基于WebRTC的P2P视频会议系统设计与实现

发布时间：2017-08-17 14:22

  本文关键词：基于WebRTC的P2P视频会议系统设计与实现

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【摘要】：随着移动互联网的飞速发展,人们沟通交流的方式也更多样化,实时视频通话具有沟通效率高、交互性强的优点,目前已经应用到企业日常工作、远程教育、应急救援等多个领域。其中,基于纯软件实现的小型视频会议系统具有搭建成本低、使用灵活等特点,但多数采用C/S架构,依赖中心服务器整合转发视频流,服务器压力较大,用户使用前需下载安装客户端软件。而新兴的WebRTC技术提供了浏览器直接获取多媒体设备输入和浏览器间P2P数据传输的接口,为构建基于B/S架构的P2P视频会议系统提供了技术支撑,使系统能够充分发挥B/S架构和P2P网络优势,不依赖中心服务器,且健壮性强、用户使用方便,能够借助浏览器达到跨平台的效果。本文研究并尝试将WebRTC技术与P2P分布式网络相结合,构建一个新颖的、实时交互的多媒体视频会议系统。论文对WebRTC和P2P的基本理论及技术进行了综述,详细分析了WebRTC架构及其重要组成,介绍了P2P网络的划分和NAT穿越,重点研究了WebRTC与传统P2P的整合方案,并对基于WebRTC与P2P视频会议系统进行了需求分析。在完成基础功能模块分析设计的基础上,首先重点研究整合了WebRTC与P2P的信令机制,为视频多媒体传输通道建立设计了一整套的信令协商机制,通过比对选取了WebSocket作为信令通道,自行设计并规范了信令数据的标准格式;之后,针对视频会议的应用场景和WebRTC技术特点,研究设计了基于WebRTC的多方通信方案,采取两种P2P模型动态切换的方式来支持不同主机数量下的多方通信,通过实验数据比对确定了P2P模型切换的主机数量阈值,尤其是针对较为复杂的混合式P2P模型,根据WebRTC的特点并结合传统超级节点的选择算法和区域划分算法,重点研究设计了适用于系统的混合式P2P网络模型超级节点选择算法和超级节点管辖区域划分算法。最后编程实现了该算法和实时交互的整个系统,展示了视频会议的运行效果,通过对系统进行的测试分析验证了相关算法的实际运行效果。研究结果表明:采用较新的WebRTC技术与P2P网络相结合构建实现的多媒体实时交互视频会议系统,具有搭建成本低、操作便捷、跨平台和适用范围广等优点,非常适用于小规模的视频交流沟通的应用场景。其中的信令机制和超级节点相关算法具有一定理论创新和较好应用价值。
【关键词】：视频会议 WebRTC P2P 信令技术 超级节点选择
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN948.63
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 视频会议国内外研究现状11-12
• 1.3 研究内容和意义12-13
• 1.4 论文结构13-14
• 第2章 视频会议系统相关技术研究与分析14-30
• 2.1 WebRTC架构及相关技术研究14-17
• 2.1.1 语音和视频引擎14-15
• 2.1.2 实时网络传输15-16
• 2.1.3 WebRTC涉及的HTML5接口16-17
• 2.2 P2P技术研究17-26
• 2.2.1 P2P基本概念介绍17-19
• 2.2.2 P2P网络模型类型的划分19-23
• 2.2.3 NAT类型及NAT穿越技术23-26
• 2.3 WebRTC与P2P整合方案26-28
• 2.3.1 信令协议27
• 2.3.2 信令通道27-28
• 2.4 本章小结28-30
• 第3章 视频会议系统的需求分析30-38
• 3.1 总体需求分析30-31
• 3.1.1 系统目标30
• 3.1.2 用户特点30
• 3.1.3 系统总体用例模型30-31
• 3.2 功能性需求分析31-34
• 3.2.1 账号管理功能需求分析31-32
• 3.2.2 会议管理功能需求分析32-33
• 3.2.3 视频会议功能需求分析33-34
• 3.3 非功能性需求分析34-36
• 3.3.1 性能需求分析35-36
• 3.3.2 安全性需求分析36
• 3.4 系统运行环境规定36-37
• 3.4.1 硬件环境规定36
• 3.4.2 软件环境规定36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 视频会议系统总体设计38-52
• 4.1 系统总体设计38-39
• 4.2 服务端设计39-42
• 4.2.1 HTTP服务器设计39-41
• 4.2.2 信令服务器设计41-42
• 4.3 客户端设计42-48
• 4.3.1 客户端分层设计43
• 4.3.2 客户端模块设计43-45
• 4.3.3 界面结构设计45-48
• 4.4 基于WebRTC的P2P连接设计48-50
• 4.5 P2P网络设计50-51
• 4.5.1 四向呼叫网状P2P网络模型50
• 4.5.2 混合式P2P网络模型50-51
• 4.6 本章小结51-52
• 第5章 视频会议系统的详细设计52-72
• 5.1 系统基本功能详细设计52-58
• 5.1.1 交互接口详细设计52-53
• 5.1.2 系统相关数据设计53
• 5.1.3 系统基本功能模块交互设计53-58
• 5.2 基于WebRTC的P2P连接详细设计58-63
• 5.2.1 信令格式的详细设计58-60
• 5.2.2 信令协商机制设计60-63
• 5.3 P2P网络架构详细设计63-70
• 5.3.1 P2P网络架构变更的阈值研究与设计63-65
• 5.3.2 超级节点选择算法设计65-68
• 5.3.3 超级节点管辖区域划分算法设计68-70
• 5.4 本章小结70-72
• 第6章 视频会议系统的实现与分析72-80
• 6.1 系统具体实现72-75
• 6.1.1 系统开发环境72
• 6.1.2 重点功能实现流程72-75
• 6.2 系统实现效果和测试分析75-79
• 6.2.1 系统实现效果75-77
• 6.2.2 测试分析77-79
• 6.3 本章小结79-80
• 结论80-82
• 参考文献82-86
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果86-88
• 致谢88

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本文编号：689485