CN103945003A - 一种WebRTC客户端连接动态自适应选择的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种WebRTC客户端连接动态自适应选择的方法，属于WebRTC、HTML5WebSocket等技术领域。本方法涉及的实体包括WebRTC客户端、浏览器和实时通信服务器；所述WebRTC客户端能够支持HTTP轮询、HTTP长连接和WebSocket三种连接方式，所述HTTP长连接包括HTTP流；所述方法根据网络环境动态，优先选择HTTP轮询、HTTP长连接和WebSocket这三种连接方式中延迟最低的连接方式，使用该延迟最低的连接方式将WebRTC客户端与实时通信服务器建立连接。本发明在保证实时性的前提下，减小了通信延迟，增强了客户端的功能，提高了客户端的智能性。

Description

一种WebRTC客户端连接动态自适应选择的方法

技术领域

本发明属于WebRTC、HTML5WebSocket等技术领域，具体涉及一种WebRTC客户端连接动态自适应选择的方法。

背景技术

随着Web技术的发展和浏览器的普及，基于浏览器的Web应用以及使用Web技术开发的移动终端原生应用越来越多。因为浏览器及其所代表的Web开发技术具备良好的跨平台性和可移植性，不仅可以做到不同操作系统之间的跨平台，而且在一定程度上还可以不做任何修改的移植到移动终端设备上。

WebRTC的全称是Web based Real-Time CommunicationS，即基于Web的实时通信。WebRTC在IETF和W3C两大互联网标准化组织都有相应的工作组，目的是实现无插件浏览器之间的多媒体实时通信，即浏览器原生支持多媒体通信，而不需要借助于Adobe Flash或其他插件。

目前市场上有很多基于Web浏览器的实时通信应用，但全部是以即时通信为主，要实现多媒体通信还需要借助于浏览器插件。在Web应用中实现实时通信的难点就在于HTTP协议(请参考：RFC2616，Hypertext Transfer Protocol--HTTP/1.1，IETF Network Working Group，http：//datatracker.ietf.org/doc/rfc2616/)不支持服务器主动Push信息至运行于浏览器中的Web应用，除非Web应用主动发送请求至服务器，否则服务器无法主动将信息发送至Web应用。这就导致在基于Web的实时通信领域中，好友发送来的信息或系统产生的通知无法在第一时间发送至用户，也就是说基于Web的实时通信应用无法保证最基本的“实时性”。

针对上述问题，目前主流的Web实时通信应用中主要采用HTTP轮询、HTTP长连接和HTTP流来模拟服务器Push(请参考：周婷，IBM DeveloperWorks文章，Comet：基于HTTP长连接的“服务器推”技术，http：//WWW.ibm.com/developerworks/cn/web/wa-lo-comet/)技术。

如图1所示，HTTP轮询(Polling)：即Web应用每隔一段时间就向服务器发起一个HTTP请求，请求获得更新的消息和通知，服务器将需要传回至Web应用的消息放到HTTP响应的消息体中，发送至WebRTC客户端。

使用HTTP轮询机制，浏览器会定期(一般用Interval表示)发送HTTP请求，并随即接收响应，

HTTP轮询是浏览器在实时信息传送方面的首次尝试。显然，如果知道消息传递的准确时间间隔，轮询将是一个很好的方法，因为可以将客户端的请求同步为只有服务器上的信息可用时才发出。但是，实时数据的到来往往不可预测，不可避免会产生一些不必要的请求，在低消息率的情况下会有很多无用的连接不断地打开和关闭，且固定的时间间隔无疑会在一定程度上加大消息的平均延迟。

如图2所示，HTTP长连接(Long Polling)：浏览器向服务器发送一个请求，服务器会在一段时间内将其保持在打开状态。如果服务器在此期间收到一个通知，就会向客户端发送一个包含消息的响应。如果时间已到却还没有收到通知，服务器会发送一个响应消息来终止打开的请求。

