计算机远程监控系统关键技术研究

０引言随着计算机网络技术的不断发展，交互式网上教学和远程网上监控都已经成为可能。

在这些应用中，都需要控制远端计算机的键盘和鼠标，同时获得实时流畅的远程屏幕图像，这样就提出了３个问题：如何实现通过网络与远端机的数据交换；如何利用应用程序的伪消息机制实现消息模拟，如何有效地压缩和传输远端桌面屏幕。

本文利用了套接字和应用程序的伪消息机制，对控制客户端与被控服务器端进行数据交换，根据计算机桌面图像的特点，提出一种基于网格的桌面图形图像压缩编码算法。

采用客户端／服务器模式初步设计一个计算机远程监控系统。

１系统架构和设计流程该系统分为客户端程序和服务器端程序。

在使用前需要将客户端安装到主控端电脑上，将服务器端程序安装到被控端电脑上。

控制的过程一般是先在被控端电脑上执行服务器端程序，然后在控制端电脑上执行客户端程序，与服务器端程序建立一个特殊的远程服务，然后通过这个远程服务，使用各种远程控制功能发送远程控制命令，控制服务器中的各种应用程序的运行。

通过远程控制软件，可以进行很多方面的远程操作，包括获取目标电脑屏幕图像，记录并提取远端键盘事件、鼠标事件，对文件的操作等。

网速瓶颈是很多网络程序必须考虑的问题，远程控制也不例外。

获取被控电脑图像的过程，实际上就是服务器端传输一幅屏幕的图片到客户端的过程，这个过程需要传输大量的数据，这涉及到如何对屏幕图片数据进行压缩（有损或者无损）。

另外，什么时候发送屏幕图片数据，是不是每次都需要发送整个屏幕的数据，这些都是远程控制必须面对的问题。

利用了套接字和应用程序的伪消息机制，对控制客户端和被控服务器端进行数据交换，从而达到监控与被监控的目的。

根据这个思想，需要两个独立的程序，服务器端程序（ＳｅｒｖｅｒＲｅｍｏｔｅＣｏｎｔｒｏｌ）和客户端程序（ＣｌｉｅｎｔＲｅｍｏｔｅＣｏｎｔｒｏｌ）。

如图１所示。

图１系统架构服务器端所需要的模块如下：●网络模块：负责监听客户端的连接，负责接收并处理客户端发送过来的命令（鼠标、键盘、网格消息等命令），在本机上处理这些消息并发送各种数据（屏幕数据、命令反馈数据等）到客户端监听程序；●编码模块：负责对屏幕图像数据进行压缩编码。

计算机远程监控系统关键技术研究张宁，于国防，付海燕（中国矿业大学信电学院，徐州２２１００８）摘要：关键词：远程监控；套接字；消息模拟；桌面网格；Ｈｕｆｆｍａｎ算法；ＲＬＥ算法针对计算机远程监控系统中需要解决的若干关键问题，设计一个客户／服务器模式的远程监控系统。

利用套接字和应用程序的伪消息机制，对控制客户端和被控服务器端进行数据交换，从而达到监控与被监控的目的；利用桌面网格技术大大减少了屏幕数据的传输量；根据桌面图形图像的特点，提出了霍夫曼（Ｈｕｆｆｍａｎ）算法和行程（ＲＬＥ）算法，有效地实现了桌面图形图像的编码和解码。

收稿日期：２００７－０８－２０修稿日期：２００７－１１－０８作者简介：张宁（１９８１－），男，江苏徐州人，硕士研究生，研究方向为计算机网络与通信具体的编码方法是由客户端决定（客户端发送的通用命令消息、压缩方法消息、网格消息、颜色模式消息）。

压缩选项包括了霍夫曼压缩、行程编码、行程－霍夫曼编码以及不压缩等；●主框架模块：负责Ｓｅｒｖｅｒ端窗口消息处理和映射。

客户端所需要的模块如下：●网络模块：负责连接服务器端的监听端口；负责向服务器发送各种操作命令（鼠标、键盘、各种通用参数消息等命令）；负责接收服务器端数据（屏幕数据、命令反馈数据等），并对这些数据进行解压缩解码，然后将其中的图像数据（屏幕内容）显示在本机上；●解码模块：负责对数据进行解压缩解码。

这个模块根据用户在“数据压缩”对话框中的选择从而决定客户端的解码方法。

压缩选项包括霍夫曼压缩、行程编码、行程－霍夫曼编码以及不压缩等；●主框架模块：负责Ｃｌｉｅｎｔ端窗口消息处理和映射；●各种对话框模块：编码解码选择对话框、网格数目选择对话框。

