CN101047582B - 一种在无线对等网络中建立通讯链路的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在无线对等网络的两个对等节点之间建立通讯链路的方法，源对等节点发出的连接请求消息；该消息如果不能直接到达目标对等节点，则符合转发条件的对等节点转发该连接请求消息；连接请求消息到达目标对等节点后，目标对等节点发送连接反馈消息，该连接反馈消息沿着连接请求消息到达目标对等节点的路径，返回到源对等节点，从而在源对等节点和目标对等节点之间建立通讯链路。

Description

一种在无线对等网络中建立通讯链路的方法

技术领域

本发明涉及无线对等网络，特别是涉及一种在无线对等网络中建立通讯链路的方法。

背景技术

一般而言，网络从架构上被分为客户端/服务器(Client-Server)网络和对等连接网络(Peer-to-Peer)两种。所谓对等连接网络，是指在网络中，设备之间没有中心、主从、或者等级的区分，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。网络上设备之间的通讯，仅取决于网络状况、设备功能和安全许可。对等网络上的设备也被称作对等节点(Peer)。基于对等网络上的设备不需要向某一个设备进行注册，设备间的通讯及其服务调用也不通过其它设备中介。

对等连接的网络与集中控制方式连接的网络的区别是对等连接网络上不具有某一个设备，其它设备需要向它注册，并且设备间的通讯也需要通过它的调度。在对等网络上，每一个对等节点可以申请其它对等节点提供的服务和资源，也可以成为其它对等节点申请服务和资源的提供者。

对等连接的网络与集中控制方式连接的网络相比，具有许多优越性。在集中控制方式连接的网络上，会因为中心控制器的故障造成整个网络的瘫痪。在对等连接的网络环境下，网络上的任何设备出现故障都不会对网络造成重大危害，问题只会发生在局部。因此，对等连接的网络在系统的鲁棒性方面具有无可比拟的优越性。另外，对等网络的随意连接也为搭建一个临时的网络环境，提供了快捷和方便的手段。

与上述的两种网络架构相对应，无线局域网也有两种网络架构：对等网络和结构化网络。

结构化网络由无线访问点(Access Point，AP)、无线工作站以及分布式系统(DSS)构成，覆盖的区域分基本服务区(BSS)和扩展服务区(ESS)。无线访问点用于在无线工作站和其他网络之间接收、缓存和转发数据。无线访问点能够覆盖几十至几百个用户，覆盖半径达上百米。

基本服务区由一个无线访问点以及与其关联的无线工作站构成，在任何时候，任何无线工作站都与该无线访问点关联。换句话说，一个无线访问点所覆盖的微蜂窝区域就是基本服务区。无线工作站与无线访问点关联采用AP的基本服务区标示符(BSSID)，在802.11中，BSSID是AP的MAC地址。

扩展服务区是指由多个AP以及连接它们的分布式系统组成的结构化网络，所有AP必需共享同一个扩展服务区标示符(ESSID)，也可以说扩展服务区ESS中包含多个BSS。

在无线结构化网络中，通常采用无线访问点或者路由器来扩大网络的覆盖范围，下面是无线结构化网络的几种组网方式。

在企业级应用环境中，往往采用多个无线访问点覆盖一片较大区域的组网方式。为了能够做到客户端在这片区域内的无缝漫游，每个相邻的无线访问点的覆盖范围都需要有一定程度的重叠。重叠区域内的无线电信号如果频道也重叠，势必会造成冲突，影响到网络传输速率，因此，相邻无线访问点通常采用不重叠频道的方法来避免干扰。

另外一种组网方式是每个基本服务区的无线访问点和有线网络连接，通过有线网络将多个基本服务区连接成一个扩展服务区。

还有一种组网方式是利用一对无线访问点连接两个无线局域网网段；或者是利用无线中继器在通讯路径的中间转发数据，从而延伸系统的覆盖范围的组网方式。

无线对等网络也称Ad-hoc网络，它覆盖的服务区被称为独立基本服务区。对等网络用于一台无线工作站和另一台或多台其他无线工作站直接通讯。在无线对等网络中，两个对等节点间必须有最低强度的电磁覆盖，才能够连接起来。因此对等网络只能用于少数用户的组网环境，比如4至8个用户，并且他们离得足够近。