在HTTP长连接中，浏览器会发送一个完整的HTTP请求给服务器，请求中设置了超时时间(Timeout)，服务器接收到该请求后并不直接返回响应，而是保持一个处于打开状态的响应，该响应持续更新并无限期或是在一段时间内处于打开状态。每当有消息可发送时，该响应就会被更新，但服务器永远不会发出响应完成的信号，这样连接就会一直保持在打开状态以便后续消息的发送。

除此之外，还有一种基于HTTP协议实现的服务器Push技术，称为HTTP流(Streaming)，即服务器收到HTTP请求后，利用HTTP响应传输数据，但数据传输完成后并不关闭HTTP连接，HTTP连接只会在通信出现错误或连接超时时关闭，这时Web应用再重新发起一个HTTP请求即可。HTTP流和HTTP长连接的原理比较接近，只是当即时消息等信息量很大时，与传统HTTP轮询方式相比，长连接方式并无实质上的性能改善，而HTTP流在一定程度上减少了HTTP的数量，但也增加了开发的复杂度。

HTTP长连接(包括HTTP流)技术是目前应用最广的基于Web浏览器的实时通信应用通信机制解决方案，很多成熟的应用和产品使用的都是HTTP长连接技术。

虽然现有的技术方案已经可以模拟或实现服务器Push信息或通知至Web应用(请参考：丁岩，杨淑艳，刘长青等，专利《JAVA实现WEB服务器主动发起向浏览器发送数据的方法》，申请专利号：CN200410041590.9，申请公布号：CN1735015)，但随着互联网的快速发展和终端接入方式的多样化，一种单一的解决方案已无法满足多变的网络环境，且随着HTML5等Web新技术的发展，WebSocket(请参考：RFC6455，The WebSocket Protocol，IETF，http：//datatracker.ietf.org/doc/rfc6455/

)作为一个新的协议使得Web服务器与浏览器之间具备了双向通信的功能。WebRTC应用与服务器之间的连接方式需要更加智能，以适应多变的网络环境和不同的Web接入方式。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种WebRTC客户端连接动态自适应选择的方法，为基于Web浏览器的实时通信(WebRTC)应用提供一种动态自适应的方法，综合运用各服务器Push机制和HTML5WebSocket协议，使得WebRTC应用可以动态自适应的根据网络环境和接入环境选择合适的连接方式与服务器建立连接，在保证实时性的前提下，减少延迟，提高带宽利用率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种WebRTC客户端连接动态自适应选择的方法，涉及的实体包括WebRTC客户端、浏览器和实时通信服务器；所述WebRTC客户端能够支持HTTP轮询、HTTP长连接和WebSocket三种连接方式，所述HTTP长连接包括HTTP流；

所述方法根据网络环境动态，优先选择HTTP轮询、HTTP长连接和WebSocket这三种连接方式中延迟最低的连接方式，使用该延迟最低的连接方式将WebRTC客户端与实时通信服务器建立连接。

所述方法包括：

(1)用户在浏览器地址栏中输入WebRTC客户端的网址，浏览器下载并加载WebRTC客户端；

(2)WebRTC客户端检查浏览器是否支持WebSocket，如果是，则使用WebSocket建立连接，转入步骤(3)；如果否，则转入步骤(4)；

(3)判断WebSocket连接是否异常断开，如果否，则实时通信服务器能够通过WebSocket连接将信息发送给WebRTC客户端，转入步骤(10)；如果是，则放弃使用WebSocket连接，转入步骤(4)；

(4)使用HTTP长连接建立连接；

(5)动态调整HTTP长连接参数；

(6)判断HTTP长连接是否异常断开，如果是，则转入步骤(7)，如果否，则实时通信服务器能够通过HTTP长连接将信息发送给WebRTC客户端，转入步骤(10)；

(7)判断HTTP长连接异常断开次数是否超过上限，如果是，则转入步骤(8)；如果否，则返回步骤(5)；

(8)使用HTTPS轮询建立连接，并动态调整HTTP轮询时间间隔；

(9)判断HTTP轮询是否持续稳定，如果是，则返回步骤(4)，如果否，则转入步骤(10)；

(10)数据传输。

所述方法进一步包括：

(11)在数据传输过程中，如果发生异常导致数据传输中断，则返回步骤(2)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明方法使得WebRTC客户端可以根据HTTP和WebSocket连接的状态选择较为合适的通信机制建立连接，在保证实时性的前提下，减小了通信延迟，增强了WebRTC客户端的功能，提高了WebRTC客户端的智能性；

