技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種一種Android區(qū)域便攜移動自組網(wǎng)的軟硬件系統(tǒng)構(gòu)建方法。

背景技術(shù)：

隨著以信息互聯(lián)網(wǎng)和移動數(shù)字通信為代表的21世紀(jì)信息技術(shù)時代的到來，移動網(wǎng)絡(luò)的普及，包括Wi-Fi、3G/4G網(wǎng)絡(luò)等在廣闊國土面積和復(fù)雜室內(nèi)外環(huán)境的覆蓋率不斷擴(kuò)大，為移動數(shù)字服務(wù)的快速發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。另外，智能移動終端設(shè)備銷量大增，尤其是以安卓平臺為基礎(chǔ)的智能手機(jī)、平板電腦、智能可穿戴設(shè)備的持續(xù)熱銷，讓移動數(shù)字網(wǎng)絡(luò)可以輕松連接到每一個智能終端的用戶。而安卓系統(tǒng)的開放性又讓移動應(yīng)用軟件得以實(shí)現(xiàn)快速的發(fā)展，在內(nèi)容層面對移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展形成了良好的支撐。此外，微信、QQ等移動社交工具的普及對移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也具有明顯促進(jìn)作用。其中的安卓智能設(shè)備由于其軟件系統(tǒng)開源、價(jià)格低廉、操作簡單等諸多優(yōu)越性，逐漸取得了市場主導(dǎo)地位。隨著安卓智能設(shè)備的日益普及，基于安卓平臺開發(fā)的優(yōu)秀App必將具有巨大的市場前景和廣泛應(yīng)用。

以目前使用最廣泛的手機(jī)移動通信蜂窩網(wǎng)絡(luò)而言，它的特點(diǎn)是移動終端和固定基站之間建立通信鏈路，但是移動終端不具備路由功能，基站負(fù)責(zé)路由和交換功能，即基站充當(dāng)接入有線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)。它的特點(diǎn)也決定了蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)的適用范圍有限，它在特殊環(huán)境（如空曠無固定基站）、臨時組網(wǎng)、應(yīng)急響應(yīng)（如自然災(zāi)害）、野外探險(xiǎn)、軍事戰(zhàn)場中無法得到應(yīng)用。新的應(yīng)用需求與現(xiàn)有技術(shù)演化相互作用，促使新的移動自組網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展和成熟，克服現(xiàn)有移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)的缺陷，為復(fù)雜的組網(wǎng)通信應(yīng)用場景和靈活的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)，提供了全新的技術(shù)支撐。

移動自組網(wǎng)是一種特殊的無線網(wǎng)絡(luò)，它的組建不依賴于預(yù)先存在的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，如基站或接入點(diǎn)，而是由若干個帶有無線收發(fā)器的移動節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。與傳統(tǒng)的無線局域網(wǎng)不同，移動自組網(wǎng)是一個無中心、多跳、自組織的對等式無線通信網(wǎng)絡(luò)，每個節(jié)點(diǎn)同時充當(dāng)兩種角色，既是終端主機(jī)又是中繼路由器。由于自組網(wǎng)具有移動性、快速搭建性、自治性和對等性等特點(diǎn)，因而具有非常廣泛的應(yīng)用前景，比如在大學(xué)校園、城市的某個社區(qū)或鄰居之間可以利用自組網(wǎng)構(gòu)成社區(qū)網(wǎng)絡(luò)。社區(qū)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建非常靈活，允許區(qū)域內(nèi)的用戶方便地加入，并且共享網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的資源。另外這類自組網(wǎng)也可以提供基于位置的服務(wù)，如社區(qū)內(nèi)是否有可用的共享打印機(jī)，附近是否有加油站，或者為用戶提供交通向?qū)У鹊?。因此，去中心化的按需組網(wǎng)、移動終端間的隨遇接入成為了一種新型的組網(wǎng)趨勢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種Android區(qū)域便攜移動自組網(wǎng)的軟硬件系統(tǒng)構(gòu)建方法，包括用于實(shí)現(xiàn)區(qū)域無線鏈路的硬件單元、用于分布式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)感知和路由的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建方法，以及用于區(qū)域移動數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖脚_。可用于校園服務(wù)、商業(yè)活動、野外科考、抗災(zāi)救險(xiǎn)、應(yīng)急服務(wù)等無線移動自組織通信網(wǎng)絡(luò)的快速構(gòu)建與可靠服務(wù)。本發(fā)明利用Android智能終端連接外置無線數(shù)傳模塊，無需借助電信運(yùn)營商的移動網(wǎng)絡(luò)信號，實(shí)現(xiàn)終端間的多跳通信，延伸通信距離；在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了一個基于Android平臺的去中心化、無服務(wù)器支持的用于區(qū)域移動數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖脚_，實(shí)現(xiàn)了移動通信網(wǎng)絡(luò)的用戶管理、分組管理、數(shù)據(jù)管理、通信管理等基礎(chǔ)服務(wù)功能。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種Android區(qū)域便攜移動自組網(wǎng)的軟硬件系統(tǒng)構(gòu)建方法，所述用于實(shí)現(xiàn)區(qū)域無線鏈路的硬件單元，采用日趨廉價(jià)的Android智能終端為硬件基礎(chǔ)和人機(jī)交互界面，通過增加外置無線數(shù)傳模塊來擴(kuò)展Android智能終端的區(qū)域無線通信能力，在不影響Android智能終端原有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)和移動數(shù)據(jù)服務(wù)的前提下，構(gòu)建基于區(qū)域無線移動數(shù)傳的移動自組網(wǎng)能力和分布式P2P網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

