基于xml的新型即时通讯系统

第42卷 第*期 吉 林 大 学 学 报（工学版） V ol.42 No.* 2012年*月 Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition) *. 2012
收稿日期：2012-2-14
项目基金：国家自然科学基金项目（60973092，60903097，61175023）；吉林大学“985工程”项目；符号计算与知识工程教育部重点实验室项目
作者简介：郑明（1983-），男，博士研究生，研究方向：计算机应用技术和生物信息学. E-m ail: zhengm ing07@m .
通讯作者：刘桂霞（1963-），女，教授.研究方向：计算智能和生物信息学. E-m ail: liugx@.
基于XML 的新型即时通讯系统
郑 明1，沈 威1,2，白 天1，刘桂霞1，宫雷光1,3
(1.吉林大学 计算机科学与技术学院，长春 130012；2. 北华大学 计算机科学与技术学院，吉林 吉林
132021；3. IBM 华盛顿研究中心，纽约 10532，美国)
摘 要：为解决传统即时通讯系统在局域网或企业内安全性不高且效率低下的问题，提出了一种基于改进传输协议
的新型即时通讯系统。

在此算法中主要有两点创新，一个是服务器配置，本文网络系统所采用结构为三服务器协调运作管理模式，此外在多客户端会议过程中融入独特的二叉树形式P2P 查找结构；另一个是传输协议的改进，在传统可扩展标记语言之上构建一种有别于其他任何传输协议的新协议。

新协议会提高局域网内部的传输安全性。

本文算法通过与另外两种公共即时通讯系统在定位查找成功率与不稳定指数之下进行对比与分析，证明新型即时通讯系统具有更高的执行效率。

关键词：计算机应用;即时通讯;安全;二叉树;传输协议 中图分类号：TP393.02 文献标志码：A
Novel instant message system based on XML
ZHENG Ming 1, SHEN Wei 1,2, BAI Tian 1, LIU Gui-xia 1, GONG Lei-guang 1,3
(1. College of Computer Science and Technology in Jilin University, Changchun 130012, China; 2. College of Computer Science and Technology in Beihua University, Jilin 132021, China; 3. IBM Watson Research Center,
New Y ork 10532, USA )
Abstract: In order to resolve the problems of security and inefficiency in LANs or enterprises with traditional instant messaging systems, a novel instant message system with an improved transmission protocol which is based on XML was proposed in this paper. Two innovative points were in the proposed algorithm. The first one is server configuration. The management network structure mode of three servers co-operated was used in this paper. In addition, a novel unique form of binary tree P2P lookup structure was proposed in the model of multi-client meeting. The second one is improved transmission protocol. A novel protocol based on XML which is different from any other protocols was proposed in the new system. The transmission security will be improved by the new protocol. The comparative experiment which contains location lookup rate and unsteadiness between this algorithm and other two algorithms shows that the new model is more efficient and steady.
Key words ：computer application; instant message; security; binary tree; transmission protocol
即时通讯系统[1]即IM(Instant Message)的主要任务是使在同一个网络系统内的终端能够相互即时通讯，网络中的任意一个终端可查看任意一个其他终端的在线，离线或忙碌等状态。

任意两个终端可以相互发送消息，这些消息包括文字，语音，视频
或表情等等。

终端也可以公布新闻并让其他终端查看。

网络系统可以是Internet 或者是其他非连入Internet 的局域网络。

IM 系统的研究始于上个世纪末，第一个即时通讯系统是以色列的ICQ ，随后出现了一系列各种不
网络出版时间：2012-03-23 10:42
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偶数页页码 吉 林 大 学 学 报（工 学 版） 第42卷
同的通讯协议下的IM 系统[2]，包括AOL 公司的AIM [3]，微软公司的MSN [4]，Google 公司的Google talk 以及国内及其著名的腾讯公司的QQ 等等。

各种IM 系统极大地改变了人们的生活和沟通方式，但是现有的IM 系统存在一些显著地缺点，不适合公司内部或局域网内部的安全沟通，使得新的IM 系统必须能够提出并构建。

