很好地解决，这需要综合考虑效率、资 源占用率以及通用性，使加密和压缩机制可以适应于移动平台。 1 3 论文研究的主要内容 本论文的主要工作是利用j 2 m e 技术把以往p c 平台上的得到广泛应用 的互联网服务一即时通讯移植到移动设备上，让用户能够在更多的领域里应 用互联网产品，对用户有着更大的吸引力，这是未来软件市场发展的一个重 要方向。本论文所研究的手机即时通讯应用以j 2 m e 作为开发平台，通过对 2 黑龙江科技学院硕士学位论文 即时通讯协议j a b b e r 的扩展，提出了一个移动即时通讯解决方案。本文的研 究内容总体上分为五大部分。 第一部分：详细介绍了j 2 m e 体系结构、无线移动设计以及j 2 m e 的 无线开发环境。 第二部分：主要阐述了本课题手机即时通讯的一些相关技术，首先介绍 了x m l 技术和x m l 的应用即j a b b e r 协议，然后介绍了数据压缩和加密 技术，最后讨论了网络连接技术。 第三部分：主要介绍了移动即时通讯系统的设计和实现，包括各个功能 模块的设计，给出了相应的流程图并对其功能做了详细描述。 第四部分：通过采用数据压缩和加密技术，将移动即时通讯系统做了进 一步的扩展。并对实际效果做出相应评估。 第五部分：全文内容总结和展望。讨论本课题的成功与不足之处，指出 下一步的改进方向和目标。 黑龙江科技学院硕士学位论文 第2 章j 2 m e 无线应用平台 2 1j a v a 平台技术 自从1 9 9 5 年j a v a 语言正式推出以来，j a v a 技术立刻成为被人们追逐的 热门话题。然而早期j a v a 的真实能力与媒体的炒做有着相当大的差距，所以 一段时间之，j a v a 被冷落了，然而随着时间的推移，j a v a 日趋成熟，它逐渐 变得更加稳定、可靠，性能也有了大的提高。到了1 9 9 9 以后，人们逐渐发现 用j a v a 开发e j b 很好，用j s p 开发w e bp a g e 也比a s p 来得强大，然后j a v a 作为连接客户机、数据库以及应用服务器之间的中间件，展现出其跨平台、 多线程、连网能力强大、类库丰富这些特有的魅力。现在j a v a 又开始进入嵌 入式系统，并且在手持设备、车载电脑、智能卡等领域站稳了脚跟，并逐渐 成为既定的标准。 当j a v a 平台发展到j a v a2 的版本以后，为了适应不同级别设备环境的开 。 发需要，j a v a 平台形成了三个主要分支，如下图2 1 所示。 图2 一l j a v a 版本 f i g2 1 j a v av e r s i o n ( 1 ) j 2 s e j a v a2 平台标准版( j a v a2p l a t f o r ms t a n d a r de d i t i o n ) ，它 主要是为台式计算机而设计的，其被使用范围最广，主要运行在l i n u x 、s o l a r i s 和w i n d o w s 等操作系统之上。 4 黑龙江科技学院硕士学位论文 ( 2 ) j 2 e e j a v a2 平台企业版( j a v a2p l a t f o l i ne n t e r p r i s ee d i t i o n ) ， 他是一个适合分布式的、多用户、企业级应用系统运转的平台。它以j 2 s e 为基础，增加了处理服务器计算的功能，被广泛应用于服务器上，包括j s p 、 s e r v l e t 、e j b 以及目前炙手可热的w e bs e r v i c e 等技术。 ( 3 ) j 2 m e 叫a v a2 平台微型版( j a v a2p l a f f o 咖m i c r oe d i t i o n ) ，它借 用了j 2 s e 类库的一部分，使用了更少的实际的数据包时间间隔( a p i ) ，而 且其采用的j 烈，a 虚拟机( j v m ) 比j 2 s e 的也要小的多【2 1 。被使用在资源受 限的小型消费性电子设备上，如电视机顶盒无线电话掌上电脑等。 2 2j 2 m e 的体系结构 j a v a 技术一开始叫做o a k ，而且最早的时候就是s u n 公司为了嵌入式 系统而设计的一项产品。后来因为因特网的发达，而o a k 的诸多特性刚好 又适合用在网络上( 例如可移植性、编译后程序代码很小) ，因为商标已被注 册的关系，因此o a k 被改名成j a v a ，并随着时间越来越成熟，也慢慢地产 生了许多非原本预期中的相关运用。