一種鄰近移動無線網(wǎng)絡(luò)的多媒體交互系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

陳豪 單宇豪 朱康帥

摘要 本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于開源項目Alljoyn的鄰近移動無線網(wǎng)絡(luò)多媒體交互系統(tǒng)，本系統(tǒng)具有多終端多跳傳輸、數(shù)據(jù)傳輸可靠高效等優(yōu)點，它是對傳統(tǒng)的WiFi-Direct功能進(jìn)一步優(yōu)化，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在某個小型自組織無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進(jìn)行一對多或者多對多的文件傳輸功能。

【關(guān)鍵詞】Alljoyn無線網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)傳輸 Wi-Fi

隨著智能設(shè)備的普及，人們在日常生活中使用智能設(shè)備的頻率越來越高，移動的智能設(shè)備之間進(jìn)行信息傳遞的需求不斷增加，傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)有著速度慢（2G）或是資費貴（3G/4G）的缺點，而可供接入公共的無線網(wǎng)絡(luò)熱點（AP）少之又少，不方便進(jìn)行信息傳遞。若是有一個新的無線傳輸手段能達(dá)到移動智能設(shè)備之間的信息傳遞，就可以滿足大眾的基本數(shù)據(jù)傳輸需求。

本項目通過在Android手機上開發(fā)一款能夠在有限數(shù)量設(shè)備之間進(jìn)行多跳傳輸（ Multihops）的應(yīng)用來實現(xiàn)用戶智能設(shè)備脫離互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行無線路由，設(shè)計一個應(yīng)用場景實現(xiàn)一個信息多跳傳輸?shù)墓δ?，并探討文件傳輸?shù)牡统杀窘鉀Q方案。

1研究背景與技術(shù)

國際物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)聯(lián)盟AllSeen Alliance提供的開源項目AIIJoyn，可以讓智能設(shè)備之間通過多種無線技術(shù)實現(xiàn)跨平臺和基于服務(wù)發(fā)現(xiàn)的點對點連接。安裝了相應(yīng)基于Alljoyn開發(fā)應(yīng)用的智能終端設(shè)備，使用Alljoyn提供的技術(shù)可實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)發(fā)現(xiàn)己存在服務(wù)并方便地進(jìn)行無線連接，形成點對點鏈接，進(jìn)行應(yīng)用所需的基于服務(wù)的通信。

傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)搭建需要無線接入點AP的參與，建立的網(wǎng)絡(luò)存在一個中心設(shè)備（AP），如圖1左圖所示。而AIIJoyn可以充分運用智能設(shè)備上的無線模塊，利用Wi-Fi進(jìn)行靈活的點對點的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)多個設(shè)備之間的連接，如圖1右圖所示。因為Wi-Fi的連接擁有設(shè)備發(fā)現(xiàn)和服務(wù)發(fā)現(xiàn)的特性，以及在節(jié)點的應(yīng)用層實現(xiàn)信息的存儲，這樣就可以實現(xiàn)節(jié)點之間的信息轉(zhuǎn)發(fā)功能。

Alljoyn技術(shù)通過在設(shè)備進(jìn)程或者服務(wù)之間建立一條虛擬的總線進(jìn)行通信（如圖2中的數(shù)字標(biāo)號代表服務(wù)），而設(shè)備間通信則是將設(shè)備間的虛擬總線連接成為一條總線，實現(xiàn)信息在不同設(shè)備之間通信。

2系統(tǒng)功能概述

基于開源項目Alljoyn的鄰近移動無線網(wǎng)絡(luò)多媒體交互系統(tǒng)，有以下幾個功能：

2.1創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)、連接網(wǎng)絡(luò)

使用本系統(tǒng)能夠讓Host主機通過Wi-Fi創(chuàng)建一個小型自組織無線網(wǎng)絡(luò)，每個客戶機可以連接該網(wǎng)絡(luò)，從而達(dá)到所有用戶在同一個網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍之內(nèi)互相通信的目的。

