引 言

在現(xiàn)今的生活中，物聯(lián)網(wǎng)的應用越來越多，智能化的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)物越來越深入人們的生活。而在應用的過程中，傳輸?shù)陌踩?、傳輸?shù)姆绞揭驳玫搅税l(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的概念是美國麻省理工學院（MIT）在 1999 年提出，而在 2008 年底， 在 IBM 向美國政府提出“智慧地球”戰(zhàn)略后，物聯(lián)網(wǎng)很快引起了許多國家的高度關注 [1]。這種旨在使萬事萬物皆可互聯(lián)互通的概念讓世界信息產(chǎn)業(yè)獲得了又一次浪潮。

P2P（Peer-to-Peer）網(wǎng)絡結構是一種端到端的網(wǎng)絡互聯(lián)結構，這種去中心化的網(wǎng)絡架構在現(xiàn)今物聯(lián)網(wǎng)應用中的優(yōu)勢十分明顯。以即時通信為例 ：利用 P2P 網(wǎng)絡架構在物聯(lián)網(wǎng)中使用視頻與語音通信的方式，延時小、可靠性高、安全性高。

將這兩種技術特點綜合到一起應用至樹莓派中以音視頻傳輸場景為原型形成人與物之間的通信交流。物聯(lián)網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)中的延伸可以應用在多種設備中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與交換，P2P 技術旨在實現(xiàn)端到端的網(wǎng)絡通信，后者應用在前者中可以實現(xiàn)更好的應用功能。

1 物聯(lián)網(wǎng)的概念與特點

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的概念，大家可以把它想象成萬物之間溝通的橋梁。物聯(lián)網(wǎng)是建立在互聯(lián)網(wǎng)基礎上并不斷延伸和擴展的網(wǎng)絡，即用戶端延伸和擴展到了任何現(xiàn)實和可能的物品與物品之間，能進行實時的、準確的信息交換和通信。一些學者按照物聯(lián)網(wǎng)的服務流程及各子系統(tǒng)所實現(xiàn)的主要功能將整個系統(tǒng)分為感知、傳輸、處理三個主要環(huán)節(jié)，據(jù)此將物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡架構分為感知層、網(wǎng)絡層和應用層 [2]。國際電信聯(lián)盟（ITU-T）定義了 IoT通用參考模型，該模型由設備層、網(wǎng)絡層、應用層及與之相關的管理和安全構成。設備層用以識別、采集、捕獲，網(wǎng)絡層依賴各類網(wǎng)絡的相關控制與傳送，連接業(yè)務支持和應用支持層。圖 1 為物聯(lián)網(wǎng)參考構架圖 [3]。

本文把物聯(lián)網(wǎng)的應用過程總結為兩個字—隨時。為什么說是“隨時”呢？從概念上看，物聯(lián)網(wǎng)主要實現(xiàn)物與物、人與物之間的關系。從結構上看物聯(lián)網(wǎng)的三種層次都圍繞采集、識別和捕獲。這些都需要隨時使用，實現(xiàn)物與物、人與物的隨時交流。

2 P2P 網(wǎng)絡的概念與特點

點對點網(wǎng)絡或稱對等計算機網(wǎng)絡，是一種分布式應用程序體系結構，用于在點之間分配任務和工作負載，它是應用層中對等計算模型形成的網(wǎng)絡或網(wǎng)絡形式。通過這個概念可以建立起如圖 2 所示的網(wǎng)絡拓撲圖 [4]。

圖 2 P2P 網(wǎng)絡拓撲圖

圖中，把每一個用戶（peer）當作一個節(jié)點，每一個節(jié)點在這個網(wǎng)絡架構中都是地位相等的，每一個節(jié)點都是服務器（server）和用戶（user），每一個節(jié)點都是在網(wǎng)絡架構中提供服務和內(nèi)容。兩個節(jié)點之間的消息或資源聯(lián)系不需要經(jīng) 過中心服務器或其他節(jié)點，保證了即時和安全。這么做首先 避免了在傳統(tǒng)網(wǎng)絡架構中可能出現(xiàn)的性能或網(wǎng)絡帶寬瓶頸 ； 其次，在整個網(wǎng)絡體系結構中，不僅會有用戶對服務的需求 增加，在總體上，系統(tǒng)資源和服務能力也在同步擴展，總是 很容易滿足用戶的需求。所以理論上，它的擴展性幾乎可以 認為是無限的。那么在整個網(wǎng)絡架構中由于沒有中心節(jié)點的 存在，當出現(xiàn)攻擊者攻擊其中一個節(jié)點時，其他節(jié)點不會因 為其中一個節(jié)點的攻破而全部暴露在攻擊者面前，保證了整 個網(wǎng)絡架構的安全性 [4]。在網(wǎng)絡中，當對用戶提供 Web服務時，一定會遇到在訪問量高峰時段的高并發(fā)的時候，用戶請 求數(shù)較多但一臺服務器（server）無法同時處理這么多請求時， 一定會搭建部署負載均衡以平分大批量請求數(shù)的狀態(tài)下，用 多臺服務器平分處理巨大的數(shù)據(jù)量壓力。結合 P2P網(wǎng)絡拓撲結構和定義可以形成一個網(wǎng)絡的負載均衡。