由于无线网络采用电磁波作为载体，电磁波能够穿过天花板，玻璃，楼层，砖，墙等物体，但是同时电磁波的强度通过这些障碍之后会被衰减。这种电磁波强度的衰减，可能导致两个对等节点间失去最低强度的电磁覆盖，从而失去连接。

在图1上半部分显示的情况是：设备B、C都在设备A的发送范围内，由于建筑物墙壁的阻挡，造成信号衰减，导致设备C无法与设备A直接点对点的连接；在图1下半部分显示的第二种情况是：设备A的覆盖范围只能达到设备B，但不能到达设备C，同样设备C的覆盖范围只能到达设备B，不能到达设备A，在此情况下，无法实现设备A与设备C的直接点对点的连接。

对于现有无线对等连接网络来说，在图1所示的两种情况下如果要完成设备A和C的连接，需要无线对等网络中的对等节点支持路由功能。如果网络中的对等节点不支持路由功能，则设备A和C无法完成连接。同时，支持路由功能的无线对等网络虽然可以实现设备A和设备C的连接，但是整个连接过程是通过网络中的对等节点自主完成的，无法对传输的安全性等提出更高的要求。现有技术中，没有在无线对等网络的两个对等节点间建立通讯链路的方法。

因此，需要为无线对等网络提供一种在两个节点间建立通讯链路的方法，该方法不仅可以在两个没有直接电磁波覆盖的节点之间建立连接(无论该无线对等网络内的对等节点是否支持路由功能)，而且可以通过该通讯链路通讯来提高传输的安全性。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种在无线对等网络中建立通讯链路的方法，通过该方法，不仅可以在两个没有直接电磁波覆盖的节点之间建立连接，而且可以通过该通讯链路通讯来提高传输的安全性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：本发明提供一种无线对等网络两个对等节点间建立通讯链路的方法，包括以下步骤：A、源对等节点创建和发送连接请求消息，如果源对等节点发送的连接请求消息不能直接到达目标对等节点，则符合转发条件的对等节点收到连接请求消息后作为中继对等节点保存该连接请求消息后转发该消息，直到该消息到达目标对等节点；B、目标对等节点收到连接请求消息后，创建和发送连接反馈消息，并按照连接请求消息到达目标对等节点的路径，返回到源对等节点，在源对等节点和目标对等节点间建立通讯链路，其中，所述连接请求消息和所述连接反馈消息中包含组标识信息，对等节点只处理和自身具有相同组标识的消息，组标识不同则结束处理；源对等节点建立一个连接反馈消息队列，当收到目标对等节点的连接反馈消息时，把所收到的所有符合条件的连接反馈消息都存储在连接反馈消息队列中，并根据预定的条件，从中选择一个目标对等对等节点，然后再将选中的连接反馈消息保存在请求消息队列中。

源对等节点在建立连接请求消息的时候，设置连接结束的时间戳，该时间戳在中继对等节点的转发的连接请求消息中得以复制，当前时间一旦超过默认连接时间，源对等节点将不再接收连接反馈消息，同时，各个对等节点将释放与该连接请求相关的资源。

所述的步骤A包括：A1、源对等节点创建和发送连接请求消息；A2、收到连接请求消息的对等节点判断自身是目标对等节点还是中继对等节点，如果是目标对等节点则继续步骤B，如果是中继对等节点，则创建并转发连接请求消息。所述步骤B包括：B1、目标对等节点创建和发送连接反馈消息，在消息中指定处理该消息的对等节点的标识；B2、对等节点判断是否接受收到的连接反馈消息，如果是则保存该消息；如果是中继对等节点，则创建并发送连接反馈消息，并在消息中指定处理该消息的对等节点的标识，如果是源对等节点，结束本流程。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过在两个对等节点间的通讯链路的建立，可以避免由于障碍物、网络衰减等因素造成的信号死角，增加整个网络的联通性能，而且可以通过该通讯链路来提高传输的安全性。

