CN105898802A - 基于簇异构无线网络缓存协作共享方法 - Google Patents

基于簇异构无线网络缓存协作共享方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于簇异构无线网络缓存协作共享方法，用于解决现有异构无线网络缓存协作共享方法中存在的资源利用率低和传输速度慢的技术问题，包括如下步骤：对异构无线网络中的节点进行分簇；建立每个节点的资源表；节点间交互资源表；节点发起资源请求；请求节点在其资源表中依次查找本节点、邻节点、同簇节点和邻簇节点中是否存在包含请求资源的目的节点；请求节点向该目的节点或外网请求资源；请求节点接受传回的资源，更新本节点资源表，并对可能缺失的资源块重新发起请求直到数据完整或请求失败时退出。本发明的资源利用率高且传速速度快，同时节省流量资费。可用于异构无线网络中提供高速的资源访问需求。

Description

基于簇异构无线网络缓存协作共享方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，涉及一种缓存协作共享方法，具体涉及一种基于簇异构无线网络缓存协作共享方法，可用于异构无线网络中提供高速的资源访问需求。
背景技术
无线通信技术发展迅速，从第一代的模拟通信仅支持语音业务到第二代移动通信技术对语音采用数据化的传输方式，还引入了短信业务，接下来又发展到第三代移动通信技术将蜂窝通信和互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信***，能够传输图像等多媒体资源，提供网页浏览、电话会议、电商信息服务，再到***移动通信技术具有更高的数据传输能力、更低的传输时延、更低的建设和维护成本、更高的鉴权能力和安全性、支持多种QoS(Quality of Service)等级等特性。现在更常见的网络模型是无线个域网(如Bluetooth)、无线局域网(如Wi-Fi)、蜂窝通信网(如2G、3G、4G)以及Ad-Hoc网络等多种接入网共存的异构无线网络。
随着智能移动终端的普及，快速获取资源、共享终端缓存资源和节省上网费用成为用户的迫切需求。
目前，用户的智能终端上都保存着较多的数据资源，如：音频、视频及缓存的网页等，而能够支持用户共享资源的方式主要有：通过蓝牙传输数据资源、通过WIFI传输数据资源、网站论坛的资源发布平台，其中：
通过蓝牙传输数据资源，是在两个终端之间通过蓝牙建立连接，用户手动操作终端选择想要共享的数据资源，将数据资源传输给对方。通过蓝牙传输数据资源的方式，需要用户手动进行操作，过程较为繁琐，同时蓝牙可以覆盖的范围很小，传输可能会由于距离变远而终止，而且蓝牙的传输速度较慢，即使两个用户的距离很近，也无法提高数据资源的传输速度。
通过WIFI传输数据资源和通过蓝牙传输是类似的过程，首先要让共享资源的终端通过WIFI连接到同一个网络中，再借助某些第三方的共享软件才能实现资源共享，操作繁琐，并且也受传输距离的限制。
网站论坛的资源发布平台，为用户提供了一个网络空间，通过这个空间用户可以主动地上传和下载自己感兴趣的资源。虽然不受限于距离因素，但这种方式下资源须由用户手动去上传，过程较为繁琐，同时用户维护这样一个论坛平台账号的学***台难以维护；而且即使同一资源已经存在于附近其他终端中时，资源请求终端仍然需要通过外网访问资源平台去获取，从而造成了不必要的流量、资源利用率低、以及不可避免的资源获取速率较低。
除了上述资源共享方式的局限性，现有的网络用户通过无线环境获取资源的过程也存在一些不便之处。在无线访问外部网络的方式中，蜂窝网络覆盖范围较为广泛，而且最新的高速率蜂窝网络，例如***移动通信技术4G，其蜂窝流量的费用比较昂贵，如果用户正在使用蜂窝网络访问外网，那么将会消耗较多的蜂窝流量及费用；另外，虽然4G已经推出，但由于终端、上网费用以及4G基站覆盖率低的原因，大部分用户仍在使用2G或3G服务，这样，当资源的上传与下载需要通过外网进行时，其上传、下载的速度仍然会受到很大程度的限制。此外，由于欠费等原因被运营商限制外部网络访问权限，或者部分地区某一运营商的服务没有覆盖到等原因造成的无法正常访问外网的状况也时有发生。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种基于簇异构无线网络缓存协作共享方法，用于解决现有异构无线网络缓存协作共享方法中存在的资源利用率低和传输速度慢的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于簇异构无线网络缓存协作共享方法，包括如下步骤：
