CN104144454A - 一种移动P2P系统下蜂窝网络与Ad-hoc网络的切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动P2P系统下蜂窝网络与Ad-hoc网络的切换方法，所述方法下的节点包括两种模式：空闲模式和工作模式。在空闲模式下，每个节点定期向服务器发送自己的节点信息，并更新自己的节点列表，同时，判断该节点是否要与其他节点进行交互，这由用户的主观意愿决定，若需要交互，则进入工作模式。工作模式分三个部分：蜂窝网络模式和Ad-hoc网络模式的初始选择，蜂窝网络模式下的切换控制，Ad-hoc网络模式下的切换控制。所述的蜂窝网络和Ad-hoc网络间的切换方法，只要满足切换的判定条件，可以反复、自由的进行。

Description

一种移动P2P系统下蜂窝网络与Ad-hoc网络的切换方法

技术领域

本发明属于移动P2P技术、Ad-hoc网络技术和垂直切换技术，具体是移动P2P系统下蜂窝网络与Ad-hoc网络的切换方法。

背景技术

移动P2P是叠加在移动网络环境中网络层之上的应用层覆盖网络，它能利用多种宽带和服务质量的底层接入技术，其主要目的是以直接交换的方式实现可移动设备之间的数据资源的共享与服务的协同。它主要依赖的底层网络为蜂窝网络。然而，由于基站提供的无线信号较大的传输时延、有限的带宽等因素，严重影响了移动P2P系统的性能，而高昂的网络费用又是一个我们不得不考虑的重要因素。

由于Ad-hoc网络(又称为自组织网络)强大的分布式网络架构、无需基础设施的高度自主组织性、出色的鲁棒性和抗毁性、多跳传输以及高带宽等优点，以及Ad-hoc与移动P2P众多的相似之处，在Ad-hoc网络的基础上构建移动P2P网络将是一个不错的选择。然而，Ad-hoc网络中节点有限的通信范围，严重限制了基于Ad-hoc网络的移动P2P系统的适用性。

因此，当终端距离较远时，移动终端使用蜂窝网络模式进行数据交互，而当终端距离较近可通过近距离通信技术探测到对方时，且通信链路可满足正常的通信条件时，优先使用Ad-hoc网络模式。通过在不同的网络模式间反复、自由地切换，可以做到在保证数据交互快速稳定的前提下，选择最优的网络模式，实现更高的数据传输速率及更低的网络通信费用。

异构无线网络中的垂直切换过程可分为网络发现、切换判定和切换执行三部分。目前的垂直切换算法主要是针对蜂窝网络和无线宽带网络(Wi-Fi)之间进行的。切换算法可分为两大类:传统算法和基于人工智能的算法。传统算法主要是通过对一个或多个具体参数设置阈值或者根据属性参数的特点设定不同的加权值计算网络的收益/代价的方式来进行切换判定的。最常用的参数是接收信号强度(RSS)、载波干扰比(CIR)、比特误码率(BER)、带宽等。然而，这些参数并不能全面的反应Ad-hoc网络节点间的链路质量，而且，对于Ad-hoc网络而言，获取这些参数的代价也是很大的。另外一类算法使用动态规划来进行切换判断,比如模式识别、神经网络、模糊推理。但是这类算法的复杂度高,对计算能力有限的移动设备并不适合。

发明内容

针对以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种可以实现更高的数据传输速率以及更低的网络通信费用的移动P2P系统下蜂窝网络与Ad-hoc网络的切换方法。本发明的技术方案如下：一种移动P2P系统下蜂窝网络与Ad-hoc网络的切换方法，其特征在于包括以下步骤：

