wifi共享

利用P2P组建WIFI移动共享网络

第一章绪论

1.1研究背景

近年来，对等网络(PeertoPeer:Network，简称P2P)因其具有大规

模数据共享、并行计算以及协同合作等能力，并有自适应性、自组织

性、可扩展性、鲁棒性、容错性以及负载均衡性等优点，从而在学术

界和工业界得到了迅速的发展和广泛的应用。P2P目前已成为互联网

的主要应用之一，许多文献纷纷表明P2P文件共享系统在固定

Internet网络上所产生的流量己经超过了http和emall的流量，可达

主干网流量的60%。另据我国电信运营商的统计，P2P数据流量白天

占总流量的35%一60%，晚上甚至高达50%一90%。

另一方面，随着蓝牙、WIFi、WIMax以及卫星通信等无线通信技

术和互联网、数据库、分布式计算等各领域的发展，移动计算技术也

得到了迅猛的发展，从而大大地扩展了计算设备的通信功能如:智能

手机和笔记本电脑，并逐步解决了不同网络的接入和无缝计算问题，

提供随时随地能够交换和处理信息的能力"随着移动无线网络运营成

本以及移动终端设备价格的下降、使用范围的普及，基于移动通信网

络的应用正广泛地进入到我们的日常生活中。据英国广播公司(BBC)

报道称，联合国有关机构调查显示，在2014年底，世界上移动通信

设备用户总数将会超过世界总人口数。另外，不需任何基础设施就能

快速部署，几乎不用任何管理中心支持的移动自组网(MANET)，作为

基于基础设施的网络的一个重要补充也开始闪亮登场。可以说，我们

正在进入一个无处不在的移动计算时代。

P2P覆盖网络以及移动计算这两大技术的发展及应用的普及就

为在移动环境下构建P2P覆盖网络，满足人们“随时随地，移动共享”

的P2P应用需求提供了极大的可能，也为在不存在基础设施或基础设

施已被破坏的一些特殊环境内实现P2P资源共享带来了希望，比如为

在海洋上漂泊的船员!在高空翱翔的乘客以及在战场作战的战士们提

供了P2P资源共享的可能。移动计算将给P2P应用提供一个新的平台，

而P2P技术也将进一步促进移动计算技术的发展，给移动通信网络注

入了新的生机和活力。因此，可以预见在移动环境下实现P2P覆盖网

络将具有重大的研究意义和广阔的应用前景。然而，P2P技术和移动

计算技术的结合并非是浑然天成的机械式组合，而需要系统地兼并考

虑各自的技术特点及其带来的影响。比如，移动环境的特殊性将可能

给P2P构建带来这几个问题:高度动态性、带宽有限性、连接的不可

靠性以及移动设备的能力受限性等。而这些特性都将可能给构建移动

P2P网络带来诸多的挑战，包括移动环境下的P2P网络的高效资源定

位与获取、网络安全以及如何适应一些具体的应用场景等问题，这些

问题都有待我们深入研究和解决。

第二章P2P网络简介

2.1P2P网络特点

PZP打破了传统的client/rver(C/S)模式，在网络中的每个节点的

地位都是对等的。每个节点既充当服务器，为其他节点提供服务，同

时也享用其他节点提供的服务。P2P与C/S模式的对比如图1.1所示

图1.1C/S模式与P2P模式的比较

P2P相应地具有如下特点：

非中心化。网络中的资源和服务分散在所有节点上，信息的

传输和服务的实现都直接在节点之间进行，均衡网络负载；

可扩展性较好。在P2P网络中，用户数量越大，系统整体的

资源和服务能力越强，始终能较容易地满足用户的需要；

健壮性。P2P架构具有高度抗攻击!高容错的优点。由于服务

是分散在各个节点之间进行的，部分节点或网络遭到破坏对

其它部分的影响较小；

较高的性价比。性能优势是P2P被广泛关注的一个重要原因。

采用P2P架构可以有效地利用互联网中散布的大量普通节点，

将计算任务或存储资料分布到所有节点上"利用其中闲置的

计算能力或存储空间,达到高性能计算和海量存储的目的"通

过利用网络中的大量空闲资源,可以用更低的成本提供更高

的计算和存储能力;

