论文总字数：24566字

摘 要

随着宽带无线接入技术和移动终端技术的飞速进步，以及移动智能设备的普及，移动互联网呈现出井喷发展。然而，在实际应用环境中，各种不同问题的存在都会对信息的有效、迅捷传输带来不便。例如，节点的无规律移动、网络状态不佳以及信号中断等情况。而这些也推动了机会网络的迅速发展。

本文首先对机会网络及相关概念进行了介绍，并阐述了机会网络当前应用及关键技术。在基于机会网络的软件应用开发方面，设计了基于Android平台开发的的基于机会网络的终端节点应用App。

本文介绍的应用软件设计需要实现的功能是在最后一个传输环节，即终端节点处需要的应用功能，包括当移动端检测到当前环境中的无线网络时需接入Wi-Fi，发现机会节点并搜寻到接入口与之建立连接，将已经保存的数据通过Wi-Fi传输至目标节点。最后，本文对软件应用进行了设计说明，对算法实现进行了详细阐述。其中，所应用到的关键代码也简单列出并作说明。

关键词：机会网络，移动自组织网络，延迟容忍网络，Android开发，Socket通信,机会节点

A DESIGN OF THE TERMINAL NODE APPLICATION

BASED ON THE OPPORTUNITY NETWORK

Abstract

With the rapid development of broadband wireless access technology and mobile terminal technology, and the popularity of mobile intelligent devices, the mobile Internet presents an explosive growth. But in the practical application environment, the existence of various problems will bring inconvenience to the effective and quick transmission of information. For instance, the irregular movement of nodes, poor network situation, intermittent signals and so on. And these also boost the rapid development of opportunity network.

In this paper, the opportunity network and related concepts are introduced, and the current application and key technology of the opportunity network are expounded. In terms of software application development based on the opportunity network, the App of opportunity network terminal node based on the Android platform system are designed.

The function of the application this paper introduced is in the final transmission link, which means the function needed in the terminal nodes. For instance, it needs to (1) access the Wi-Fi when the mobile terminal detects the wireless network in the current environment, (2) find the opportunity node, catch the access and establish the connection with it, and (3) transmit the reserved data to the target node via Wi-Fi. Finally, this paper introduces the design of the software application and expounds the algorithm in detail. And the key codes applied in this application are included with brief explanations.

KEY WORDS: Opportunity Network, Ad-Hoc, Delay Tolerant Network, Android Programing, Socket Communication, Opportunistic Node

目录

摘 要 I

Abstract II

目录 2

第一章 绪论 4

1.1 引言 4

1.2 机会网络概念 4

1.3 其他相关概念 5

1.3.1 自组织网络 5

1.3.2 延迟容忍网络 5

1.4 本文的研究目的和主要研究内容 6

第二章 机会网络应用 7

2.1 机会网络当前应用 7

2.2 机会网络主要研究方向 7

2.2.1 机会路径转发机制 7

2.2.2 机会网络节点移动模型 8

2.2.3 基于机会网络通信的数据分发和检索 8

2.3 机会网络应用限制 9

2.3.1 数据传输延迟 9

2.3.2 节点移动模型适用性受限 9

第三章 基于主动路径的机会节点方法研究 10

3.1 当前机会网络路由技术介绍 10

3.1.1 机会网络路由协议 10

3.1.2 机会网络接入机制 10

3.2 基于矿井条件下主动路径的机会节点模型介绍 11

3.3 矿井条件下机会节点模型设计 11

3.3.1 主动路径机会节点模型设计概述 11

3.3.2 矿井下主动路径机会节点模型情境模拟设计 12

第四章 机会节点设计与开发 13

4.1 概要设计 13

4.1.1 设计要求 13

4.1.2 设计思路 13

4.1.3 Eclipse开发环境 14

4.1.4 机会节点数据传输流程 15

4.2 功能实现 16

4.2.1 开启Wi-Fi 16

4.2.2 接入机会节点 16

4.2.3 数据存储及传输 17

4.2.4 客户端用户界面显示 17

4.3 Sockets通信与数据传输 18

4.3.1 Socket通信传输 18

4.3.2 数据包传输 19

4.3.3 多线程传输 20

4.4 App功能测试及设计成果展示 20

4.4.1 功能测试 20

4.4.2 App设计成果展示 21

总结和展望 22

致谢 23

参考文献（References） 24

第一章 绪论

1.1 引言

随着宽带无线接入技术和移动终端技术的飞速发展，人们的日常生活及通信越来越依赖于移动互联网。诸如蓝牙、无线网络、蜂窝数据网络和无线射频识别等低成本的无线传输方式的飞速扩展和广泛普及，以及越来越渗透入人们生活的的普适电脑计算（pervasive computing）^[1]的发展，越来越多的研究人员和相关业者对于基于无线网络的普及计算的评估开始感兴趣，这也作为一个崭新而令人兴奋的新兴研究领域得到了飞速的进展。

