Design and Implementation of a Real Time Communication System Using WebRtc.pdf

1、針對全世界在線通信問題，不同的公司提出了不同的解決方案，希望在滿足客戶基本通信需求的同時，盡量保證客戶可以得到最好的資源。隨著通信系統(tǒng)越來越普及，很多問題和挑戰(zhàn)從不同的方面呈現(xiàn)出來:一方面是程序員開發(fā)程序的問題，另一方面是用戶體驗的問題。這些問題的出現(xiàn)，使得如何在保證用戶間最基礎(chǔ)的通訊功能的同時簡化用戶操作、提升用戶體驗，成為當今在線通信問題研究的重點。
　　本文嘗試以一個用戶的角度去考慮解決很多公司碰到的用戶體驗問題，使用Web

2、Rtc這種新的技術(shù)去提供更簡單且快捷的通信，最后使用對等網(wǎng)絡(luò)這一應用框架來解決用戶的隱私保護問題。
　　在研究過程中，為了提高應用的通信效率、保證用戶的通信體驗，本文使用WebRtc完成應用程序的開發(fā)、集成和測試。WebRtc和HTML5的結(jié)合能夠在傳統(tǒng)的瀏覽器中實現(xiàn)實時的通信功能，同時WebRtc瀏覽器實時通信技術(shù)的新特性也有助于減少通信軟件對基礎(chǔ)設(shè)備的壓力以及對客戶端帶寬的要求（這個特性使得對等網(wǎng)絡(luò)中點對點的通信功能成為可能）

3、。正如文中所闡述的，新技術(shù)的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在用戶體驗和為應用程序服務器減壓方面，WebRtc的API標準，可以使通信內(nèi)容的創(chuàng)建和游戲、視頻、音樂、新聞等媒體信息變的更大眾化和分散化。此外，該技術(shù)的應用范圍也非常廣泛，期待JavaScript的開發(fā)人員可以使WebRTC在更多的應用程序上得到使用。本文將突出介紹WebRtc對應用程序功能的重大作用以及本系統(tǒng)與大部分常見軟件相比的優(yōu)點和缺點。
　　WebRTC(Web Real-Time

4、 Communications)是一種使不同瀏覽器客戶端間共享音頻、視頻流和數(shù)據(jù)的對等實時通信技術(shù)。作為一套新型的通信應用框架，WebRTC提供任何瀏覽器共享應用數(shù)據(jù)、執(zhí)行對等通信的能力，在通信過程中，瀏覽器不需要安裝插件或者第三方軟件。WebRTC組件支持JavaScript API使用接口，相關(guān)接口包括媒體流API（音頻或視頻數(shù)據(jù)流）、節(jié)點連接API（它允許兩個或多個用戶進行點對點鏈接）和數(shù)據(jù)信道API（使用戶能夠進行實時游戲、文字

5、聊天和文件傳輸?shù)炔僮鞯膽媒涌冢?。WebRTC的主要接口被多種瀏覽所集成，其中包括Mozilla，Chrome等瀏覽器，這些接口可以幫助瀏覽器在沒有中心服務器的前提下實現(xiàn)直接相互通信，這樣的特性使瀏覽器就能夠在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)送對等的消息（這些消息包括數(shù)據(jù)對象，文件和視頻流等）。與此同時，WebRtc也被多種成熟的聊天系統(tǒng)所應用，其中十分著名的系統(tǒng)包括:谷歌環(huán)聊Google Hangout、雅虎通Yahoo Messenger、舊版的Face

6、book messenger、Wechat（只有離線模式下才應用WebRTC技術(shù)）等。
　　除WebRTC外，本應用系統(tǒng)也是用到了多種JS庫來輔助實時通信功能的實現(xiàn)，相關(guān)的JS庫包括:Free switch;SIP JS;EasyRTC;P JS;PeerJs，RTCMultiConnection JS等。以上類庫促進了瀏覽器聊天應用程序的發(fā)展，基于這些類庫，開發(fā)人員可以更加簡便快捷地實現(xiàn)程序功能，使系統(tǒng)在滿足用戶溝通需求的同時為

