基于Android的手机流量控制软件设计与实现.docx
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基于Android的手机流量控制软件设计与实现
武汉理工大学毕业设计（论文）
基于Android的手机流量控制软件设计与实现
学院（系）：
信息工程学院
专业班级：
信息工程专业1202班
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学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
年月日
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本学位论文属于
1、保密囗，在年解密后适用本授权书
2、不保密
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作者签名：
年月日
导师签名：
年月日
摘要
如今，由于电子产品和英特网的急速发展，移动智能终端的网络系统需求不断上升。
在这样的背景下，当前主流的Android智能手机由于存在着的后台应用程序连接到互联网偷流量的问题经常会使用户遭受不必要的损失。
所以，在无线网络推出的应用越来越复杂化和多元化的现在，对无线流量进行透明化的监控变得越来越重要。
但是互联网已经演变成了一个巨型的复杂非线性系统，在研究此系统的动态特性时还有很多问题需要解决。
因为无线网络流量成分较为复杂，对其的控制不像其它线性、非线性系统那样易于实现，海内外对于网络流量控制技术的研究还有许多困难。
本文主要讲述的是基于Android的手机流量控制软件的设计与实现。
Android是一种基于Linux平台的开放式手机操作系统，近几年随着智能手机的普及，Android系统占有的市场份额不断飙升。
本次基于Android的手机流量控制软件设计的主要目的是运用Android开发工具eclipse，使用java语言编写出能够实时连续的采集网络数据，监测网络流量，并对捕获的流量数据进行统计与计算得到网络主要成分的性能参数的手机应用程序。
用户依据流量数据就能对网络主要成分实施性能分析与管理，看出性能变化的趋势，并找出那些影响网络性能的因素与问题，进而关掉不需要的网络进程，减少流量损失。
关键字：
Android；手机；流量控制
ABSTRACT
Nowadays,asaresultoftherapiddevelopmentofelectronicproductsandInternet,mobileintelligentterminalnetworksystemincreasinglyhighdemand.Inthisbackground,thecurrentmainstreamofAndroidsmartphonebecausethereisabackgroundapplicationisconnectedtotheInternettostealtrafficproblemsoftenuserssufferedunnecessaryloss.So,intheapplicationofwirelessnetworktolaunchmoreandmorecomplicatedanddiversifiednow,transparencyofwirelesstrafficmonitoringisbecomingmoreandmoreimportant.ButtheInternethasevolvedintoacomplexnonlinearsystem,agiantinthestudyofdynamiccharacteristicsofthesystemtherearestillmanyproblemstobesolved.Becausewirelessnetworktrafficcompositioniscomplicated,thecontrolisnotaseasytoimplementasotherlinearandnonlinearsystems,bothathomeandabroadfornetworkflowcontroltechnologyresearchhasmanydifficulties.
ThisarticleismainlyaboutthemobilephonebasedonAndroidtrafficcontrolsoftwaredesignandImplementation.AndroidisanopenmobilephoneoperatingsystembasedonLinuxplatform,inrecentyears,withthepopularityofsmartphones,Androidsoaringmarketshareofpossession.TheAndroidbasedmobiletrafficcontrolsoftwaredesignisthemainpurposeoftheuseoftheAndroiddevelopmenttoolseclipse,usingJavalanguagethatcanreal-timecontinuousnetworkdata,networktrafficmonitoring,andtocapturethetrafficdataofstatisticalandcalculatethenetworkperformanceparametersofthemainingredientsofmobileapplications.Usersonthebasisoftrafficdatacanimplementperformanceanalysisandmanagementfornetworkmainingredients,seethetendencyofchangesinperformance,andfindsoutthefactorsthataffectthenetworkperformanceandproblems,shuttingitdon'tneednetworkprocess,reducetheflowloss.