101、将移动P2P(对等计算)系统下的每一个移动终端抽象为一个节点，每个节点拥有自己的用户名，每个节点的用户名各不相同，节点均接入蜂窝网络，假设蜂窝网络是无缝覆盖的，通过蜂窝网络，每个节点以自己的用户名为标识登陆到移动P2P系统的服务器，移动P2P系统的服务器将接收到的节点的用户名哈希为IP地址并发送给该节点；每个节点包括空闲模式和工作模式，当节点处于空闲模式下时，节点以固定时间为周期不断向移动P2P系统的服务器发送自己的节点信息，并根据接收的服务器返回的该系统下其他所有节点的节点信息更新自己的节点列表，所述节点信息包括节点的用户名、用户名哈希的IP地址IP1以及蜂窝网络分配的IP地址IP2，使用IP1标识Ad-hoc网络中的节点地址，使用IP2标识蜂窝网络中的节点地址，用户名与两个IP地址存在一一映射的关系，这个节点列表的更新过程将一直进行下去。同时，判断该节点是否要与其他节点进行交互，这由用户的主观意愿决定，若需要交互时，则进入工作模式，工作模式分三个部分：蜂窝网络模式和Ad-hoc网络模式的初始选择，Ad-hoc网络模式下的切换控制，蜂窝网络模式下的切换控制。

102、在节点处于蜂窝网络模式和Ad-hoc网络模式的初始选择下时，获取节点的Ad-hoc网络参数，当在迟滞时间T1内，ETX<＝阈值A时，选择Ad-hoc网络模式，跳转至步骤103，否则，选择蜂窝网络模式，跳转至步骤104；

103、当节点在Ad-hoc网络模式下工作时，节点以时间T2为周期不断地监测Ad-hoc网络节点间的ETX值，当在迟滞时间T2内，ETX<＝阈值A时，链路质量满足正常通信条件，继续在Ad-hoc网络模式下工作；当ETX大于阈值A时，继续判断是否在迟滞时间T2内，ETX<＝阈值B，该值是节点A、B间链路质量很差，但勉强还能通信的临界值，该值的下限值为在时间t2内，只能收到一个探测包时的链路质量值，即P1＝1/(t2/t1),P2＝1/(t2/t1),B＝1/(P1*P2)，当ETX>B时，Ad-hoc网络模式下节点间的通信链路已断开，硬切换至蜂窝网络模式并重新建立通信链路。当ETX<＝B时，预先建立蜂窝网络模式下的通信链路，为切换至蜂窝网络模式做准备。若通信链路建立失败，则返回步骤103；若通信链路建立成功，再次判断在迟滞时间T1内，ETX是否小于等于阈值A，若是，则断开蜂窝网络模式下的通信链路，继续在Ad-hoc网络模式下工作，返回步骤103，否则断开Ad-hoc网络模式下的通信链路，切换至蜂窝网络模式下已经建立好的通信链路进行交互。

104、当节点在蜂窝网络模式下工作时，节点以时间T2为周期不断地监测Ad-hoc网络节点间的ETX值，当在迟滞时间T2内，ETX<＝A不成立时，节点间的链路质量不能满足正常的通信条件，则继续在蜂窝网络模式下工作；当在迟滞时间T2内，ETX<＝A时，链路质量满足正常通信条件，则预先建立Ad-hoc网络模式下的通信链路，为切换至Ad-hoc网络模式做准备。若通信链路建立失败，则返回步骤104，若通信链路建立成功，则断开蜂窝网络模式下的通信链路，切换至Ad-hoc网络模式下已经建立的通信链路进行交互。