其中Android智能終端作為本系統(tǒng)的應(yīng)用層軟件開發(fā)平臺，用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互和用戶界面顯示功能；外置無線數(shù)傳模塊用于實(shí)現(xiàn)區(qū)域無線鏈路的鏈路控制、網(wǎng)絡(luò)層的路由機(jī)制功能以及無線信號的發(fā)射、接收，例如采用支持ZigBee協(xié)議棧的無線數(shù)傳模塊；兩者之間通過驅(qū)動連接轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)通信接口的互聯(lián)互通，該驅(qū)動連接轉(zhuǎn)換模塊包括但不限于通過有線方式連接的USB轉(zhuǎn)UART串口驅(qū)動模塊、通過無線方式連接的藍(lán)牙驅(qū)動模塊；為了實(shí)現(xiàn)無線信號通信距離的擴(kuò)展、無線信號的增強(qiáng)，引入天線增益模塊或者功放模塊用于無線信號的增益放大。

所述用于分布式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)感知和路由的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建方法，借鑒成熟的移動自組織網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)理論，組建以所述硬件單元為底層硬件基礎(chǔ)的分布式自組網(wǎng)系統(tǒng)，其中分布式自組網(wǎng)的拓?fù)涓兄?、路由?jì)算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程采用以下路由尋找選擇方法，其具體過程描述如下：

（1）主動發(fā)送信息的Android智能終端以廣播的形式向其相鄰的所有Android智能終端發(fā)出一個包含目的Android智能終端信息的路由請求數(shù)據(jù)包；

（2）接收到路由請求數(shù)據(jù)包的Android智能終端判斷本機(jī)地址是不是目的地址，如果是，則該Android智能終端為目的Android智能終端，執(zhí)行步驟（4），如果不是，執(zhí)行步驟（3）；

（3）接收到路由請求數(shù)據(jù)包的Android智能終端判斷接收的數(shù)據(jù)包是否被重復(fù)接收過，如果是，則丟棄該數(shù)據(jù)包，否則Android智能終端將本機(jī)地址加入該路由請求數(shù)據(jù)包并繼續(xù)廣播該路由請求數(shù)據(jù)包，執(zhí)行步驟（2）；

（4）目的Android智能終端將本機(jī)地址加入到每一個接收到的路由請求數(shù)據(jù)包后，按照每一個路由請求數(shù)據(jù)包的發(fā)送路由反向回應(yīng)一個路由應(yīng)答數(shù)據(jù)包給一開始主動發(fā)送信息的Android智能終端，在每條反向路由上的中繼Android智能終端將本機(jī)地址加入到該路由應(yīng)答數(shù)據(jù)包；

（5）主動發(fā)送信息的Android智能終端接收到路由應(yīng)答數(shù)據(jù)包后，從數(shù)據(jù)包中讀取出完整的路由信息，并根據(jù)該完整的路由信息向目的Android智能終端發(fā)送反饋信息，由此主動發(fā)送信息的Android智能終端獲得一條通往目的Android智能終端的完整路由；