这些缺点主要体现安全性和沟通效率上，其中安全性是主要的，体现在以下三个方面：
1. 像QQ 、MSN 等使用公共即时通讯系统常常被员工用来和朋友或家人进行聊天，无法保证工作效率。

2.
击。

3. 公共IM 足，由于传统如QQ IM 器功能；输协议的改进与创新主要体现在协议头部分的定义上。

通过本文算法与MSN ，AIM 两种不同协议的即时通讯算法在定位查找成功率与不稳定指数UST(Unsteadiness)[6]的对比下，证明了本文算法具有更高的执行效率。

同时独特的通讯协议与服务器配置使得本文算法在安全性上得到更高的保障。

1 算法模型
1.1 服务器配置与网络结构
在服务器的配置上，本文算法采用的是一种三服务器协调控制的网络结构，结构如图1所示。

在
图1所示本文服务器配置图中，客户端只知道认证服务器的地址。

客户端要进入网络时，首先连接到认证服务器进行认证。

会话过程为认证客户端的用户名和密码是否正确，如果错误则断开连接并拒绝发送认证标签，如果正确则向用户发送广播服务器的网络地址和认证标签。

在认证服务器会话过程中，此连接是一次性会话过程，会话结束后自动断开，在图中用虚线表示。

如果本地客户端可以找到广播服务器并可以拥有认证服务器发送的认证标签时直接连接到广播服务器，并发送本机的在线消息，此连接在整个客户端运行过程中均处于连接状态，这数量上的限制，就可以在单服务器上开三个端口来模拟三服务器。

在服务器配置上采用的的是Jabberd2系统[7]。

为了能够加强即时通讯的安全性，同时优化通讯效率，在转换服务器之中引入了一种特殊的二叉树形式P2P 即时通讯会议过程。

当需要网络中多个用户进行即时通讯会议时，不进行聊天室的构建过程，而是为所有客户端建立统一的二叉树的查找结构，每个客户端只记录父节点与子节点，根节点为管理员，即整个通讯会议过程只有一个管理员。

当在会话过程中需要新加入节点时按照广度搜索[8]加入最后一个位置。

整个P2P 网络结构如图2所示。

第*期郑明，等：基于XML的新型即时通讯系统 奇数页页码
值得注意的是网络节点的删除操作，如果在会议中网络中某个客户端需要退出，就需要进行网络的重新构建，按照数学结构的合理角度考虑应该把需要删除的节点的子节点都进行重新排序，但这样作则会影响运行效率，从效率考虑本文的方式定义如下：
1. 如果退出节点为会议管理员，则会议解散。

2. 如果退出节点为二叉树结构叶节点，网络结构不变。

3. 如果退出节点为非1，2所述节点，则退出节点的左节点的父节点变更为退出节点的父节点，退出节点的右节点若不为空则设置其父节点为退出
1.2
题就是通讯协议的传输协议。

协议中的协议头与有效负荷的定义将直接影响安全性与传输效率。

传输的方式基本上有两种，一种是二进制的传输协议，这种协议的安全性最高，效率也是最高，但是对于调试和解析需要极大思维难度，实现起来也较为困难。

目前采用这种协议的算法也极为有限，比较典型的是YMSG[9]( Yahoo Messenger)通讯算法的协议。

另一种协议方式是在网络应用层拥有的基于文字的协议方式。

这种方法的主要优点是贴近人类语言，易于编写，调试与设计。

本文所采用的协议就是基于文字的方式。

目前基于文字的协议主要有四种，分别为：IMPP[10](Instant Message Presence Protocol)、PRIM[11](Presence and Instant Messaging Protocol)、SIMPLE[12](SIM Instant Message and Presence Leveraging Extensions)以及XMPP[13](Extensible Messaging and Presence Protocol)。

