CN103685468B - 基于自组织网络的移动终端协作下载方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于自组织网络的移动终端协作下载方法，包括步骤：主下载用户通过蜂窝网获取目标文件基本信息并向管理服务器发送该信息；管理服务器计算主下载用户所需付出代价；主下载用户描周围用户并建立Bluetooth管理网；主下载用户组建WiFi传输网；主下载用户与协助下载用户通过蜂窝网请求目标文件的下载；WiFi传输网中的各个用户开始数据段的下载，协助下载用户向主下载用户进行数据转发；下载结束后各用户向管理服务器上传下载记录；管理服务器根据各个协助下载用户的下载记录，给各个协助下载用户分配一定的代价。本发明通过协作下载机制，利用空闲客户端的资源，实现高效地下载。

Description

基于自组织网络的移动终端协作下载方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体地，涉及一种基于自组织网络的移动终端协作下载方法。

背景技术

高速发展的现代移动通信技术使得人们可以通过手机、笔记本电脑等移动设备通过无线网络方便地访问互联网。通过无线终端获得网络服务也已成为日常生活的重要组成部分。其中，蜂窝网能够为用户提供随时随地的上网服务，用户可以通过蜂窝数据链路浏览网页或下载数据。

但是，目前无线蜂窝网络所提供的数据传输服务仍存在以下问题：首先，目前很多蜂窝网络运营商所提供的无线数据业务存在流量限制。例如，月套餐中规定用户每月最多只能使用固定数额的蜂窝网络数据流量。截止到月底尚未使用的流量将不能再使用，而超支的流量需要用户支付昂贵的费用。因此，对于每月使用数据流量不固定的用户来说，在用使用设备通过蜂窝网络上网时需要关注自己剩余的蜂窝网数据流量，以免超出规定的流量数额从而支付大量费用。其次，虽然用户对蜂窝网下载速率的要求越来越高，但蜂窝网络运营商所能提供的传输带宽往往无法满足用户的需要。同时，普通的蜂窝网络的数据传输还存在速率不稳定问题。

因此，如何在避免对蜂窝网基础设施进行改造的前提下提高用户通过蜂窝网访问互联网的速率，是一个值得研究的问题。目前，移动终端的协作下载机制正受到广泛的关注。我们可以通过利用空闲移动终端的蜂窝网链路，实现同时通过多个蜂窝数据链路进行下载的功能。此时，数据流量不足的用户可以通过使用他人的蜂窝数据链路以节约自身的流量，同时获得更高的下载速度。为了保证用户间的公平性，还需要运用虚拟货币或积分制度，使利用他人数据链路的用户付出一定代价，并对贡献数据流量的用户做出补偿。

经过对现有技术文献的检索发现，M.Ramadan等2008年在InternationalSymposium on Personal,Indoor and Mobile Radio Communications发表的“Implementation and evaluation of cooperative video streaming for mobiledevices”中提出了基于合作下载的视频分享机制，但该机制要求所有参与用户都相互认识并主动组成无线局域网，因而应用场景受到了极大限制。L.Keller等2012年在International Conference on Mobile Systems,Applications,and Services发表的“MicroCast:cooperative video streaming on smartphones”中提出了一种利用手机之间无线通信实现的视频协作下载加速机制。但该机制要求所有参与用户都希望下载同一个视频，该条件在大部分情况下都得不到满足，因而有很大的局限性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于自组织网络的移动终端协作下载方法，通过利用移动终端上的蜂窝网络接口（3G/4G接口）、Bluetooth网络接口以及WiFi网络接口，使得这三个网络接口协同工作，提高移动终端用户的上网体验和下载速度。

根据本发明提供的基于自组织网络的移动终端协作下载方法，包括步骤：

步骤1：主下载用户获取目标文件基本信息并向管理服务器发送该信息；

步骤2：管理服务器计算主下载用户所需付出代价，如果主下载用户剩余代价值足够则进入步骤3执行，否则结束；

步骤3：主下载用户使用Bluetooth端口扫描周围用户并建立Bluetooth管理网；第一次扫描结束后进入步骤4执行，但主下载用户的扫描动作一直持续至步骤5结束；

步骤4：根据实际网络环境，主下载用户从Bluetooth管理网中选出部分协助下载用户，组建WiFi传输网；该WiFi传输网络中的协助下载用户通过接入主下载用户的WiFi移动热点实现WiFi数据传输；

步骤5：主下载用户与协助下载用户通过蜂窝网请求目标文件的下载；请求失败的用户将从WiFi传输网中删除；

步骤6：WiFi传输网中的各个用户开始数据段的下载，协助下载用户向主下载用户进行数据转发；如果出现协助下载用户意外离开的状况，则从Bluetooth管理网中选取新的协助下载用户加入WiFi传输网；