經(jīng)過多個相鄰Android智能終端的轉(zhuǎn)發(fā)，主動發(fā)送信息的Android智能終端能夠獲得多條通往目的Android智能終端的路由，即在主動發(fā)送信息的Android智能終端和目的Android智能終端之間建立了多條完整路由，并通過該方法建立的路由表進(jìn)行上層數(shù)據(jù)包的中繼轉(zhuǎn)發(fā)。

所述用于區(qū)域移動數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖脚_，該軟件平臺在所述的分布式自組網(wǎng)系統(tǒng)中，完成通信網(wǎng)絡(luò)的基本功能需求，由于該平臺作為基于Android智能終端軟件開發(fā)平臺的特殊性，其提供的服務(wù)包括但不限于用戶管理服務(wù)、分組管理服務(wù)、數(shù)據(jù)管理服務(wù)以及以文本消息、語音消息、資源共享為典型代表的通信管理服務(wù)，同時為今后的應(yīng)用功能擴(kuò)展提供無線組網(wǎng)通信的基礎(chǔ)服務(wù)軟件接口。

其中的用戶管理服務(wù)主要實(shí)現(xiàn)對用戶節(jié)點(diǎn)信息包括國際移動設(shè)備身份碼（IMEI）、昵稱、顯示ID、分組ID等進(jìn)行設(shè)置、修改、保存功能；分組管理服務(wù)主要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層創(chuàng)建分組、管理分組、刪除分組等分組通信功能；數(shù)據(jù)管理服務(wù)實(shí)現(xiàn)通信數(shù)據(jù)在Android智能終端上的存儲管理功能；通信管理服務(wù)實(shí)現(xiàn)文本消息、語音消息、共享資源等典型通信數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收功能。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：（1）快速組網(wǎng)，隨遇接入：本發(fā)明中的每部Android智能終端僅需要連接廉價(jià)的外置無線數(shù)傳模塊和安裝本發(fā)明公開的App應(yīng)用程序即可接入到臨時組建的分布式自組網(wǎng)系統(tǒng)；（2）覆蓋范圍廣，通信距離長：本發(fā)明采用移動自組網(wǎng)的多跳、中繼通信方式，完全可以達(dá)到日常生活的應(yīng)用需求，同時本發(fā)明可以通過增強(qiáng)通訊模塊，例如提高信號發(fā)射功率、采用高靈敏度天線，實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的信息傳輸；（3）無需流量、服務(wù)費(fèi)用：本發(fā)明的數(shù)據(jù)流量傳輸不依賴于任何電信運(yùn)營商的蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)，同時打破了電信服務(wù)運(yùn)營商的各類服務(wù)限制，所以整個系統(tǒng)的傳輸無需昂貴的流量費(fèi)用、服務(wù)費(fèi)用；（4）支持單播、組播、廣播傳輸方式：本發(fā)明支持通過單播方式進(jìn)行數(shù)字通信，同時支持通過組播、廣播方式實(shí)現(xiàn)一對多的數(shù)字通信，以避免單播方式對網(wǎng)絡(luò)帶寬和節(jié)點(diǎn)資源的浪費(fèi)，通信方式多樣、靈活簡單、資源利用率高。

附圖說明

圖1是系統(tǒng)應(yīng)用場景示意圖。

圖2是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖。

圖3是硬件單元連接圖。

圖4是網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法路由建立流程圖。

圖5是軟件平臺開發(fā)框架圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳述。

圖1所示為本發(fā)明的應(yīng)用場景示意圖，本發(fā)明是一個完整的移動自組織網(wǎng)絡(luò)生態(tài)系統(tǒng)，通過多部連接外置無線數(shù)傳模塊的Android智能終端組成了移動自組織網(wǎng)絡(luò)。每部Android智能終端上都安裝了本發(fā)明設(shè)計(jì)開發(fā)的基于分布式自組網(wǎng)的區(qū)域便攜移動通信App軟件。當(dāng)一個智能手機(jī)終端啟動并運(yùn)行該App軟件后，會和周圍一定范圍內(nèi)（取決于外置無線數(shù)傳模塊的通信范圍）其它啟動并運(yùn)行了相同App軟件的Android智能終端組成分布式的移動自組織網(wǎng)絡(luò)。