现在j a v a 在手持设备、车载电脑、智能 卡等领域站稳了脚跟，并逐渐成为既定的标准叫2 m e 。 为了使j 2 m e 平台可以良好地支持范围广泛、品种诸多的消费性电子设 备以及应对不断变化，为未来应用提供可扩展的空间，对j 2 m e 平台进行模 块化的设计是必不可少的。因此j 2 m e 平台的设计师把j 2 m e 进行了分层。 ( 1 ) 操作系统操作系统位于j 2 m e 运行环境的最低层，可以是多种 操作系统，充分体现了跨平台的特性。 ( 2 ) 配置为设备定义了一个基本j 2 m e 运行环境，其中包括虚拟 机和核心的j a v a 类库。它为某一范围内的嵌入式设备提供基本的功能，这些 设备通常在硬件和软件上具有类似的特性。 ( 3 ) 简表简表通过添加额外的类来对配置加以补充，这些类提供了 适用于某一特定类型的设备或某一特定纵向市场的功能【3 1 。 ( 4 ) 可选包j 2 m e 平台可以通过添加可选包进行扩展，可选包是针 对特殊的技术的实现，它定位的是特定范围内的设备，不一定适用于所有的 环境。 下图2 2 给出j 2 m 平台一个总体的构架。 黑龙江科技学院硕士学位论文 i p e r s o n a l i r m i i 三m i d pi 一 e 三三； i! 兰竺! ! 型兰! ! 兰竺型型兰竺j 2 2 1j 2 m e 配置 图2 2j 2 m e 平台 f i g2 2 j 2 m ep l a t f o r m 遵循着“对于各种不同的装置造出一个单一的开发系统是没有意义的事 这一基本原则，j 2 m e 先将所有的嵌入式装置大体上分为两种：一种是运算 能力有限、电力供应有限的嵌入式装置( 例如：p d a 和手机) ；另外一种是 运算能力相对较佳、并在电力供应上相对比较充足的嵌入式装置( 例如：汽 车导航系统、电视机顶盒) 。对这两种型态的嵌入式装置j a v a 引入了一个叫 做配置( c o n f i g u r a t i o n ) 的概念，把上述运算能力有限、电力供应有限的嵌 入式装置定义在c o n n e c t e dl i m i t e dd e v i c ec o n f i g u r a t i o n ( c l d c ) 规格之中； 而另外一种装置则规范为c o n n e c t e dd e v i c ec o n f i g u r a t i o n ( c d c ) 规格。 ( 1 ) 有限连接设备配置( c l d c ) 面向的目标设备是小型的资源有限、 连接受限的设备，这些设备的内存在1 6 0 5 1 2 k b 之间，处理器速度较慢，通 6 黑龙江科技学院硕士学位论文 常是靠电池给设备供电，并且网络连接常通表现为间歇性连接而且带宽有限。 ( 2 ) 连接设备配置( c d c ) ，目标设备总内存大于2 m b ，其内存可以为 r a m 、r o m 或是f l a s h ( 闪存) 。 2 2 2j 2 m e 虚拟机 j a v a 程序是以边解释边执行的方式运行的，所有的j a v a 程序都会被编译 成为二进制代码，并运行在j a v a 虚拟机上。j 2 m e 针对的设备主要是嵌入式 和消费类的设备，因为这些设备内存和处理器的限制，虚拟机的功能也相对 简单。j 2 m e 虚拟机处于配置( c o n f i g u r a t i o n ) 中定义平台的核心，相对于配 置的分类，它也有相应的类别。 ( 1 ) c l d c 对硬件要求比较苛刻，对其虚拟机也就有着非常高的要求。 s u n 提供的c l d c 参考实现是k v m ，其设计目标包括：虚拟机的大小和类 库为5 0 k b 到8 0 k b 左右；内存占用为几十k ；在具有1 6 位和3 2 位处理器 的设备上有相当的性能；高度可移植和可扩展，特定于机器或平台的代码的 总量很少；可以对虚拟机的组件进行配置，以适合于特定设备，从而增加灵 活性。其他公司的虚拟机只要满足配置( c o n f i g u r a t i o n ) 里的定义，通过兼 容性测试，一样可以作为相应配置的虚拟机【4 1 。 ( 2 ) c d c 配置下其虚拟机支持j a v a2 虚拟机的全部功能，c d c 的虚拟 机被称为c v m ( c o m p a c tv m ) 。