附图说明

图1所示为无线对等网络中利用现有技术实现连接存在困难情形的示意图；

图2所示为本发明源对等节点发送连接请求消息的流程图；

图3所示为本发明判断是目标对等节点还是中继对等节点的流程图；

图4所示为本发明中继对等节点保存和转发连接请求消息的流程图；

图5所示为本发明目标对等节点保存连接请求消息和发送连接反馈消息的流程图；

图6所示为本发明判断是否保存连接反馈消息的流程图；

图7所示为本发明中继对等节点保存和转发连接反馈消息的流程图。

具体实施方式

在后述的具体实施例中，用到如下定义的概念：

当一个对等节点发起连接请求时，该对等节点被称为源对等节点(SourcePeer，SP)；接收到连接请求，并符合连接请求条件的对等节点，被称为目标对等节点(Destination Peer，DP)；接收到连接请求，不符合连接请求条件，可做为中间桥梁转发连接请求消息的对等节点被称为中继对等节点(RelayPeer，RP)。

组标识(Group ID)是一个对等网络中的识别码，持有相同组标识的设备被认为可以联通，该组标识可以通过手工或者自动分配获得。

对等节点标识(Peer ID)是对等节点的标识符，对等节点IP(Peer IP)是对等节点的网络地址。

本发明的核心思想是，如果源对等节点发送的连接请求消息不能直接到达目标对等节点，则符合转发条件的对等节点收到连接请求消息后作为中继对等节点保存该连接请求消息后转发该消息，直到该消息到达目标对等节点，目标对等节点随后发送连接反馈消息，符合转发条件的对等节点收到连接反馈消息后作为中继对等节点保存该连接反馈消息后转发该消息，直到该消息沿着连接请求消息到达目标对等节点的路径，返回到源对等节点；如果源对等节点发送的连接结请求消息直接到达目标对等节点，则目标对等节点发送的连接反馈消息直接返回到源对等节点，从而在源对等节点和目标对等节点之间直接或者间接地建立一个通讯链路。

上述的连接请求消息的内容包括：消息类型，消息序号，请求的服务或者目标对等节点的标识信息，生成该连接请求消息对等节点的IP；此外，为了提高安全性，还可以进一步包括与安全验证相关的内容，如组标识，生成该连接请求消息的对等节点的ID。其中目标对等节点的标识信息是指目标对等节点的ID或者IP等。

上述的连接反馈消息的内容包括：消息类型，消息序号，生成连接反馈消息对等节点的IP以及需要接收处理该消息的对等节点的IP；此外，为了传输的安全性，还可以进一步包括与安全验证相关的内容，如组标识，生成该消息对等节点的ID，以及提供的服务或者目标节点的标识信息。

消息序号由源对等节点产生，具有唯一性，并在连接请求消息转发以及连接反馈消息的生成和转发过程中得以复制，用来区分不同的连接请求消息和连接反馈消息。生成消息序号的一种方式是：IP+序号，通过该生成方式保持消息序号的唯一性，例如在IPv4中，IP为由4个字节共32位的数字串组成。比如：129.45.8.22，可以成为12945822，则消息序号可以是12945822000到12945822999中的一个值。

为对本发明有进一步的了解，下面将结合附图对本发明所述的方法进行详细的说明。

本发明所述方法包括以下步骤：

步骤11，源对等节点创建和发送连接请求消息。

如图2所示，源对等节点创建连接请求消息，生成消息序号，将消息序号填入到消息中，将消息的类型设为连接请求消息，并在连接请求消息中填入请求的服务或者目标对等节点的标识信息，自身的IP和ID，组标识；然后，在源对等节点的请求消息队列中保存该连接请求消息，然后发送连接请求消息。

