CN103269358A - 一种机会网络下的视频流共享方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机会网络下的视频流共享方法，其中，作为发送方的数据源智能终端设置视频流文件的属性信息；发送方和接收方建立应答机制，数据源智能终端接收到作为接收方的邻居设备返回的文件名和断点信息后，从断点处向邻居发送视频流文件，邻居设备接收到文件的同时，实时改变已接收视频流文件的断点信息；机会网络中的所有智能终端经过不断的存储转发，直至所有智能终端收到视频流文件。本发明弥补了当前WiFi无法支持第三方“断点续传”文件的不足，不但支持双方的“断点续传”机制，还可以接收来自第三方的断点文件，从而提高了网络的数据转发量，减少了数据传输过程中移动设备的功耗和网络负载，增强了机会网络下数据传输的实用性。

Description

一种机会网络下的视频流共享方法

技术领域

本发明涉及视频流共享方法，具体涉及一种机会网络下的视频流共享方法。

背景技术

机会型网络是继移动自组织网和无线传感器网络之后在无线网络领域中兴起的又一新的研究热点。在机会网络中，由于节点稀疏分布且快速移动，源节点和目的节点间不存在一个完全连通的路径，网络时断时连，节点需要转发的数据存储在本地，等待与其他节点运动到邻近的机会来交换数据，达到网络通讯的目的。

机会网络有许多具体的应用场景，比如，在边远山区、沙漠等人烟稀少地区，出于成本问题等经济因素考虑，部署互联网等传统网络是不现实的。近年来随着移动通信和计算机通信技术的快速发展，一些移动终端设备(如智能手机、PDA等)的功能也越来越丰富，并且拥有了嵌入式操作系统、蓝牙通信、GPS定位、WiFi通信、视频摄像头等功能，同时也具备了较强的数据计算和处理能力。其中，WiFi在掌上设备上应用越来越广泛，与早前应用于手机上的蓝牙技术不同，WiFi具有更大的覆盖范围、低廉的成本和更高的传输速率等优势，因此具备WiFi功能的智能终端已成为目前移动通信业界的时尚潮流。因此，在自然条件受限的环境中，人们可以利用机会网络来快速传递信息，用户通过WiFi终端互连即可完成消息的快速覆盖。尽管WiFi智能终端设备的广泛普及为移动网络环境下多节点间的大量视频流共享提供了技术支持，然而，由于设备的移动性、设备覆盖密度的可变性和无线设备间通信干扰导致传输距离不确定性等因素使得网络通信面临着巨大的挑战。

多媒体视频流不同于普通信息，其服务质量要求很高。服务的多样性决定了多媒体视频流具有独特的技术挑战：(1)资源受限。资源受限主要体现在节点能量、带宽、内存、缓存大小、处理能力以及发送功率等方面。(2)多种服务：不同种类的对服务质量的要求不尽相同，需要综合考虑并设计出尽可能同时满足多种业务流的服务质量保障机制。(3)海量数据：节点发送的音视频数据量大，多相邻节点间采集大量的冗余数据，造成有限网络资源的浪费，需要采用数据融合降低冗余节约能量。(4)实时性：多媒体信息对传输的时延要求很高。能否有效解决多媒体的实时传输问题，是网络实用化的关键。(5)平滑抖动：音视频的实时应用对于抖动十分敏感，即使是非常小的抖动也会给语音和视频的实时应用带来不可忽视的影响。

机会网络环境下，通常采用信息扩散的方法来实现信息共享，即力争在最短时间段内，实现更多节点的信息可达传输，从而实现信息全空间范围内的共享。针对机会网络下的数据共享问题，国内外研究人员提出了一些数据路由算法，例如，FirstContact和Direct Delivery算法基于转发策略，该类路由算法报文在传输过程中，节点不会对其进行复制，网络中只有一个报文副本在传输。Direct Delivery算法源节点仅在遇到目标节点时将报文交付给下一个节点，而First Contact算法源节点将报文交付给它遇到的第一个节点。

Epidemic和Spray and Wait算法基于泛洪策略，在该类路由算法中，当两节点相遇时向对方复制报文，并可通过限定报文的生存周期或副本数量来避免过度泛洪。Epidemic算法的思想是当2节点相遇时交换对方没有的报文，经足够的交换后，理论上每个非孤立节点将收到所有报文，从而实现报文的传输。改算法的优点是能最大化报文传输的成功率，减少传输延迟，缺点是网络中存在大量的报文副本，会大量消耗网络资源。