Keywords:
Android；mobilephone；trafficcontrol；
第1章绪论
1.1研究背景及意义
如今，英特网与移动通讯已然变成全球进步最快、市场潜能最大、远景最具吸引力的两大产业。
它们的发展速度是任何人都不曾预料到的。
到目前为止，世界移动用户已逾73亿，英特网用户也已超过33亿。
我国移动通讯用户总量已逾13亿，英特网用户总量则超过7亿。
这一以前未曾出现过的快速增长现象表明了随着时代的发展，人类对于信息与移动性的需求也急速增加。
现在期望在移动的同时能迅速地连上英特网，获得需要的讯息，达成预定的目标的人不断增多。
因此，英特网和移动二者相结合是历史的必然趋势。
当前，移动英特网正不断渗入到人民生产、生活的每个角落，彩铃彩信、移动支付、在线听歌、手游、视频软件、图片获取、导航服务等各式各样的移动英特网服务在飞速成长的同时，也在潜移默化的影响我们的生活，移动英特网在经历数年的蜿蜒爬行后，总算盼来了蓬勃发展的热潮。
随着移动英特网的成长以及4G手机渗透率的迅速上升，用手机上网的人也日益增多。
2016年初，爱立信公布的产业发展报告中指出，至2015年底，世界4G用户数量已达10亿，同比增长近乎100%，我国4G用户接近3.5亿，占世界4G用户数量的35%，已然赶超美国一跃变成世界第一大4G用户市场。
此外，爱立信公司宣布，根据最新的估计，到2021年，全球将有接近77亿的包含5G在内的移动宽带用户，其中包括41亿4G用户。
当前，随着移动英特网的发展，我国移动流量业务大量增多，同比增长103%，与去年相比提高了40.1%。
我国移动流量业务之所以大幅度增长是因为4G网络在移动用户中迅速的普及。
在2014到2015这短短一年里，中国4G用户比率从7.6%迅速上升至29.6%。
并且，4G网络客户的人均使用流量2到3倍于非4G客户。
据2015年底的数据统计，国内月户均移动接入流量接近389MB，相比去年同期上升90%。
4G网络流量占总比近50%，已然超越3G网络的规模。
此外，有资料显示，国内移动网络客户2020年人均月用流量将14倍于2016年，到2020年人均月用流量将高达5GB，4G网络成为流量的首要载体，3G网络逐渐丧失其流量载体作用。
预计到2020年国内4G流量将占总流量的97%，2G网络逐渐衰退为语音网络。
2008年，谷歌公司开发的安卓系统在智能手机操作系统界横空出世。
2009年，原本使用Symbian系统的生产商，诸如Sony、爱立信等陆续放弃Symbian系统，转入安卓领域。
没过多久，安卓就取代了Symbian成为智能手机操作系统界的新霸主。
2011年第一季度的数据显示，安卓在全世界的市场份额已然全面超越Symbian，成为全球第一。
安卓系统提供海量的软件并且大多能够在应用商店免费进行下载。
同时，安卓系统的本地化做的极好，可以便捷的刷机。
如今，安卓正在全球范围内蚕食原属于iOS和WindowsPhone的市场,在国内市场安卓产品已然占有整个智能机市场76.4%的市场份额，同时，有报告称到2019年安卓系统将占据82.6%的世界市场份额。
目前，随着智能手机的不断渗透，移动应用不断表现出越来越多的流量问题，很多手机用户在使用软件时经常遇到流量偷跑现象。
所以，能够监控手机的流量耗费，使其清晰，直白的被使用者控制成为广泛的用户需求。
本次设计是基于Android的手机流量控制软件，目标是能够实时连续的监测手机流量，方便用户查看自己的流量剩余，从而更好地控制流量的使用。
1.2国内外研究现状
移动英特网的飞速发展极大的方便了人们的工作与生活，同时也影响了人们生活的方式。
然而目前不断涌现的手机病毒和不良应用迫切威胁到了移动英特网的正常发展。
基于这个现状，业内的专家学者开展了一系列与网络流量监控技术相关的研究。
网络流量监控技术通过分析网络流量的特性，从中抽出可以代表网络流量特征的参数，然后对网络流量建模并进行效用分析，以此找到可调控的性能参数，就能够有效的控制流量并提升网络的性能。