但在实际的应用环境中，各种不同问题的存在都会对信息的有效、迅捷传输带来不便，比如，节点的无规律移动、特定情况下网络状况不佳以及信号中断等情况的不断出现。

因此，一种成本较低，并且能够有效避免这类情况带来的不便的数据传输形式的出现满足了人们的实际需求，也将为未来通信传输方式及思维的拓展铺下良好的基石。大规模移动智能设备用户的出现以及目前各类便携式智能设备的飞速发展使得尤其公共场合出现大量密集型“移动热点”的机会增加，配合人类社会活动的流动性，机会网络所需的可能链路存在机会大大增加，主要目的是充分发挥其协助传输者的资源与能力来实现其既定目标，为实现困难环境中基于机会网络进行信息传输的发展铺下了基石。

同时，随着互联网应用的进一步普及，可以预见的是，更大规模的用户的出现将使得对数据通信的需求不断上升，此外，考虑到愈加复杂而充满挑战的网络环境及愈加挑剔的用户体验标准，需要人们发展更加高效、稳定的网络技术与模式以满足这些需求。

1.2 机会网络概念

在不良的网络环境中，网络链路很难长久地保持稳定，而这正是传统的移动自组织网络不可或缺的条件。传输模式要求通信源和目标节点之间存在至少一条完整的路径，因而无法在这类环境中运行。

和传统网络不同的地方在于，机会网络中的节点并不是预置的，也就是说，在数据传输之前，并无法确定源节点和目标节点之间是否存在有效的通信传输路径。

机会网络是通过一种被称为“逐跳”的方式来传输消息，即利用节点移动而形成的通信机会，以“存储-携带-转发” ^[2]的路由模式来实现节点间通信，如图1-1。

图1-1 “存储-携带-转发”的路由模式示意图

T1阶段，源节点S需要进行数据传输，检索周边潜在的可协助传输数据的机会节点（节点N2，N3），在进行了一系列安全性、有效性判断后，选择判断数值更高的节点N3，并发送请求，在接收到允许发送的反馈后，则将数据发送给节点N3。

T2阶段，携带有数据信息的节点N3在移动中，随时检索周边潜在的可协助传输的机会节点，在某一时刻遇到机会节点N1和N4，与T1阶段进行相似的数据传输过程，将数据发送至安全性、有效性更高的机会节点N4。和上一阶段即T1阶段不同的是，T2阶段中节点N3需要增加一个判断环节，即判断自身的安全性和有效性，并与其它最高数值节点相比较。

T3阶段，携带有数据星系的节点N4在移动后恰巧和目标节点D相遇，则将数据发送给目标节点D。这一环节中，即使周围其他节点经检测后判断的分值比目标节点数值高，也仍然忽视这一判断结果，直接将数据发送给目标节点。这时，数据传输过程完成。

也就是说，每个节点通过不同算法，计算出周围其他潜在可参与本次数据传输的节点能够完成传输目的的概率及可信度，再相应地从后台发送所需发送的数据；对方接收后以同样方式转发直至数据到达目标节点。

1.3 其他相关概念

1.3.1 自组织网络

移动自组织（Ad-Hoc）网络是一种多跳的临时性自治系统^[3]，这种网络没有固定的路由器，网络中的节点可随意移动并能以任意方式相互通信。

网络中，各个节点通过中继方式而无需直接连接，在两个因距离过远而无法直接通信的节点之间实现信息传输。

机会网络可以看作是一种特殊的移动自组织网络，利用结点的运动带来的相遇机会来实现结点间的通信传输。但与自组织网络不同的地方在于，机会网络的各传输节点在实现传输前并不确定存在，而是依靠“概率”来判断。

1.3.2 延迟容忍网络

延迟容忍网络（Delay Tolerant Network, DTN）^[4]最初是由容迟网络研究组（DTNRG）为星际网络IPN（Interplanetary Network）^[5]通信而提出来的。在这样一种特殊的网络中，端到端的路径通常很难建立，网络中的消息传播往往具有很大的延时，这也使得传统因特网上基于TCP/IP的协议很难适用于该网络。

原因在于，延迟容忍网络本身的结构体系是基于信息的交换，其特点在于运转所需的成本低。

图1-3 容迟/容断网络分层结构

如图1-3所示，延迟容忍网络在传输层和应用层中增加了一层bundle，即捆绑层。在网关接收到数据流后，先暂存在本地后台中，积累起来，等到合适的机会，再将积累的数据一起转发出去。因此，只有在明确了存在能够通往目标域“DTN Domain”的链路后，才可以将储存的消息经由该路径转发出去，否则的话，就依旧把消息存储在本地的永久存储器内，直到可被有效使用的链路的出现。^[6]

机会网络的一部分概念源自于更早时期开始的对延迟容忍网络的探讨。因此，可以将机会网络看作是拥有一定的DTN特征的无线自组织网络（Mobile Ad Hoc Network, MANET）^[1]。

1.4 本文的研究目的和主要研究内容

综上所述，因为机会网络对网络全连通没有特别需求的特性，使得其更加地适合于实际应用环境中的自组网的要求，并且，可以预见的是，机会网络的发展将对于实现未来普适计算具有重大影响。^[7]

本文介绍的应用设计需要实现的功能是在最后一次信息传输过程中，即终端节点处需要的应用功能，包括当移动端检测到当前无线网络时需接入Wi-Fi，发现机会节点并搜寻到接入口，与之建立连接，将以保存的数据成功传输至目标节点。其中，数据传输的网络环境是在同一局域网中，传输的数据要求保存并通过该局域网进行传输。应用设计中，也对所需用到的关于socket通信的函数也将做具体了解学习。

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