基于5技術的web應用

基于5技術的web應用

1基于web專利產(chǎn)品的應用發(fā)展html5是過去10年網(wǎng)絡模式中最重要的飛躍。和以前的版本不同,HTML5并非僅僅用來表示W(wǎng)eb內容,它的使命是將Web帶入一個成熟的應用平臺,在這個平臺上,音視頻、圖像、動畫及一些交互特性都被標準化。盡管完善HTML5標準還有很長的路要走,但HTML5的出現(xiàn)正在改變互聯(lián)網(wǎng),特別是基于HTML5的WebApp將為互聯(lián)網(wǎng)應用帶來跨越式發(fā)展。HTML5技術出現(xiàn)以前,NativeApp(NA)占領了移動終端應用的主體市場,NA是指使用移動平臺開發(fā)語言(iOS為objective-c,Android為Java)和移動平臺SDK來開發(fā)的軟件包,可以充分發(fā)揮系統(tǒng)特性(調用系統(tǒng)服務、內存管理等),操控設備硬件(如照相機、藍牙、傳感器),提供最佳的用戶體驗。然而各平臺的開發(fā)語言、SDK和開發(fā)環(huán)境不同,導致學習成本高、多平臺的開發(fā)移植比較復雜、開發(fā)周期長,多設備的調試和適配較麻煩,基于HTML5技術的WebApp因此而出現(xiàn)并得到飛速發(fā)展。如圖1所示,WebApp是指使用Web標準技術(HTML、CSS、JavaScript)開發(fā)的針對移動設備優(yōu)化的網(wǎng)站,其完全使用Web標準,學習和開發(fā)成本低,可兼容多種平臺(實際是兼容瀏覽器),跨平臺和設備的適配成本低;開發(fā)周期快,無需安裝也可使用。隨著HTML5標準的不斷完善和發(fā)展,基于其關鍵特性,目前已經(jīng)出現(xiàn)了實現(xiàn)視頻通信類WebApp的標準,即WebRTC(Webrealtimecommunication),使視頻通信在移動設備中得到廣泛應用成為可能,并構建了一種全新的IP視頻通信體系架構。此外,基于WebRTC的WebApp功能可以與IMS(IPmultimediasubsystem)相結合,只要嘗試IP視頻電話到核心網(wǎng)的連通,便可為用戶提供極為方便的實時通信功能。2現(xiàn)有的視頻通信技術2.1ip視頻通信IP視頻通信主要采用兩種技術:一種是采用壓縮編碼及基于TCP/IP的分組交換技術;另一種是利用具有統(tǒng)計復用功能的IP數(shù)據(jù)網(wǎng)。以基于TCP/IP的分組交換技術為例,IP視頻信息以數(shù)據(jù)分組的形式在數(shù)據(jù)網(wǎng)中傳輸,首先由信源編碼器對連續(xù)視頻信號進行分割壓縮、采用,在傳送前,將壓縮后得到的數(shù)據(jù)封裝到IP數(shù)據(jù)分組中,實現(xiàn)在IP交換網(wǎng)中的傳輸,網(wǎng)絡上實際傳送的碼流是經(jīng)過封裝后的碼流。封裝形式為在數(shù)據(jù)分組前加上IP分組頭、UDP分組頭和RTP分組頭,封裝的效率取決于一個RTP分組中打多少數(shù)量的數(shù)據(jù)分組。RTP分組頭所打的視頻分組越多,封裝效率就越高,單位流量也就越小,但會加大全網(wǎng)時延。圖2為IP視頻通信技術的主要協(xié)議架構。目前,IP視頻通信技術基本采用客戶端(client)方式及Web頁面訪問方式。(1)端與服務器互通目前該方式以其視頻編解碼質量好、通信穩(wěn)定的優(yōu)勢一直占據(jù)視頻通信類的主流地位。IP視頻通信客戶端與服務器的互通如圖3所示,客戶端是指與服務器相對應,為客戶提供本地服務的程序。