步骤7：下载结束后各用户向管理服务器上传下载记录；

步骤8：管理服务器根据各个协助下载用户的下载记录，给各个协助下载用户分配一定的代价。

优选地，所述步骤1包括如下步骤：

步骤1.1：主下载用户通过蜂窝网访问因特网，在选定需要获取的目标文件后，获取该目标文件的地址及大小；随后，主下载用户向建立在因特网上的管理服务器上传目标文件的地址及大小并请求开始下载过程。

优选地，所述步骤2包括如下步骤：

步骤2.1：管理服务器根据主下载用户发送过来的目标文件信息，计算该次下载所需的基本代价P₁，如下式所示

P·＝F·p₀

其中，F为目标文件的大小，p·为正常数，表示系统设定的单位大小数据的单价；

步骤2.2：管理服务器根据主下载用户的历史协作下载行为，为主下载用户计算一个惩罚值，用M表示：

$M=\frac{D}{R}$

其中，D表示主下载用户在过去的协作下载行为中总共下载过的数据量，R表示主下载用户在过去的协作下载行为中总共协助其他用户下载过的数据量；

步骤2.3：管理服务器得出主下载用户应该为本次协作下载付出的代价P_A为

P_A=(1+γ)^M·P₁

其中，γ为正常数值，由管理服务器决定；M为上述的惩罚值；

步骤2.4：管理服务器查询主下载用户的剩余代价值，如果剩余代价值足够支付P_A，则允许主下载用户下载，反之则禁止主下载用户下载；管理服务器将该结果返回给主下载用户。

优选地，所述步骤3包括如下步骤：

-协助下载用户与主下载用户建立Bluetooth连接；连接建立后，该协助下载用户将自身信息发送给主下载用户，主下载用户将该协助下载用户添加为Bluetooth管理网中的候选协助用户，自身信息包括剩余电量信息；

所述步骤4包括如下步骤：

步骤4.1：主下载用户开始建立WiFi传输网；主下载用户开启WiFi移动热点AP功能，并随机生成服务集标识符SSID及密码；

步骤4.2：主下载用户从Bluetooth管理网选取剩余电量最多的候选协助用户，并将SSID及密码通过Bluetooth连接发送至该用户；该用户随后开启WiFi功能，并根据该SSID及密码连接至主下载用户的移动AP；此时，主下载用户将该用户列为WiFi传输网中的协助下载用户，并从Bluetooth管理网中删除。

优选地，在下载结束前，主下载用户会继续对周围用户进行扫描并邀请新的用户加入Bluetooth管理网；扫描的间隔服从自适应策略，即：当前后两次扫描的结果没有差别时，下次扫描开始前的时间间隔变为当前扫描间隔的多倍直到上限；反之，如果前后扫描结果有差异则时间间隔将会缩减直到下限。

优选地，所述步骤6包括如下步骤：

步骤6.1：主下载用户将一个下载任务分配给该协助下载用户，所述一个下载任务是指，目标文件中的一段需要下载的固定长度的数据段，包含目标文件的统一资源定位符URL以及所需数据段的开始、结束位置；

步骤6.2：协助下载用户根据该下载任务，通过蜂窝网连接从因特网下载所需数据段，并通过WiFi连接直接转发给主下载用户；当一个下载任务完成时，主下载用户会继续分配新的下载任务给该协助下载用户，直到文件已完全下载完毕。

优选地，对于主下载用户自身以及每个协助下载用户，当协助下载用户已完成前一个下载任务并处于空闲状态时，主下载用户向协助下载用户分配下一个下载任务，直至文件已下载完毕；期间，如果出现某个正在下载的任务超时，则该任务会被取消，并被作为新任务重新分配；若主下载用户与某一协助下载用户间的WiFi连接出现中断，则认为该协助下载用户已离开WiFi传输网；此时，主下载用户会从Bluetooth管理网选取新的用户成为新的协助下载用户。

优选地，所述步骤8包括如下步骤：

步骤8.1：管理服务器根据各个用户发送过来的信息，分别为每个协助下载用户计算一个贡献权值p_i，即

$p_i=\frac{p_0}{1+A\×E_i},E_i\∈\left[\mathrm{0,1}\right]$

其中，E_i表示第i个参与下载的用户的电池剩余电量的百分比，A是一个由管理服务器给定的一个正常数值，p₀为正常数，表示系统设定的单位大小数据的单价；则第i个参与下载的用户所能获得的代价由下式决定：

$P_{C_i}=\frac{p_i{f}_i}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_j{f}_j}\·P_A$

其中，f_i和f_j分别为第i个与第j个参与下载的用户所下载或中继的数据量，N为参与下载的用户总数，P_A为主下载用户应该为本次协作下载付出的代价；

步骤8.2：管理服务器从主下载用户的代价值中减少P_A，并向第i个参与下载的用户的代价值记录中添加

优选地，主下载用户根据各个协助下载用户的实时蜂窝网络下载速度动态地给各个协助下载用户分配下载数据量。

优选地，WiFi传输网的用户数量根据实测网络传输速率确定。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明通过协作下载机制，充分利用了移动终端上的蜂窝网络接口（3G/4G接口）、Bluetooth网络接口和WiFi网络接口以及空闲客户端的资源，实现高效地下载，且该过程不需要用户的人工操作。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的步骤流程图；