2)WebRTC客户端在选择连接方式的同时，还可以根据HTTP连接的状态动态修改相关的参数(例如HTTP轮询的时间间隔)，在保证实时性的前提下，减少了HTTP请求的数量，使得WebRTC客户端可以更好的适应多变的网络环境，提高带宽利用率。

附图说明

图1是HTTP轮询通信流程。

图2是HTTP长连接通信流程。

图3是WebSocket通信流程。

图4是本发明方法所用的网络架构图。

图5是本发明方法的步骤框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

在复杂多变的网络环境下，基于Web浏览器的实时通信(WebRTC)应用需要尽可能的减少信息或通知的延迟，这就需要WebRTC应用具备动态自适应的能力，可以选择合适的方式与服务器建立连接，从而使得服务器可以将相关信息主动推送至WebRTC客户端。

1，HTML5WebSocket

作为HTML5标准的一部分，WebSocket是由IETF hybi(BiDirectional orServer-Initiated HTTP)工作组制定的全双工通信协议。WebSocket定义了一个全双工的通信信道，被称为“应用层的TCP协议”。WebSocket不仅仅是对常规HTTP通信的一种增量加强，它更代表着一次巨大的进步，尤其是对实时的和事件驱动的Web应用程序而言。

如图3所示，WebSocket是HTTP协议的扩展，使用HTTP Upgrade消息握手之后，服务器和浏览器就使用这条HTTP链接下的TCP连接来直接传输数据，抛弃了复杂的HTTP头部。WebSocket的格式是基于帧(Frame)的，最小的帧只有2个字节。在文本帧中，每一帧始于0x00字节，止于0xFF字节，数据使用UTF-8编码。与HTTP长连接技术相比，获取数据的时间可能差异不大，但是WebSocket的帧头的标记部分要比HTTP请求头部部分的内容简洁很多，提高网络带宽利用率的同时，增强了Web应用的用户体验。

WebSocket的缺点就在于兼容性，作为一个新协议，无论是浏览器端还是服务器端都还没有完全支持该协议。但随着标准化的完成和浏览器技术的不断发展，有越来越多的浏览器和服务器已经支持WebSocket协议。

考虑到兼容性，对于基于Web浏览器的实时通信应用而言，WebSocket并不是一个合适的选择，但在浏览器和服务器都支持WebSocket协议的前提下，WebSocket的通信效率和易用性远高于基于HTTP的服务器Push技术。因此，WebSocket可以作为WebRTC应用动态自适应选择连接方式的一个选项。

2，客户端连接自适应选择方法

WebRTC应用与服务器之间的通信连接方式可以归纳为HTTP轮询、HTTP长连接(包括HTTP流)和WebSocket。其中任何一种解决方案都无法满足多变的网络环境，但将三种通信方式与特定的算法机制结合起来，使得WebRTC应用根据算法和网络环境动态自适应选择合适的通信方式，在一定程度上可以减少延迟，提高用户体验。

对于HTTP轮询和HTTP长连接(包括HTTP流)，影响时延和效率的参数主要是HTTP轮询的时间间隔和HTTP长连接的连接保持时间。WebRTC应用连接动态自适应选择算法不仅要考虑到各个连接机制之间的切换，还要考虑到同一连接机制中时间参数对实时通信时延和效率的影响。

WebRTC客户端连接动态自适应选择方法的基本思路是在符合网络条件的前提下，优先选择延迟最低的连接方式与实时通信服务器建立连接。主要内容包括：

1.如果浏览器和服务器均支持WebSocket协议，则首先使用WebSocket建立WebRTC应用与服务器之间的连接；

2.如果WebSocket连接不稳定或浏览器不支持WebSocket协议，则使用HTTP长连接或HTTP流的方式建立WebRTC应用与服务器之间的连接，并可以根据连接断开的频率等参数动态调整HTTP连接的时间；