步骤102、103及104中的它表示要进行一次成功的数据包发送并收到确认包所需要的最少尝试次数。其中s(k)＝(1-P)^k-1*P。在Ad-hoc网络中，每个节点以时间t1为周期不断地向周围的邻居节点发送探测包，在时间t2内，在不丢包的情况下，每个节点将会收到t2/t1个探测包，但实际上由于丢包，节点收到的探测包将小于等于t2/t1，此时，用P1＝Count(t-t2，t)/(t2/t1)来表示节点A到节点B的链路质量，其中Count(t-t2，t)表示以现在的时间t为参考线，向前的t2时间内节点B成功接收的探测包个数，P1表示节点B成功收到节点A发送的数据包的概率，同理，节点A成功收到节点B发送的确认包的概率也可以用公式P2＝Count(t-t2，t)/(t2/t1)表示。因此，P＝P1*P2表示数据包可以成功发送并收到确认包的概率，则第k次为第一次成功的发送并收到确认包的概率s(k)＝(1-P)^k-1*P。如果两个节点通信需经过多跳传输，那么ETX值将为每一跳ETX值的求和。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明为移动P2P系统提供了一种蜂窝网络和Ad-hoc网络间切换方法，当终端距离较远时，移动终端使用蜂窝网络模式进行数据交互，而当终端距离较近可通过近距离通信技术探测到对方时，且Ad-hoc网络节点间的通信链路可满足正常的通信条件时，优先使用Ad-hoc网络模式。通过在不同的网络模式间反复、自由地切换，可以做到在保证数据交互快速稳定的前提下，选择最优的网络模式，实现更高的数据传输速率及更低的网络通信费用。另外，通过软切换方式，使得节点间通信链路的中断时间更短，可以极大的提高移动P2P系统的性能。

附图说明

图1所示为本发明优选实施例工作模式下蜂窝网络与Ad-hoc网络切换方法的示意图；

图2蜂窝网络模式和Ad-hoc网络模式初始选择流程图；

图3工作模式下Ad-hoc网络模式下切换控制流程图；

图4工作模式下蜂窝网络模式下切控制流程图；

图5基于蜂窝网络的移动P2P覆盖抽象图；

图6基于Ad-hoc网络的移动P2P覆盖抽象图；

图7蜂窝网络模式与Ad-hoc网络模式拓扑图；

具体实施方式

下面结合附图给出一个非限定的实施例对本发明作进一步的阐述。但是应该理解，这些描述只是示例的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图1是本发明实施例工作模式下蜂窝网络与Ad-hoc网络切换方法的示意图，包括如下步骤：

步骤101，在蜂窝网络模式和Ad-hoc网络模式的初始选择中，根据获取的Ad-hoc网络参数对Ad-hoc节点间的链路状态进行判断，若Ad-hoc网络节点间链路状态良好，则选择Ad-hoc网络模式，跳转至步骤102，否则，选择蜂窝网络模式，跳转至步骤103。

步骤102，在Ad-hoc网络模式下，以时间T2为周期不断地对Ad-hoc网络模式下节点间的链路进行监测，若Ad-hoc网络节点间链路状态良好，则继续在Ad-hoc网络模式下交互，否则切换至蜂窝网络模式下进行交互。

步骤103，在蜂窝网络模式下，以时间T2为周期不断地对Ad-hoc网络模式下节点间的链路进行监测，若Ad-hoc网络节点间链路状态较差，则继续在蜂窝网络模式下交互，否则切换至Ad-hoc网络模式下进行交互。

图2是本发明实施例蜂窝网络模式和Ad-hoc网络模式初始选择流程图，包括如下步骤：

步骤101，将每一台移动终端抽象为一个节点，每个节点以自己的用户名为标识登陆到移动P2P系统的服务器，移动P2P系统的服务器将接收到的节点的用户名哈希为IP地址并发送给该节点。

步骤102，每个节点以固定时间为周期不断向服务器发送自己的节点信息，并根据接收的服务器返回的该系统下其他所有节点的节点信息更新自己的节点列表。

步骤103，判断该节点是否要与其他节点进行交互，这由用户的主观意愿决定，若需要交互，则进入工作模式。

步骤104，获取节点的Ad-hoc网络参数，当在迟滞时间T1内，ETX<＝A时，选择Ad-hoc网络模式，否则，选择蜂窝网络模式。

图3是本发明实施例工作模式下Ad-hoc网络模式下切换控制流程图。

步骤101，以时间T2为周期不断地监测Ad-hoc网络节点间的ETX值。

步骤102，当在迟滞时间T2内，ETX<＝阈值A时，链路质量满足正常通信条件，继续在Ad-hoc网络模式下工作；

步骤103，当ETX大于阈值A时，继续判断是否在迟滞时间T2内，ETX<＝阈值B，当ETX>B时，Ad-hoc网络模式下节点间的通信链路已断开，硬切换至蜂窝网络模式并重新建立通信链路。当ETX<＝B时，预先建立蜂窝网络模式下的通信链路，为切换至蜂窝网络模式做准备。

