CN108055284A - 一种基于Wi-Fi Direct的D2D链路上的数据转发协议 - Google Patents

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Abstract

一种基于Wi‑Fi Direct(WFD)技术的D2D链路上的数据转发协议，该协议是基于WFD和D2D通信技术，属于无线通信技术领域。针对蜂窝业务恶化和Wi‑Fi覆盖不足的灾难地区，利用WFD中的服务发现功能，开发一种高效的数据转发协议，能够通过多跳D2D通信将数据推送到云端。协议解决了标准WFD模式中不能跨组通信的技术难点和传统通信依赖基础网络架构的不便利。本发明协议允许设备借助其他互联网连接设备作为跳板将数据发送到云端，实现了无基础架构的远程通信，为灾难事件的搜索和救援提供便利。

Description

一种基于Wi-Fi Direct的D2D链路上的数据转发协议
技术领域
本发明涉及一种基于Wi-Fi Direct(WFD)的D2D链路上的数据转发协议，该协议是基于WFD和D2D通信技术，属于无线通信技术领域。
背景技术
传统无线通信网络对通信基础设施的要求较高，核心网设施或接入网设备的损坏都可能导致通信系统的瘫痪。D2D通信技术的引入使得蜂窝通信终端建立通信网络成为可能。当无线通信基础设施损坏，或者在无线网络的覆盖盲区，终端可借助D2D实现端到端通信甚至接入蜂窝网络，无线通信的应用场景得到进一步的扩展。
WFD是一种点对点连接技术，它可以在两台设备之间直接建立链接，并不需要AP的参与。作为新兴的P2P的无线互联技术，WFD能兼容传统的WiFi设备并支持与Wi-Fi相同的传输速率和范围，而无需任何基础设施。
WFD是实现D2D互连的主要选择。目前有基于Wi-Fi Ad-Hoc模式下的P2P链路上的热点实现研究，但由于在安卓移动设备中，Wi-Fi Ad-Hoc模式在内核级别实现，在应用程序级无法访问，因此需为每个目标设备编译整个系统，可行度低。此外，Wi-Fi Ad-Hoc模式不支持远程通信，在本地不能访问互联网基础架构的情况下，这种方式有限。
发明内容
本发明的目的是针对互联网基础设施不可用导致数据共享受限情况下，提出一种基于Wi-Fi Direct的D2D链路上的数据转发协议，它是一种用于设备间高效且自动化的数据转发协议，能够通过多跳D2D通信将数据推送到云端。
一种基于Wi-Fi Direct的高效且自动化的数据转发协议，为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：协议的执行依赖于两个部分：第一部分管理服务发送请求和响应；第二部分管理与Internet服务器的连接。所述第一部分协议利用WFD中的服务发现功能，使服务发现帧在接近的设备之间可选地交换，以便识别每个附近设备所支持的服务，设备通过自身属性相互匹配，将用户数据转发到附近的设备，接收数据的设备检查互联网连接，并决定是否可以将数据连接和转发到云端，或者将信息重新封装在一个服务中并再次传播到其他潜在的附近设备。所述第二部分利用现有的应用层协议HTTP建立连接，使用现有协议不需要开发服务器端来接收数据。协议的服务器部分依赖于两个模块：第一个模块使用GET命令处理传入的HTTP消息，并将它们存储在本地结构化文本文件中；第二个模块使用POST命令处理提取的存储消息，该提取的消息以名称值格式化并作为纯文本发送到请求客户端。本设计协议可实现为应用程序，在Android上实现功能。
所述的WFD中的服务发现功能是：WFD服务发现使用两种协议：DNS和DNS-SD。组播DNS以分布式方式工作，协议需要在所有参与设备上实现；DNS-SD中SD代表服务发现，DNS-SD可以将每个设备支持的服务添加到DNS记录。DNS支持两种记录方式：SRV记录和TXT记录。SRV记录提供主机和他们支持的服务之间的映射，反向DNS查找服务名称可以提取支持该服务名称的所有设备ID，检索到设备ID后，通过SRV记录查找来检查该设备支持的所有服务；TXT记录用来保存域名的附加文本信息。Android 4.1以上支持WFD的服务发现功能，服务发现允许在群组协商完成之前操作服务发现查询，在发现阶段设备将支持的服务彼此交换，协议可根据匹配的服务实例名称检查附近设备所支持的服务，然后选择是否连接。
