基于WebRTC技術實現(xiàn)家庭智能設備的輕量存儲能力擴展探索

作者：陳騰 章繼虎，單位：中國移動智慧家庭運營中心

隨著智慧家庭IoT市場高速增長，越來越多的智能設備被普通家庭所接受，其中在家庭存儲領域，傳統(tǒng)的NAS一直因為價格相對其他智能設備更昂貴，配置復雜，導致使用的入門門檻較高，因此還未被普通家庭所廣泛接受。隨著智能手機的發(fā)展，存儲越來越大，相機越來越好，普通家庭也存在著各式各樣的媒體存儲需求。本文基于WebRTC技術，探索了一種將智能家庭設備如智能電視、機頂盒、路由器甚至是個人電腦，賦予一種可進行快速連接訪問的存儲能力，使這些設備變成一個臨時NAS，可通過手機、平板與設備建立P2P連接，完成對各類資源進行操作管理。

?WebRTC技術簡述

WebRTC（Web Real-Time Communication）是一種開放性的實時通信技術，旨在使瀏覽器和移動應用能夠通過簡單的JavaScript API實現(xiàn)實時音頻、視頻和數(shù)據(jù)傳輸，而無需安裝插件或額外的軟件。它在網絡應用中支持點對點通信，例如視頻聊天、語音通話、文件共享和實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

WebRTC的主要組成部分包括：

1.媒體捕獲和處理：WebRTC提供了訪問用戶設備的攝像頭和麥克風的API，以及對音視頻流進行處理和編解碼的能力。這使得開發(fā)者可以從瀏覽器中獲取實時的音視頻數(shù)據(jù)。RTCPeerConnection：這是WebRTC的核心部分，用于建立和管理點對點連接。它允許瀏覽器之間直接交換音視頻流和任何其他數(shù)據(jù)。RTCPeerConnection使用NAT穿透和ICE（Interactive Connectivity Establishment）等技術來解決網絡環(huán)境中的連接問題。

2.RTCDataChannel：除了音視頻通信，WebRTC還支持用于傳輸任意數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)通道。這對于在應用程序之間傳遞消息、文件或其他信息非常有用。

3.信令：WebRTC并不負責處理通信雙方的初始化和連接建立過程，這些任務被稱為信令。開發(fā)者需要使用其他技術來實現(xiàn)信令，以確保通信雙方知道對方的存在并能夠建立連接。

4.STUN和TURN服務器：在點對點通信中，存在許多網絡配置問題，如防火墻和NAT。STUN（Session Traversal Utilities for NAT）和TURN（Traversal Using Relays around NAT）服務器用于解決這些問題，以確保連接的建立和維護。

WebRTC技術的優(yōu)勢包括：

1.實時性：WebRTC允許實時的音視頻通信和數(shù)據(jù)傳輸，非常適用于視頻聊天、在線會議和實時協(xié)作等場景。

2.開放性：WebRTC是開放標準，可在支持該技術的瀏覽器和應用中使用，不需要額外的插件。

3.跨平臺：WebRTC可在不同的操作系統(tǒng)和設備上工作，包括桌面、移動設備和嵌入式系統(tǒng)。

4.WebRTC在許多實時通信場景中得到了廣泛應用，包括視頻會議、在線教育、遠程醫(yī)療、在線游戲和社交媒體。

智能設備輕量存儲能力擴展技術方案

（一）應用場景

在家庭場景中，機頂盒、智能電視、帶屏音箱自身具備一定的存儲空間，一般都可通過USB協(xié)議擴展本地存儲，也可通過NFS等協(xié)議進行擴展，這使得這些設備具備成為一個家庭存儲中心的可能；通過本方案，可實現(xiàn)手機、平板等媒體數(shù)據(jù)快速傳輸后，可在帶屏設備上進行瀏覽管理。

（二）實現(xiàn)形態(tài)

整個架構包含：發(fā)起請求的控制端、實現(xiàn)輕量存儲化的設備端、云端的穿透服務和信息令控制服務及相關業(yè)務服務；

控制端實現(xiàn)：載體可以是移動端的手機、平板電腦，也可以是個人電腦；實現(xiàn)形態(tài)可以是只保留核心功能的H5頁面實現(xiàn)，也可以是具備更全面功能的具備輕量存儲擴展能力SDK移動端APP。

設備端實現(xiàn)：理論上只要是支持文件系統(tǒng)，并且存儲空間可拓展的設備都具備該擴展能力，但是從實際使用場景來說，機頂盒、智能電視、帶屏音箱、路由器這幾類設備更具有存儲擴展能力的價值。

云端實現(xiàn)：要保證點對點通信的實現(xiàn)，云端需要搭建一套基于ICE框架實現(xiàn)的STUN和TURN協(xié)議服務集群來解決內網穿透的問題，以提供數(shù)據(jù)傳輸時的高效體驗。

（三）流程概述

操作端生成offer sdp，通過信令服務發(fā)送到設備端，主要用于協(xié)商媒體格式。

設備端收到發(fā)起方的sdp，結合自己可以使用的媒體格式生成一個answer sdp回復到發(fā)起方，至此雙方已經溝通好將要使用的媒體數(shù)據(jù)格式。

雙方開始檢測自己可以用于收發(fā)數(shù)據(jù)的地址（IP，端口，協(xié)議等），把檢測到的可用地址通過信令服務發(fā)送到對端。

當收到對方發(fā)過來的candidate后，把candidate分別組成 candidate-pair（相同協(xié)議，可以用于通訊的兩端地址），并對candidate-pair進行連通性測試，把可以連通的candidate-pair作為數(shù)據(jù)收發(fā)地址。

candidate-pair確認后，可通過RTCDataChannel進行數(shù)據(jù)傳輸，比如控制端將本地的文件上傳至設備端；在打洞成功的前提下，端到端的傳輸效率可以得到較好的保證。

結語

綜上所述，本文探討了一種利用WebRTC技術對家庭常用智能設備拓展擴展存儲能力的可能性，利用WebRTC的跨平臺、實時性以及開放性的特性，實現(xiàn)一套可快速集成輕量實現(xiàn)的完整解決方案。實際除應用在家庭場景外，針對云電腦及云商鋪的使用場景下，對設備存儲擴展的需求都可以進行一定程度上的補充。

此外，針對原生WebRTC在傳輸安全性上只有DTLS的支持，相對安全性較弱的情況，還可結合智慧家庭運營中心推出的“一機一密”設備認證技術，通過植入“一機一密”密鑰對兩端設備的通信加密和設備認證做進一步的安全強化。

各種數(shù)據(jù)源通過Kafka接入到數(shù)據(jù)平臺層，數(shù)據(jù)平臺講明細數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲層的ClickHouse中，明細數(shù)據(jù)的存活時間可以根據(jù)業(yè)務需求設置。同時可以根據(jù)業(yè)務報表查詢的不同維度，利用ClickHouse的物化視圖形成預聚合數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)查詢效率。由數(shù)據(jù)服務層的定時任務周期性地從ClickHouse的預聚合數(shù)據(jù)中查詢業(yè)務所需的展示數(shù)據(jù)，把展示數(shù)據(jù)存入MySQL。由數(shù)據(jù)服務層的報表服務向數(shù)據(jù)展示層提供查詢服務，報表服務直接查詢MySQL中的結果數(shù)據(jù)，保證了查詢效率和并發(fā)性。