7、用戶帶來更好的使用體驗。另外，由于這些類庫都是開源的，任何人都可以通過使用這些類庫對應用程序進一步進行完善，因此應用程序?qū)兊酶雍唵?、易于維護。
　　另外，本系統(tǒng)也使用到了MongoDB、HTML5、Node JS、ANDROID和CSS3等互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)。MongoDB是一個基于分布式文件存儲的數(shù)據(jù)庫，旨在為Web應用提供可擴展的高性能數(shù)據(jù)存儲解決方案;Node JS是一個基于Chrome JavaScript運行時建立的平臺

8、，用于方便地搭建響應速度快、易于擴展的網(wǎng)絡(luò)應用;CSS3是CSS技術(shù)的升級版本，CSS3語言開發(fā)是朝著模塊化發(fā)展的，這些模塊包括盒子模塊、列表模塊、文字特效、多欄布局等。這些技術(shù)都將運用到實時通信應用程序中（如本地存儲和緩存瀏覽器等），這些技術(shù)不但幫助開發(fā)者減少了任務工作量，同時也給相關(guān)的用戶提供了更快更好的服務。結(jié)合上述技術(shù)的特點和JavaScript編程語言的優(yōu)勢，本文開發(fā)了這個點對實時通信應用，并且通過JavaScript的相關(guān)特

9、性使應用屏幕大小自適應化。
　　最終的應用程序是基于EasyRTC庫進行開發(fā)的，為了利用WebRTC技術(shù)的優(yōu)點，系統(tǒng)使用Node Js編程語言和Web Storm IDE進行開發(fā)。系統(tǒng)的需求分析是基于校園環(huán)境進行的，通過問卷的方式調(diào)查了用戶關(guān)于視聽通訊系統(tǒng)的認識和意見，調(diào)查結(jié)果顯示系統(tǒng)的簡潔性和易用性是影響用戶使用體驗的重要指標，因此在設(shè)計過程中主要對系統(tǒng)的簡便性進行了評估，以便滿足大部分用戶的使用需求。
　　本文所設(shè)計并實

10、現(xiàn)的應用程序主要包括三個部分，即:
　　(1)通話模塊:這個模塊確保用戶有能力從不同瀏覽器發(fā)起和接受視頻電話;同時，我們會確保所有的瀏覽器環(huán)境都支持和集成該模塊，對于已發(fā)布的版本，將通過自動升級更新該模塊的特性。
　　(2)文本模塊:這個模塊可確保用戶通過點對點的方式（與通話模塊類似）使用信道傳輸數(shù)據(jù)（這個服務只能在有信號的情況下使用）。
　　(3)文件傳輸模塊:這個模塊主要用來完成瀏覽器間的文件傳輸，該模塊支持不同類

11、型的文件，包括二進制數(shù)據(jù)、文檔以及任何套接字傳輸協(xié)議所支持的文件格式。需要注意的是，該服務和上述兩個服務一樣，只能在有信號的情況下使用。
　　本系統(tǒng)使用對等網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來實現(xiàn)基本的在線通信功能。這種通信架構(gòu)集成了瀏覽器通過通信通道與服務器的通信能力，同時該架構(gòu)是對等的而不是集中式的，這種架構(gòu)的層次結(jié)構(gòu)取決于開發(fā)商（可以為兩層或三層），根據(jù)這種層次結(jié)構(gòu)的設(shè)計，開發(fā)商可以選擇哪一層作為應用層來滿足客戶的需求。覆蓋網(wǎng)絡(luò)可以看成是一個全連通的

12、虛擬網(wǎng)絡(luò)，對等網(wǎng)絡(luò)一般都在物理層實現(xiàn)這種虛擬覆蓋網(wǎng)絡(luò)，并且對等網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點與底層物理層不能分開。對等網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在TCP/IP層進行數(shù)據(jù)交換，但這種架構(gòu)設(shè)計通過邏輯鏈接也允許數(shù)據(jù)在應用層直接通信，這里的每一個邏輯連接都可以對應到物理層的一個路徑。覆蓋網(wǎng)絡(luò)用于索引和同伴發(fā)現(xiàn)，使P2P系統(tǒng)可以獨立于物理網(wǎng)絡(luò)拓撲。基于覆蓋網(wǎng)絡(luò)節(jié)點相互間的連接，根據(jù)覆蓋網(wǎng)絡(luò)內(nèi)結(jié)點的交互方式以及結(jié)點的存儲方式，我們可以把這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化（或兩者之間的混