Spray and Wait算法分为2个阶段：Spray阶段，源节点中的部分报文被扩散到邻居节点；Wait阶段，若Spray阶段没有发现目的节点，那么包含报文的节点通过DirectDelivery方式把报文传送到目的节点。该算法优点是传输量显著地少于Epidemic算法；传输延迟较小，接近于最优；有更好的可扩展性，无论网络的规模大小、节点密度如何改变，都能保持较好地性能。

发明内容

为了弥补现有WiFi技术不支持“第三方”节点断点续传机制的不足，本发明提供一种机会网络下的视频流共享方法，包括如下步骤：

步骤一、网络信息感知：每个智能终端不断地、周期性地发送探测包，同时接收其他智能终端的探测包，得到设备的感知信息表；

步骤二、数据源智能终端设置视频流文件的属性信息，将待传输的数据以字节为基本单位进行分块并编号；

步骤三、数据源智能终端监听并探测邻居设备，建立连接后，向邻居设备发送控制消息，告知对方准备接收文件，其中，若邻居设备无响应消息，则回到监听状态；若邻居设备返回确认消息，则转到步骤四；

步骤四、数据源智能终端向邻居设备发送视频流文件的属性信息，邻居设备收到后，检查其缓冲区所含文件的属性信息：若其缓冲区无该视频流文件，则从数据源智能终端接收的文件属性信息中拷贝文件名(fileName)发送至数据源智能终端；若其缓冲区已有该视频流文件，则检查自身已接收该视频流文件的接收程度，并根据所述接收程度返回相应的反馈信息至该数据源智能终端；

步骤五、当所述反馈信息包括文件名和断点信息时，若该文件名不存在于该数据源智能终端的缓冲区中，表明该源智能终端无法向对方提供发送视频流文件的服务，否则，进行如下判断：

若该数据源智能终端的缓冲区内的视频流文件满足：breakPoint_s＝fileLength_s，则判断该数据源智能终端拥有完整的视频流文件，转到步骤六；

若该数据源智能终端的缓冲区内的视频流文件满足：breakPoint_s＜fileLengh_s，则判断该数据源智能终端拥有部分视频流文件，此时，如果breakPoint_s＜breakPoint_d，数据源智能终端不向该邻居设备发送视频流文件；如果breakPoint_s＞＝breakPoint_d，转到步骤六；

其中，breakPoint_s和fileLength_s分别为数据源智能终端中该视频流文件的断点信息和文件长度，breakPoint_d为邻居设备中已有的该视频流文件的断点信息；

步骤六、数据源智能终端发送视频流文件：数据源智能终端对其拥有的该视频流文件进行检索，找到对应的“断点”，从“断点”处向邻居设备循环发送视频流数据块；

步骤七、邻居设备接收视频流文件：邻居设备进行数据块的循环接收，直到接收完毕所有数据块为止。

步骤八、机会网络中的所有智能终端在移动环境下经过不断地存储转发，直至全部智能终端收到完整视频流文件为止。

本方法可以从已经上传或下载的数据部分开始继续上传下载后面部分的数据，而不必重新开始上传下载，保证文件稳定、可靠地在网络中传输。

附图说明

图1为本发明一种机会网络下的视频流共享方法的系统结构示意图；

图2为本发明一种机会网络下的视频流共享方法的总体流程图；

图3为本发明一种机会网络下的视频流共享方法中，数据源智能终端从“断点”处向邻居设备发送视频流文件的流程示意图；

图4为本发明一种机会网络下的视频流共享方法中，邻居设备从“断点”处接收数据的流程示意图；

图5为在“单源视频流发送”下本发明一种机会网络下的视频流共享方法与传统Wifi数据传输相对比的节点接收数据——时间直方图；

图6为在“三源视频流发送”下本发明一种机会网络下的视频流共享方法与传统Wifi数据传输相对比的节点接收数据——时间直方图；

图7为在“单源视频流发送”下本发明一种机会网络下的视频流共享方法与传统Wifi数据传输相对比的信息扩散度——时间折线图；

图8为在“三源视频流发送”下本发明一种机会网络下的视频流共享方法与传统Wifi数据传输相对比的信息扩散度——时间折线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施步骤对本发明进一步详细说明。