步骤104，若通信链路建立失败，则返回步骤101；若通信链路建立成功，再次判断在迟滞时间T1内，ETX是否小于等于阈值A，若是，则断开蜂窝网络模式下的通信链路，继续在Ad-hoc网络模式下工作，返回步骤101，否则断开Ad-hoc网络模式下的通信链路，切换至蜂窝网络模式下已经建立好的通信链路进行交互。

图4是本发明实施例工作模式下蜂窝网络模式下切控制流程图。

步骤101，以时间T2为周期不断地监测Ad-hoc网络节点间的ETX值。

步骤102，当在迟滞时间T2内，ETX<＝A不成立时，节点间的链路质量不能满足正常的通信条件，则继续在蜂窝网络模式下工作；当在迟滞时间T2内，ETX<＝A时，链路质量满足正常通信条件，则预先建立Ad-hoc网络模式下的通信链路，为切换至Ad-hoc网络模式做准备。

步骤103，若通信链路建立失败，则返回步骤101，若通信链路建立成功，则断开蜂窝网络模式下的通信链路，切换至Ad-hoc网络模式下已经建立的通信链路进行交互。

图5是本发明实施例基于蜂窝网络的移动P2P覆盖抽象图，具体如下：

P2P覆盖网中的Peer节点代表着可以通信的移动终端，这是从逻辑空间中将设备抽象为节点。从物理空间中来说，移动终端可以接入不同的蜂窝网络制式，如GSM、GPRS,、EDGE、CDMA、TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA，以及下一代无线移动通信网络等。通过Internet网络的中转，实现接入不同蜂窝制式下的移动终端自由交互。逻辑域的Peer节点只关注Peer节点间逻辑上能否通信，它并不关心节点间到底是怎样通信的，从他们角度来看，这些不同的蜂窝网络制式方式是透明的，没有区别的。

图6是本发明实施例基于Ad-hoc网络的移动P2P覆盖抽象图，具体如下：

P2P覆盖网中的Peer节点代表着可以通信的移动终端，这是从逻辑空间中将设备抽象为节点。从物理空间中来说，存在很多的移动节点，共同组成了Ad-hoc网络。对于每一个移动节点，都有一个通信范围，只有当两个节点间距离在通信范围内时，才可进行通信，但可以通过多跳中继的方式延长通信范围。逻辑域的Peer节点只关注逻辑上能否通信，它并不关心节点间到底是怎样通信的，从他们角度来看，两个节点间的通信是一跳完成的还是多跳完成的是没有区别的。

图7是本发明实施例蜂窝网络模式与Ad-hoc网络模式拓扑图，具体如下：

每一个移动节点既可接入蜂窝网络，也可接入Ad-hoc网络。但接入Ad-hoc网络的优先级更高，当Ad-hoc网络中节点间的链路质量满足正常通信的条件时，优先选择使用Ad-hoc网络，因为Ad-hoc网络具有更高的传输带宽，且没有网络通信费用。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明方法权利要求所限定的范围。

Claims (2)

1.一种移动P2P系统下蜂窝网络与Ad-hoc网络的切换方法，其特征在于包括以下步骤：

101、将移动P2P对等计算系统下的每一个移动终端抽象为一个节点，每个节点拥有自己的用户名，每个节点的用户名各不相同，节点均接入蜂窝网络，假设蜂窝网络是无缝覆盖的，通过蜂窝网络，每个节点以自己的用户名为标识登陆到移动P2P系统的服务器，移动P2P系统的服务器将接收到的节点的用户名哈希为IP地址并发送给该节点；每个节点包括空闲模式和工作模式，当节点处于空闲模式下时，节点以固定时间为周期不断向移动P2P系统的服务器发送自己的节点信息，并根据接收的服务器返回的该系统下其他所有节点的节点信息更新自己的节点列表，所述节点信息包括节点的用户名、用户名哈希的IP地址IP1以及蜂窝网络分配的IP地址IP2，使用IP1标识Ad-hoc网络中的节点地址，使用IP2标识蜂窝网络中的节点地址，用户名与两个IP地址存在一一映射的关系，这个节点列表的更新过程将一直进行下去，同时，判断该节点是否要与其他节点进行交互，这由用户的主观意愿决定，若需要交互时，则进入工作模式，工作模式分三个部分：蜂窝网络模式和Ad-hoc网络模式的初始选择，Ad-hoc网络模式下的切换控制，蜂窝网络模式下的切换控制；