基于传统网络的流量监控技术主要有以下4种:
流量镜像协议分析技术、SNMP监控技术、Netflow监控技术和硬件探针分布式监控技术。
流量监控技术主要用于统计流量多少，分析流量构成与检查反常流量。
检查反常流量是其最首要的用途。
经常检查反常流量可以使网络中存在的漏洞及时的暴露出来，是网络健康，可持续发展的重要保证。
在传统网络环境下检查反常流量的方法包括如下三种:
使用统计分析方法检查反常流量、使用数据挖掘方法检查反常流量与利用机器学习方法检查反常流量。
基于以上三种检查反常流量的方法，专家学者们给出了更进一步的构想。
MarinaThottan等人提供了一种基于MIB变量突变分析的检查反常流量的方法。
这种方法采用监控与分析网络流量在MIB变量上的突变情况推断是否产生反常流量。
美国德州大学的S.S.Kim等人提供了一种通过读取解析数据包包头来检查反常流量的方法。
这种方法对目的IP地址相关数据做离散小波变换处理，然后通过计算分析推断是否产生反常流量。
而当前移动英特网环境下的流量监控技术主要被用于在应用层开发监控应用，这类应用的首要目标就是统计本月、本日使用的GPRS流量，同时实时的显示给使用者，使用者据此来判断是否流量使用超额，从而减少损失。
然而实践表明这种方法并不能显著的降低经济损失，因此这种方法还有待改进。
沈才裸等人提供了两种方法：
在应用安装前检测漏洞的方法和在应用运行时监测IPC的方法。
安装前检测方法先检索安卓配置文件AndroidManifest.xml，再根据配置文件组件中的,标签判断应用是否有权限漏洞。
运行时IPC监测方法先更改安卓系统内核，再为安卓系统增加权限监测中间层，最后根据判定准则判断软件间的交互是否合法。
然而这些更改局限于中间层与应用层，不能阻止不良应用的间接访问。
由上述分析可知，前辈学者在研究网络流量监控技术上付出了巨大的努力，但他们的研究更偏重于传统网络，对于移动智能终端在无线英特网环境下的诸如cpu频率，电量使用和内存耗费等特性考虑的不够仔细。
因此，这方面的研究还需要进一步展开。
1.3论文的研究内容
本论文的研究内容为基于Android的手机流量控制软件设计与实现。
具体为：
（1）对捕获的数据包进行解析。
（2）访问操作系统提供的网络性能参数接口，得到网卡总流量、输入流量和输出流量。
（3）提供多种方式显示结果，如曲线图、列表等。
1.4论文的组织结构
本文一共分为六章，其具体组织和内容安排如下：
第1章绪论。
介绍流量监控的研究背景及意义、流量监控的研究现状、论文的研究内容、论文的组织结构。
第2章相关技术。
介绍面向对象程序设计、eclipse开发环境和Android技术。
第3章系统总体方案。
介绍Android应用框架、Android与传统的Win32应用开发的区别、Android应用文件结构和流量监控功能整体需求。
第4章详细设计。
介绍如何在eclipse中利用Java编程语言实现基于Android的手机流量控制软件的设计。
第5章软件测试。
对实现的手机流量控制软件做一个简单的测试，并分析测试结果。
第6章总结与展望。
概述设计成果，对设计做出了展望。
第2章相关技术
2.1面向对象程序设计
Java面向对象程序设计通过构造对象解决问题。
在Java中有一个概念：
一切都是对象。
比如，人就是一种对象。
对象具有一定的物质基础和一定的功能，这两种基本属性在Java语言中体现为其拥有一定的存储单元并具备一定的功能。
Java面向对象的程序设计的过程非常简单。
在此我们介绍一种自顶向下的程序设计方法，当面临需要解决的问题时，首先构造一个类，然后依据已然存在的类（比如之前解决其它问题时构造的类），分析并构造新的类，依次将问题分解下去，而最初构造的类通过运用这些新构造的类，现存的类与根据他们生成的对象来解决需要处理的问题。
这个过程可以不断递归下去，用于新构造的类，直到最后解决需要处理的问题，比如Java的应用程序与小应用程序都必须生成一个入口类用于解决问题。