图1为本发明一种机会网络下的视频流共享方法的系统结构示意图。为了反映出机会网络中用户的真实运动，在一个特定实例中，采取真实生活环境进行数据的获取和分析，测试区域为陕西师范大学内1000m×1000m的校园区域，其中包括学生宿舍、图书馆和教室。配备智能终端的用户在该区域内自由移动，移动尽量满足Random Way-Point移动模型，该模型定义为：在移动区域内随机取起始点S和目的点D。随机取移动速度v∈(v_min，v_max)，随机速度v从S沿直线移动到D，其中，v_min是节点最小移动速度；v_max是节点最大移动速度。在D随机选取一个暂停时间t_pause∈(t_min，t_max)，其中t_min是节点最小暂停时间；t_max是节点最大暂停时间。节点以随机速度v从S沿直线移动到D，暂停t_pause时间后，这样就完成了一个运动过程。之后，将本次的目的点D作为下次运动的起始点S，进行下一个运动过程，如此反复，直到仿真结束为止。

仿真拓扑包括50名配备智能终端的学生，学生在该区域内自由移动，学生移动尽量满足Random Way-Point模型，移动速度取值范围为(0～1.5)m/s，停止时间为10s，实验测试时间为20分钟，智能终端间通过WiFi无线互连。智能终端的操作系统为Android(2.2版本及其以上)，每部智能终端安装有自行开发的MOSVS软件。MOSVS软件使用Java语言设计开发，编译后的MOSVS转化成mosvs.apk安装文件，安装在各个智能终端上。选定传输的多媒体视频流文件大小为11MB。

MOSVS的图形用户接口(GUI)主界面可向用户提供视频流的创建、视频流发送、视频流接收、视频流断点续传和视频流信息统计。除此之外，MOSVS还可以帮助用户感知和连接其他智能终端设备，同时用户可进行手动或自动发送视频流文件的设置。在视频流传输过程中，用户还可以实时看到文件传输进度和其他信息。通过GU提供的“数据信息”界面，可以显示智能终端接收的多媒体文件的统计信息。

下面结合附图和实施步骤对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施步骤。如图2所示，一种机会网络下的视频流共享方法，包括如下步骤：

步骤一、网络信息感知。

每个智能终端不断的、周期性地发送探测包，同时接收其他移动智能终端的探测包，得到设备的感知信息表。本方法中感知模型采用圆盘模型，即0/1模型，该模型是最常用、最基本的一种节点模型。设部署于点(x_s，y_s)的节点s与位于(x_p，y_p)的任意点p的欧式距离为d(s，p)，则0/1模型可表示为

$C_p\left(s\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& d(s,p)<S_{\mathrm{Range}}\\ 0& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中个，S_Range为智能设备的探测半径。

步骤二、数据源智能终端设置视频流文件的属性信息，并把文件信息存入专门用于保存文件信息的类中。文件属性信息包括：fileName，filePath，fileType，fileLastChangeTime，fileLongth，breakPoint，sendTime，receivedTime。发送方将待传输的数据以字节为基本单位进行分块并编号，起始指定块号可以是0，也可以是任意一个有效范围内的块号。也就是说，发送方的视频数据被分为n块，那么起始块号的取值范围为：0～n-1。请求的块数的取值范围为：0～n-1。协议中规定，请求块数默认值为0，表示从起始块号开始到n-1块传输完毕为止。发送方和接收方建立应答机制，在传输过程中从指定的块号开始传输直到所请求的块数传输完毕为止。接收消息的智能终端根据本身接收的信息不断调整已接收文件的断点长度，确定信息的接收程度。若欲接收的文件断点长度小于已接收的文件长度，则消息为接收状态(Received)，否则，文件为接收完毕状态(Finished)。

步骤三、拥有消息的智能终端监听并探测邻居设备，建立连接后，向邻居设备发送控制消息，告知对方准备接收文件。若邻居设备无响应消息，则回到监听状态。若邻居设备返回确认消息，则转到步骤四。