步骤12，收到连接请求消息的对等节点判断自身为该连接请求消息的目标对等节点还是中继对等节点。

对等节点收到连接请求消息后，把自身的信息和该连接请求消息中包含的信息进行比较，判断自身为该连接请求消息的目标对等节点还是中继对等节点，如图3所示，具体步骤包括：

对等节点检查该消息的消息类型，确定为连接请求消息；

对等节点检验自身的组标识是否和该消息中的组标识相符合，如果不符合，则说明该对等节点不符合该连接请求消息要求的联通性要求，则收到连接请求消息的对等节点结束对该消息的处理；如果符合，则继续。

对等节点判断是否已经处理过相同的连接请求消息。实现该判断的方法有多种，一种实现的方法是，检查请求消息队列中是否存在具有相同消息序号的连接请求消息，如果存在，则说明该对等节点已经处理过该连接请求消息，不能重复处理该消息，此时，收到连接请求消息的对等节点结束对该消息的处理；如果不存在，则说明该对等节点尚未处理过该连接请求消息，继续下面的步骤。

还有一种实现的方法是，每个对等节点维护一个请求消息标记队列，当它处理过一个连接请求消息后，则在该请求消息标记队列中保存可以唯一标识该连接请求消息的标记，例如该消息的消息序号和一个用来表明是连接请求消息还是连接反馈消息的位。当收到连接请求消息时，检查该消息标记队列中是否存在该连接请求消息的标记，如果存在，则说明该对等节点已经处理过该连接请求消息，不能重复处理该消息，此时，收到连接请求消息的对等节点结束对该消息的处理；如果不存在，则说明该对等节点尚未处理过该连接请求消息，继续下面的步骤。

对等节点把该消息包含的请求的服务或者目标对等节点的标识信息和自身提供的服务或者标识信息相比较，判断二者是否符合。如果符合，说明该对等节点就是该连接请求消息请求的节点，为目标对等节点，继续执行步骤14，否则，该对等节点可以作为中继对等节点，继续执行中继对等节点保存和转发连接请求消息的步骤13；

在上述步骤中，对连接请求消息位的判断和对组标识是否符合的判断的顺序可以互换，并不影响执行的结果。

步骤13，中继对等节点保存和转发连接请求消息。

如图4所示，中继对等节点在请求消息队列中保存收到的连接请求消息，然后建立中继连接请求消息，把保存的连接请求消息中的消息序号，消息类型，组标识，请求的服务或者目标对等节点的标识信息拷贝到中继连接请求消息中，并填入自身的IP和ID，然后发送连接请求消息。如果对等节点还维护了请求消息标记队列，则在标记队列中记录该连接请求消息的标记。

步骤14，目标对等节点保存收到的连接请求消息和发送连接反馈消息。

如图5所示，目标对等节点在请求消息队列保存收到的连接请求消息，然后建立连接反馈消息，将消息类型设为连接反馈消息，在连接反馈消息中填入组标识、自身的IP和ID，提供的服务或者自身的标识信息，并将连接请求消息中包含的消息序号和对等节点的IP填入到连接反馈消息中，具有该IP的对等节点就是需要处理该连接反馈消息的对等节点；在请求消息队列中保存该连接反馈消息，然后发送该连接反馈消息。如果对等节点还维护了请求消息标记队列，则在标记队列中记录上述连接请求消息和连接反馈消息的标记。

步骤15，收到连接反馈消息的对等节点判断是否为指定处理该消息的对等节点。

对等节点收到连接反馈消息后，由于连接反馈消息中指定了需要处理该消息的对等节点的IP，所以可以通过和自身的IP相比较，来判断是否为指定的处理该消息的对等节点，具体步骤如图6所示，包括：

对等节点检查收到消息中的消息类型，确定为连接反馈消息；

对等节点检验自身的组标识是否和该消息中的组标识相符合，如果不符合则说明不符合该连接反馈消息要求的联通性，则收到连接反馈消息的对等节点结束对该消息的处理，如果符合则继续；