圖2所示為本發(fā)明的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖，本發(fā)明是一個技術(shù)成熟、功能完整、硬件獨(dú)立、使用方便的區(qū)域移動自組網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，包括用于實(shí)現(xiàn)區(qū)域無線鏈路的硬件單元、用于分布式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)感知和路由的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建方法，以及用于區(qū)域移動數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖脚_。

圖3所示為硬件單元的連接圖，為了在不影響Android智能終端正常通過內(nèi)置Wi-Fi模塊聯(lián)網(wǎng)功能的前提下，實(shí)現(xiàn)提出的分布式自組網(wǎng)系統(tǒng)，同時也為了增強(qiáng)分布式自組網(wǎng)的通信距離和容錯性、抗毀性，本發(fā)明引入了無線數(shù)傳模塊，通過驅(qū)動連接轉(zhuǎn)換模塊將二者連接起來，通過天線增益模塊對傳輸信號進(jìn)行增益放大擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)單跳通信距離，從而完成分布式自組網(wǎng)的硬件單元連接組成。

其中的Android智能終端作為本系統(tǒng)的應(yīng)用層軟件平臺，具有人機(jī)交互和用戶界面顯示功能；外置無線數(shù)傳模塊用于實(shí)現(xiàn)區(qū)域無線鏈路的鏈路控制、網(wǎng)絡(luò)層的路由機(jī)制功能以及無線信號的發(fā)射、接收，其中的鏈路控制協(xié)議既可以采用ZigBee協(xié)議棧中的鏈路控制協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4，也可以采用IEEE 802.11系列協(xié)議定義的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議規(guī)范，網(wǎng)路層的路由機(jī)制擬采用系統(tǒng)資源消耗較少的改進(jìn)自O(shè)LSR路由協(xié)議的自定義路由尋找選擇方法；連接Android智能終端和無線數(shù)傳模塊的驅(qū)動連接轉(zhuǎn)換模塊包括但不限于通過有線方式連接的USB轉(zhuǎn)UART串口驅(qū)動模塊、通過無線方式連接的藍(lán)牙驅(qū)動模塊等各類模塊。

圖4所示為分布式自組網(wǎng)系統(tǒng)的路由建立流程示意圖，借鑒成熟的移動自組織網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)理論，組建以所述硬件設(shè)備為底層硬件基礎(chǔ)的分布式自組網(wǎng)系統(tǒng)，其中分布式自組網(wǎng)的拓?fù)涓兄⒙酚捎?jì)算過程采用以下路由尋找選擇方法，其具體過程描述如下：

（1）主動發(fā)送信息的Android智能終端以廣播的形式向其相鄰的所有Android智能終端發(fā)出一個包含目的Android智能終端信息的路由請求數(shù)據(jù)包；

（2）接收到路由請求數(shù)據(jù)包的Android智能終端判斷本機(jī)地址是不是目的地址，如果是，則該Android智能終端為目的Android智能終端，執(zhí)行步驟（4），如果不是，執(zhí)行步驟（3）；

（3）接收到路由請求數(shù)據(jù)包的Android智能終端判斷接收的數(shù)據(jù)包是否被重復(fù)接收過，如果是，則丟棄該數(shù)據(jù)包，否則Android智能終端將本機(jī)地址加入該路由請求數(shù)據(jù)包并繼續(xù)廣播該路由請求數(shù)據(jù)包，執(zhí)行步驟（2）；

（4）目的Android智能終端將本機(jī)地址加入到每一個接收到的路由請求數(shù)據(jù)包后，按照每一個路由請求數(shù)據(jù)包的發(fā)送路由反向回應(yīng)一個路由應(yīng)答數(shù)據(jù)包給一開始主動發(fā)送信息的Android智能終端，在每條反向路由上的中繼Android智能終端將本機(jī)地址加入到該路由應(yīng)答數(shù)據(jù)包；

（5）主動發(fā)送信息的Android智能終端接收到路由應(yīng)答數(shù)據(jù)包后，從數(shù)據(jù)包中讀取出完整的路由信息，并根據(jù)該完整的路由信息向目的Android智能終端發(fā)送反饋信息，由此主動發(fā)送信息的Android智能終端獲得一條通往目的Android智能終端的完整路由；