在这其中，IMPP 已经成为一种最基本元素融入其他三种协议中，而PRIM协议与SIMPLE和XMPP协议很相似，但因为其自身的一系列缺点已经不再使用。

SIMPLE的优点是多媒体传输有更强的活力。

而XMPP协议是基于XML的可扩展协议，有更高的灵活性。

SIMPLE 和XMPP是目前IM使用的主流，尤其是XMPP的使用已经相当普遍。

但是由于使用的过于泛滥，安
>。

事
图客户端通讯部分协议内容实例
在图3所示客户端登陆实例中，第一条协议内容表示当前客户端所用协议版本号1.0，事物ID为9。

第二条协议内容表示本地客户端IP地址为192.168.1.105，端口号为8901，事物ID为10。

值得注意的是与认证服务器的连接是控制流，即没有有效负荷，因此只有协议头部分。

在图4所示的两个客户端之间的通讯部分协议实例中，第一条表示为文字通讯，事物ID为301，对方ID为Cat，文字通讯内容为Hello。

第二条为文件传输，事物ID为302，对方ID为DOG，传输的文件为C:\files.doc。

从以上描述可见，相对于XMPP而言，本文从XML出发，重新构建的通讯协议更加简化，且有别
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于现有所有通讯协议，提高了安全性，增加了通讯
效率，适合于企业内部或安全性要求特殊的局域网
内部通讯。

2 实验测试与对比
衡量IM通讯效率的重要指数有两个，一个是
定位查找成功率，一个是不稳定指数UST，本文算法就这两个指数与AIM和MSN这两个公共即时通讯系统进行对比与测试，并进行总结和图示。

图5为定位查找成功率随着网络客户端退出百
分比变化而变化的折线图。

图中给出了本文算法，AIM和MSN三种不同算法的对比结果。

在图5中，星号表示本文算法对应的定位查找成功率，直线表示AIM的定位查找成功率，圆圈带边MSN的定位查找成功率。

从图中可以看出，在节点退出率不超过50%的时候，三种算法的定位查找成功率差异不大，甚至AIM的定位查找成功率在30%-40%之间的时候超过本文算法。

但是当节点退出率超过50%之后，本文算法有更稳定的表现，定位查找成功率更高，更能准确找到所需寻找的客户端。

图5 定位查找成功率对比图
Fig.5 Comparative results of location lookup performance
IM系统的另一个重要指标就是不稳定指数(UST)[6]，UST指的是IM系统在定位查找成功的前提下IM系统发生错误的百分比。

所以好的IM系统的UST基本上不会影响定为查找成功率，即发生错误与否都将保持定位查找成功。

所以在曲线图上定位查找成功率都不会随着UST的变化而变化太多。

现将三种算法的相应定位查找成功率随UST变化而变化的对比图总结如图6所示。

在图6中，星号表示本文算法对应的定位查找成功率，直线表示AIM的定位查找成功率，圆圈带边MSN的定位查找成功率。

从图中可以看出本文算法与MSN的定位查找成功率均不受UST的影响而发生变化，且这两种算法的定位查找成功率区别不大。

但是AIM系统的定位查找成功率严重受到UST的影响而发生变化，UST越大，定为查找成功率越低。

所以从UST角度来讲，本文算法优于AIM，而与MSN都一样较为出色。

图6 UST对定位查找成功率影响对比图Fig.6 Comparative results of location lookup performance
influenced by UST
3 结束语
为了解决局域网公共IM安全性不高和捆绑娱乐内容的IM效率低下问题。

本文创新的提出并实现了一种基于XML的新IM系统。

此系统主要体现在两方面，一个是服务器的设置，主要采用的是三服务器的协调运行模式：认证服务器，广播服务器和转换服务器，同时在会议中融入了更多的P2P因素，提高了通讯效率；另一个是传输协议的创新，所采用的是基于XML下的传输协议，兼顾了安全性和速度两个核心任务。

本文算法通过与AIM与MSN两种不同协议的即时通讯算法在定位查找成功率与不稳定指数的对比，证明了本文算法具有较高的通讯效率。

同时独特的通讯协议与服务器配置使得本文算法在局域网和企业内通讯的安全性上得到更高的保障。

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