图2为本发明的协作下载及流量管理机制的架构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明充分利用了移动终端上的蜂窝网络接口（3G/4G接口）、Bluetooth网络接口和WiFi网络接口，使得这三个网络接口协同工作，提高移动终端用户的上网体验和下载速度。移动终端通过蜂窝网络接口接入因特网，并可以访问和下载因特网上的资源；通过Bluetooth网络接口组建和管理本地Bluetooth管理网，监测本地网络成员的变化情况，并做出调整；通过WiFi网络接口组建本地WiFi局域网，并可以在该本地WiFi局域网中传输数据。

考虑到移动网络的动态特性，我们Bluetooth管理网对网络中用户的加入和退出进行管理。在下载过程中，主下载用户通过Bluetooth端口持续扫描周围使用同一系统的用户，并将新出现的用户添加到Bluetooth管理网络中，将消失的用户从该网络中删除。

为了减少组建和维护本地网络时的耗能，我们令主下载用户的扫描间隔服从自适应策略，即：当前后两次扫描的结果没有差别时，下次扫描开始前的时间间隔变为当前扫描间隔的两倍（上限为40秒）；反之，如果前后扫描结果有差异则时间间隔将会减半（下限为10秒）。

为了减少一般用户监听Bluetooth管理网邀请信息时所消耗的电量，我们令Bluetooth端口进行间歇性睡眠：以60秒为周期，前30秒客户端监听Bluetooth信道，后30秒Bluetooth端口保持睡眠。

由于本地WiFi网络中单条数据连接的最大传输速率会随着WiFi传输网成员的增多而下降，并可能低于蜂窝网传输速率从而造成传输瓶颈，我们根据实际测试的传输速率确定被允许加入WiFi传输网的成员的数量。

由于不同的移动终端的蜂窝网络下载速度不一样，我们在协作下载机制中引入了一种动态数据分发策略，主下载用户可以根据移动终端的实时蜂窝网络下载速度动态地给各个参与协作下载的移动终端分配下载任务，使得各个移动终端的数据下载量与其平均蜂窝网络下载速度成正比例。除了协作下载机制外，我们的系统还具有流量管理的功能。目前蜂窝网络运营商所提供的蜂窝网络数据套餐业务存在一些缺陷，其中之一就是月套餐规定用户每月最多只能使用有限的蜂窝网络数据流量，使用超过套餐规定的蜂窝网络数据流量将会产生很昂贵的流量费。在大多数情况下，即使到了月末用户也不会把蜂窝网络流量全部用完，从而造成蜂窝网络数据流量浪费。采用了我们的流量管理机制后，用户可以更加高效的管理其蜂窝网络数据流量，减少蜂窝网络数据流量的浪费。为了鼓励用户协助其他用户下载，我们设计了一种激励机制，协助其他用户下载的用户可以获得一定的报酬，而让其他用户协助自己下载的用户需要付出一定的代价。

在我们的系统中，有四种角色。一是主下载用户，主下载用户需要通过蜂窝网络从因特网上下载文件、视频等数据。二是候选协助用户，候选协助用户是被主下载用户添加成为Bluetooth管理网的成员但尚未进入WiFi下载网的用户。三是协助下载用户，协助下载用户在主下载用户需要通过蜂窝网络从因特网上下载文件、视频等数据的时候自己不需要从因特网上下载文件、视频等数据，此时协助下载用户的蜂窝网络接口和WiFi网络接口都是空闲的，协助下载用户通过蜂窝网络协助主下载用户从因特网上下载文件、视频等数据。最后一种角色是管理服务器，管理服务器建在因特网上，管理服务器是用户下载过程的记录者，同时负责向主下载用户收取代价并分配给协助下载用户。

在我们的系统中为了使移动终端用户愿意通过蜂窝网络协助其他用户从因特网上下载文件、视频等数据，我们设计了一种激励机制。主下载用户为了使其他用户通过蜂窝网络协助其从因特网上下载文件、视频等数据，需要提供一定量的虚拟货币或积分给协助其下载的用户。同时，协助下载用户在通过蜂窝网络协助主下载用户从因特网上下载文件、视频等数据时能够获得一定量的虚拟货币或积分。当这些协助下载用户下次成为主下载用户的时候，他们可以将他们获得的虚拟货币或积分提供出来，让其他用户通过蜂窝网络协助他们从因特网上下载文件、视频等数据。我们的服务器为每一个使用我们这个系统的用户建立一个账户，这个账户里面存储了用户的虚拟货币或积分数，同时也对用户参与协作下载的历史行为有一个记录，并且为每个用户计算了一个惩罚值。如果一个用户经常协助其他用户下载，那么其惩罚值就会小，表示这是一个“积极贡献流量的用户”。如果一个用户很少帮助其他用户下载，那么其惩罚值就会大，表示这是一个“很少贡献流量的用户”，“很少贡献流量的用户”在我们的机制中会受到一定的惩罚。同时，为了鼓励电池剩余电量少的用户积极参与协作下载，对于在协作下载过程中的单位贡献量，电池剩余电量少的用户可以获得更多的报酬。