3.如果调整后的HTTP长连接或HTTP流依然不稳定，还是经常断开(是使用现有技术实现的，当已建立的连接断开时客户端能接收到通知)，则退而求其次使用HTTP轮询机制，轮询的时间间隔也可以动态调整；

4.如果使用HTTP轮询机制，则在不影响用户体验的前提下，WebRTC应用在一段时间后需要尝试再次使用HTTP长连接或HTTP流来建立与服务器之间的连接，其中HTTP长连接的时间可以设置为HTTP轮询的时间间隔，并可以根据连接断开的频率等参数动态调整。

WebRTC客户端连接动态自适应选择方法需要服务器和WebRTC应用的支持，即WebRTC应用和实时通信服务器需要同时支持HTTP轮询、HTTP长连接(包括HTTP流)和WebSocket这三种通信机制。此外，WebRTC客户端还需要具备连接动态自适应选择算法(即下面的7个步骤)以根据连接建立的情况推断网络环境，并选择合适的通信机制与服务器建立连接。

如图4所示，实时通信服务器提供了三种通信机制的接入模块，也就是说WebRTC客户端可以自由选择三种通信机制，其中WebSocket连接的优先级最高，其次是HTTP长连接(包括HTTP流)，最后才是HTTP轮询机制(图中的1、2和3表示的是优先级，2和3有两对双箭头的含义是需要交互比较频繁，经常要发送消息保持数据连接)。因为WebSocket具备低延迟和带宽利用率高的特点，HTTP长连接在移动程度上可以减少HTTP请求的数量，而HTTP轮询不仅占用带宽，且由于轮询时间间隔的缘故很容易造成延迟，但HTTP轮询非常适用于复杂多变的网络环境。如果移动端设备由于高度移动导致接入点和IP地址不断变化，对于基于浏览器的Web应用而言，建立一个持续的连接传输消息并不现实，只有HTTP轮询机制才可以在一定程度上完成实时通信的功能。

如图5所示，本发明方法的详细流程如下：

1)用户在浏览器地址栏中输入WebRTC客户端的网址，浏览器下载并加载WebRTC客户端；

2)WebRTC客户端首先检测浏览器是否支持WebSocket协议，如果浏览器支持WebSocket协议，则首先使用WebSocket建立连接；如果浏览器并不支持WebSocket协议，则直接使用HTTP长连接(或HTTP流)技术建立连接；

3)如果WebSocket连接工作正常，则服务器可以通过WebSocket连接将相关信息发送至WebRTC客户端；如果WebSocket连接异常断开(使用现有技术实现的，当已建立的连接断开时客户端能接收到通知)，则表示可能当前网络的环境并不是十分稳定，或者服务器使用的WebSocket协议栈可能与浏览器所使用的版本不匹配，所以放弃使用WebSocket连接，而采用HTTP长连接(或HTTP流)技术建立连接；

4)HTTP长连接(或HTTP流)建立成功后，即可进行数据传输。因为WebRTC应用可以获取到HTTP长连接的状态，如果多次出现HTTP连接断开的现象，则可以推断出网络的环境并不是十分稳定，或者服务器端的负载压力过大，无法维持长时间的HTTP连接，WebRTC应用需要适当调整HTTP长连接的参数，例如减小维持HTTP连接的时间；

5)调整完参数之后，WebRTC客户端继续检测HTTP连接的状态，如果依然出现HTTP连接异常断开的情况，并且连接异常断开的次数已经超过了阈值，则可以推断出当前的网络环境并不十分理想，从而断开HTTP长连接(或HTTP流)，转而使用HTTP轮询机制；