該方式的通信基本采用私有協(xié)議,由于客戶端自身受到跨操作系統(tǒng)、跨終端的限制,用戶體驗不太理想,比如蘋果的Facetime僅限于蘋果設備之間的視頻通信,其他客戶端存在無法跨屏視頻、體驗效果較差等問題。(2)web生物視頻格式目前該方式主要采用flash插件、Ajax異步通信交互等方式完成,需要對現(xiàn)有瀏覽器安裝插件,可在頁面上完成視頻通信。但由于受到插件能力的限制,插件需要考慮不同瀏覽器、版本,甚至OS,且視頻編解碼能力較差,沒有開放的標準,使得Web開發(fā)者開發(fā)和部署與平臺無關的Web視頻通信應用較為困難。新一代視頻通信WebApp可以比較好地解決以上兩種視頻通信方式出現(xiàn)的問題,基于WebRTC標準的視頻通信應用,通過video標簽支持無插件的高清視頻格式,通過WebSocket特性實現(xiàn)全雙工通信,比之前的異步通信效率更高。基于WebRTC的視頻通信應用具有安全性好、互通方便、視頻質量好等優(yōu)點,所有瀏覽器可以原生支持RTC已經(jīng)成為大勢所趨,可以成功避免客戶端受到跨平臺、跨設備的困擾,以實現(xiàn)Web高速創(chuàng)新的步伐。2.2ms協(xié)議架構隨著用戶需求量的不斷增大,單純的IP視頻通信只能滿足IP電話與固話及運營商核心網(wǎng)的互通及訪問需求,要解決IP電話與核心網(wǎng)絡的互通問題,必須借助IMS。IMS是一種全新的多媒體業(yè)務形式,能夠滿足終端客戶更新穎、更多樣化的多媒體業(yè)務需求,是RCS(richcommunicationsystem)解決方案中的重要一環(huán)。IMS協(xié)議架構如圖4所示。最底層為承載層,用于提供IMSSIP會話的接入和傳輸功能,承載網(wǎng)必須是基于分組交換的,主要的承載層設備有SGSN(業(yè)務支撐節(jié)點)、GGSN以及MGW(媒體網(wǎng)關),MGW是負責媒體流在IMS域和CS域互通的功能實體。基于IP技術,所有IMS用戶信令可以很好地傳送到信令控制層(即中間層),所有IP多媒體業(yè)務的信令控制都在這一層完成,最后通過SIP信令到達應用層。在IETF、3GPP2和OMA中,作為IMS客戶端的基本協(xié)議簇,SIP用于兩個或者多個IP節(jié)點間會話的建立、維護和拆除;SIP及其擴展協(xié)議SDP(會話描述協(xié)議)、RTP/RTCP(實時傳送協(xié)議/實時控制協(xié)議)都是實現(xiàn)IMS客戶端最重要的基礎協(xié)議。其中,SDP作為一種應用層協(xié)議,用來描述媒體會話能力、媒體格式、媒體流地址和端口等信息;RTP是用于端到端傳遞實時數(shù)據(jù)的協(xié)議,RTCP用于實時監(jiān)控數(shù)據(jù)服務質量。IMS作為基于SIP的通用平臺,可以同時支持固定和移動的多種接入方式,很好地實現(xiàn)固定網(wǎng)與移動網(wǎng)的融合,如果需要將IMS與IP視頻通信應用進行互通,則在服務器端也需采用SIP。3基于html5的視頻通信技術3.1webrtc現(xiàn)狀WebRTC簡單來說就是使用Web瀏覽器打語音電話、視頻電話或者開視頻會議。已經(jīng)有部分瀏覽器實現(xiàn)了上述功能,但需要安裝額外的插件(如在Chrome上安裝GoogleVoice插件、Firefox上安裝Skype插件),而且不同的瀏覽器之間不能互通。為了將通信功能內置在瀏覽器中,同時實現(xiàn)各個瀏覽器之間、瀏覽器與現(xiàn)有通信系統(tǒng)之間的互通,主流瀏覽器廠商(Google、Mozilla等)聯(lián)合主要的通信設備廠商(Ericsson、Cisco等)在IETF和W3C中發(fā)起并成立了相應工作組進行標準化工作,即對WebRTC標準進行制定。