参见附图1，本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤：

第一步：主下载用户获取目标文件基本信息并向管理服务器发送该信息。

第二步：管理服务器计算主下载用户所需付出代价，如果用户剩余代价值足够则进入第二步执行，否则结束；

第三步：主下载用户使用Bluetooth端口扫描周围用户并建立Bluetooth管理网。第一次扫描结束后进入第四步执行，但主用户的扫描动作一直持续至第五步结束；

第四步：根据实际网络环境，主下载用户从Bluetooth管理网中选出部分协助下载用户，组建WiFi传输网。该网络中的协助下载用户通过接入主下载用户的WiFi无线热点实现WiFi数据传输；

第五步：主下载用户与协助下载用户通过蜂窝网请求目标文件的下载。请求失败的用户将从WiFi传输网中删除；

第六步：WiFi传输网中的各个用户开始数据段的下载，协助下载用户向主下载用户进行数据转发。如果出现协助下载用户意外离开的状况，则从Bluetooth管理网中选取新的协助下载用户加入WiFi传输网；

第七步：下载结束后各用户向管理服务器上传下载记录；

第八步：管理服务器根据各个协助下载用户的下载记录，给各个协助下载用户分配一定的代价。

下面更详细地将本发明的实施过程进行阐述。

步骤一，有多部移动终端（智能手机）处在他们的Bluetooth及WiFi通信范围之内。这些移动终端都同时具有蜂窝网络接口、Bluetooth网络接口和WiFi网络接口。假设附近没有连接因特网的外部WiFi接入点，这些移动终端都只能够通过蜂窝网络（3G）访问因特网。在这些移动终端中，有部分移动终端需要从因特网上下载文件、视频等数据，其他移动终端不需要从因特网上下载任何数据，这些移动终端设备的蜂窝网络接口处于空闲状态，他们可以协助那些需要从因特网上下载文件、视频等数据的移动终端下载数据。当移动设备的蜂窝网络接口处于空闲状态时，该设备的Bluetooth网络接口处于监听状态，即一直等待加入本地Bluetooth管理网络的邀请。监听状态下的Bluetooth接口如前所述，以60秒为周期，每隔30秒切换一次监听/睡眠状态。假设有一部移动终端设备需要从因特网上下载文件、视频等数据，那么就称这部移动终端设备为主下载用户，其他移动终端设备不需要从因特网上下载任何数据，他们的蜂窝网络接口处于空闲状态，并处于Bluetooth监听状态。

步骤二，主下载用户通过蜂窝网访问因特网，在选定需要获取的文件后，获取该目标文件的地址及大小。随后，向建立在因特网上的管理服务器上传该信息并请求开始下载过程。

步骤三，管理服务器收到主下载用户上传的文件信息后，根据主下载用户的协作下载历史行为表现，为主下载用户计算出一个代价值P_A，这个代价值P_A表示主下载用户需要为这次协作下载过程提供的虚拟货币或积分量。这个代价值P_A的具体计算过程如下。

首先，管理服务器根据主下载用户发送过来的信息，计算该次下载所需的基本代价P₁，如下式所示

P₁＝F·p₀

其中，F为目标文件的大小，p₀为正常数，表示系统设定的单位大小数据的单价。

管理服务器根据主下载用户的历史协作下载行为，为主下载用户计算一个惩罚值，用M表示：

$M=\frac{D}{R}$

其中，D表示主下载用户在过去的协作下载行为中总共下载过的数据量，R表示主下载用户在过去的协作下载行为中总共协助其他用户下载过的数据量。

最后，管理服务器得出主下载用户应该为本次协作下载付出的代价P_A（虚拟货币或积分量）为

P_A=(1+γ)^M·P₁

其中，γ为正常数值，由管理服务器决定；M为上述的惩罚值。

随后，管理服务器查询主下载用户的剩余虚拟货币或积分量，如果剩余量足够支付P_A，则允许主下载用户下载，反之则禁止主下载用户下载。管理服务器将该结果返回给主下载用户。