6)由于网络环境较差，或服务器端负载压力过大，所以刚开始HTTP轮询的时间间隔要设置的大一些，虽然会对消息的延迟造成一定影响，但可以在一定程度上缓解服务器的压力，并给网络环境的稳定预留时间；WebRTC客户端同样可以检测HTTP连接的状态，如果使用HTTP轮询机制后，依然经常发生连接异常断开的情况(使用现有技术可以实现，但与具体的实现场景有关，测试方式也有很多种)，则需要动态调整HTTP轮询的时间间隔，并延长轮询的时间间隔；如果经过调整后的HTTP轮询已经持续稳定了一段时间，说明网络环境可能已经较为稳定，或服务器的负载已经减轻，则WebRTC客户端需要记录该轮询的时间间隔，再次尝试建立HTTP长连接(或HTTP流)，其中维持HTTP连接的时间参数可以设置为HTTP轮询的时间间隔，并根据HTTP长连接的状态动态连接相关参数。

7)当WebRTC客户端在传输数据的时候，如果发生异常导致数据传输中断，则可以考虑重新开始动态调整和选择合适的通信机制，即返回步骤2。

使用该动态自适应选择方法的WebRTC客户端在保证消息和通知实时性的前提下，减少延迟，提高带宽利用率。

本发明方法中，WebRTC客户端同时支持HTTP轮询、HTTP长连接(包括HTTP流)和WebSocket三种通信连接建立机制，并可以根据HTTP和WebSocket连接的状态采用本发明提出的动态自适应算法选择较为合适的通信机制建立连接；

在选择连接方式的同时，WebRTC客户端还可以根据HTTP连接的状态动态修改相关的参数(例如HTTP轮询的时间间隔)，以更好的适应多变的网络环境，提高带宽利用率。

本发明方法解决了基于Web的实时通信应用中Web应用与服务器之间动态自适应建立连接的方式，以保证新消息或通知能够通过服务器Push的方式第一时间发送至Web应用，减少延迟。本发明中提出一种动态自适应切换Web应用与服务器之间通信连接的方法，在保证新消息或通知能够通过服务器Push的方式发送至web应用的前提下，减少延迟和web应用的请求数量，提高带宽利用率。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (3)

1.一种WebRTC客户端连接动态自适应选择的方法，所述方法涉及的实体包括WebRTC客户端、浏览器和实时通信服务器；所述WebRTC客户端能够支持HTTP轮询、HTTP长连接和WebSocket三种连接方式，所述HTTP长连接包括HTTP流其特征在于：

所述方法根据网络环境动态，优先选择HTTP轮询、HTTP长连接和WebSocket这三种连接方式中延迟最低的连接方式，使用该延迟最低的连接方式将WebRTC客户端与实时通信服务器建立连接。

2.根据权利要求1所述的WebRTC客户端连接动态自适应选择的方法，其特征在于：所述方法包括：

(1)用户在浏览器地址栏中输入WebRTC客户端的网址，浏览器下载并加载WebRTC客户端；

(2)WebRTC客户端检查浏览器是否支持WebSocket，如果是，则使用WebSocket建立连接，转入步骤(3)；如果否，则转入步骤(4)；

(3)判断WebSocket连接是否异常断开，如果否，则实时通信服务器能够通过WebSocket连接将信息发送给WebRTC客户端，转入步骤(10)；如果是，则放弃使用WebSocket连接，转入步骤(4)；

(4)使用HTTP长连接建立连接；

(5)动态调整HTTP长连接参数；

(6)判断HTTP长连接是否异常断开，如果是，则转入步骤(7)，如果否，则实时通信服务器能够通过HTTP长连接将信息发送给WebRTC客户端，转入步骤(10)；

(7)判断HTTP长连接异常断开次数是否超过上限，如果是，则转入步骤(8)；如果否，则返回步骤(5)；

(8)使用HTTPS轮询建立连接，并动态调整HTTP轮询时间间隔；

(9)判断HTTP轮询是否持续稳定，如果是，则返回步骤(4)，如果否，则转入步骤(10)；

(10)数据传输。

3.根据权利要求1所述的WebRTC客户端连接动态自适应选择的方法，其特征在于：所述方法进一步包括：

(11)在数据传输过程中，如果发生异常导致数据传输中断，则返回步骤(2)。