3 在現(xiàn)今網(wǎng)絡應用環(huán)境中所需解決的通信問題

現(xiàn)今的網(wǎng)絡通信協(xié)議中，首先要研究兩種協(xié)議 ：UDP 協(xié)議和 TCP/IP 協(xié)議中的通信過程和特點。其中，UDP 協(xié)議中的 UDT 協(xié)議使安全性和可靠性大大增強 ；TCP/IP 協(xié)議的可靠性優(yōu)勢與 UDP 協(xié)議對傳輸要求較高的應用場景十分有優(yōu)勢。因其各有特點，所以它們被應用于不同的網(wǎng)絡協(xié)議中。P2P 網(wǎng)絡結構應用在物聯(lián)網(wǎng)中需要 TCP/IP 的可靠性和 UDP 在傳輸上的優(yōu)勢，以音視頻使用 P2P 架構傳輸在物聯(lián)網(wǎng)中應用為例，音視頻傳輸需要的傳輸性能較高，在人與物、物與物之間傳輸也需要較好的安全性。所以兩種協(xié)議各有用處。

其次， 在 IPv4 中為緩解 ip 地址短缺的問題而出現(xiàn)了NAT 網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換技術，但私網(wǎng)地址，如 192 等網(wǎng)段無法在公網(wǎng)上使用，需要做 NAT 穿透。

在 P2P 網(wǎng)絡中可以通過公共節(jié)點的方式獲取在內(nèi)網(wǎng)中的設備，在外網(wǎng)的 IP 及端口，內(nèi)網(wǎng)節(jié)點通過公共節(jié)點連接至其他節(jié)點或網(wǎng)絡（其他節(jié)點或網(wǎng)路連接至內(nèi)網(wǎng)節(jié)點）實現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)穿透。

4 以利用 WebRTC技術在樹莓派上應用為例

WebRTC 技術是一種基于瀏覽器的多媒體實時通信技術 [5]。這種技術最大的特點是可在不安裝任何擴展和插件的前提下實現(xiàn)點對點的實時通信，十分適合在實時的物聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控中應用。將 WebRTC 技術總體的 3 個部分以不同端口運行的方法部署在一臺樹莓派中進行連接測試應用。

在樹莓派上安裝支持 ARM 指令集的 Raspbian 系統(tǒng)，遠程桌面截圖如圖 3 所示。

圖 3 遠程桌面截圖

安裝 nginx，并設置端口為 8080，如圖 4 所示。

圖 4 nginx

配置文件 nginx.conf 時，在 HTML 內(nèi)添加如圖 5 所示的代碼用以解析 https。

圖 5 https 解析

修改 WebRTC 信令服務器配置文件如圖 6 所示。重新編譯信令服務器并開啟 https 如圖 7 所示。

樹莓派上測試的攝像頭開啟標識為 video0：/dec/video0 open。

視頻流上傳模塊位于樹莓派上，將獲得的視頻流進行處理并每 5s保存為一個視頻文件。在兩端連接后形成音視頻交換。在傳輸?shù)倪^程中，為了保證傳輸和通信質(zhì)量，還需要做對音頻的降噪處理。這樣在整個網(wǎng)絡中形成如圖 8所示的結構。

5 結 語

音視頻傳播在 P2P 網(wǎng)絡結構中有著十分顯著的優(yōu)勢，而在物聯(lián)網(wǎng)中也能得到良好應用，比如在溫室大棚監(jiān)控、無人機植保等應用中有著顯著效果 ；無人機植保中，需要大量人力操作無人機，如把無人機當作物聯(lián)網(wǎng)中的一個節(jié)點的話，連接至一樹莓派，飛手可通過 Web 端或客戶端同時協(xié)助多個無人機同時作業(yè)，既可以緩解現(xiàn)今無人機飛手較少，需求卻較大的問題，也可以加快物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)今的推廣和普及。