步骤1、对异构无线网络内网进行分簇，得到由簇网关节点连接的若干簇；
步骤2、新建或更新异构无线网络中每个节点的资源表；
步骤3、节点间交互资源表，用于实现每个节点获得他其节点的资源表信息；
步骤4、异构无线网络中的任一内网节点NA-i向本网络发起资源请求，i表示该节点的地址；
步骤5、异构无线网络中的任一内网节点NA-i在其资源表中依次在本节点、邻节点、同簇节点和邻簇节点中查找是否存在包含请求资源的目的节点，若不存在执行步骤8；
步骤6、异构无线网络中的任一内网节点NA-i向目的节点请求资源，若资源请求成功执行9；
步骤7、异构无线网络中的任一内网节点NA-i向在本节点资源表中删除这条无效的资源记录，并将该无效的资源记录通知其他节点，执行步骤4；
步骤8、异构无线网络中的任一内网节点NA-i通过网关节点向外网发起资源请求，若资源请求失败执行步骤11；
步骤9、异构无线网络中的任一内网节点NA-i解析收到的资源数据，并按基本单元块顺序写入本地存储，同时在本节点资源表中添加已收到的数据资源记录，并将该记录通知其他节点；
步骤10、异构无线网络中的任一内网节点NA-i检查收到的数据资源是否完整，若不完整，针对不完整的部分执行步骤4；
步骤11、请求结束。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明由于对异构无线网络的内网进行了分簇，优先在异构无线网络的内网节点中查找资源，当请求资源时优先请求跳数最少且包含该请求资源的内网节点的目的节点，与现有技术中访问资源时直接从外网获取而不考虑距离的方法相比，提高了资源的利用率，且加快了资源的请求速度和下载速度。
2、本发明中的异构无线网络内网中不需要搭建额外的服务器，并且可以通过多跳通信能够克服蓝牙或者Wifi传输距离的限制，也不需要用户手工操作或者借助第三方软件，整个过程对用户透明，成本低廉，操作简单。
附图说明
图1为本发明使用的网络场景示意图；
图2为本发明的实现流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述。
参照图1，本发明中的异构无线网络是指无线自组Ad-Hoc网和无线蜂窝网的融合网络，仅开启Ad-Hoc端口的节点称之为内网节点，既开启Ad-Hoc端口又开启蜂窝端口的节点称之为网关节点，异构无线网络每个节点均能够通过Ad-Hoc端口组成自组织网络还能通过蜂窝端口和外网通信，控制每个节点的蜂窝端口的打开与关闭可以使得网络中网关节点与网内节点能相互转化，此外，可以支持新的节点任意时刻加入网络。因此，当请求资源存在于内网节点时，便可以从内网节点获取该资源而无需经过外网。网络拓扑稳定后，对异构无线网络的内网利用3h-BAC(3-hop Between Adjacent Clusterheads)分簇算法分成若干个由簇网关节点连接的簇，每个簇由簇头节点以及若干个成员节点组成，当两个相邻节点从属不同的簇时，两个邻节点转变成簇网关节点。分簇完成后两个邻接簇簇头节点间的距离为3跳，成员节点或者簇网关节点距离簇头节点均为1跳。图中存在5个簇，NA-i表示节点的编号，i是该节点的地址，灰色背景圆圈表示簇头节点，网格背景圆圈表示簇网关节点，空心圆圈表示成员节点。
参照图2，本发明的实现步骤如下：
步骤1：对异构无线网络内网进行分簇，得到由簇网关节点连接的若干簇；
网络拓扑稳定后，将异构无线网络的内网即自组织Ad-Hoc网络利用3h-BAC(3-hopBetween Adjacent Clusterheads)分簇算法分成若干个簇，每个簇的簇头负责管理本簇的信息，包括管理本簇中成员节点和网关节点的资源信息，相邻簇之间通过簇网关节点通信。
步骤2：新建或更新异构无线网络中每个节点的资源表；
异构无线网络中每个节点根据自己已有资源新建或更新本节点的资源表，具体通过扫描本地已有的资源创建如表1所示的资源表。
表1中每个条目包括四项内容：资源标识、节点ID、单元块号和资源路径，资源标识表示某资源的唯一标识，可以是统一资源定位符URL、资源编号或其他表征该资源的名称、类型和大小等特征的唯一标识，资源由资源标识唯一确定；节点ID记录该资源所属异构无线网络中的节点的地址，可以但不限于是IP地址；单元块号用于标记组成该资源的基本单元块的存在与否，0表示不包含对应的基本单元块，1表示包含对应的基本单元块，基本单元块包括但不限于字节块、页块、分区块，当请求节点找到存在请求资源的节点后，资源按照基本单元块向请求节点传输；资源路径记录该资源保存在对应节点中的绝对路径。
表1 节点资源表
资源标识 节点ID 单元块号 资源路径
C 1 11110000000 .../picture/...