102、在节点处于蜂窝网络模式和Ad-hoc网络模式的初始选择下时，获取节点的Ad-hoc网络参数，当在迟滞时间T1内，ETX<＝阈值A时，选择Ad-hoc网络模式，跳转至步骤103，否则，选择蜂窝网络模式，跳转至步骤104；

103、当节点在Ad-hoc网络模式下工作时，节点以时间T2为周期不断地监测Ad-hoc网络节点间的ETX值，当在迟滞时间T2内，ETX<＝阈值A时，链路质量满足正常通信条件，继续在Ad-hoc网络模式下工作；当ETX大于阈值A时，继续判断是否在迟滞时间T2内，ETX<＝阈值B，该值是节点A、B间链路质量很差，但勉强还能通信的临界值，该值的下限值为在时间t2内，只能收到一个探测包时的链路质量值，即P1＝1/(t2/t1),P2＝1/(t2/t1),B＝1/(P1*P2)，当ETX>B时，Ad-hoc网络模式下节点间的通信链路已断开，硬切换至蜂窝网络模式并重新建立通信链路；当ETX<＝B时，预先建立蜂窝网络模式下的通信链路，为切换至蜂窝网络模式做准备，若通信链路建立失败，则返回步骤103；若通信链路建立成功，再次判断在迟滞时间T1内，ETX是否小于等于阈值A，若是，则断开蜂窝网络模式下的通信链路，继续在Ad-hoc网络模式下工作，返回步骤103，否则断开Ad-hoc网络模式下的通信链路，切换至蜂窝网络模式下已经建立好的通信链路进行交互；

104、当节点在蜂窝网络模式下工作时，节点以时间T2为周期不断地监测Ad-hoc网络节点间的ETX值，当在迟滞时间T2内，ETX<＝A不成立时，节点间的链路质量不能满足正常的通信条件，则继续在蜂窝网络模式下工作；当在迟滞时间T2内，ETX<＝A时，链路质量满足正常通信条件，则预先建立Ad-hoc网络模式下的通信链路，为切换至Ad-hoc网络模式做准备，若通信链路建立失败，则返回步骤104，若通信链路建立成功，则断开蜂窝网络模式下的通信链路，切换至Ad-hoc网络模式下已经建立的通信链路进行交互。

2.根据权利要求1所述的移动P2P系统下蜂窝网络与Ad-hoc网络的切换方法，其特征在于：步骤102、103及104中的，它表示要进行一次成功的数据包发送并收到确认包所需要的最少尝试次数,其中s(k)＝(1-P)^k-1*P，在Ad-hoc网络中，每个节点以时间t1为周期不断地向周围的邻居节点发送探测包，在时间t2内，在不丢包的情况下，每个节点将会收到t2/t1个探测包，但实际上由于丢包，节点收到的探测包将小于等于t2/t1，此时，用P1＝Count(t-t2，t)/(t2/t1)来表示节点A到节点B的链路质量，其中Count(t-t2，t)表示以现在的时间t为参考线，向前的t2时间内节点B成功接收的探测包个数，P1表示节点B成功收到节点A发送的数据包的概率，同理，节点A成功收到节点B发送的确认包的概率也可以用公式P2＝Count(t-t2，t)/(t2/t1)表示，因此，P＝P1*P2表示数据包可以成功发送并收到确认包的概率，则第k次为第一次成功的发送并收到确认包的概率s(k)＝(1-P)^k-1*P，如果两个节点通信需经过多跳传输，那么ETX值将为每一跳ETX值的求和。