所述的应用层协议HTTP规定了客户端和服务器之间的通信格式。其中使用GET和POST命令，GET用于信息获取且不修改数据，POST请求用来处理提取的存储消息。
该协议的流程具体步骤如下：(1)协议注册实例名称，存储在SRV记录中；(2)协议收集设备数据，主要是MAC地址、位置坐标和设备名称，并创建TXT记录来存储收集的数据；(3)运行本协议的设备注册一个本地服务，并发起一个服务发现请求；(4)设备发现来自附近的服务，检查协议使用的服务实例名称，如果服务名称与协议实例名称相匹配，则协议开始从TXT记录中提取数据，否则忽视该服务类型；(5)提取数据，提取过程从检索消息标识符开始，检查消息是否已存在本地队列中，通过多个D2D路径接收的复制消息将被丢弃，如果消息唯一，协议将检查Internet连接；(6)设备有Internet连接，协议从TXT记录中提取信息，创建HTTP发布请求将数据发送到服务器，并从本地队列中移除TXT记录；(7)设备没有Internet连接，协议将TXT记录信息存储在本地队列中，继续等待m秒再次测试。无Internet可用，TTL变量减1，协议创建一个具有相同实例名称的本地服务，然后将消息广播到附近的设备，每次设备发现服务时都会重复以上同样的过程；(8)协议的服务器部分，协议的服务器部分依赖于两个模块：第一个模块负责处理传入的HTTP消息，并将它们存储在本地结构化文本文件中；第二模块处理提取的存储消息，该提取的消息以名称/值格式化，并作为纯文本发送到请求客户端。
本发明与现有技术相比较，具有如下实质性特点和显著优点：
1.能在Android设备上实现为应用程序，运行该协议的设备之间能够通过多跳D2D链路将数据推送到云端，不需要基础网络架构。
2.克服标准WFD模式实施中不能跨组通信的困难。
3.使用WFD服务发现功能，可以绕过P2P群组形成的协定阶段而节省时间。
4.使得跨多个设备转发数据的过程变得自动化，不需要人工交互。
5.推动小数据流到服务器，降低链路负载。
附图说明
图1是P2P数据转发到服务器的拓扑示意图。
图2是WFD组形成交换框架图。
图3是提出的协议流程图。
图4是TXT记录数据结构图。
具体实施方式
下面将结合附图进一步阐述本发明。
实施例一：参见图1～图4，本基于Wi-Fi Direct的D2D链路上的数据转发协议，该协议的执行依赖于两个部分：第一部分管理服务发送请求和响应；第二部分管理与Internet服务器的连接。所述第一部分协议利用WFD中的服务发现功能，使服务发现帧在接近的设备之间可选地交换，以便识别每个附近设备所支持的服务，设备通过自身属性相互匹配，将用户数据转发到附近的设备，接收数据的设备检查互联网连接，并决定是否可以将数据连接和转发到云端，或者将信息重新封装在一个服务中并再次传播到其他潜在的附近设备。所述第二部分利用现有的应用层协议HTTP建立连接，协议的服务器部分依赖于两个模块：第一个模块使用GET命令负责处理传入的HTTP消息，并将它们存储在本地结构化文本文件中；第二个模块使用POST命令处理提取存储的消息，该提取的消息以名称值格式化并作为纯文本发送到请求客户端。本协议可实现为应用程序，在Android上实现功能。
