WebRTC 技術研究及其應用

付 斌，楊 鑫，王 松，林 鴻

（1.中國電信股份有限公司北京研究院 北京 100035；2.法國電信北京研發中心 北京 100190）

1 引言

WebRTC（Web real-time communication）是近年來興起的一項 OTT（over the top）VoIP（voice over IP）技術，目標是通過簡單的JavaScript調用即可在瀏覽器上實現點對點語音、視頻和文件共享等業務。因為其開放、開源且具有極大的使用便利性，從推出以來就受到了業界特別是互聯網和通信行業的廣泛關注。在互聯網應用爆發式增長的大環境下，這種實時通信功能已經成為各種互聯網應用的基礎要素，也是WebRTC受到如此關注的主要原因。對于電信業而言，WebRTC提供的語音、視頻通信服務一定程度上會與傳統的電信業務產生競爭關系，對于同樣基于VoIP技術的IMS（IP multimedia subsystem）會產生一定的替代。另一方面，人們也在探索把WebRTC技術應用于IMS中，如以Web方式接入IMS服務，甚至整體上作為運營商VoIP業務的一種選項。

WebRTC包括語音引擎（voice engine）、視頻引擎（video engine）、傳送（transport）功能和會話管理（session management）功能以及對本地音頻、視頻、網絡的操作功能和向瀏覽器提供的 API（application programming interface）。目前公開的核心技術包括音視頻編解碼技術，如音頻的NetEQ算法、回聲抑制、噪聲消除，視頻的抖動處理、圖像增強等。絕大部分技術來源于Google向業界開源的一些項目（參閱http://www.webrtc.org）。媒體的傳送部分重用ICE（interactive session establishment）技術，支持對4種類型NAT（network address translation）或防火墻的穿透，實現點對點、點對多點等多種方式媒體通路的建立和傳送。

在Google等公司的推動下，WebRTC的標準化工作取得了快速發展。2011年5月，IETF成立RTCWeb工作組負責需求、總體方案和協議的制定，并為W3C（World Wide Web Consortium）提供輸入。與此同時，W3C成立WebRTC工作組負責客戶端API的定義，幾個主要的瀏覽器（Firefox、Chrome、Opera）也都緊跟著標準化進展的步伐推出了支持WebRTC的版本。另外，3GPP也啟動了WebRTC access to IMS的工作項目，并在2013年7月得到了全球主要運營商和設備商的一致支持和積極參與。研究的內容主要是實現WebRTC客戶端與IMS客戶端的互操作性，因此需要對IMS進行增強。

2 WebRTC發展趨勢及其對通信業務的影響

2.1 WebRTC技術發展趨勢

近年來電信市場通信業務增長緩慢，來自電信市場研究公司TeleGeography的一份報告顯示，2012年國際電話通信量僅增長5%，達到4 900億分鐘。而與此同時，互聯網通信類應用卻保持著爆發式的增長速度。以Skype為例，2012年語音和視頻流量增長44%，達到1 670億分鐘，相當于全部電信運營商國際電話通信總量的1/3，這還不包括其他流行的通信類應用（如 GTalk、微信、Viber、Line、Nimbuzz、KakaoTalk 等），對比如圖1所示。

圖1 國際電話通話分鐘數與Skype的對比(來源：TeleGeography)

WebRTC技術的出現，必將進一步加劇這一趨勢，因為用戶在使用這些應用時將不再需要下載安裝客戶端（或插件），直接打開支持WebRTC的瀏覽器即可，這將為用戶帶來極大的便利性。如果這些通信類應用都提供WebRTC方式的應用支持，將會大大提高服務的可用性——只要有瀏覽器的地方，用戶就可以使用它們的服務，而且會帶來新的使用方式和用戶體驗。

WebRTC可以作為一種全新的VoIP應用形態，催生其他應用向VoIP領域轉移和拓展。例如，各種電商、社交類應用，通過對應用平臺的增強實現WebRTC支持，這樣用戶之間可以直接在Web頁面上發起VoIP呼叫，把原有的服務能力自然延伸到VoIP領域，提供更為豐富和全面的用戶體驗。

從產業發展的情況看，目前已經有眾多著名互聯網廠商投入WebRTC技術研究和規范制定領域，更多的廠商潛心研究WebRTC已經公開的技術和代碼，并在此之上開發各式各樣的應用，可以預見，將來基于Web的通信會廣泛出現在各類互聯網應用之中，而這必將對運營商的通信業務帶來深遠的影響。

從產業發展看，以Skype為代表的OTT VoIP應用對運營商通信業務帶來巨大的業務分流和替代已經是大勢所趨，而WebRTC技術所帶來的便利性和新的用戶體驗也必將極大地促進這一趨勢的發展，從而侵蝕運營商的語音業務。與此同時，WebRTC的興起也給運營商帶來更多的機遇，具體如下：

·WebRTC帶動互聯網語音和視頻應用的發展，為運營商帶來巨大的數據流量，并拉動接入需求的增長；

·WebRTC用戶成為運營商的潛在客戶，運營商可以通過與WebRTC的互通獲得更多的呼入呼出話務量，從而擴大營收規模；

·借助WebRTC技術，可以開發新的業務形式和解決方案，如使用戶從任意支持瀏覽器的設備上接入運營商網絡。

2.2 與IMS的關系

WebRTC自推出以來就受到了廣泛關注，特別是與IMS關系的話題。事實上，兩者在服務能力、主要技術等方面有很多共同點，主要體現在如下幾個方面：

·提供基于IP的基本語音、視頻服務；

·在控制面有很多技術相通，如呼叫狀態處理、終端?；睢⒑艚羞B續性等，媒體協商也基本一致（WebRTC還需要考慮呼叫狀態保存）；

·語音、視頻編解碼技術以及回聲消除、糾錯、碼率適應算法等方面，可以共用 （出于規范定義的原因，IETF RTCWeb工作組對必須支持的語音、視頻編解碼和3GPP規范對IMS的要求存在很大不同）；