步骤四、拥有视频流文件的智能终端向邻居设备发送文件的属性信息，邻居设备收到后，检查其缓冲区所含文件的属性信息，若其缓冲区无该视频流文件，则会从消息源智能终端发送的文件属性信息中拷贝文件名fileName发送至消息源智能终端；若邻居设备缓冲区已有该视频流文件，则邻居设备比较自身已有视频流文件的长度fileLength_d和断点信息breakPoint_d，依照比较结果进行如下操作：

breakPoint_d＜fileLength_d，表明该邻居智能终端之前接收了不完整的视频流文件，需要接收后续文件，此时该邻居智能终端返回文件名fileName_d和断点信息breakPoint_d至源智能终端。

breakPoint_d＝fileLength_d，表明该邻居智能终端之前已经接收了完整的视频流文件，无需再重复接收视频流文件，此时则返回无需接收的反馈回应。

步骤五、拥有视频流文件的源智能终端接收到邻居返回的文件名和断点信息后，若返回的文件名不存在其缓冲区中，此时，表明该源智能终端无法向对方提供发送视频流文件的服务，否则，进行如下操作：

若其拥有完整的视频流文件，即缓冲区内的视频流文件满足：breakPoint_s＝fileLength_s，则拥有视频流文件的智能终端根据返回的邻居断点信息，对其拥有的文件进行检索，找到其文件对应的“断点”处，从“断点”处向邻居设备发送后续视频流文件，转到步骤六。

若其拥有部分视频流文件，即缓冲区内的视频流文件满足：breakPoint_s＜fileLength_s，此时，如果breakPoint_s＜breakPoint_d，表明邻居设备缓冲区中的该文件比发送方拥有的文件要大，那么发送方不向邻居设备发送视频流文件；如果breakPoint_s＞＝breakPoint_d，表明发送方缓冲区中的该文件比邻居设备拥有的文件要大，此时，转到步骤六。

步骤六、数据源智能终端发送视频流文件：数据源智能终端对其拥有的该视频流文件进行检索，找到对应的“断点”，从“断点”处向邻居设备循环发送视频流数据块，如图3所示。

步骤七、邻居设备接收视频流文件：邻居设备向数据源智能终端发送预接收文件名(fileName)和断点信息(breakPoint_d)后处于等待状态，同时进行超时判断，当超时计数器(Counter)大于设定的阈值M时，断开双方连接；否则，进行数据块的循环接收，直到接收完毕所有数据块为止。同时，邻居设备在接收文件前，还进行有效性验证，通过验证文件名和断点信息，来确定是否接收。邻居设备接收数据的过程，如图4所示。

步骤八、机会网络中的所有智能终端在移动环境下经过不断地存储转发，直至全部智能终端收到完整视频流文件为止。

如图5、图6所示，分别为“单源视频流发送”和“三源视频流发送”下本发明一种机会网络下的视频流共享方法与传统Wifi数据传输相对比的节点接收数据——时间直方图。其中，“单源视频流发送”和“三源视频流发送”分别为网络最初拥有完整视频流文件的源智能终端数目。本方法在设备移动的情况下表现出较好的数据接收性能，缓冲区队列数据量越大，表明网络具有更好的数据存储转性能。这是由于本方法弥补了当前WiFi无法支持第三方“断点续传”文件的不足，不但可以支持双方的“断点续传”机制，还可以接收来自第三方的断点文件，从而提高了整个网络的数据转发量。

如图7、图8所示，分别为“单源视频流发送”和“三源视频流发送”下本发明一种机会网络下的视频流共享方法与传统Wifi数据传输相对比的信息扩散度——时间折线图。信息扩散度定义为，网络信息扩散的程度，即完整接收信息的终端节点和网络总节点的比值。信息扩散度越大，表明有更多的终端节点完整接收了源数据文件，则网络的数据传输效率更高。本方法在设备移动的情况下表现出较好的信息扩散性能。这是由于本方法支持第三方“断点续传”文件机制，单位时间内节点接收的数据量会增多，节点完整接收源文件的机会相应增大。

在此方法中，网络由具备WiFi的智能终端采用随机移动的方式构建而成，智能终端间通过存储-转发视频流文件实现信息的全网扩散，弥补了当前WiFi无法支持第三方“断点续传”文件的不足。进一步地，本发明利用WiFi的节点周期广播，提高了发布效率。在数据转发阶段，本发明对转发的数据设置“断点”信息，节点可从已经上传或下载的数据部分开始继续上传下载后面部分的数据，而不必重新开始上传下载，同时，断点续传的数据来源不一定为同一节点，也可以是“第三方”节点。