实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：所述的WFD服务发现功能使用两种协议：DNS和DNS-SD。组播DNS以分布式方式工作，协议需要在所有参与设备上实现；DNS-SD中SD代表服务发现，DNS-SD可以将每个设备支持的服务添加到DNS记录。DNS支持两种记录方式：SRV记录和TXT记录。SRV记录提供主机和他们支持的服务之间的映射，反向DNS查找服务名称可以提取支持该服务名称的所有设备ID，检索到设备ID后，通过SRV记录查找来检查该设备支持的所有服务；TXT记录用来保存域名的附加文本信息。Android 4.1以上支持WFD的服务发现功能，服务发现允许在群组协商完成之前操作服务发现查询，在发现阶段，设备将支持的服务彼此交换，协议可根据匹配的服务实例名称检查附近设备所支持的服务，然后选择是否连接。所述的应用层协议HTTP规定了客户端和服务器之间的通信格式。其中使用GET和POST命令，GET用于信息获取且不修改数据，POST请求用来处理提取的存储消息。协议利用WFD中的服务发现功能，可以绕过P2P群组形成的协定阶段而节省时间，并且使得跨多个设备转发数据的过程变得自动化，不需要人工交互。协议克服标准WFD模式下不能跨组通信的限制，并能在Android系统中实现为应用程序。
实施例三：图1显示了两个P2P设备之间的单跳情况。实线路径：在设备1能访问互联网的情况下，选择直接连接到Internet基础设施并达到服务器。虚线路径：在设备1不能访问互联网的情况下，使用WFD将数据发送到附近的设备2，设备2可以访问Internet基础架构，数据可以通过设备2到达服务器。
图2显示了当考虑两个附近设备“D1”和“D2”时，WFD组中服务发现帧的交换流程。WFD中的服务发现是在P2P GO协商开始之前(在图2的步骤3之前)的可选功能，也就是设备可以在选择群组所有者或建立连接之前以服务记录的形式交换数据。因此使用服务发现功能允许协议在没有人为干预情况下自动发挥作用，这样的协议节省了时间并自动化转发数据。
图3显示了本设计协议的流程图。变量“Tt”代表第二个设备发现服务需要的时间，变量“Ts”代表消息在不具Internet访问设备的本地队列中的等待时间。TTL是IP协议包中的一个值，每个路由节点都要把TTL减1，当TTL<＝0时，网络路由节点抛弃该数据包。流程具体步骤如下：
步骤1：协议注册实例名称，存储在SRV记录中。
步骤2：协议收集设备数据，主要是MAC地址，位置坐标和设备名称。并创建TXT记录来存储收集的数据。图4显示了TXT记录数据结构。
步骤3：运行本协议的设备注册一个本地服务，并发起一个服务发现请求。
步骤4：设备发现来自附近的服务，检查协议使用的服务实例名称，如果服务名称与协议实例名称相匹配，则协议开始从TXT记录中提取数据，否则忽视该服务类型。
步骤5：提取数据，提取过程从检索消息标识符开始，检查消息是否已存在本地队列中，通过多个D2D路径接收的复制消息将被丢弃。如果消息唯一，协议将检查Internet连接。
步骤6：设备有Internet连接，协议从TXT记录中提取信息，创建HTTP发布请求将数据发送到服务器，并从本地队列中移除TXT记录。
步骤7：设备没有Internet连接，协议将TXT记录信息存储在本地队列中，继续等待m秒再次测试。无Internet可用，TTL变量减1，协议创建一个具有相同实例名称的本地服务，然后将消息广播到附近的设备。每次设备发现服务时都会重复以上同样的过程。
步骤8：协议的服务器部分。协议的服务器部分依赖于两个模块。第一个模块负责处理传入的HTTP消息，并将它们存储在本地结构化文本文件中。第二模块处理提取的存储消息，该提取的消息以名称/值格式化，并作为纯文本发送到请求客户端。

Claims (6)