c v m 虽然在功能上支持j a v a - 2 虚拟机的全 部功能，但为了支持特定的设备，其做了重新的设计。c v m 具有精确的存储 系统、支持本地线程、快速同步等特征。 2 2 1 3j 2 m e 简表 简表为相同消费电子设备的不同生产厂商提供了标准化的j a v a 类库。简 表的实现是应用程序接口的一个集合，用于适应被定义配置的应用程序接口 提供的服务，简表是一个完整的运行环境，一个简表上执行的应用程序不需 要额外的支持类。简表是为目标设备提供完备的应用程序运行环境而设计的。 目前c l d c 和c d c 上的重要简表主要有。 ( 1 ) 移动设备信息简表( m i d p ) 是为移动电话和入门机p d a 设计的。 它为移动应用程序提供了所需的全部核心功能。c l d c 和m i d p 组成的完备 j a v a 运行环境提升了手持设备的能力，并且最小化了设备内存和电源的消 耗。 黑龙江科技学院硕士学位论文 ( 2 ) 信息模块简表( i m p ) 的目标设备是无显示能力和用户输入能力的 终端，它没有定义处理用户界面的包。 ( 3 ) 基础简表( f p ) 位于c d c 基础之上，是最基本的c d c 简表，它 提供基本应用支持类，诸如网络和i o 支持，但是它并不提供图形用户界面 工具。 ( 4 ) 个人简表( p p ) 是为那些需要完备图形用户界面，以及a p p l e t 支 持的设备设计的，包括高级p d a 、游戏控制台和通信器类型的设备【5 1 。 2 2 4j 2 m e 可选包 可选包通常是为了满足特殊的市场需求，可选包是模块化的，因此设备 制造商可以有选择的把他们添加到自己的j a v a 平台，这将大大丰富设备的特 性。表2 1 列举了一些与m i d p 兼容的可选包。大多数m i d p 可选包都可以 在c d c 上运行【6 1 。 表2 1m i d p 的可选包 t a b 2 1m i d po p t i o n a lp a c k a g e s 名称 j s r 描述 这个可选包有两个模块：文件1 1 0 模块支持p d a 设备上 文件i o 和p i m 7 5 文件系统的访问；p i m 模块允许m i d p 应用程序与设备的 。 本地p i m 客户集成 移动媒体1 3 5提供音频和视频捕获和回放a p i 。 1 2 0 2为m i d p 应用程序提供a p i 以发送和接受s m s 和m m s 无线消息传送 0 5消息 支持设备的位置跟踪。位置信息可以从g p s 设备模块或 位置 1 7 9 从网络运营商处得到 w e b 服务1 7 2为通用x m l 解析和s o a pw e b 服务客户提供x m la p i 蓝牙 8 2 支持从m i d p 应用程序访问蓝牙数据通道和协议库 允许m i d p 应用程序与手机的嵌入安全模块( 如g s m 手 安全可靠1 7 7 机的s i m 卡) 交互 在移动设备上显示3 d 场景。还定义了艺术风格的轻型移 3 d 图形 1 8 4 动3 d 数据格式 允许设备将m i m e 类型m i d l e t 应用关联起来。带有某些 内容处理器 2 1 1 m i m e 类型的媒体文件将由关联的m i d l e t 自动打开 黑龙江科技学院硕士学位论文 2 3c l d c 和m i d p 目前世界范围内的无线数据服务的收入绝大多数来自j a v a 服务和应用程 序，而其开发主要集中于j 2 m e 平台的m i d p 和c l d c ，加上c l d c 兼容的 无线j a v a 简表。其目标主要面向小型的、网络连接速度慢、能源有限( 主要 是电池供电) 且资源受限的小型设备如手机和p d a 等，这个方案非常适合消 费市场，这主要因为对开发者而言，简单的、较少的和更加移植的a p i ，减 少了复杂性，并提高了开发者的生产力。更小的a p i 减少了开发计划，并帮 助减少开发和维护的成本【7 j 。c l d c m i d p 的软件体系架构如下图2 3 所示。 图2 3c l d c m i d p 软件体系架构 f i g2 3 c l d c m i d ps o f t w a r ea r c h i t e c t u r e 2 3 1c l d c 2 0 0 0 年5 月，j a v ac o m m u n i t yp r o c e s s ( j c p ) 公布了c l d c l 0 规范( 即 j s r 3 0 ) 。