經(jīng)過多個相鄰Android智能終端的轉(zhuǎn)發(fā)，主動發(fā)送信息的Android智能終端能夠獲得多條通往目的Android智能終端的路由，即在主動發(fā)送信息的Android智能終端和目的Android智能終端之間建立了多條完整路由，并通過該方法建立的路由表進(jìn)行上層數(shù)據(jù)包的中繼轉(zhuǎn)發(fā)。

圖5所示為軟件平臺的開發(fā)框架圖，本發(fā)明設(shè)計(jì)開發(fā)的基于分布式自組網(wǎng)的Android平臺基礎(chǔ)通信軟件可以完成通信網(wǎng)絡(luò)的基本功能需求，包括但不限于用戶管理服務(wù)、分組管理服務(wù)、數(shù)據(jù)管理服務(wù)以及通信管理服務(wù)，同時為今后的應(yīng)用功能擴(kuò)展提供基礎(chǔ)軟件函數(shù)接口。下面對所述軟件平臺涉及到的主要功能模塊做一個詳細(xì)介紹：

用戶管理服務(wù)模塊主要實(shí)現(xiàn)對用戶節(jié)點(diǎn)的信息進(jìn)行保存、交互的功能，達(dá)到用戶之間的身份識別與通信交流。用戶信息包括國際移動設(shè)備身份碼（IMEI）、昵稱、顯示ID、分組ID、地理位置的經(jīng)緯度等，其中IMEI用于唯一確定用戶身份，顯示ID用于地圖上的簡易顯示與標(biāo)識，昵稱則能方便用戶之間的通信交流，分組ID表示該用戶節(jié)點(diǎn)所屬于的小組網(wǎng)絡(luò)。

分組管理服務(wù)模塊主要是針對移動自組網(wǎng)內(nèi)分組管理功能的實(shí)現(xiàn)模塊，主要功能包括創(chuàng)建分組、管理分組、刪除分組網(wǎng)絡(luò)。特別指出，用戶只有加入某一分組，才具有小組通信交流的功能。

數(shù)據(jù)管理服務(wù)模塊主要是針對通信數(shù)據(jù)在Android智能終端上的存儲管理。用戶節(jié)點(diǎn)信息主要通過Android平臺的SharedPreferences機(jī)制保存于XML文件中；通信過程中的文本消息、語音消息保存于SQLite數(shù)據(jù)庫中；而對于共享的文件、圖片、視頻等多媒體資源的存儲，為了避免出現(xiàn)某一用戶終端占用過多自身存儲空間用于保存網(wǎng)內(nèi)共享資源，所有的共享資源均以分布式存儲方式存在于整個自組網(wǎng)內(nèi)，并有多份副本備份，避免了某一節(jié)點(diǎn)的失效導(dǎo)致共享資源的丟失。

通信管理服務(wù)模塊是為滿足移動通信網(wǎng)絡(luò)平臺服務(wù)的完整性設(shè)計(jì)的便捷通信核心功能模塊。在此功能模塊中，既能夠提供基于點(diǎn)對點(diǎn)通信的單播數(shù)字通信服務(wù)，也能夠提供基于點(diǎn)對多點(diǎn)通信的組播、廣播數(shù)字通信服務(wù)，同時還支持文檔、圖片、視頻等多媒體資源在節(jié)點(diǎn)間基于數(shù)字通信的上傳、下載和共享。

本發(fā)明可以避免當(dāng)前基于手機(jī)網(wǎng)絡(luò)的移動網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對于設(shè)備頻率、通信模式、固定基站、接入點(diǎn)等基本技術(shù)和設(shè)施的依賴，實(shí)現(xiàn)了一個基于無固定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、無服務(wù)限制、無管理中心、靈活開放的無線移動通信系統(tǒng)和應(yīng)用軟件開發(fā)平臺。通過對本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的快速組網(wǎng)、隨遇接入、數(shù)據(jù)交換等服務(wù)進(jìn)行應(yīng)用擴(kuò)展、二次開發(fā)，可以針對性的實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用場景、技術(shù)指標(biāo)、服務(wù)模式的區(qū)域無線通信和社交移動App，廣泛應(yīng)用于校園服務(wù)、商業(yè)活動、野外科考、抗災(zāi)救險(xiǎn)、應(yīng)急服務(wù)等無線移動自組織通信網(wǎng)絡(luò)的快速構(gòu)建與可靠服務(wù)。