随着Android等智能终端的普及，以及互联网技术和移动网络的飞速发展，以地理位置为核心的LBS应用发展迅速^[1]，被广泛应用于商业、市政及军事领域等。在各领域中其结构体系均包括终端、移动互联网、服务器及数据库4个基本组件^[2-5]，从而保证用户能够使用较完整的位置服务。

然而，在较恶劣的环境下，并不能保证移动互联网的覆盖，处于离线状态的终端及终端之间则近乎处于孤立的状态。另一方面，突破单一无线网络的束缚，面向智能移动终端提供定制化的天基信息服务，开发多通信网络的移动位置服务APP，也是当代地球空间信息学必须解决的关键技术问题之一^[6]。

自组织网络因其无需架设网络设施、可快速展开、抗毁性强等特点，常被用于灾区或山区等各种通信设施无法使用的情况下，作为保持救援队伍通信畅通的一种方式^[7]。自Android系统诞生之后，其设备逐渐搭载了多种近距离通信技术，如WiFi Direct技术等 (主要技术及参数对比见表 1)，为利用该平台建立自组织网络提供了机遇。因此国内外的一些研究者开始利用该平台建立自组织网络，文献[8-11]通过修改Android系统的底层源代码，添加相关协议，利用WiFi技术建立了自组织网络。但该方法实现难度大，且对源代码的修改使其难以大范围应用。另因其采用WiFi技术，致使自组织网络不能与移动互联网相结合，继而实现面向多网络通信提供位置服务。

WiFi Direct是指允许无线网络中的设备无需通过无线路由器即可相互连接，继而实现点对点的数据传输^[12-13]，且其不与移动互联网接口及WiFi接口冲突，较好地避免了上述问题。国内对该技术的研究相对简单，仅利用该技术实现了多媒体等文件的传输^[14-18]；文献[19-21]利用该技术建立了自组织网络，但前提是脱离了原组并与另一组建立连接，方可完成信息的转发，时效性不强。文献[22-23]的方法虽时效较强，但未考虑与服务器恢复连接后的情况，也并未实现具体应用。

而制约该技术被广泛应用的因素主要有两点：一是传输距离，即使是理论最大值也不能达到可自由使用的范围；二是通信协议，WiFi联盟并未将自组织网络的相关协议加入该技术中。对于前者，2016年1月5号，WiFi联盟公布WiFi新标准——802.11ah，可实现低功耗、长距离 (最大可达1000 m) 无线区域网络连结，改善目前WiFi信号易受建筑物阻碍而影响传输距离和覆盖范围的弊病，而对于后者则可通过一定的编程方法解决。因此该技术具有较好的应用前景，如应用于多人协同定位、无人机自组织网络协同测绘等方向。

综上，本文通过改善文献[22-23]中的方法，尝试利用Android设备搭载的WiFi Direct技术，建立设备之间的自组织网络，同时考虑与服务器恢复连接时的信息传输方式，并对该网络进行测试，为设备在离线状态下实现位置等信息的共享提供一种解决方案。

1 基于WiFi Direct技术的信息共享 1.1 总体设计

为实现设备在离线状态下的位置信息共享，同时考虑设备与服务器恢复连接时的情形，在设计时采用如下设计思路：

(1) 考虑设备在各种环境下的使用，综合应用多种定位方法，实现设备的定位。

(2) 当周围存在可接入网络时，设备可在互联网及自组织网络两种网络下同时工作。当设备处于离线状态时，小组设备之间通过建立自组织网络共享位置等信息，而当其中存在设备与无线网络建立连接时，该设备就作为中转设备，将服务器信息 (如POI) 通过自组织网络分发至离线设备，离线设备通过自组织网络将信息 (如位置) 发送至中转设备，最后上传至服务器。