F 2 010011011110010 .../movie/...
... ... ... ...
步骤3：节点间交互资源表，用于实现每个节点获得他其节点的资源表信息；
异构无线网络内网中的节点交互资源表，使得每个节点得到本节点、邻节点、同簇节点和邻簇节点的资源信息，具体步骤包括：
步骤3.1：异构无线网络中每个内网节点向邻居节点广播本节点的资源表，主要体现在两个方面：一是获取到邻节点中的资源信息，二是让簇头节点获取到整个簇的资源信息，获取到的资源信息为节点请求数据资源时提供选择依据；
步骤3.2：异构无线网络中每个内网节点接受相邻节点广播的消息，从广播消息中解析资源信息，并更新到本节点的资源表中，形成邻节点的资源信息，对于簇头节点，接收到的邻节点资源信息便是本簇的资源信息，形成簇资源信息；
步骤3.3：异构无线网络中的簇头节点向邻居节点广播其资源表，由于分簇后的网络特性，簇头节点的邻节点都为同一个簇中的节点，那么簇中的成员节点或者簇网关节点中都可以接收到本簇的资源信息；
步骤3.4：异构无线网络中的非簇头节点包括簇成员节点和簇网关节点收到簇头节点发送的广播消息，解析并更新到本节点的资源表中；
步骤3.5：对于异构无线网络中的相邻的簇，通过簇网关节点交互簇资源信息，交互完成后，簇中的节点获得邻接簇的资源信息，至此，异构无线网络中的每个节点的资源表中包含本节点、邻节点、同簇节点和邻簇节点的资源信息。
步骤4：异构无线网络中的任一内网节点NA-i向本网络发起资源请求，i表示该节点的地址；
异构无线网络中任一节点NA-i将请求资源的唯一标识打包在请求包中向本网络发起资源请求，资源的唯一标识可以是指定的链接或文件名。
步骤5：异构无线网络中的任一内网节点NA-i在其资源表中依次在本节点、邻节点、同簇节点和邻簇节点中查找是否存在包含请求资源的目的节点，若不存在执行步骤8；
异构无线网络中的任一内网节点NA-i在其资源表中依次在本节点、邻节点、同簇节点和邻簇节点中查找是否存在包含请求资源的目的节点，由于是依次按顺序查找，保证了每次查找到的总是最佳的目的节点，这里的最佳指目的节点到请求节点的跳数最小，若不存在该包含了请求资源的目的节点执行步骤8。
步骤6：异构无线网络中的任一内网节点NA-i向目的节点请求资源，若资源请求成功执行步骤9；
异构无线网络中的任一内网节点NA-i在其资源表中查找到包含请求资源的目的节点，即内网中包含了请求的资源，于是向该目的节点请求资源，若请求成功执行步骤9。
步骤7：异构无线网络中的任一内网节点NA-i在本节点资源表中删除这条无效的资源记录，并将该无效的资源记录通知其他节点，执行步骤4；
异构无线网络中的任一内网节点NA-i成功找到包含该请求资源的节点，却请求失败，因此，在其资源表中删除这条无效的资源记录并更新其他节点的资源表，具体包括删除本节点的资源表中的无效记录，同时通知簇头节点删除该无效记录，并执行步骤4。
步骤8：异构无线网络中的任一内网节点NA-i通过网关节点向外网发起资源请求，若资源请求失败执行步骤11；
经过上述步骤，仍然没有在本节点的资源表中查找到包含请求资源的目的节点，该节点通过网关向外网发送资源请求，由网关节点向外网请求资源数据，若请求失败则执行步骤11。
步骤9：异构无线网络中的任一内网节点NA-i解析收到的资源数据，并按基本单元块顺序写入本地存储，同时在本节点资源表中添加已收到的数据资源记录，并将该记录通知其他节点；