基于WebRTC的WebApp相對于傳統(tǒng)客戶端模式的視頻通信應用,有著免安裝免更新、跨平臺跨終端的技術優(yōu)勢,且運營商可為沒有安裝客戶端的被叫用戶提供Web頁面方式,使其可以與安裝了客戶端的用戶進行通信,擴大業(yè)務范圍,還可與IMS互通,實現(xiàn)跨設備的固移融合。WebRTC標準中主要用到了HTML5中的兩個特性:WebSocket和video標簽,WebSocket主要負責全雙工視頻通信,而video標簽主要負責視頻通信中的視頻編解碼工作。3.2webrtc屬性3.2.1http對websoft液信系統(tǒng)的支持程度在HTML5技術標準中,WebSocket是一個非常重要的新特性,其定義了一個全雙工通信信道,即瀏覽器可以利用WebSocket協(xié)議和主機進行雙向通信,比XMLHTTPRequest更加強大、高效并能有效減少流量。正常情況下,瀏覽器訪問Web頁面時會向服務器發(fā)送一個HTTP請求,Web服務器識別請求后返回響應。大多數(shù)情況下,一些實時性要求比較高的數(shù)據(jù)(如視頻流、股票價格、余票查詢等)的實時Web應用是圍繞輪詢和服務器推送技術展開的,這些方式提供實時數(shù)據(jù)時都會涉及HTTP請求和響應報頭,包含大量額外的不必要的報頭數(shù)據(jù)。建立WebSocket通信時,客戶端和服務器在初始握手時就將HTTP升級為WebSocket協(xié)議,一旦連接成功,就可以以全雙工模式在客戶端和服務器之間傳送WebSocket消息,在同一時間、任何方向,都可發(fā)送基于文本的消息,所以WebSocket的高效和節(jié)流成為開發(fā)者們津津樂道的新特性之一。瀏覽器對WebSocket的支持程度見表1?？梢钥闯?目前主流瀏覽器均可以很好地支持該特性。3.2.2視頻軌道和其他元素現(xiàn)今大多數(shù)音視頻是通過插件(如flash)來顯示的,然而并非所有瀏覽器都擁有同樣的插件。HTML5規(guī)定了一種通過video/audio元素來包含視頻/音頻的標準方法。video/audio元素有兩個關鍵概念:Container和Codec。·Container:音頻和視頻文件實際上只是一個Container文件,如視頻文件,可以包含音頻軌道、視頻軌道和其他元素。目前,主流視頻Container支持audiovideointerleave、flashvideo、MPEG4、Matroska、Ogg等視頻格式?！odec:視頻和音頻的編解碼是一種算法,但有些編解碼算法是有專利的,加上其他因素的限制,使得HTML5不能指定編解碼算法,只能由開發(fā)人員根據(jù)不同瀏覽器的情況,針對不同瀏覽器的環(huán)境對媒體文件進行重編碼。主流的編解碼器有AAC、MPEG3、Oggvorbits、H.264、VP8、Oggtheora。當前,video元素支持3種視頻格式:帶有theora視頻編碼和vorbis音頻編碼的Ogg文件;帶有H.264視頻編碼和AAC音頻編碼的MPEG4文件;帶有VP8視頻編碼和vorbis音頻編碼的WebM文件。而audio元素支持3種音頻格式:Oggvorbits、MP3、WAV。目前,很多瀏覽器已經(jīng)實現(xiàn)了對video和audio元素的支持,見表2。video標簽能成為最受歡迎的HTML5新特性之一,主要是因為其可以完全拋棄傳統(tǒng)基于私有協(xié)議的flash插件或其他插件,而使得視頻通信協(xié)議標準完全公開化,可實現(xiàn)跨平臺、跨終端。