(3) 将获取的其他设备位置信息标记在地图上，从而直观地了解彼此的相对位置。

在该过程中，主要需解决3个问题：移动端的定位、基于WiFi Direct自组织网络的构建及位置等信息在地图上的展示，因此总体设计共分3层，如图 1所示。

(1) 地图展示层：展示来自定位层或通信层接收到的位置等信息，并为用户提供一些功能，如获取自组织网络中其他设备的位置信息。

(2) 定位层：利用卫星或基站完成各种情境下 (如室内、外，在、离线) 的定位，并通过通信层进行传输或地图展示层进行显示。

(3) 通信层：完成自组织网络的构建并负责信息 (如位置) 的接收与发送。

其中，因地图展示层使用百度地图SDK，其实现只需调用相应的方法即可，不再赘述，而着重阐述定位层及通信层中可能遇到的问题及解决方法。

1.2 不同情境下设备的定位

定位层根据不同的情境完成设备的定位：

(1) 设备处于在线状态时，无论室内、室外均可利用百度地图的“GPS+基站”定位方法实现定位。

(2) 设备处于离线状态时，室外的设备可利用GPS完成定位，而室内的设备可利用自组织网络共享其他设备的位置，进而实现自身定位，如图 2所示。

1.3 基于WiFi Direct技术的自组织网络构建

该过程主要包括以下2个步骤：

(1) 构建组内自组织网络。根据WiFi Direct的官方协议^[12]，利用Google公司提供的Android相关接口，使用3台 (至少2台) 设备建立如图 3所示的小组，并实现组内成员之间的相互通信，即GO与GC之间、GC与GC之间的相互通信。

(2) 构建组间自组织网络。因设备不能同时作为两组或多组中的GC或LC^[23]，因此如图 4所示，通过WiFi连接，使一组中的GO设备作为另一组的LC设备，进而构建大范围的自组织网络，理论上N可取无穷大。本试验在两个小组之间实现信息共享。

2 试验与分析 2.1 试验设计 2.1.1 试验设备及数据

本次试验选取4部不同手机作为试验设备，其具体配置参数见表 2。

选择不同设备，是为了证明该自组织网络可在不同Android系统版本之间建立。

试验数据为245 658 KB大小的视频及9张平均大小为2 902.47 KB图片。

2.1.2 试验规则

WiFi Direct小组是整个自组织网络的基础单元，本试验只对图 3所示的组内自组织网络传输性能进行测试，设备为酷派 (作为GO)、华为M2及荣耀5C。在空旷无遮挡的环境下，分别以视频和9张图片为试验数据，记录从GC发送到GO的耗时，以及GC到GC的耗时。试验次数为10次，各取平均值作为所耗费时间。

2.2 试验结果及分析 2.2.1 试验结果及数据

试验结果见表 3。

2.2.2 共享的位置信息在地图上的展示

该应用的主界面如图 5所示，组网设置界面如图 6所示，组网中各设备的位置在地图上的展示如图 7所示。

2.2.3 试验总结及分析 2.2.3.1 试验总结

(1) 在同一小组中，GC与GO的最大距离为60 m左右，即GC与GC之间的距离可达120 m，最大传输速度为3 MB/s左右，最小为500 KB/s (该数值易受设备硬件影响)。

(2) 随着距离及经过中间节点的数量的增大，传输速度降低。

(3)  Android 4.0以上版本均能较好地使用该技术。

2.2.3.2 分析

综上，利用该方法可实现设备之间的相互通信，当利用该技术建立自组织网络并进行数据传输时，距离较近的设备之间 (如同一小组内) 可进行多媒体数据的传输。另一方面，传输经过中间节点时速率会降低，因此利用该技术建立较大范围自组织网络时，距离较远的设备之间不宜进行较大数据 (如视频等) 的传输，可进行小数据量的信息共享，如POI数据等。因此该方法可在一定程度上弥补因网络中断，设备之间不能共享信息或与服务器交互的缺陷。

3 结语

针对离线状态下设备之间难以实现位置等信息共享的问题，本文通过对Android设备上建立自组织网络的方法进行对比分析，尝试利用其搭载的WiFi Direct技术建立自组织网络的方法实现位置信息的共享。试验表明，利用该方法可实现设备在离线状态下的互联互通，且较其他方法，如WiFi、蓝牙，更有可扩展性，可在因自然灾害等原因，基础通信设施遭破坏的情况下，作为一种临时搭建的网络来解决位置等信息共享的问题。另因该技术不与移动互联网冲突，因此即使与服务器建立连接，该网络仍可作为一种辅助的通信手段。而目前制约该技术被广泛应用的主要限制因素是其较短的传输距离，但该技术在测绘领域仍有较好的应用前景。笔者将在后续研究中尝试开展基于该技术其他应用试验，如无人机自组织网络等。