作为第一个面对小型设备的j a v a 应用开发规范，c l d c 是由包括 n o k i a ，m o t o r o l a 和s i e m e n s 在内的1 8 家全球知名公司共同协商完成，其官 方定义为“可以放在您的手掌上的装置”。c l d c 的推出使得第三方开发者为 移动终端设备开发应用程序，以及动态下载应用和内容到移动终端成为可能。 c l d c 可以为开发者提供一个标准化、需要最小足迹、针对资源受限设备的 开发平台。c l d c 具有以下重要特征。 ( 1 ) c l d c 语言和虚拟机规范特性，由于移动终端设备在诸如内存和 处理器等方面性能存在缺陷，因此遵循c l d c 规范的虚拟机并没有支持全部 的j a v a 语言规范特性。这主要有：不支持浮点运算( c l d c l 1 规范支持) ， 目标设备中多数处理器都没有浮点硬件；不支持反射和弱引用，以节约内存； 不支持对象最终化；c l d c 提供线程，但不允许创建守护线程和线程组；提 9 黑龙江科技学院硕士学位论文 供有限的错误处理能力，如果有错误发生，要有设备负责采取适当的行动， 而不是将异常报告给应用代码：不支持本地接口，因为其实现所需的内存开 销太大并且防止恶意代码引起的安全问题。 ( 2 ) c l d c 的预审核机制，在移动信息设备中，j a v a 虚拟机的一个关 键要求就是底层虚拟机的安全性。一个运行在虚拟机之上的应用，决不能对 所在设备或虚拟机本身造成损害，这种限制是通过类文件检查器来保证的。 这个检查确保字节代码和存储在类文件里的其他项不包含非法指令、不以非 法的顺序执行，而且不包含对j a v a 对象内存之外的无效内存地址或者内存区 域的引用。在移动环境下进行校验的算法对处理器要求非常多，而且会造成 大量的内存开销，因此运行时进行校验不太可行。为解决这一矛盾，将类文 件校验拆分成两个阶段分别进行，首先，将类文件安装到目标设备前通过一 个预校验工具对其进行预校验。这一过程包括了大多数负责且耗时的字节校 验算法，预校验结果存储在类文件中，可在运行期间进行访问。其次，运行 时校验是在设备上进行的，只要不造成对安装代码的修改，就可依据设备的 不同，分别选择在类加载时校验，或在应用程序安装过程中对其进行校验。 此步骤使用预校验时存储的数据，比预校验快的多，内存开销也非常小。 ( 3 ) c l d c 的安全功能，c l d c 不允许定制安全管理器，支持c l d c 的k v m 提供了一种简单的沙箱( s a n d b o x ) 安全模型，该模型通过确保应用 程序存在封闭的环境内运行，并且只调用设备支持的类来实施安全保证。具 体的实现是：应用程序运行在一个封闭的沙箱环境中以得到保护。在沙箱中 只有系统已定义的配置( c o n f i g u r a t i o n ) 、简表( p r o f i l e ) 、可选包以及设备支 持的一些应用程序访问，任何没有预先定义类库和资源都不允许访问。 2 3 2m i d p 移动设备信息简表( m i d p ) 位于c l d c 基础之上，为开发者提供了应 用程序模型、图形用户界面、数据持久性存储等功能，目前最新版本是 m i d p 2 0 ( j s r l1 8 ) 。m i d p 是一个公共的、为移动设备设计的工业标准简表， 它不依赖于任何具体的生产厂家。 2 3 2 1m i d p 的要求 m i d p 面向仅有有限内存、处理器和显示功能的小设备，它对目标设备 的硬件和软件都有着一定的要求。 1 0 黑龙江科技学院硕士学位论文 ( 1 ) m i d p 硬件要求：对于移动应用开发来说，它是一个完整的、受支 持的基础。移动信息设备简表针对的主要是移动设备，或者体积较小的能力 有限的手持设备( m i d ) 。移动信息设备的硬件要求很简单，即单色或彩色显 示屏幕，最小尺寸为9 6 像素5 4 像素；用户的输入机制为：小型键盘或者 触摸屏或者一个包括文字和数字的完备键盘：双向无线网络连接能力：最小 1 2 8 k b 永久存储空间用于m i d p 系统软件( m i d p 2 0 需要2 5 6 k b ) ，3 2 k b ( m i d p 2 0 需要1 2 8 k b ) 内存用于j a v a 堆的使用，8 k b 的给易失性内存用作 持久存储。 ( 2 ) m i d p 软件要求：操作系统必须提供一个保护的执行环境，在其中 可运行虚拟机；需要某种形式的联网支持；能接受按钮或触摸屏事件的触发 功能；必须能够访问设备的屏幕；实现m i d p 应用程序的生存周期安装、选 择、启动、关闭和删除的管理。 2 3 2 2m i d i e t 一个m i d p 应用程序称为m i d l e t - - m i d p 小应用程序，类似于网页上运 行的a p p l e t ，有自己的状态。并且它的状态变化由设备上的程序管理软件 ( a m s ) 控制。该软件负责程序的安装、启动、停止以及从设备上删除等。 m i d l e t 有三个状态，分别是p a u s e d 、a c t i v e 和d e s t r o y e d 。在启动m i d i e t 的时候，应用管理软件会首先创建一个m i d l e t 实例并使得他处于p a u s e d 状 态，当s t a r t a p p o 方法被调用的时候m i d i e t 进入a c t i v e 状态，也就是所说的 运行状态。在a c t i v e 状态调用d e s t r o y a p p ( b o o l e a nu n c o n d i t i o n a l ) 或p a u s e a p p ( ) 方法可以使得m i d l e t 进入d e s t r o y e d 或者p a u s e d 状态。下图2 4 说明了 m i d l e t 状态改变情况瞵j 。 图2 4m i d l e t 状态图 f i g2 4 m i d i e ts t a t e 1 1 黑龙江科技学院硕士学位论文 2 3 2 3j 2 m e 图形用户界面 对于移动设备来说其用户界面( u s e ri n t e r f a c eu i ) 与我们日常熟悉的 p c 机有很大不同，移动设备的显示范围相比要小的多，而且输入设备也有很 大分别。基于上述原因，m i d p 建立了一个专用于移动设备，并且功能紧缩 的g u i 包。它分为两类：高级用户界面和低级用户界面。高级用户界面主要 考虑了应用程序的可移植性，对移动设备的一些常用组件进行抽象，开发者 不需要关心组件交互的过程，底层的具体实现会根据设备的硬件特性与u i 风格而做出必要的配接工作，而不考虑这些组件在具体设备上的实现。低级 用户界面允许编程人员对屏幕显示有更多控制，可以在屏幕上画图，拥有底 层事件处理机制，但这样作也就降低了程序的可移植性，适合于对显示和控 制要求较高的应用程序( 如游戏等) 进行屏幕显示。 2 3 2 4j 2 m e 联网技术 在m i d p 2 0 规范中规定了两类无线数据网：线路交换数据网( c s d ) 和 包交换数据网。在线路交换数据网中的，每个用户都有自己的通话频道，在 用户进行数据交换的时候该频道不可以被用做他用，记费的方式也是通过时 间收费的。这种网络还有一个特点就是传输速慢。另一种包交换数据网，是 现在普遍使用的网络。在传输中，数据是被分成比较小的等长的数据包进行 交换。不同用户的数据包交换的时候，会被分配到一个通讯频道的不同时间 片上，传输过程中不同用户的数据是混合传输的，到达后有接收方重新组装。 g p r s 、w c d m a 都是包交换传输技术，而其中的3 g 理论上可以到几m b p s 的传输速率。具体反应在a p i 这个层次j 2 m e 使用了一套通用连接框架 ( g e n e r i cc o n n e c t i o nf r a m e w o r kg c f ) 。g c f 以一种通用的、可扩展的方式 来支持输入输出及网络通信，为m i d p 在资源受限的环境中访问资源和组织 数据提供了一致的手段。 2 3 2 5j 2 m e 可持续存储与记录管理系统 在某种场合下，也许会要求程序中生成的对象在程序结束后并不立即被 销毁，而是把它存储到某个地方以供我们以后取用。可持续存储( p e r s i s t e n t s t o r a g e 或称永续存储) 指的是就是这种机制。m i d p 2 0 规范里不支持全面的 树型文件系统，但为我们提供了这样一种数据持久化机制记录管理系统 1