基于Android WI-FI DIRECT模式的最大覆盖广播树建立方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于Android WI-FI DIRECT模式的最大覆盖广播树建立方法，用于在运行了Android 4.0以上版本，带Wi-Fi模块的多个智能终端之间实现信息多跳共享，利用了Android 4.0以上版本支持的Wi-Fi Direct模式来建立广播树，不依赖2G/3G/4G移动基站和Wi-Fi热点，无需root就可以在多用户之间实现多跳广播，扩展了Wi-Fi Direct的应用范围。所建立的广播树的核心转发结点都是参加成员中邻居数量较多者，从而保证了广播树覆盖面广，广播树深度低，从而使端到端广播时延维持在较低值。
【专利说明】基于Android W卜Fl DlRECT模式的最大覆盖广播树建立方 法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于Andriod操作系统的Wi-Fi Direct模式，适用于运行 AndriocM. 0以上操作系统手机的最大覆盖广播树建立方法，属于无线通信【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 近年来，智能手机已经得到了广泛普及。智能手机上的主流操作系统主要有两个：Android操作系统和IOS操作系统。其中，IOS操作系统由苹果公司开发，主要用于Iphone 系列手机，而Android操作系统则由Google公司开发，运行的操作系统涵盖三星及绝大部 分国产手机如华为、中兴，以及大量智能家居系统如电视等。这些手机上大多集成有Wi-Fi 芯片组，可以实现无线数据传输，各种无线网络应用如微信已经广泛使用。但是，目前的绝 大多数无线应用都要依赖基础设施，即2G/3G/4G的移动基站或者是WI-FI热点，有些移动 用户相互之间的信息交互也要经过基站或者热点转发，因而在基站和热点缺乏（如偏远景 区、边远地区等）以及特殊环境如海上、自然灾害时，手机的无线数据传输功能则完全不可 使用，从而严重影响了用户体验。
[0003] 随着微信等交互工具越来越普及，近年来不依赖基站或基础设施，手机之间直接 进行数据交互的需求越来越多，越来越迫切。为了满足这一需求，WI-FI标准工作组在制定 IEEE 802. 11标准的基础上，增加了 ad hoc模式和Wi-Fi Direct模式，并且制订了 WI-FI P2P技术规范Ad hoc模式可以支持多个Wi-Fi设备之间自组网，但是迄今为止，ad hoc模 式没有得到广泛响应，大部分手机的Wi-Fi芯片组不支持ad hoc模式。同时，即便是手机 Wi-Fi芯片组支持ad hoc模式，从Wi-Fi的常规模式切换到ad hoc模式也需要应用具有 root权限。这个权限只有少量智能机预装软件才具备。一般手机很难获得这一权限，从而 导致了 ad hoc模式并不实用。另一方面，Wi-Fi Direct模式近年来得到了很多手机生产 厂家和操作系统的支持，Google公司在Android 4. 0后支持Wi-Fi Direct模式，且从常规 模式切换到Wi-Fi Direct模式不需要root权限。
[0004] 正是Wi-Fi Direct模式与常规模式的兼容性和无需root的便利特点，推动了 Wi-Fi Direct的迅速普及，国际研究机构ABI Research估计，截至现在，已经交付的Wi-Fi Direct设备有20亿，到2018年，预计所有Wi-Fi设备中将有81 %均支持Wi-Fi Direct连 接。一些手机软件如快牙等都支持Wi-Fi Direct。
[0005] 但是到目前为止，Wi-Fi Direct的主要应用模式是用于点到点文件直传，无法实 现广播，即在同一地域的一个人同时把消息传递给所有人。这就限制了 Wi-Fi Direct的应 用。本发明就是利用Wi-Fi Direct的实现便利和普及性，通过利用Wi-Fi Direct机制，在 一个局部区域里参与通信的多个手机之间，建立起一个能覆盖最多数结点的广播树（支持 多跳），这些手机需要发给其他人的广播信息，均通过广播树转发，实现了全网信息共享功 能。扩展了 Wi-Fi Direct的应用领域。
【发明内容】
[0006] 发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，利用Wi-Fi Direct无需root可 以直接在无基站、无Wi-Fi热点条件下互相通信的功能，借助标准Wi-Fi Direct交互机制， 通过本发明提出的最大覆盖广播树建立方法，在参与通信的安卓智能机多个用户之间建立 一个支持多跳的，以拥有较多邻居数的智能手机（以下称为结点）为核心转发结点的广播 树，从而在无需基站，无需操作系统root权限的条件下，实现多个结点之间的广播问题，同 时尽可能地提高广播树的覆盖范围，缩短广播树深度，以减少端到端广播时延。
[0007] 技术方案：在Wi-Fi Direct通信协议设计中，通信双方地位并不相等。其中一个 被称为Group Owner (GO)，另一个被称为Group Client (GC)。GO和GC的选择由双方建链时 交互的GO intent值确定。GO intent值高者成为G0。规范里对用什么值作为GO intent没 有明确规定。对于其他新加入结点来说，GO承担类似Wi-Fi热点的功能，可以支持无Wi-Fi Direct功能的结点接入。同时GO还可以与其他结点进一步协商，成为其他结点的GC或者 G0。通过这种方式，Wi-Fi Direct可以实现多跳转发。本发明专利就是充分利用了这一功 能来建立广播树。把参与结点的邻居可达性作为GO Intent值。