步骤四，如果管理服务器返回剩余虚拟货币或积分量不足的结果，则终止下载。反之，则可以继续进行以下步骤。主下载用户开始通过Bluetooth端口，对附近的移动设备用户进行扫描。周围的移动设备如果同样安装有本系统的应用软件，则会响应主下载用户的邀请，并与主下载用户建立Bluetooth连接。连接建立后，该用户将自身剩余电量等信息发送给主下载用户，主下载用户将该用户添加为Bluetooth管理网中的候选协助用户。第一轮扫描过后，进入步骤五。

在下载结束前，主下载用户会继续对周围用户进行扫描并邀请新的用户加入Bluetooth管理网。扫描的间隔服从自适应策略，即：当前后两次扫描的结果没有差别时，下次扫描开始前的时间间隔变为当前扫描间隔的两倍（上限为40秒）；反之，如果前后扫描结果有差异则时间间隔将会减半（下限为10秒）。

步骤五，主下载用户开始建立WiFi传输网。主下载用户开启WiFi移动热点（AP）功能，并随机生成服务集标识符(SSID)及密码。

步骤六，主下载用户从Bluetooth管理网选取剩余电量最多的候选协助用户，并将SSID及密码通过Bluetooth连接发送至该用户。该用户随后开启WiFi功能，并根据该SSID及密码连接至主下载用户的移动AP。此时，主下载用户将该用户列为WiFi传输网中的协助下载用户，并从Bluetooth管理网中删除。

步骤七，主下载用户将一个下载任务分配给该协助下载用户。一个下载任务是指，目标文件中的一段需要下载的固定长度的数据段，包含目标文件的统一资源定位符（URL以及所需数据段的开始、结束位置。协助下载用户根据该下载任务，通过蜂窝网连接从因特网下载所需数据段，并通过WiFi连接直接转发给主下载用户。当一个下载任务完成时，主下载用户会继续分配新的下载任务给该协助下载用户，直到文件已完全下载完毕。

步骤八，主下载用户对WiFi传输网中的单条WiFi连接的传输速度进行测量，同时对自身的蜂窝网连接下载速度进行测量。若前者结果大于后者，且Bluetooth管理网中至少还存在一个候选协助用户，则回到步骤六；否则，进入步骤九。

步骤九，对于主下载用户自身以及每个协助下载用户，当其已完成前一个下载任务并处于空闲状态时，主下载用户向其分配下一个下载任务，直至文件已下载完毕。期间，

如果出现某个正在下载的任务超时，则该任务会被取消，并被作为新任务重新分配。若主下载用户与某一协助下载用户间的WiFi连接出现中断，则认为该用户已离开WiFi传输网。此时，主下载用户会从Bluetooth管理网选取新的用户成为新的协助下载用户。

步骤十，目标文件完整下载完毕后，主下载用户向各协助下载用户广播下载结束的信息。随后，主下载用户解散Bluetooth管理网以及WiFi传输网，关闭虚拟AP功能。

步骤十一，主下载用户以及各协助下载用户向管理服务器上传本次下载的相关记录，包括下载/中继的数据总量，下载开始时的剩余电量等信息。对于下载过程中离开本地网络的协助下载用户，下载记录会在蜂窝网连接可用时自动上传至管理服务器。

步骤十二，管理服务器根据各个用户发送过来的信息，分别为每个协助下载用户计算一个贡献权值，即

$p_i=\frac{p_0}{1+A\×E_i},E_i\∈\left[\mathrm{0,1}\right]$

其中，E_i表示第i个参与下载的用户的电池剩余电量的百分比，A是一个由管理服务器给定的一个正常数值。则第i个参与下载的用户所能获得的虚拟货币或积分量由下式决定：

$P_{C_i}=\frac{p_i{f}_i}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_j{f}_j}\·P_A$

其中，f_i和f_j分别为第i个与第j个参与下载的用户所下载或中继的数据量，N为参与下载的用户总数，P_A为主下载用户应该为本次协作下载付出的代价；

随后，管理服务器从主下载用户的虚拟货币或积分记录中减少P_A，并向第i个参与下载的用户的虚拟货币或积分记录中添加

可以看出，我们的激励机制可以鼓励用户多协助其他用户下载文件，同时也可以鼓励电池剩余电量少的用户参与到协作下载的过程中来。

如图2所示，在一定范围内，有六部Android智能手机，这些手机都有蜂窝网络接口、Bluetooth网络接口以及WiFi网络接口，他们处在相互之间可以使用Bluetooth及WiFi通信的范围之内。这六部手机使用的都是中国联通WCDMA3G蜂窝网络。这些Android智能手机中有一部需要通过蜂窝网络从因特网上的某个资源服务器下载文件、视频等数据，这部手机作为主下载用户，记为手机A，其他手机的蜂窝网络接口、Bluetooth网络接口以及WiFi网络接口处于空闲状态，他们可以通过蜂窝网络协助手机A（主下载用户）从因特网上下载文件、视频等数据。我们在因特网上搭建了一个管理服务器，所有手机都可以通过蜂窝网络与管理服务器建立连接。管理服务器为每一个用户建立了一个账户，账户里面存储了用户虚拟货币或积分数、用户参与协作下载的历史行为等相关的信息。