Claims (6)

1.一种机会网络下的视频流共享方法，包括如下步骤：

步骤一、网络信息感知：每个智能终端不断地、周期性地发送探测包，同时接收其他智能终端的探测包，得到设备的感知信息表；

步骤二、数据源智能终端设置视频流文件的属性信息，将待传输的数据以字节为基本单位进行分块并编号；

步骤三、数据源智能终端监听并探测邻居设备，建立连接后，向邻居设备发送控制消息，告知对方准备接收文件，其中，若邻居设备无响应消息，则回到监听状态；若邻居设备返回确认消息，则转到步骤四；

步骤四、数据源智能终端向邻居设备发送视频流文件的属性信息，邻居设备收到后，检查其缓冲区所含文件的属性信息：若其缓冲区无该视频流文件，则从数据源智能终端接收的文件属性信息中拷贝文件名(fileName)发送至数据源智能终端；若其缓冲区已有该视频流文件，则检查自身已接收该视频流文件的接收程度，并根据所述接收程度返回相应的反馈信息至该数据源智能终端；

步骤五、当所述反馈信息包括文件名和断点信息时，若该文件名不存在于该数据源智能终端的缓冲区中，表明该源智能终端无法向对方提供发送视频流文件的服务，否则，进行如下判断：

若该数据源智能终端的缓冲区内的视频流文件满足：breakPoint_s＝fileLength_s，则判断该数据源智能终端拥有完整的视频流文件，转到步骤六；

若该数据源智能终端的缓冲区内的视频流文件满足：breakPoint_s＜fileLength_s，则判断该数据源智能终端拥有部分视频流文件，此时，如果breakPoint_s＜breakPoint_d，数据源智能终端不向该邻居设备发送视频流文件；如果breakPoint_s＞＝breakPoint_d，转到步骤六；

其中，breakPoint_s和fileLength_s分别为数据源智能终端中该视频流文件的断点信息和文件长度，breakPoint_d为邻居设备中已有的该视频流文件的断点信息；

步骤六、数据源智能终端发送视频流文件：数据源智能终端对其拥有的该视频流文件进行检索，找到对应的“断点”，从“断点”处向邻居设备循环发送视频流数据块；

步骤七、邻居设备接收视频流文件：邻居设备进行数据块的循环接收，直到接收完毕所有数据块为止；

步骤八、机会网络中的所有智能终端在移动环境下经过不断地存储转发，直至全部智能终端收到完整视频流文件为止。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中，优选的，感知模型采用圆盘模型，即0/1模型：

设部署于点(x_s，y_s)的节点s与位于(x_p，y_p)的任意点p的欧式距离为d(s，p)，则0/1模型表示为

$C_p\left(s\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& d(s,p)<S_{\mathrm{Range}}\\ 0& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

式中，S_Range为智能设备的探测半径。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述视频文件的属性信息包括：文件名(fileName)、文件路径(filePath)、文件类型(fileType)、文件最后修改时间(fileLastChangeTime)、文件长度(fileLength)、断点(breakPoint)、发送时间(sendTime)和接收时间(receivedTime)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤四中，邻居设备检查自身已接收该视频流文件的接收程度，根据所述接收程度返回相应的反馈信息至该数据源智能终端具体为：

邻居设备比较自身已有视频流文件的长度fileLength_d和断点信息breakPoint_d，若breakPoint_d＜fileLength_d，表明该邻居设备之前接收了不完整的视频流文件，需要接收后续文件，此时返回包含文件名fileName_d和断点信息breakPoint_d的反馈消息至数据源智能终端；若breakPoint_d＝fileLength_d，表明该邻居设备之前已经接收了完整的视频流文件，无需再重复接收视频流文件，此时返回无需接收的反馈消息。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，邻居设备向数据源智能终端返回了包含欲接收视频流文件的文件名和断点信息的反馈消息后，等待从数据源智能终端接收视频流文件数据块；所述步骤七中，邻居设备进行未接收到数据的超时判断，当超时计数器大于设定的阈值M时，断开与数据源智能终端的连接。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤七中，邻居设备在接收文件前，还进行有效性验证，通过验证文件名和断点信息来确定是否接收。

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