异构无线网络中的任一内网节点NA-i接受内网目的节点或外网的资源数据，解析收到的资源数据并按基本单元块顺序写入本地存储，同时更新本节点的资源表，并通知其他节点，具体包括在本节点资源表中添加已收到的数据资源记录，并将这条新资源记录通知其簇头节点。
步骤10：异构无线网络中的任一内网节点NA-i检查收到的数据资源是否完整，若不完整，针对不完整的部分执行步骤4；
异构无线网络中的任一内网节点NA-i接受从内网目的节点或者外网传回的资源数据，由于数据资源在传输过程中，可能会出现数据块缺失的情况，在资源接受结束后，请求节点检查请求文件的区块是否都已到位，即查看写入到资源表中的资源对应的单元块号是否还存在有0的位，若存在，说明对应的区块缺失，则针对缺失的区块，执行步骤4。
步骤11：请求结束。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于簇异构无线网络缓存协作共享方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)对异构无线网络内网进行分簇，得到由簇网关节点连接的若干簇；
(2)新建或更新异构无线网络中每个节点的资源表；
(3)节点间交互资源表，用于实现每个节点获得他其节点的资源表信息；
(4)异构无线网络中的任一内网节点NA-i向本网络发起资源请求，i表示该节点的地址；
(5)异构无线网络中的任一内网节点NA-i在其资源表中依次在本节点、邻节点、同簇节点和邻簇节点中查找是否存在包含请求资源的目的节点，若不存在执行步骤(8)；
(6)异构无线网络中的任一内网节点NA-i向目的节点请求资源，若资源请求成功执行步骤(9)；
(7)异构无线网络中的任一内网节点NA-i在本节点资源表中删除这条无效的资源记录，并将该无效的资源记录通知其他节点，执行步骤(4)；
(8)异构无线网络中的任一内网节点NA-i通过网关节点向外网发起资源请求，若资源请求失败执行步骤(11)；
(9)异构无线网络中的任一内网节点NA-i解析收到的资源数据，并按基本单元块顺序写入本地存储，同时在本节点资源表中添加已收到的数据资源记录，并将该记录通知其他节点；
(10)异构无线网络中的任一内网节点NA-i检查收到的数据资源是否完整，若不完整，针对不完整的部分执行步骤(4)；
(11)请求结束。
2.根据权利要求1所述的基于簇异构无线网络缓存协作共享方法，其特征在于步骤(1)中所述的对异构无线网络进行分簇，采用3h-BAC算法。
3.根据权利要求1所述的基于簇异构无线网络缓存协作共享方法，其特征在于步骤(2)中所述的资源表，该表格中的每个条目包括资源标识、节点ID、单元块号和资源路径。
4.根据权利要求1所述的基于簇异构无线网络缓存协作共享方法，其特征在于步骤(3)中所述的节点间交互资源表，其实现步骤为：
3a)异构无线网络中的任一网内节点向邻居节点广播其资源表；
3b)异构无线网络中的任一网内节点解析收到的邻节点的广播消息并更新其资源表；
3c)异构无线网络中的簇头节点向簇成员节点广播其资源表；
3d)异构无线网络中的非簇头节点解析收到的簇头节点的广播消息并更新其资源表；
3e)异构无线网络中的相邻簇通过簇网关节点交互邻簇的资源表部分。
5.根据权利要求1所述的基于簇异构无线网络缓存协作共享方法，其特征在于步骤(8)中所述的异构无线网络中的任一内网节点NA-i通过网关节点向外网发起资源请求，是指网关节点根据请求包中的资源唯一标识建立与外网中主机的通信，并获取到所需的资源。
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