本实施例的环境参数为：

移动终端设备：六部Android智能手机，都是Nexus4，每部智能手机都配置有1.5GHz Snapdragon APQ8064CPU和2G RAM六部智能手机的操作系统都是Android JellyBean(4.2)。这六部智能手机中一部作为主下载用户，另外五部处于空闲状态。这六部智能手机使用的都是中国联通的WCDMA3G蜂窝网络，他们可以通过该网络接入因特网。这六部智能手机都有建立WiFi移动热点的功能，而且他们之间可以通过Bluetooth以及WiFi接口相互传输数据。

服务器：宏基4930G笔记本电脑，酷睿双核处理器，2G的内存，2G的主频。

本实施例包括如下具体步骤：

步骤一，六台手机的蜂窝网络接口及WiFi网络接口处于空闲状态，他们的Bluetooth网络接口处于监听状态，即一直等待加入本地Bluetooth管理网络的邀请。监听状态下的Bluetooth接口如前所述，以60秒为周期，每隔30秒切换一次监听/睡眠状态。手机A需要从因特网上下载文件、视频等数据，则其关闭Bluetooth监听，成为主下载用户。

步骤二，主下载用户通过蜂窝网访问因特网，在选定需要获取的文件后，获取该目标文件的地址及大小。在本实例中，目标文件大小为300MB。随后，主下载用户向建立在因特网上的管理服务器上传该信息并请求开始下载过程。

步骤三，管理服务器收到主下载用户上传的文件信息后，根据主下载用户的协作下载历史行为表现，为主下载用户A计算出代价值P_A，具体计算过程如下。

首先，服务器根据手机A发送过来的信息，计算该次下载所需的基本代价P₁，如下式所示

P₁＝F·p₀

其中，F＝300MB为目标文件的大小，单位大小数据的单价p₀取值为1，则P₁＝300。

管理服务器根据主下载用户A的历史协作下载行为，为其计算一个惩罚值，用M表示：

$M=\frac{D}{R}$

其中，D表示手机A的历史协作下载行为中总共下载的数据量，在本实例中取值为300MB，R表示手机A的历史协作下载行为中总共协助其他用户下载的数据量，在本实例中取值为200MB。故本实例中M＝1.5。

最后，管理服务器得出手机A应该为本次协作下载付出的虚拟货币或积分量为

P_A=(1+γ)^M·P₁

其中，γ取值为0.1，则Px＝346。

随后，管理服务器查询主下载用户的剩余虚拟货币或积分量，在本实例中主下载用户A的剩余虚拟货币或积分量大于P_A，故管理服务器允许A进行下载，并将该结果返回给用户A。

步骤四，主下载用户开始通过Bluetooth端口，对附近的移动设备用户进行扫描。其他五台手机收到主下载用户A的邀请后，与A建立Bluetooth连接。连接建立后，这五台手机将自身剩余电量等信息发送给手机A，手机A将这些用户添加为Bluetooth管理网中的候选协助用户。第一轮扫描过后，进入步骤五。

在下载结束前，手机A会继续对周围用户进行扫描并邀请新的用户加入Bluetooth管理网。由于扫描的间隔服从自适应策略，且前后两次扫描的结果总是没有差别，则两次扫描之间的时间间隔逐渐从默认的10秒延长至上限40秒，之后维持恒定。

步骤五，主下载用户A开始建立WiFi传输网。主下载用户A开启WiFi移动热点（AP）功能，并随机生成SSID及密码。

步骤六，主下载用户A从Bluetooth管理网选取剩余电量百分比最多的候选协助用户。在本实例中，B用户剩余电量60%，C用户剩余电量50%，D用户剩余电量40%，其他候选协助用户剩余电量分别为30%、20%。则B首先被A选中加入WiFi传输网。手机A将SSID及密码通过Bluetooth连接发送至手机B。手机B随后开启WiFi功能，并根据该SSID及密码连接至手机A的移动AP。此时，手机A将手机B列为WiFi传输网中的协助下载用户，并从Bluetooth管理网中删除B。

步骤七，主下载用户A将一个下载任务分配给协助下载用户B。协助下载用户B根据该下载任务，通过蜂窝网连接从因特网下载所需数据段，并通过WiFi连接直接转发给主下载用户A。当一个下载任务完成时，主下载用户A会继续分配新的下载任务给协助下载用户B，直到文件已完全下载完毕。

步骤八，主下载用户A对WiFi传输网中A、B之间的传输速度进行测量，同时对自身的蜂窝网连接下载速度进行测量。此时前者结果大于后者，且Bluetooth管理网中还存在四个候选协助用户，故可以继续增加协助下载用户。