隐私保护"在PZP网络中,由于信息的传输分散在各节点之间

进行而无需经过某个集中环节,用户的隐私信息被窃听和泄

漏的可能性大大缩小"这一点也是手机上信息服务选择PZP的

原因之一；

负载均衡"PZP网络环境中每个节点既是服务器又是客户机,

减少了对传统C/S结构服务器计算能力!存储能力的要求,同

时因为资源分布在多个节点,更好的实现了整个网络的负载

均衡。

2.2P2P网络的分类

首先根据P2P发展的不同阶段及相应的体系结构将其分为:第一

代集中式P2P网络!第二代分布式P2P网络和第三代混合式PZP网络,

如图2.1所示

图2.1P2P体系结构分类

集中式PZP有利于网络资源的快速检索,并且只要服务器能力足

够强大就可以无限扩展,但是其中心化的模式容易遭到直接的攻击;分

布式PZP解决了抗攻击问题,但是又缺乏快速搜索和可扩展性"混合式

PZP结合了集中式和分布式PZP的优点,在设计思想和处理能力上都得

到了进一步的优化"它在分布式模式的基础上,将用户节点按能力进行

分类,使某些节点担任特殊的任务"其拓扑结构如前面的图1.2右图所

示"这些节点共分为3种

用户节点:普通节点,它不具有任何特殊的功能"

搜索节点:处理搜索请求,从它们的“孩子”节点中搜索文件列

表,这些节点必须有较大的网络带宽,需要高性能的处理器"

索引节点:连接速度快!内存充足的节点可以作为索引节点"索

引节点用于保存可利用的搜索节点信息,并搜集状态信息,维

护网络结构信息.