13、合）。存對等網(wǎng)絡(luò)中，客戶使用資源的同時也可以分享自己的資源。與客戶機一服務器系統(tǒng)不同，隨著訪問用戶的越來越多，對等網(wǎng)絡(luò)會增加更多的可訪問內(nèi)容資源供用戶使用。這種自適應的特性是對等網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)勢之一，因為它為減少了用戶的安裝成本和運行成本。
　　另外，參與者之間的合作也是對等網(wǎng)絡(luò)取得成功的關(guān)鍵，要想充分發(fā)揮這種優(yōu)勢，需要有大量的用戶節(jié)點提供資源。但在當前大部分的對等網(wǎng)絡(luò)使用者中通常都包含了大量“自私”用戶，這些用戶只利用他人的資源而

14、從不把自己的資源主動分享。這種情況會對網(wǎng)絡(luò)造成很嚴重的影響，在某些情況下甚至會導致網(wǎng)絡(luò)的崩潰。所以系統(tǒng)需要對這些自私的用戶進行相應的懲罰，例如限制他們享受資源的大小或者降低他們的貢獻值。由于網(wǎng)絡(luò)的不對稱性，研究網(wǎng)絡(luò)的社會屬性具有極大的挑戰(zhàn)，為了鼓勵甚至強制用戶節(jié)點貢獻資源，大量的激勵機制被提出。本文所設(shè)計的應用程序中包含了一個對等網(wǎng)絡(luò)的信令服務器，該信令服務器主要是用于統(tǒng)計用戶的貢獻值，并不直接參與用戶間的通信交流過程，系統(tǒng)以此種方式激

15、勵用戶的參與。在統(tǒng)計過程中，信令服務器給現(xiàn)有的連接分配唯一的ID便于它們之間的通信，并使用Node JS對相應的激勵機制進行實現(xiàn)。
　　最后，本系統(tǒng)的存儲結(jié)構(gòu)與通常的聊天軟件有所不同（雖然一些聊天軟件的通信模塊也使基于WebRTC開發(fā)的，但它的聊天記錄存儲在一個數(shù)據(jù)庫中，用戶可以根據(jù)日期順序來查詢聊天記錄），基于一種分布式的存儲模式，本文設(shè)計的應用系統(tǒng)實現(xiàn)了存儲結(jié)構(gòu)的“去中心化”，通過這種特性用戶的隱私問題可以得到有效的保護。

16、r>　　隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的通信軟件不再能夠滿足用戶的體驗需求，同時通信中的隱私保護問題也越來越受到用戶的關(guān)注。本文針對目前在線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中存在的操作不便、用戶體驗差、隱私保護不到位等問題，提出了一種基于WebRTC技術(shù)及點對點對等網(wǎng)絡(luò)應用框架的在線通信應用平臺，該平臺可以應用于用戶生活中的方方面面。為了提升通信系統(tǒng)的實時性，應用使用到了WebRTC、MongoDB、HTML5、CSS3等多種新型互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，希望在滿足用戶

17、實時通信基本需求的同時，盡可能增強用戶的使用體驗。另一方面，隱私保護問題也是本文所重點關(guān)注的問題之一，系統(tǒng)使用點對點對等網(wǎng)絡(luò)框架來構(gòu)建出一個分布式的通信系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，聊天記錄和文件僅保存在瀏覽器本地而不保存在服務器中，這將創(chuàng)建一個托管環(huán)境來保證用戶的隱私問題。最后本文針對具體的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應用環(huán)境設(shè)計了相應的激勵機制，以此來保證對等網(wǎng)絡(luò)中用戶的參與。
　　點對點在線通信系統(tǒng)是一個新興的行業(yè)應用，它讓web瀏覽器具有實時通訊的功能，