远程监控程序的工作流程如下图２所示下：图２远程监控程序的工作流程首先在一台机器上启动服务器端程序并开启监听端口，接着在另一台机器上启动客户端程序并让其连接服务器端口，之后服务器端开启一个与客户端通信的会话ｓｏｃｋｅｔ。

这个会话ｓｏｃｋｅｔ专门负责接收和处理客户端发送过来的消息，并在本机上执行相关命令（鼠标、键盘、文件等），然后将当前改变的区域的屏幕显示内容发送到客户端。

而当客户端连接到服务器端之后，客户端程序就可以根据服务器端传过来的屏幕数据在本地机上显示出屏幕内容，从而做出各种鼠标、键盘操作，以及一些通用信息的更新（压缩模式选择、网格数目等），这些操作命令将被编码，然后传递到服务器端，服务器端再根据这些命令做出相应的操作。

２关键技术的具体实现２．１消息模拟技术在一般的应用程序中，用户敲击键盘或者单击鼠标的消息都是首先被外设的驱动程序所截获，然后外设将这些消息加入系统的消息队列，这样应用程序就可以从窗口消息队列中得到该消息并进行相应的处理。

但对于某些应用程序，它无法提供外设的输入，所以需要自己模拟这些外设消息并将其直接发送到系统的消息队列中去。

这样的技术被称为消息模拟。

对于远程控制来说，客户端程序可以随意操作服务器，也就意味着服务器端程序必须模拟客户端的鼠标、键盘消息。

相关消息模拟函数的功能与作用介绍如下。

（１）ｋｅｙｂｄ＿ｅｖｅｎｔＶＯＩＤｋｅｙｂｄ＿ｅｖｅｎｔ（ＢＹＴＥｂＶｋ，／／ｖｉｒｔｕａｌ－ｋｅｙｃｏｄｅＢＹＴＥｂＳｃａｎ，／／ｈａｒｄｗａｒｅｓｃａｎｃｏｄｅＤＷＯＲＤｄｗＦｌａｇｓ，／／ｆｌａｇｓｓｐｅｃｉｆｙｉｎｇｖａｒｉｏｕｓｆｕｎｃ－ｔｉｏｎｏｐｔｉｏｎｓＤＷＯＲＤｄｗＥｘｔｒａＩｎｆｏ／／ａｄｄｉｔｉｏｎａｌｄａｔａａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｋｅｙｓｔｒｏｋｅ）；ｂＶｋ：＜输入＞定义了一个虚键码，它的范围是１￣２５４。

ｂＳｃａｎ：保留。

ｄｗＦｌａｇｓ：＜输入＞定义函数操作的类型，按下或者弹起。

ｄｗＥｘｔｒａＩｎｆｏ：＜输入＞定义了击键的额外的关联值。

（２）ｍｏｕｓｅ＿ｅｖｅｎｔＶＯＩＤｍｏｕｓｅ＿ｅｖｅｎｔ（ＤＷＯＲＤｄｗＦｌａｇｓ，／／ｆｌａｇｓｓｐｅｃｉｆｙｉｎｇｖａｒｉｏｕｓｍｏｔｉｏｎ／ｃｌｉｃｋｖａｒｉａｎｔｓＤＷＯＲＤｄｘ，／／ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｍｏｕｓｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｒｐｏｓｉ－ｔｉｏｎｃｈａｎｇｅＤＷＯＲＤｄｙ，／／ｖｅｒｔｉｃａｌｍｏｕｓｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｃｈａｎｇｅＤＷＯＲＤｄｗＤａｔａ，／／ａｍｏｕｎｔｏｆｗｈｅｅｌｍｏｖｅｍｅｎｔＤＷＯＲＤｄｗＥｘｔｒａＩｎｆｏ／／３２ｂｉｔｓｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－ｄｅｆｉｎｅｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）；ｄｗＦｌａｇｓ：＜输入＞定义各种鼠标移动和单击的标志。