3.3數(shù)據(jù)格式和連接管理基于WebRTC標準的視頻通信應用主要包括數(shù)據(jù)傳輸和連接管理兩個方面。·數(shù)據(jù)傳輸:包括TCP、UDP及安全連接的技術手段、RTP及數(shù)據(jù)加密以及擁塞管理、帶寬估計、數(shù)據(jù)發(fā)送時機、NAT/FW穿越等,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式包括Codec規(guī)范以及數(shù)據(jù)或者文檔共享的格式?！みB接管理:包括一些重要的連接協(xié)議(SIP、Jingle/XMPP)、呼叫信令等建立連接、協(xié)商能力、改變拆除連接等,即通常所說的呼叫信令;還包括會議成員控制、屏幕布局、話音激活的屏幕切換等。因此,對于基于WebRTC開發(fā)視頻通信類的Web應用,在瀏覽器端的RTCAPI設計、通信功能(如呼叫控制、NAT穿越)在應用與瀏覽器間的分布、安全和隱私是技術上要解決的幾個核心問題。4通信運營商在云服務中的應用研究4.1webrtc技術標準WebRTC技術主要解決基于HTML5技術實現(xiàn)可跨平臺、跨終端的高性能視頻通信Web應用,是一種基于IP網(wǎng)絡的云應用。從本質上說,WebRTC技術標準是對HTML5關鍵性能的組合封裝,比如其使用了HTML5的WebSocket、video、audio、DeviceAPI等特性。在瀏覽器側,該視頻通信應用需要設計RTC的API,而在服務器端,則需要實現(xiàn)一些關鍵的云服務能力,除了基本的WebRTC功能外,與IMS互通的網(wǎng)關、視頻轉碼服務等都是需要考慮的因素?；贖TML5的云服務應用總體架構如圖5所示。4.2webrtc視頻通信的頻通基于IP視頻通信的基本W(wǎng)ebRTC功能協(xié)議架構如圖6所示。該架構說明了用戶使用不同的瀏覽器實現(xiàn)視頻通信的原理,是WebRTC視頻通信應用的標準流程。在客戶側,瀏覽器基于W3C的WebRTC功能通過WebSocket/HTTP實現(xiàn)與服務器端的互聯(lián)互通,而服務器端通過SIP/XMPP相連接,最終兩個瀏覽器可基于RTP/RTCP/UDP/IP等協(xié)議實現(xiàn)用戶A和用戶B端到端的IP視頻流通信。4.3webrtc-ims互通如何解決IP視頻通信與IMS互通的問題是電信運營商關注的重點之一,其中一個方案是引入媒體網(wǎng)關,如圖7所示。實現(xiàn)基本的視頻通信需要服務器端具備WebRTC功能,而與IMS互通需要增加一個互通網(wǎng)關,所以可以將互通網(wǎng)關合并至云服務器,作為云端服務器的功能之一,如圖8所示。云服務平臺兼具了WebRTC和與IMS互通的能力。用戶使用終端1(手機或PC等可接入互聯(lián)網(wǎng)設備),瀏覽器支持WebRTC引擎,可通過WebSocket協(xié)議與運營商云服務平臺進行互通,通過RTP實現(xiàn)實時流傳輸,云服務平臺側包括與瀏覽器通信的信號網(wǎng)關、媒體中繼、WebRTC-IMS互通網(wǎng)關等。WebRTC-IMS互通網(wǎng)關通過SIP與IMS進行連接,再由IMS對終端2進行尋址,建立連接,便可完成瀏覽器到核心網(wǎng)終端的視頻通信。4.4視頻編碼格式根據(jù)HTML5中的video標簽特性,WebRTC標準中瀏覽器支持的視頻格式有限,而且不盡相同,所以要解決該問題,云服務平臺需要增加另一個功能——視頻轉碼功能,即通過云轉碼引擎實現(xiàn)對各類視頻內容的轉碼與支持。如圖9所示,在終端瀏覽器通過WebSoc