面向对象程序设计有封装，继承和多态三大特点，这三大特点优化了Java求解方法，保证了程序的复用性，减少了程序的代码量，从而提高了软件的效率。
2.2开发环境及相关技术
2.2.1关于Eclipse
Eclipse是IBM公司开发的用于代替VisualAgeforJava的次世代IDE工具，它本身只是一个框架平台，但它支持极多的插件工具，这使它不仅仅只能用于Java开发，还可以很轻松的支持几乎所有主流语言的开发，甚至能够用于图片的绘制。
目前，Eclipse可以提供C语言开发的功能插件。
同时，由于Eclipse是开源的，也就意味着任何人都可以下载它的源代码并基于此开发自己的功能插件，这使得很多基于Eclipse制作的优秀IDE得以问世，如MyEclipse、Aptana等。
然而，虽说Eclipse是用Java语言编写，理应可以在任意平台上执行。
但是严格来说Eclipse并不是跨平台的，因为它的建置依赖于作业平台的原始图形。
因此要在SWT（StandardWidgetToolkit）移植到该平台后，Eclipse才能在那个平台执行。
但在实际应用中并不会出现问题，因为SWT已然被移植于大部分常见平台，包括Windows，Linux，Solaris，QNX，AIX,HP-UX和MacOSX。
2.2.2Android技术
Android（安卓）系统是手机与平板电脑等终端的操作系统，是当今应用最广泛的系统之一。
如今它已占据八成左右的全球市场份额，是最流行的智能手机系统，目前普遍被应用于智能手机，平板电脑和家用电器，发展前景极好。
图2-1Android系统框架
Android是基于Linux开放性内核的手机操作系统，它可以被分成4个部分：
应用软件、用户界面、中间层和操作系统。
安卓系统使用软件叠层（Software Stack，又称软件堆层）的结构，主要可分成3个部分。
底层使用C语言进行开发，基于Linux2.6内核，仅仅保证最基础的功能；中间层使用C++语言进行开发，包含Library和VirtualMachine。
顶层主要使用Java语言进行开发，所有安装在手机上的应用程序都属于这一层，比如系统自带的联系人、短信等程序。
安卓系统的优势主要体现在以下五个方面：
1.显著的开放性
提及安卓系统的优势，首先应该被想起的就是其开放性，安卓系统欢迎所有移动通信终端生产商的加盟。
其独特的开放性可以发展出更多的开发者，然后不断吸引新的用户，产生更多的应用，这个新的系统就能飞快的发展至成熟。
安卓平台的开放性益于产生海量的软件资源，也正是这点，极大的吸引了用户与生产商。
同时，安卓平台的开放性会带来激烈的竞争，手机价格也会因此降低，用户从中受益。
2.挣脱运营商的束缚
在过去漫长的时间里，尤其是在西方，几乎所有的手机应用都受网络服务供应商控制。
苹果手机面世以后，网络服务供应商对消费者连接网络的控制力下降。
随着移动网络从2G到3G乃至到4G的不断发展，手机随意连接互联网已经成为一种常态。
3.极为丰富的硬件
这一优势究其原因还是在于安卓系统的开放性，依赖于安卓开放的平台，不同的生产商会生产出不同的，各式各样的产品。
这些产品在功能上各有特色，数据却仍旧可以便捷的在产品之间同步，软件与这些产品之间的兼容性也比较好。
4.便于开发商进行开发
安卓系统给第三方开发商提供了一个宽松良好的开发环境。
没有了那些冗杂的规矩的阻碍，各式各样新奇的软件如雨后春笋般涌现出来。
但是，安卓系统的开放性有利也有弊，该如何控制近来不断出现的色情暴力应用与游戏是安卓系统迫切需要解决的问题。
5.与谷歌应用完美结合
谷歌在这十几年间纵横互联网，从一开始搜索引擎的巨擘到全方位的发展互联网应用，用户已经习惯于使用谷歌提供的搜索，邮件与地图等服务，而使用安卓系统的手机与这些出色的谷歌应用之间是完美结合的。
第3章系统总体方案
3.1基本框架
我们首先需要了解的是：
安卓系统的本质是应用框架，而不是普通的OS平台。
如果我们从空间角度去想象OS与应用框架之间的关系，OS（如linux和windows）就像是一张木板床，应用框架则是铺在木板床上的床垫，应用程序就是睡在床垫上的人。