2.2傳輸文件

客戶機提供給主機一個文件名即可實現(xiàn)文件的上傳或下載。

本系統(tǒng)與現(xiàn)在有藍(lán)牙技術(shù)對比情況如表l所示，由此我們可以知道，基于AIIJoyn的多媒體交互系統(tǒng)其傳輸速度遠(yuǎn)大于藍(lán)牙，且本系統(tǒng)支持多對多傳輸，不再是單一的一對多傳輸。

本系統(tǒng)的有以下優(yōu)點：

（1）文件發(fā)送者只需要加入無線頻道，并選擇需要上傳的文件名，接收方則可以有選擇地下載該文件。發(fā)送者不需要手動選擇下載的文件，也不需要等待接收者確認(rèn)接收，從而減少了發(fā)送者的操作和等待時間。

（2）其他用戶可以中途加入并接收剩余未發(fā)送的文件，減少了接收者等待時間和發(fā)送者讀取的次數(shù)。

但是，使用本系統(tǒng)的發(fā)送者需要一直保持加入無線頻道的工作狀態(tài)，手機等移動終端設(shè)備耗電會較大。圖3為系統(tǒng)原理圖。

若有中途加入的接收者，則跟隨前面的接收者一起接收剩余文件。當(dāng)發(fā)送者發(fā)送文件結(jié)束標(biāo)志時，接收者判斷己接收到的文件是否是完整的文件，若是，則結(jié)束本次傳輸;若不是則請求發(fā)送者發(fā)送所缺失的文件片段。發(fā)送者接收到請求即發(fā)送該片段，己完整接收的接收者不需接收該片段，未完整接收的接收者選擇接收該片段，發(fā)送完后再次判斷接收者是否全部接收完成，若己完成則結(jié)束本次傳輸。

3系統(tǒng)使用說明

系統(tǒng)測試環(huán)境是在windows 10操作系統(tǒng)下的mumu模擬器（Android版本：4.4.4）進(jìn)行模擬試驗。

3.1主機創(chuàng)建無線頻道

首先HOST主機設(shè)置無線頻道名，缺省的頻道名稱改為輸入的頻道名，頻道狀態(tài)變“Idle”，如圖4所示。然后HOST主機點擊創(chuàng)建無線頻道，則頻道狀態(tài)變?yōu)锳dvertised。這時客戶機就可以尋找并加入該頻道，如圖5所示。

3.2客戶機連接頻道

用戶點擊“加入頻道”，可從下拉頻道中選擇HOST主機設(shè)置的頻道并加入，如圖6所示。

3.3客戶機上傳文件

用戶點擊“選擇”并選擇所需上傳的文件。上傳之后HOST主機與客戶機會顯示一條包括文件名的提示信息，如圖7所示。上述示例表示上傳2個文件成功，可提供其它客戶機選擇性下載。

3.4客戶機下載文件

用戶只需點擊所要下載的文件名，然后再點擊下載即可完成下載文件，如圖8所示。

3.5傳輸速率比較

在模擬試驗中，系統(tǒng)環(huán)境為Windows 10操作系統(tǒng)，CPU為i5-7300HQ，硬盤為SSD。測試中傳輸?shù)奈募笮?096Mb，平均傳輸時間為190S，傳輸速度為21.6Mb/s。

4測試

本次測試是為了對比在不同型號手機試驗下該系統(tǒng)與藍(lán)牙的傳輸速率比較。

4.1測試環(huán)境

系統(tǒng)測試運行環(huán)境如表2所示。

4.2測試結(jié)果

通過真機測試數(shù)據(jù)分析，基于開源項目Alljoyn的鄰近移動無線網(wǎng)絡(luò)的多媒體交互系統(tǒng)的文件傳輸速率遠(yuǎn)大于藍(lán)牙的傳輸速率。表3是本次測試結(jié)果。

5結(jié)語

本文實現(xiàn)了一種基于開源項目AlIJoyn的鄰近移動無線網(wǎng)絡(luò)的多媒體交互系統(tǒng)。本項目系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在某個小型自組織無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進(jìn)行一對多或者多對多的文件傳輸功能。

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