对等节点判断是否已经处理过相同的连接请求消息，如果尚未处理过，则说明该对等节点尚未转发过连接请求消息，也就不会是连接反馈消息的目的节点，则收到连接反馈消息的对等节点结束对该消息的处理，如果已经处理过，则继续执行下述的判断。实现的方法可以是检查请求消息队列中是否具有相同消息序号的连接请求消息，或者在对等节点维护请求消息标记队列的情况下，检查是否存在该连接请求消息的标记。

对等节点判断是否已经处理过相同的连接反馈消息，如果已经处理过，则说明该对等节点已经转发过连接反馈消息，不能重复处理该连接反馈消息，此时，收到连接反馈消息的对等节点结束对该消息的处理；如果没有处理过，则继续。实现的方法可以是检查请求消息队列中是否具有相同消息序号的连接反馈消息，或者在对等节点维护请求消息标记队列的情况下，检查是否存在该连接反馈消息的标记。

对等节点检验自身的IP是否和该消息中请求的IP相符合，如果不符合则说明该对等节点不是该连接反馈消息的指定处理该消息的对等节点，则收到连接反馈消息的对等节点结束对该消息的处理；如果符合则继续执行步骤16。

在上述步骤中，对连接请求消息位和连接反馈消息位的判断以及对组标识是否符合的判断的顺序可以互换，并不影响执行的结果。

步骤16，对等节点判断自身是中继对等节点还是源对等节点.

对等节点判断保存在请求消息队列中的对应连接请求消息的IP是否和自身的IP相同，如果不同则是中继对等节点，继续执行步骤17，如果相同则是源对等节点，继续执行步骤18。

步骤17，中继对等节点保存并转发连接反馈消息。

如图7所示，中继对等节点在请求消息中继队列中的连接请求消息对应位置保存该连接反馈消息；建立新的连接反馈消息，向连接反馈消息中填入保存的对应连接请求消息的消息序号和源对等节点IP、请求的服务或者目标对等节点的标识信息，自身的IP和ID，组标识；发送连接反馈消息。如果对等节点还维护了请求消息标记队列，则在标记队列中记录连接反馈消息的标记。

步骤18，源对等节点保存连接反馈消息。

源对等节点保存连接反馈消息，完成与目标对等节点的通讯链路的建立。如果对等节点还维护了请求消息标记队列，则在标记队列中记录连接反馈消息的标记。

通过如上的描述可以看出，对等节点在接收连接请求消息和连接反馈消息时，通过对消息中组标识的检查，可以保证组成通讯链路的节点都具有指定的组标识，从而提高通讯链路的安全性和可靠性；但是，如果对等网络中不需要进行组标识的检验时，在消息中也可以不添加组标识信息，在步骤中也省略对组标识的检验，并不影响通讯链路的建立。连接请求消息和连接反馈消息中的对等节点的ID项，在对等网络中的对等节点不需要ID验证时，也可以省略。

在上述步骤中，可以限制每个对等节点只能接收或者发送一个连接请求消息以及对应的连接反馈消息，则每个对等节点同时只能维护一条通讯链路。

当源对等节点到目标对等节点的链路建立后，或者源对等节点需要释放网络中相应的资源时，源对等节点则发送取消连接消息，在取消连接消息中填入消息序号；收到取消连接消息的对等节点检查消息队列中是否存在和该取消连接消息符合的连接请求消息，如果不存在，则结束，否则释放相关的资源并转发取消连接消息。

本发明的一个实施例是通过在连接请求消息中设置时间戳，控制连接的时间。源对等节点在建立连接请求消息的时候，设置连接结束的时间戳，该时间戳在中继对等节点的转发的连接请求消息中得以复制，当前时间一旦超过默认连接时间，源对等节点将不再接收连接反馈消息，同时，各个对等节点将释放与该连接请求相关的资源。