这种设想看似正确，但却忽略了一个重要的事实，那就是用户是通过OS和应用框架来与应用程序进行互动的，这种互动必须是实时交互的，如图3-1所示：
图3-1Android应用框架
3.1.1Android与传统的Win32应用开发的区别
图3-2WIN32应用
图3-3Android应用
安卓是先有事务再有实体，传统的Win32的事务则是由一个实体逻辑通过消息组成的。
因此，Win32的实体能够做什么就通过win平台消息告诉对方做什么，而安卓平台是告诉平台我想做什么，平台才去寻找对应的活动，并且并不一定能找到相应的逻辑体。
3.1.2Android应用文件结构
图3-4Android应用文件结构
Android应用文件结构主要由三个部分组成：
（1）可执行代码，可执行是相对于虚拟机来说的，安卓应用是构建在Java语言之上的，C和C++部分可以通过jni接入。
（2）资源文件，包含图片，数据与活动结构等。
（3）Androidmanifest.xml是整个安卓项目的说明书，告诉平台都有什么，在哪里等。
3.2流量监控功能整体需求
本系统包括三个主要的功能部分：
数据采集模块，信息统计模块和流量绘制模块。
如图3-5所示：
图3-5流量监控系统框架
本次设计的重点主要体现在数据采集模块和界面显示两部分。
首先，数据采集因为可以直接调用类库函数，所以代码并不复杂；难点在于界面的多样化显示，界面是用户感知该应用好坏最直接的方式，如果界面显示不够美观，或者布局杂乱，产品的推广就会受到严重的影响。
第4章详细设计
4.1软件流程图
下面开始详细介绍本次基于Android的手机流量控制软件的设计方法，首先分析下startActivity，即启动一个Activity的流程分析：
图4-1启动一个Activity的流程分析
活动是Android系统的四大组件之一，它是一种可以包含用户界面的组件，主要用于和用户进行交互，比如打电话、照相、发送邮件和查看地图等。
简单来说，我们在应用程序中能看到的内容，绝大多数都是Activity组件提供的。
一个应用程序中可以包含零个或多个活动，但不包含任何活动的应用程序很少见。
在活动liuliangjiankong中使用startActivity跳转到活动mainPage的代码如下：
publicclassliuliangjiankongextendsActivity{
/**Calledwhentheactivityisfirstcreated.*/
publicvoidonCreate（BundlesavedInstanceState）{
super.onCreate（savedInstanceState）;
setContentView（R.layout.start）;
Intentintent=newIntent（）;
intent.setClass（liuliangjiankong.this,MonitoringService.class）;
this.startService（intent）;
newHandler（）.postDelayed（newRunnable（）{
publicvoidrun（）{
//TODOAuto-generatedmethodstub
Intentintent=newIntent（liuliangjiankong.this,
mainPage.class）;
liuliangjiankong.this.startActivity（intent）;
liuliangjiankong.this.finish（）;
}
},3000）;
}
}
4.2UI界面设计
图4-2Layout使用的整体布局
Android总共分为五种布局,分别是FrameLayout（框架布局）、LinearLayout（线性布局）、RelativeLayout（相对布局）、AbsoluteLayout（绝对
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