CN111294781A - 基于wi-fi direct的移动自组织网络恢复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于WI‑FI DIRECT的移动自组织网络恢复方法，解决设备间无线网络断开后修复时间长以及设备组网过程中的主从冲突问题，增强了无线网络自组织的可靠性与稳定性；网络中设备采用Wi‑Fi Direct进行连接，每台设备上均备份有网络重组参数，在网络首次组成时便会固定并记录在每台设备中，通过设备的重启时间以及扫描顺序决定主从服务器分配，依次连接完成网络恢复。

Description

基于WI-FI DIRECT的移动自组织网络恢复方法
技术领域
本申请涉及无线网络通信领域，具体涉及基于Wi-Fi Direct的移动自组织网络组建与恢复方法，在Android操作系统下，利用Wi-Fi Direct的高连通性，使设备之间互连，完成无线网络断开后的自动恢复。
背景技术
移动自组织网络(MANET)是基础设施无线网络，旨在满足各种基于基础设施的无线网络难以部署和维护的应用需求。MANETs是在灾难场景、军事行动期间或者在有挑战性的环境下，预计仍然能够有组织地在移动设备之间进行通信的一种有效方式。因此，高效的特定通信标准以及能够扩展到大量设备的智能通信协议是至关重要的。目前，几种特殊的通信协议已被大量使用，如IEEE802.11 DCF，IEEE802.11s，IEEE 802.11z，ZigBee，SMAC，蓝牙和Wi-Fi Direct。这些协议广泛用于创建单跳和多跳网络，但在现实生活中，它们通常表现出低性能或需要高能耗。例如，ZigBee和SMAC是为能量受限的网络设计的，但是它们只支持低数据速率，这并不适合大规模的MANET。另一方面，Wi-Fi Direct(最初称为Wi-Fi-P2P)已被确定为支持MANET中通信的显着候选者。Wi-Fi Direct旨在增强基于Wi-Fi的自组织通信。在进行WI-FI直连时，设备将按组进行组织，其中一个组成员是服务器，其他所有设备都是客户端(GM)。组也能够支持传统客户端以及不支持Wi-Fi Direct但支持Wi-Fi的设备。Wi-Fi Direct能够在诸如智能手机，平板电脑，便携式电脑和打印机之类的Wi-Fi设备之间进行自组织通信。但是，它需要用户交互来设置自组织连接。
发明内容
针对目前技术存在的不足，本发明提出了一种基于WI-FI DIRECT的移动自组织网络恢复方法，本发明可以缩短设备间无线网络断开后的修复时间，最大限度避免设备组网过程中的主从冲突，增强了无线网络自组织的可靠性与稳定性。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于WI-FI DIRECT的移动自组织网络恢复方法，具体步骤如下：
步骤1：确定易损期Tv，Tv是从组的自主形成过程开始到服务器对其他设备可见的时间间隔，L是最大启动时间(即启动时间均匀分布在区间[0，L])；
步骤2：确定碰撞概率。碰撞概率是两个服务器同时出现的概率，P{collision}碰撞＝1-(1-Tv/L)n，其中n是组的设备的数量。该等式表示一个设备选择的最小启动时间小于Tv秒的概率，由此可以确定出现多个服务器时所需启动时间L的值。碰撞概率由设备的型号以及重要度等确定；
步骤3:当网络断开后，原网络中每个设备首先确定自己的启动时间，启动定时器，然后扫描附近其他同级设备；
步骤4：开始扫描时，设备首先扫描附近是否存在现有的服务器，如果发现已存在服务器，则设备保持监听状态并等待连接邀请；
步骤5：如果在扫描期间没有检测到，则将自己声明为服务器，并开始对它在附近发现的所有其他设备发送连接邀请，同时检查是否存在另一个服务器；
步骤6：设备将自己声明为服务器后，若在未向其他设备发送连接邀请之前接收到其他服务器发送的连接邀请，则中止己方发送连接邀请并恢复客户端的身份，使得在网络的给定区域内只有一个服务器；
步骤7：当所有设备均已连接入新的网络中时，则表明已经恢复至断开之前的状态；每当设备检测到网络连接发生变化时，重复步骤3-6。
本发明所述的移动自组织网络组建与恢复方法可以应用于不同版本的Android操作系统的设备之间，例如Nexus 7，利用Wi-Fi Direct的高连通性以及Android操作系统开放性，更好地实现设备间无线网络断开后的自动恢复。
附图说明：
图1为本发明无线自组织网络系统实施的流程图
具体实施方式：
本实验系统设备选用Nexus 7，数目为6台，设备ID为A1-A6，相互之间均采用Wi-FiDirect进行连接，网络状态正常时，每台设备上均备份有网络重组参数(Tv和P{collision}碰撞以及网络中设备ID表单)，在网络首次组成时便会固定并记录在每台设备中。场景为外部意外(如设备断电)造成的设备间无线网络遭到破坏，以下步骤为外部意外修复后，无线网络恢复过程：
步骤1：确定易损期Tv，Tv是从组的自主形成过程开始到服务器对其他设备可见的时间间隔，根据组成网络的设备情况，最大启动时间L设为30秒，易损期设为3秒。
步骤2：确定碰撞概率。P{collision}碰撞＝1-(1-Tv/L)n，其中n是组的设备的数量。该等式表示一个设备选择的最小启动时间小于Tv秒的概率，由此可以确定出现多个服务器时所需启动时间L的值。此时P{collision}碰撞＝1-(1-Tv/L)n＝1-(3/30)6＝0.468。
步骤3:步骤1和步骤2均发生在正常的网络状态下，当网络断开后，原网络中每个设备首先按照随机性原理从[0，L]中确定自己的启动时间，启动定时器，然后扫描附近其他同级设备。各设备的启动时间情况如表1所示，
表1
ID A1 A2 A3 A4 A5 A6
启动时间/秒 3 15 8 20 11 25
步骤4：开始扫描时，设备首先扫描附近是否存在现有的服务器，如果发现已存在服务器，则设备保持监听状态并等待连接邀请。由表1知，A1首先启动并开始扫描，当A1未监听到服务器发出的信息，确定已有范围内不存在服务器，便将自己声明为服务器，并持续扫描其余设备，并发送连接邀请。
步骤5：由于其余设备的启动时间与A1不发生冲突，其余设备的醒转顺序为A3-A5-A2-A4-A6，所以其余设备扫描时发现已产生服务器，则等待A1连接。A1每连接一个设备，便会将设备ID存入新的表单中，与原网络中ID表单进行比对，直至表单对比一致，无线网络恢复连接。每当设备检测到网络连接发生变化时，重复步骤3-5。