步骤九，主下载用户A从Bluetooth管理网选取剩余电量百分比最多的候选协助用户。由于C用户剩余电量50%为剩余候选协助用户中最高值，则C被A选中加入WiFi传输网。手机A将SSID及密码通过Bluetooth连接发送至手机C。手机C随后开启WiFi功能，并根据该SSID及密码连接至手机A的移动AP。此时，手机A将手机C列为WiFi传输网中的协助下载用户，并从Bluetooth管理网中删除C。

步骤十，主下载用户A将一个下载任务分配给协助下载用户C。协助下载用户C根据该下载任务，通过蜂窝网连接从因特网下载所需数据段，并通过WiFi连接直接转发给主下载用户A。当一个下载任务完成时，主下载用户A会继续分配新的下载任务给协助下载用户C，直到文件已完全下载完毕。

步骤十一，主下载用户A对WiFi传输网中A、C之间的传输速度进行测量，同时对自身的蜂窝网连接下载速度进行测量。此时前者结果小于后者，则不再增加协助下载用户。

步骤十二，对于主下载用户A自身以及协助下载用户B和C，当其已完成前一个下载任务并处于空闲状态时，主下载用户A向其分配下一个下载任务，直至文件已下载完毕。期间，如果出现某个正在下载的任务超时，则该任务会被取消，并被作为新任务重新分配。

步骤十三，目标文件完整下载完毕后，主下载用户A向协助下载用户B和C广播下载结束的信息。随后，主下载用户A解散Bluetooth管理网以及WiFi传输网，关闭虚拟AP功能。

步骤十四，手机A、B和C向管理服务器上传本次下载的相关记录，包括下载/中继的数据总量，下载开始时的剩余电量等信息。

步骤十五，管理服务器根据各个用户发送过来的信息，分别为每个协助下载用户计算一个贡献权值，即

$p_i=\frac{p_0}{1+A\×E_i},E_i\∈\left[\mathrm{0,1}\right]$

其中，由于在本实例中A、B、C剩余电量分别为70%，60%，50%，故E₁＝0.7，E₂＝0.6，E₃＝0.5。在本实例中A=1，p₀＝1，故p₁=0.588，p₂=0.625，p₃=0.667。则A、B、C所能获得的虚拟货币或积分量由下式决定：

$P_{C_i}=\frac{p_i{f}_i}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_j{f}_j}\·P_A$

其中，f_i为第i个参与下载的用户所下载/中继的数据量，在本实例中分别为f₁=98MB，f₂=141MB，f₃=61MB。则即A用户由于自身参与下载，获得的虚拟货币或积分量为107，故A用户实际花费的虚拟货币或积分量为346-107=239。B和C用户获得的虚拟货币或积分量分别为164和75。

随后，管理服务器从A用户的虚拟货币或积分记录中减少239，并分别向B、C用户的虚拟货币或积分记录中添加164和75。

可以看出，该激励机制可以鼓励用户多协助其他用户下载文件，同时也可以鼓励电池剩余电量少的用户参与到协作下载的过程中来。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种基于自组织网络的移动终端协作下载方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：主下载用户获取目标文件基本信息并向管理服务器发送该信息；

步骤2：管理服务器计算主下载用户所需付出代价，如果主下载用户剩余代价值足够则进入步骤3执行，否则结束；

步骤3：主下载用户使用Bluetooth端口扫描周围用户并建立Bluetooth管理网；第一次扫描结束后进入步骤4执行，但主下载用户的扫描动作一直持续至步骤5结束；

步骤4：根据实际网络环境，主下载用户从Bluetooth管理网中选出部分协助下载用户，组建WiFi传输网；该WiFi传输网络中的协助下载用户通过接入主下载用户的WiFi移动热点实现WiFi数据传输；

步骤5：主下载用户与协助下载用户通过蜂窝网请求目标文件的下载；请求失败的用户将从WiFi传输网中删除；

步骤6：WiFi传输网中的各个用户开始数据段的下载，协助下载用户向主下载用户进行数据转发；如果出现协助下载用户意外离开的状况，则从Bluetooth管理网中选取新的协助下载用户加入WiFi传输网；

步骤7：下载结束后各用户向管理服务器上传下载记录；

步骤8：管理服务器根据各个协助下载用户的下载记录，给各个协助下载用户分配一定的代价；

在下载结束前，主下载用户会继续对周围用户进行扫描并邀请新的用户加入Bluetooth管理网；扫描的间隔服从自适应策略，即：当前后两次扫描的结果没有差别时，下次扫描开始前的时间间隔变为当前扫描间隔的多倍直到上限；反之，如果前后扫描结果有差异则时间间隔将会缩减直到下限。

2.根据权利要求1所述的基于自组织网络的移动终端协作下载方法，其特征在于，所述步骤1包括如下步骤：

步骤1.1：主下载用户通过蜂窝网访问因特网，在选定需要获取的目标文件后，获取该目标文件的地址及大小；随后，主下载用户向建立在因特网上的管理服务器上传目标文件的地址及大小并请求开始下载过程。

