基于移动终端的内容分发原型系统

论文总字数：25227字

摘 要

无线通讯技术的发展为用户提供多种多样的信息获取方式，然而常用的3G/4G蜂窝网络的有限频带和终端资源使得对设备的访问有所限制，WiFi网络更因其覆盖面不广以及传播特性造成使用效率下降。本系统致力于为移动终端用户搭建一个便利的热门信息获取平台，无需传统的蜂窝网络或无线网络等基础设施支持，而是利用本机的蓝牙模块进行数据接收。

机会网络是一种网络中每个节点与其他节点机会地建立连通性的网络。机会网络中的数据分发具有难度并已投入了大量研究。当两个节点建立连通性时，为使数据最终能够发送到目标节点，存储在节点中的数据项将会被复制或者转发给其他节点。

系统应用场景为校园内由移动终端间短距离蓝牙广播所形成的机会网络。用户能够利用机会网络特性和移动终端的短距离无线通信能力传输并分享数据，将信息内容从固定终端向移动终端转移，并通过多跳转发机制，将信息内容向更多的节点扩散和传播。

本系统设计平台基于Android，应用于Android智能手机。系统分为两大模块，即蓝牙通讯模块以及数据库模块。蓝牙通讯模块采用服务器-客户端框架进行开发，移动设备服务器端与客户端利用socket进行通信。数据库模块使用SQLite轻量级数据库实现对消息的本地存储，传输过程采用自定义的数据实体类对数据库内容进行封装后再传输。

数据传输前，本系统添加了元数据交换过程，采用摘要向量机制避免传输本地已有数据，采用已知向量机制消除摘要向量消息中不必要标识符的预处理过程。通过修改安卓系统内核，实现系统的后台运行，因此无需用户手动操作即能完成对于数据的传输、热门信息的获取。

结合校园场景以及机会网络场景，本系统的设计有利于研究社交网络特点以及用户习惯。未来可以通过大规模的设备部署发掘社交网络模式，对于不同用户也可以根据用户习惯进行消息分类推送。

关键词：机会网络，D2D，蓝牙，安卓，元数据，摘要向量，已知向量

PROCESSING AND RESEARCHING FOR MOBILE NETWORK

TERMINAL TRACESET

Abstract

With the recent technical advance and popularization of wireless devices, wireless communication technology has offered an increasing number of ways for users to acquire information. However, the common use 3G/4G cellular network makes it hard to reach devices sometimes due to its limited bandwidth and resource. Plus, the utility of WiFi decreases, blaming on its narrow scale and radio feature. This system is dedicated to construct a platform for mobile users to obtain hot issues without the back of traditional cellular network or WiFi. Instead, this system is built on Bluetooth module.

An opportunistic network is a network where each node only has connectivity with other nodes opportunistically. To disseminate data in this kind of network is a challenging task and had drawn lots of research effort. When two nodes have connectivity with each other, the data bundles stored in their memory will be either replicated or forwarded to the other node in the hope that the data eventually reaches the destination node.

The scene of this system is the opportunistic network built up with short range Bluetooth radio on campus. Users can utilize the feature of opportunistic network and the communication supported by short range radio to share data, get data from pc and forward it to more devices.

The platform of this system is based on Android, applied for Android smartphones. The system is divided into two parts, the Bluetooth communication part and the database part. The Bluetooth communication module is developed based on server-client framework, and the server and client communicate through socket. The database is developed by lightweight database – SQLite to realize the local storage of message. The process of transmission is realized by using a self-defined class to package the database.

Ahead of transmitting message, the system adds a process to exchange metadata. The system uses the summary vector mechanism to save the transmission of existing data, and the known vector mechanism to avoid the pre-process of non-necessary identifiers. By modifying the kernel of Android OS, the system can run background without the activity of users.

With the on-campus scenario and opportunistic network, the system design is benefit to research relating social network patterns and user behaviors. The massive deployment of devices is promising to this research. And it could be better to realize the categorical message.

KEY WORDS: Opportunistic Network, metadata, Bluetooth, D2D, Android, summary vector, known vector

目录

基于移动终端的内容分发原型系统 I

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 2

1.1 研究背景 2

1.2 研究意义 2

1.3 论文的主要工作 3

1.4 论文的章节安排 3

第二章 相关工作 5

2.1 机会网络 5

2.1.1 机会网络特点 5

2.1.2 转发机制 5

2.2 机会网络路由协议元数据交换机制 6

2.2.1 摘要向量 6

2.2.2 已知向量 7

2.3 本章小结 7

第三章 系统设计 8

3.1 系统设计框架 8

3.1.1 系统部署结构 8

3.1.2 系统框架 9

3.1.3 系统功能结构 9

3.2 数据表设计 10

3.3 本章小结 11

第四章 蓝牙通信模块 12

4.1 开发平台 12

4.1.1 硬件环境 12

4.1.2 软件环境 12

4.2. 蓝牙通信模块 12

4.2.1 搜索设备 13

4.2.2 蓝牙Socket通信 14

4.2.3 连接管理 14

4.3. 系统后台运行 15

4.3.1 蓝牙可搜索模式 15

4.3.2 消除系统蓝牙请求 15

4.4. 功能测试 17

4.5. 本章小结 18

第五章 数据增量传输模块 19

5.1 算法设计 19

5.1.1 问题描述 19

5.1.2 基本方法——摘要向量 19

5.1.3 添加已知向量 19

5.2 算法实现 20

5.2.1 摘要向量数组 20

5.2.2 已知向量数组 21

5.3 数据表显示 22

5.4 功能测试及性能分析 23

5.4.1 功能测试 23

5.4.2 性能分析 24

5.5 本章小结 25

第六章 总结与未来进一步工作 26

致谢 27

参考文献 28

第一章 绪论

• 1. 研究背景

目前，无线通信技术发展迅猛，无线设备和技术层出不穷，从根本上改变了我们获取和响应信息的方式。以智能手机为例，智能手机有着出色的存储、显示以及传输多种类型多媒体信息的能力。智能手机实现数据传输最直接的方式是利用3G/4G蜂窝网络。但是，蜂窝网络的有限频带和终端资源不足以应对由于对同一设备的猝发式大规模数据访问而造成巨大的通信开销，甚至可能影响通信服务质量。WiFi^[15]是另一种常用的通信网络，但其覆盖面仍有限。相对于有线网络来说，WiFi网络在其覆盖范围内，会因为与节点距离的增加从而导致信号的减弱；同时，WiFi的传输速度也会因为与节点距离的增加使得到达终端的有效速率减少；大型建筑或墙体的阻碍也会减弱WiFi信号，原因在于无线电波在传播过程中如若遇到障碍物，会发生不同程度的反射、衍射、折射，因此信号传播受到干扰；此外，恶劣天气或者与信号同频率的电波也会对无线信号产生严重干扰或影响。以上诸多因素都可能造成网络信号的不稳定或者网络传输速率降低，对于习惯使用有线网络的用户来说，这些弊端极易造成WiFi的使用效率下降。

然而，通信领域大量新技术陆续出现，随着个人通信技术的持续发展以及对自组织网络^[10]应用的研究，通过在移动用户节点间直接建立无线链路并交换数据的Device-to-Device (D2D)^[14]通信方式渐现广阔的应用前景。D2D数据传输有利于提升蜂窝小区频谱效率、降低移动终端能耗从而一定程度上延长其电池寿命。通过多跳链路形式组成的D2D机会通信网络带来了可利用节点的广泛移动性，随着D2D通信方式的普及,在较大范围内将会实现随机数据的投递和分发,从而显著缓解蜂窝接入网日渐增长的业务负载。

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