ｄｘ；＜输入＞定义鼠标沿着ｘ轴的绝对位置。

ｄｙ；＜输入＞定义鼠标沿着ｙ轴的绝对位置。

ｄｗＤａｔａ；＜输入＞如果ｄｗＦｌａｇｓ包括了ＭＯＵＳＥＥＶＥＮＴＦ＿ＷＨＥＥＬ的标志，则ｄｗＤａｔａ定义鼠标滚轮的运动的数量。

正值表示滚轮向前旋转；负值表示滚轮向后旋转（朝向用户）。

滚轮被按下的标志是ＷＨＥＥＬ＿ＤＥＬＴＡ。

ｄｗＥｘｔｒａＩｎｆｏ；＜输入＞定义与鼠标事件关联的额外信息。

应用程序可以调用ＧｅｔＭｅｓｓａｇｅＥｘｔｒａＩｎｆｏ获得这些额外的信息。

２．２远端桌面屏幕的有效压缩与传输在远程控制中，需要将计算机屏幕实时地进行传输，这就提出了一个如何有效压缩和传输桌面图形图像的问题。

由于计算机桌面是一类特殊的图形图像，它们有其自身的特点：①它们的变化是非连续性的，这样屏幕抓取的频率每秒１－４帧即可；②在计算机桌面屏幕上，存在有较多的块状和条形区域，它们往往具有相同的背景颜色；③数据压缩方式应采用无损压缩，否则在解压时会造成较大的误差扩散；④桌面图形图像序列的传输具有脉冲性，在两次图形图像数据传输之间网络存在一段空闲时间。

根据计算机图形图像序列的以上特点，我们提出一种基于桌面网格的无损编码算法。

（１）桌面图形图像数据采用桌面网格化传送如果每次都将服务器的全屏数据传向客户端，则会严重地影响服务器的正常工作。

例如，一个典型的Ｗｉｎｄｏｗｓ显示配置为１０２４×７６８，颜色数为２４位真彩色，则一整幅屏幕的数据量为：１０２４×７６８×２４＝１８．９Ｍｂｉｔ。

这不但要占用大量的网络带宽，同时也将影响Ｗｉｎｄｏｗｓ系统对其他正常任务的处理与响应。

为了减少屏幕更新时的数据传输量，可采取网格化的方法，把桌面屏幕划分成若干个规则的大小相同的网格（Ｇｒｉｄ），屏幕数据的传输以网格为单位。

客户端每次提出Ｒｅｆｒｅｓｈ请求时，服务器只向客户端传送其屏幕上发生变化的网格图像数据。

由于桌面屏幕的抓取与传送是一个连续的过程，通常在一个较短的时间间隔内屏幕上往往只有局部发生变化，甚至不变化。

因此，每次只要把屏幕上有变化的网格发送给客户端就完全可以了，而如果整个屏幕没有变化，服务器就不用向客户端发送屏幕数据。

这样就大大地减少了屏幕数据的传输量。

（２）对于桌面图形图像数据编码算法的设想将整个屏幕上所有网格组成的帧称作Ｉ帧，将仅含有屏幕上变化区域的网格组成的帧称作Ｐ帧。

可见，每当客户端发出Ｒｅｆｒｅｓｈ请求时，服务器都将发送Ｐ帧给客户端，但服务器在第一次响应Ｒｅｆｒｅｓｈ请求时，发送的帧实际上是一个Ｉ帧。

在具体实现时，对于Ｉ帧中的网格图像数据可采用直接获取并传送其原始的图像数据；而Ｐ帧中的网格数据则是对应网格中新屏幕数据减去旧屏幕数据的差值，即Ｐ帧中的网格图像数据实际是对应网格的“差图”。

Ｉ帧采用Ｈｕｆｆｍａｎ算法压缩，Ｐ帧采用ＲＬＥ（ＲｕｎＬｅｎｇｔｈＥｎｃｏｄｉｎｇ）算法压缩。

在计算机桌面屏幕上，经常存在有大量的块状和条形区域，它们具有相同的背景颜色，在网格图像数据中它们占据了绝大多数，可见对Ｉ帧采用Ｈｕｆｆｍａｎ压缩较合适。

由于每个像素的彩色数据由３Ｂｙｔｅｓ组成，即使相邻的两个像素颜色一样，在对应的６Ｂｙｔｅｓ彩色数据中，相邻字节的值不一定相同，只是相隔２Ｂｙｔｅｓ肯定相同，若采用ＲＬＥ压缩，可能适得其反，造成压缩后的数据量反而会增大。

对于Ｐ帧，由于网格中的数据实际是对应网格的“差图”，如果网格内部有变化的屏幕内容不多，则“差图”中必然有大量的零。

对于这样的网格数据，Ｈｕｆｆｍａｎ算法的压缩速度和压缩率都比不上ＲＬＥ算法。

所以，对Ｐ帧采用ＲＬＥ算法进行压缩。

３结语计算机远程监控技术充分利用了现有资源，拓宽了互联网的利用范围，并进入一般应用的领域。

在各个领域中都有广泛应用，拥有广阔的发展前景。

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