一个节点可以既是搜索节点又是索引节点。用户节点可以选择几

个搜索节点作为它的“父”节点,如果父节点接受该用户节点作为它

的“孩子”的话,那么该用户节点就可以提交其所要共享的列表给它

的“父”节点。搜索节点可以维护多个“孩子”节点。在第三代PZP

的软件体系结构中,采用了这种混合式PZP结构。这种模式的关键之

一是引入了索引节点,索引节点不会直接连接到有版权的资料上,它就

像搜索引擎一样,只是搜索和所需资料相关的地址,至于用户到底连接

下载了什么内容则和它无关"这种模式的关键之二是引入搜索节点,搜

索节点管理着所属用户的文件列表"用户节点通过索引节点获得搜索

节点信息,之后用户节点就与获得的搜索节点相连,每一次查询都通过

该搜索节点进行"当用户发出搜索请求后,如果和用户节点直接相连的

搜索节点查询结果达到200个(这里的200个搜索结果,可以由用户自

己来设定)就停止;如果不足200个,就向相邻的搜索节点发出请求,如

果查询结果还不够,就继续向外快速发散,直到所有的搜索节点都被

搜索到为止"若所有的搜索节点都被访问过,就意味着整个网络上的节

点都被搜索到了,其速度要比纯PZP模式快得多"混合式结构也是一个

层次式结构,超级点之间构成一个高速转发层,超级节点和所负责的普

通节点构成若干层次"最典型的案例就是Kazaa结合了Napster和

Gnutella共同的优点。从结构上来说,它使用了Gnutella的全分布式的

结构,具有良好的可扩展性"它自动选举性能好的机器成为超点,超级

节点存储着离它最近的叶子节点的文件信息"超级节点之间形成一个

覆盖网络"由于超级节点具有索引功能,搜索效率大大提高"混合式结

构的优点是性能!可扩展性较好,较容易管理,但普通节点对超级节点

依赖性大,容错性受到一定影响。

第三章移动自组织网络

3.1自组织网络概述

移动自组织(AdHoc)网络是一种多跳的临时性自治系统，它的原

型是美国早在1968年建立的ALOHA网络和之后于1973提出的

PR(PacketRadio)网络。ALOHA网络需要固定的基站，网络中的每一

个节点都必须和其它所有节点直接连接才能互相通信，是一种单跳网

络。直到PR网络，才出现了真正意义上的多跳网络，网络中的各个

节点不需要直接连接，而是能够通过中继的方式，在两个距离很远而

无法直接通信的节点之间传送信息。PR网络被广泛应用于军事领域。

IEEE在开发802.11标准时，提出将PR网络改名为AdHoc网络，也

即今天我们常说的移动自组织网络。

移动自组织网络。一方面，网络信息交换采用了计算机网络中的

分组交换机制，而不是电话交换网中的电路交换机制;另一方面，用

户终端是可以移动的便携式终端，如笔记本、PDA等，用户可以随时

处于移动或者静止状态。无线自组网中的每个用户终端都兼有路由器

和主机两种功能。作为主机，终端可以运行各种面向用户的应用程序;

作为路由器，终端需要运行相应的路由协议，这种分布式控制和无中

心的网络结构能够在部分通信网络遭到破坏后维持剩余的通信能力，

具有很强的鲁棒性和抗毁性。

作为一种分布式网络，移动自组织网络是一种自治、多跳网络，

整个网络没有固定的基础设施，能够在不能利用或者不便利用现有网

络基础设施(如基站、AP)的情况下，提供终端之间的相互通信。由于

终端的发射功率和无线覆盖范围有限，因此距离较远的两个终端如果

要进行通信就必须借助于其它节点进行分组转发，这样节点之间构成

了一种无线多跳网络。

网络中的移动终端具有路由和分组转发功能，可以通过无线连接

构成任意的网络拓扑。移动自组织网络既可以作为单独的网络独立工

作，也可以以末端子网的形式接入现有网络，如Internet网络和蜂

窝网。

3.2自组织网络特点

移动自组织网络能够利用移动终端的路由转发功能，在无基础设

施的情况下进行通信，从而弥补了无网络通信基础设施可使用的缺陷。

自组网技术为计算机支持的协同工作系统提供了一种解决途径，主要

特点有：

网络拓扑结构动态变化

在移动自组织网络中，由于用户终端的随机移动、节点的随时

开机和关机、无线发信装置发送功率的变化、无线信道间的相

互干扰以及地形等综合因素的影响，移动终端间通过无线信道

形成的网络拓扑结构随时可能发生变化，而且变化的方式和速

度都是不可预测的。

自组织无中心网络

移动自组织网络没有严格的控制中心，所有节点的地位是平等

的，是一种对等式网络。节点能够随时加入和离开网络，任何

节点的故障都不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。

多跳网络

由于移动终端的发射功率和覆盖范围有限，当终端要与覆盖范

围之外的终端进行通信时，需要利用中间节点进行转发。值得

注意的是，与一般网络中的多跳不同，无线自组网中的多跳路

由是由普通节点共同协作完成的，而不是由专门的路由设备完

成的。

无线传输带宽有限

无线信道本身的物理特性决定了移动自组织网络的带宽比有

线信道要低很多，而竞争共享无线信道产生的碰撞、信号衰减、

噪音干扰及信道干扰等因素使得移动终端的实际带宽远远小

于理论值。

移动终端的局限性

自组织网络中的移动终端(如笔记本电脑、手机等)具有灵巧、

轻便、移动性好等优点，但同时其电源有限、内存小、CPU性

能低等限制，使得我们在开发应用程序时，需要考虑这些因素。

第四章组建WIFI移动共享网络

一块区域一个服务器

通过自组织网络，形成一定规模的网络覆盖

每个路由器共享一定的带宽

在移动中选择信号最好的AP，满了的话重新选择

每个ssid都是统一区域的前缀，由服务器分配

通过p2p技术，实现对用户的认证，计费，提供服务和对提供

AP的机主提供回报

每台无线路由目前的性能是最多连接16台左右。如果说20m带

宽分割出5m带宽共享，最极端情况每台至少能分到30kb每秒的速率，

能满足刷微博，看图片等需求。