当源对等节点请求的服务有多个目标对等节点可以提供时，源对等节点可以根据自己的需要去选择一个优选的通讯链路，为实现这个目的，本发明的另外一个实施例是，源对等节点建立一个连接反馈消息队列，当收到目标对等节点的连接反馈消息时，并不立即将连接反馈消息保存在请求消息队列中，而是把所收到的所有符合条件的连接反馈消息都存储在连接反馈消息队列中，并根据一定的条件，从中选择一个优选的目标对等对等节点，然后再将选中的连接反馈消息保存在请求消息队列中。选择的条件可以是目标对等节点与源对等节点建立通讯链路经过的对等节点的个数条件。

根据本发明的上述实施例，还可以在源对等节点和目标对等节点建立通讯链路后，对链路上的对等节点临时采用特殊的组标识，以提高通讯的私密性。

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的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种无线对等网络两个对等节点间建立通讯链路的方法，该方法包括以下步骤：

A、源对等节点创建和发送连接请求消息，如果源对等节点发送的连接请求消息不能直接到达目标对等节点，则符合转发条件的对等节点收到连接请求消息后作为中继对等节点保存该连接请求消息后转发该消息，直到该消息到达目标对等节点；

B、目标对等节点收到连接请求消息后，创建和发送连接反馈消息，并按照连接请求消息到达目标对等节点的路径，返回到源对等节点，在源对等节点和目标对等节点间建立通讯链路；

所述连接请求消息和所述连接反馈消息中包含组标识信息，对等节点只处理和自身具有相同组标识的消息，组标识不同则结束处理；

源对等节点建立一个连接反馈消息队列，当收到目标对等节点的连接反馈消息时，把所收到的所有符合条件的连接反馈消息都存储在连接反馈消息队列中，并根据预定的条件，从中选择一个目标对等节点，然后再将选中的连接反馈消息保存在请求消息队列中。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，

源对等节点在建立连接请求消息的时候，设置连接结束的时间戳，该时间戳在中继对等节点的转发的连接请求消息中得以复制，当前时间一旦超过默认连接时间，源对等节点将不再接收连接反馈消息，同时，各个对等节点将释放与该连接请求相关的资源。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤A包括：

A1、源对等节点创建和发送连接请求消息；

A2、收到连接请求消息的对等节点判断自身是目标对等节点还是中继对等节点，如果是目标对等节点则继续步骤B，如果是中继对等节点，则创建并转发连接请求消息。

4.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括：

B1、目标对等节点创建和发送连接反馈消息，在消息中指定处理该消息的对等节点的标识；

B2、对等节点判断是否接受收到的连接反馈消息，如果是则保存该消息；如果是中继对等节点，则创建并发送连接反馈消息，并在消息中指定处理该消息的对等节点的标识，如果是源对等节点，结束本流程。

5.按照权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，对等节点上设有连接请求消息标记和连接反馈消息标记，当对等节点发出连接请求消息/连接反馈消息后，记录相应的连接请求消息标记/连接反馈消息标记，并对随后收到的相同的连接请求消息/连接反馈消息不予处理。

6.按照权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，对等节点检查请求消息队列中是否存在具有相同消息序号的连接请求消息/连接反馈消息，如果存在，则收到连接请求消息/连接反馈消息的对等节点结束对该消息的处理；如果不存在，则收到连接请求消息/连接反馈消息的对等节点继续处理。

7.按照权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，连接请求消息中包含时间戳，如果在规定的时间内无法建立通讯链路，则保存该连接请求消息的对等节点释放相关资源。

8.按照权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，源对等节点建立连接反馈消息队列，保存多个目标对等节点的连接反馈消息。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，源对等节点选择连接反馈消息队列中到达目标对等节点节点最少的链路建立通讯链路。

10.按照权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，在源对等节点和目标对等节点间的通讯链路建立后，将链路上所有对等节点的组标识更改为预定的组标识。

11.按照权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，在步骤B之后进一步包括：

C、源对等节点发送取消连接消息，收到取消连接消息的对等节点判断是否符合取消连接消息的要求，如果是，则释放相关资源并转发该消息，如果不是，则结束。

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