Claims (2)

1.一种基于WI-FIDIRECT的移动自组织网络恢复方法，其特征在于：该方法缩短设备间无线网络断开后的修复时间，最大限度避免设备组网过程中的主从冲突，具体步骤如下：
步骤1：确定易损期Tv，Tv是从组的自主形成过程开始到服务器对其他设备可见的时间间隔，启动时间均匀分布在区间[0，L]，L是最大启动时间；
步骤2：确定碰撞概率：碰撞概率是两个服务器同时出现的概率，P{collision}碰撞＝1-(1-Tv/L)n，其中n是组的设备的数量；该等式表示一个设备选择的最小启动时间小于Tv秒的概率，由此可以确定出现多个服务器时所需启动时间L的值；碰撞概率由设备的型号以及重要度确定；
步骤3:当网络断开后，原网络中每个设备首先确定自己的启动时间，启动定时器，然后扫描附近其他同级设备；
步骤4：开始扫描时，设备首先扫描附近是否存在现有的服务器，如果发现已存在服务器，则设备保持监听状态并等待连接邀请；
步骤5：如果在扫描期间没有检测到，则将自己声明为服务器，并开始对它在附近发现的所有其他设备发送连接邀请，同时检查是否存在另一个服务器；
步骤6：设备将自己声明为服务器后，若在未向其他设备发送连接邀请之前接收到其他服务器发送的连接邀请，则中止己方发送连接邀请并恢复客户端的身份，使得在网络的给定区域内只有一个服务器；
步骤7：当所有设备均已连接入新的网络中时，则表明已经恢复至断开之前的状态；每当设备检测到网络连接发生变化时，重复步骤3-6，以维持网络连接稳定。
2.根据权利要求1所述的基于WI-FIDIRECT的移动自组织网络恢复方法，其特征在于：能应用于不同版本的Android操作系统的设备之间，利用Wi-Fi Direct的高连通性以及Android操作系统开放性，更好地实现设备间无线网络断开后的自动恢复。
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