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P2P技术在物联网中的应用

曹铂潇黄煜峰赵荣飞孙俊华程慧楠丁奕飞?

摘要：视频传输应用场景是物联网中的一环，该文研究音视频传输在物联网中

的应用。将WebRTC部署至树莓派中，调用树莓派的音视频硬件扩展模拟物联网

中的音视频采集与传输。通过以树莓派为模拟对象可将模式拓展至其他应用中

或者利用树莓派的高扩展性实现多种场景音视频信息交互。

关键词：物联网;P2P;树莓派;WebRTC;高扩展性;信息交互

：TP242：A：2095-1302（2019）06-00-03

0引言

在现今的生活中，物联网的应用越来越多，智能化的物联网产物越来越深入人

们的生活。而在应用的过程中，传输的安全、传输的方式也得到了发展。物联

网（IoT）的概念是美国麻省理工学院（MIT）在1999年提出，而在2008年底，

在IBM向美国政府提出“智慧地球”战略后，物联网很快引起了许多国家的高

度关注[1]。这种旨在使万事万物皆可互联互通的概念让世界信息产业获得了又

一次浪潮。

P2P（Peer-to-Peer）网络结构是一种端到端的网络互联结构，这种去中心化的

网络架构在现今物联网应用中的优势十分明显。以即时通信为例：利用P2P网

络架构在物联网中使用视频与语音通信的方式，延时小、可靠性高、安全性高。

将这两种技术特点综合到一起应用至树莓派中以音视频传输场景为原型形成人

与物之间的通信交流。物联网作为互联网中的延伸可以应用在多种设备中实现

数据的传输与交换，P2P技术旨在实现端到端的网络通信，后者应用在前者中

可以实现更好的应用功能。

1物联网的概念与特点

根据物联网的概念，大家可以把它想象成万物之间沟通的桥梁。物联网是建立

在互联网基础上并不断延伸和扩展的网络，即用户端延伸和扩展到了任何现实

和可能的物品与物品之间，能进行实时的、准确的信息交换和通信。一些学者

按照物联网的服务流程及各子系统所实现的主要功能将整个系统分为感知、传

输、处理三个主要环节，据此将物联网网络架构分为感知层、网络层和应用层

[2]。国际电信联盟（ITU-T）定义了IoT通用参考模型，该模型由设备层、网

络层、应用层及与之相关的管理和安全构成。设备层用以识别、采集、捕获，

网络层依赖各类网络的相关控制与传送，连接业务支持和应用支持层。图1为

物联网参考构架图[3]。

本文把物联网的应用过程总结为两个字—随时。为什么说是“随时”呢？从概

念上看，物联网主要实现物与物、人与物之间的关系。从结构上看物联网的三

种层次都围绕采集、识别和捕获。这些都需要随时使用，实现物与物、人与物

的随时交流。

2P2P网络的概念与特点

点对点网络或称对等计算机网络，是一种分布式应用程序体系结构，用于在点

之间分配任务和工作负载，它是应用层中对等计算模型形成的网络或网络形式。

通过这个概念可以建立起如图2所示的网络拓扑图[4]。

图中，把每一个用户（peer）当作一个节点，每一个节点在这个网络架构中都

是地位相等的，每一个节点都是服务器（server）和用户（user），每一个节

点都是在网络架构中提供服务和内容。两个节点之间的消息或资源联系不需要

经过中心服务器或其他节点，保证了即时和安全。这么做首先避免了在传统网

络架构中可能出现的性能或网络带宽瓶颈;其次，在整个网络体系结构中，不仅

会有用户对服务的需求增加，在总体上，系统资源和服务能力也在同步扩展，

总是很容易满足用户的需求。所以理论上，它的扩展性几乎可以认为是无限的。

那么在整个网络架构中由于没有中心节点的存在，当出现攻击者攻击其中一个

节点时，其他节点不会因为其中一个节点的攻破而全部暴露在攻击者面前，保

证了整个网络架构的安全性[4]。在网络中，当对用户提供Web服务时，一定会

遇到在访问量高峰时段的高并发的时候，用户请求数较多但一台服务器

（server）无法同时处理这么多请求时，一定会搭建部署负载均衡以平分大批

量请求数的状态下，用多台服务器平分处理巨大的数据量压力。结合P2P网络

拓扑结构和定义可以形成一个网络的负载均衡。

3在现今网络应用环境中所需解决的通信问题

现今的网络通信协议中，首先要研究两种協议：UDP协议和