1.一种基于Wi-Fi Direct的D2D链路上的数据转发协议，其特征在于：该协议的执行依赖于两个部分：第一部分管理服务发送请求和响应；第二部分管理与Internet服务器的连接；所述第一部分协议利用WFD中的服务发现功能，使服务发现帧在接近的设备之间可选地交换，以便识别每个附近设备所支持的服务，设备通过自身属性相互匹配，将用户数据转发到附近的设备，接收数据的设备检查互联网连接，并决定是否可以将数据连接和转发到云端，或者将信息重新封装在一个服务中并再次传播到其他潜在的附近设备；所述第二部分利用现有的应用层协议HTTP建立连接，协议的服务器部分依赖于两个模块：第一个模块使用GET命令负责处理传入的HTTP消息，并将它们存储在本地结构化文本文件中；第二个模块使用POST命令处理提取的存储消息，该提取的消息以名称值格式化并作为纯文本发送到请求客户端；本协议可实现为应用程序，在Android上实现功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于Wi-Fi Direct的D2D链路上的数据转发协议，其特征在于：所述WFD中的服务发现功能是：WFD服务发现使用两种协议：DNS和DNS-SD；组播DNS以分布式方式工作，协议需要在所有参与设备上实现；DNS-SD中SD代表服务发现，DNS-SD可以将每个设备支持的服务添加到DNS记录；DNS支持两种记录方式：SRV记录和TXT记录；SRV记录提供主机和他们支持的服务之间的映射，反向DNS查找服务名称可以提取支持该服务名称的所有设备ID，检索到设备ID后，通过SRV记录查找来检查该设备支持的所有服务；TXT记录用来保存域名的附加文本信息；Android 4.1以上支持WFD的服务发现功能，服务发现允许在群组协商完成之前操作服务发现查询；在发现阶段，设备将支持的服务彼此交换，协议可根据匹配的服务实例名称检查附近设备所支持的服务，然后选择是否连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于Wi-Fi Direct的D2D链路上的数据转发协议，其特征在于：所述的应用层协议HTTP规定了客户端和服务器之间的通信格式；其中使用GET和POST命令，GET用于信息获取且不修改数据，POST请求用来处理提取的存储消息。
4.根据权利要求1所述的一种基于Wi-Fi Direct的D2D链路上的数据转发协议，其特征在于：该协议的流程具体步骤如下：1、协议注册实例名称，存储在SRV记录中；2、协议收集设备数据，主要是MAC地址，位置坐标和设备名称，并创建TXT记录来存储收集的数据，图4显示了TXT记录数据结构；3、运行本协议的设备注册一个本地服务，并发起一个服务发现请求；4、设备发现来自附近的服务，检查协议使用的服务实例名称，如果服务名称与协议实例名称相匹配，则协议开始从TXT记录中提取数据，否则忽视该服务类型；5、提取数据，提取过程从检索消息标识符开始，检查消息是否已存在本地队列中，通过多个D2D路径接收的复制消息将被丢弃，如果消息唯一，协议将检查Internet连接；6、设备有Internet连接，协议从TXT记录中提取信息，创建HTTP发布请求将数据发送到服务器，并从本地队列中移除TXT记录；7、设备没有Internet连接，协议将TXT记录信息存储在本地队列中，继续等待m秒再次测试，无Internet可用，TTL变量减1，协议创建一个具有相同实例名称的本地服务，然后将消息广播到附近的设备，每次设备发现服务时都会重复以上同样的过程；8、协议的服务器部分，协议的服务器部分依赖于两个模块：第一个模块负责处理传入的HTTP消息，并将它们存储在本地结构化文本文件中；第二模块处理提取的存储消息，该提取的消息以名称/值格式化，并作为纯文本发送到请求客户端。
5.根据权利要求1所述的基于Wi-Fi Direct的D2D链路上的数据转发协议，其特征在于：协议利用WFD中的服务发现功能，可绕过P2P群组形成的协定阶段而节省时间，并且使得跨多个设备转发数据的过程变得自动化，不需要人工交互。
6.根据权利要求1所述的基于Wi-Fi Direct的D2D链路上的数据转发协议，其特征在于：克服标准WFD模式下不能跨组通信的限制，并能在Android系统中实现为应用程序，运行该协议的设备之间能够通过多跳D2D链路将数据推送到云端，不需要基础网络架构。
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