3.根据权利要求1所述的基于自组织网络的移动终端协作下载方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：

步骤2.1：管理服务器根据主下载用户发送过来的目标文件信息，计算该次下载所需的基本代价P₁，如下式所示

P₁＝F·p₀

其中，F为目标文件的大小，p₀为正常数，表示系统设定的单位大小数据的单价；

步骤2.2：管理服务器根据主下载用户的历史协作下载行为，为主下载用户计算一个惩罚值，用M表示：

$M=\frac{D}{R}$

其中，D表示主下载用户在过去的协作下载行为中总共下载过的数据量，R表示主下载用户在过去的协作下载行为中总共协助其他用户下载过的数据量；

步骤2.3：管理服务器得出主下载用户应该为本次协作下载付出的代价P_A为

P_A＝(1+γ)^M·P₁

其中，γ为正常数值，由管理服务器决定；M为上述的惩罚值；

步骤2.4：管理服务器查询主下载用户的剩余代价值，如果剩余代价值足够支付P_A，则允许主下载用户下载，反之则禁止主下载用户下载；管理服务器将该结果返回给主下载用户。

4.根据权利要求1所述的基于自组织网络的移动终端协作下载方法，其特征在于，所述步骤3包括如下步骤：

-协助下载用户与主下载用户建立Bluetooth连接；连接建立后，该协助下载用户将自身信息发送给主下载用户，主下载用户将该协助下载用户添加为Bluetooth管理网中的候选协助用户，自身信息包括剩余电量信息；

所述步骤4包括如下步骤：

步骤4.1：主下载用户开始建立WiFi传输网；主下载用户开启WiFi移动热点AP功能，并随机生成服务集标识符SSID及密码；

步骤4.2：主下载用户从Bluetooth管理网选取剩余电量最多的候选协助用户，并将SSID及密码通过Bluetooth连接发送至该用户；该用户随后开启WiFi功能，并根据该SSID及密码连接至主下载用户的移动AP；此时，主下载用户将该用户列为WiFi传输网中的协助下载用户，并从Bluetooth管理网中删除。

5.根据权利要求1所述的基于自组织网络的移动终端协作下载方法，其特征在于，所述步骤6包括如下步骤：

步骤6.1：主下载用户将一个下载任务分配给该协助下载用户，所述一个下载任务是指，目标文件中的一段需要下载的固定长度的数据段，包含目标文件的统一资源定位符URL以及所需数据段的开始、结束位置；

步骤6.2：协助下载用户根据该下载任务，通过蜂窝网连接从因特网下载所需数据段，并通过WiFi连接直接转发给主下载用户；当一个下载任务完成时，主下载用户会继续分配新的下载任务给该协助下载用户，直到文件已完全下载完毕。

6.根据权利要求1所述的基于自组织网络的移动终端协作下载方法，其特征在于，对于主下载用户自身以及每个协助下载用户，当协助下载用户已完成前一个下载任务并处于空闲状态时，主下载用户向协助下载用户分配下一个下载任务，直至文件已下载完毕；期间，如果出现某个正在下载的任务超时，则该任务会被取消，并被作为新任务重新分配；若主下载用户与某一协助下载用户间的WiFi连接出现中断，则认为该协助下载用户已离开WiFi传输网；此时，主下载用户会从Bluetooth管理网选取新的用户成为新的协助下载用户。

7.根据权利要求1所述的基于自组织网络的移动终端协作下载方法，其特征在于，所述步骤8包括如下步骤：

步骤8.1：管理服务器根据各个用户发送过来的信息，分别为每个协助下载用户计算一个贡献权值p_i，即

$p_i=\frac{p_0}{1+A\×E_i},E_i\∈\[0,1\]$

其中，E_i表示第i个参与下载的用户的电池剩余电量的百分比，A是一个由管理服务器给定的一个正常数值，p₀为正常数，表示系统设定的单位大小数据的单价；则第i个参与下载的用户所能获得的代价由下式决定：

$P_{C_i}=\frac{p_i{f}_i}{\underset{j=1}{\overset{N}{\Σ}}{p}_j{f}_j}\·P_A$

其中，f_i和f_j分别为第i个与第j个参与下载的用户所下载或中继的数据量，N为参与下载的用户总数，P_A为主下载用户应该为本次协作下载付出的代价；

步骤8.2：管理服务器从主下载用户的代价值中减少P_A，并向第i个参与下载的用户的代价值记录中添加

8.根据权利要求1所述的基于自组织网络的移动终端协作下载方法，其特征在于，主下载用户根据各个协助下载用户的实时蜂窝网络下载速度动态地给各个协助下载用户分配下载数据量。

9.根据权利要求1所述的基于自组织网络的移动终端协作下载方法，其特征在于，WiFi传输网的用户数量根据实测网络传输速率确定。