[0008] -种基于Android WI-FI DIRECT模式的最大覆盖广播树建立方法，当一个区域里 两个或多个结点需要不借助基站以广播的方式交互信息，且每个结点跟邻居的一个或多个 结点处于Wi-Fi信号的通信范围内时，开始尝试建立广播树。
[0009] 运行Android操作系统的智能平台开机并完成初始化后，即按照WI-FI P2P技术 规范，周期性地进入侦听（listen)和搜索（search)状态。在侦听状态，听其他结点的探测 请求（probe request)消息，在搜索状态，在wifi信道发起探测请求（probe request)消息， 其他结点会收到自己发送的探测请求消息。在各结点发送的探测请求消息里的用户自定义 字段里，包含本结点已经发现的发送探测请求（probe request)消息的邻居结点数量。记录 各探测消息里携带的该值。每个结点i探测消息在P2P信息元素（Information Element, 以下简称IE)的P2P属性221 (vendor specific attribute,长度2个字节）里携带自己能 侦听到的结点数量Ni和自身电量值。结点数量队为1个字节，最多可以有255个邻居，自 身电量值占第二个字节，取值为0-100,为电量的百分比值。侦听一段时间后，结点（设为 A)发现有邻居发来的Ni = 1，或在没有队=1时，自己能侦听到的结点数量Na乘以自身剩 余电量不小于其他结点Ni乘以其自身剩余电量时，A将尝试用GO Negotiation request消 息与它的邻居数乘以其自身剩余电量次优的邻居建立Wi-Fi Direct连接。建立方式遵循 Wi-Fi P2P技术规范。双方交互的GO intent值等于
[0010]
【权利要求】
1. 一种基于Android WI-FI DIRECT模式的最大覆盖广播树建立方法，其特征在于，当 一个区域里两个或多个结点需要不借助基站以广播的方式交互信息，且每个结点跟邻居的 一个或多个结点处于Wi-Fi信号的通信范围内时，开始尝试建立广播树，具体包括： 1) 、需加入广播组的智能终端（以下称为结点），先发送Wi-Fi probe request(Wi_Fi 查询请求），其中携带侦听到的邻居数信息。 2) 、各结点侦听其他结点的probe request,记录其他结点的probe request信息里的 邻居数，当邻居的邻居数为1，或者结点的邻居数乘以结点自身剩余电量不小于其他结点的 邻居数乘以其他结点自身电量时，尝试与邻居数为1或邻居数乘以其自身电量次大的结点 建立连接，建立连接时的组拥有者倾向（Group Owner intent, GO intent)值就是终端当 前邻居数乘以本结点剩余电量，GO intent值高的结点成为G0(Group Owner)，值低者成为 GC(Group Client)； 3) 、GO建立广播树，以自己为广播树根结点，其他GC为广播树的叶结点； 5) 、GO尝试与信道上其他GO建立Wi-Fi Direct连接；通告交互GO Intent值，GO Intent值计算方法为：
其中，Ni为结点i的邻居数量，即结点i自己能侦听到的结点数量，Pi为结点i的自身 剩余电量，NPMX为（NiXPi)的最大值，i = 1，…M，M为结点的个数，GO intent值高者为 新的G0, GO intent值低者为新的GC ; 6) 、新选出的GC结点向新GO结点通告自己所建立的广播树信息，新GO结点将新GC结 点作为子结点，把新GC结点的广播树嫁接入自己的广播树；形成以自己为根的新广播树。
2. 根据权利要求1所述的基于Android WI-FI DIRECT模式的最大覆盖广播树建立 方法，其特征在于：最大覆盖广播树建立完成后，根结点向所有中间结点和叶子广播一条消 息，消息指明该根结点是广播树的根，所有广播信息可以交给根结点转发；以后，全网的广 播消息可以先发给根结点，再由根结点根据广播树逐跳转发，直到到达所有结点。
3. 根据权利要求1所述的基于Android WI-FI DIRECT模式的最大覆盖广播树建立方 法，其特征在于：一个想加入广播组的结点i首先利用Wi-Fi信道侦听自己身边有没有已经 建立起来的Wi-Fi Direct组beacon消息，以及侦听其他结点发送probe request消息；统 计发送probe request消息的结点数Ni ;经过侦听周期后，如果存在组beacon消息的话，贝U 加入该组；该组GO将该结点列为本组广播树的叶结点。
4. 根据权利要求1或3所述的基于Android WI-FI DIRECT模式的最大覆盖广播树建 立方法，其特征在于：需加入广播组的智能终端为运行AndriocM. 0以上版本操作系统的智 能终端，采用标准的Wi-Fi Direct规范定义的标准连接模式。
【文档编号】H04W40/10GK104394516SQ201410698104
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】王海, 于卫波, 董超, 牛大伟, 米志超 申请人:王海, 于卫波, 董超, 牛大伟, 米志超