·NAT和防火墻穿越方面，采用相同的ICE技術（IMS還有ALG（application layer gateway）方式的解決方案）。

從產品定位看，WebRTC技術定位于為雙方或者多方基于Web瀏覽器直接進行實時交互式溝通，而IMS則為電信用戶提供多媒體通信（multimedia telephony）服務，需要遵循原有通信業務和各種管制法規的要求，而WebRTC則沒有這些約束，這也從本質上決定了兩者必然存在的差異，兩者對比見表1。

除此之外，兩者還有很多細節上的區別，如語音編碼方面，WebRTC只有G.711和Opus是必需的，而IMS則要求支持幾乎所有傳統電話網的編碼；媒體路由方面，IMS路由需要經過核心網，而WebRTC則可以是完全點對點的。另外，IMS作為基礎電信服務面向普遍的有通信需求的用戶，接入方式既包括智能終端，也包括其他各種類型的終端，如傳統電話、手機、IAD（integrated access device）、SIP話機等，如果WebRTC期望把服務延伸到電信用戶領域，也需要考慮與IMS的互聯互通。同樣的，IMS也可以引入WebRTC的技術成果，以提高服務的便利性和擴展用戶規模。

2.3 WebRTC技術典型應用

需要指出的是，雖然WebRTC的目標是提供基于瀏覽器的點對點語音、視頻等業務，但其使用方式并不能完全局限于瀏覽器，其應用方式主要包括如下幾種。

·基于瀏覽器的應用，瀏覽器必須支持WebRTC，服務器提供呼叫控制。瀏覽器與服務器之間以HTTP或Web Socket交互。

·在本地應用中使用WebRTC，即應用客戶端集成WebRTC能力，與網絡側的服務器以XMPP、SIP等協議交互。有很多原有的VoIP類應用都是通過這種方式改造使用WebRTC的一些技術成果。

3 WebRTC與IMS的結合

經過前面的對比和分析，WebRTC與IMS有著很多區別，但兩者并不是對立的，而是有著各自的應用場合，能夠相互補充和結合。從IMS角度看，與WebRTC的結合主要有3種方式：利用WebRTC接入、與WebRTC互通和與WebRTC融合。

3.1 WebRTC接入IMS

傳統的IMS客戶端包括硬終端和軟終端，WebRTC的出現使得單純基于瀏覽器的IMS客戶端成為可能。WebRTC瀏覽器提供了對本地麥克和攝像頭的訪問功能，封裝了媒體面所需要的能力，包括語音、視頻編解碼和NAT穿越等。

以WebRTC方式接入IMS的系統架構如圖2所示，需要部署WebRTC接入網關連接到IMS網絡。WebRTC接入網關提供IMS應用邏輯，包括用戶鑒權、呼叫控制等。媒體面需要有媒體服務器提供NAT穿越、轉碼等功能。IMS用戶通過支持WebRTC的瀏覽器連接到接入網關并以HTTP/Web Socket交互，首先實現用戶鑒權。鑒權通過后，在用戶UI上顯示撥號盤或者通訊錄列表供用戶發起和接收呼叫。呼叫建立的過程中，通過調用JavaScript API建立起媒體面連接，經由媒體服務器轉接與IMS網絡建立媒體流。

表1 IMS與WebRTC的對比

這一方案應用于運營商為IMS用戶提供Web方式登錄使用IMS業務的場景，即用戶首先是運營商的用戶。帶來的好處是顯而易見的，用戶不需要安裝或購買專用的客戶端即可使用IMS服務。由于是通過瀏覽器方式訪問WebRTC接入網關，免去了終端軟件升級帶來的煩惱。鑒權時所使用的身份信息與通過其他方式登錄IMS一致。使用業務時如何處理與其他IMS終端的關系，可以由運營商的策略來控制。

3.2 IMS與WebRTC互通

IMS用戶和WebRTC用戶之間相互進行語音、視頻通話的場景，即兩個用戶分別屬于IMS網絡和WebRTC網絡，由一端發起與另一端的通話。WebRTC呼叫服務平臺與IMS之間通過IMS與WebRTC的互通網關連接，如圖3所示。

圖3中WebRTC用戶通過瀏覽器接入WebRTC服務平臺。IMS用戶接入IMS網絡，沒有在圖3中畫出，兩個用戶分別在各自的服務平臺鑒權。進行互通時，WebRTC平臺和IMS都需要進行增強，增加呼叫路由規則。當WebRTC用戶發起呼叫時，WebRTC平臺需要判別該用戶為IMS用戶，路由呼叫到WebRTC互通網關，WebRTC網關向該IMS用戶標識發起呼叫，然后按照IMS的規則進行呼叫處理，反之亦然。需要說明的是，此時WebRTC互通網關與IMS網絡之間通過NNI（network to network interface）交互，交互的網元可以是I-CSCF或SBC（session border controller）。為了NAT穿越的需要，WebRTC用戶的媒體流可能需要經過中間節點（如TURN服務器）中轉，具體與網絡部署有關。

3.3 IMS與WebRTC融合

在這種場景下，用戶同時歸屬于WebRTC用戶和IMS用戶，用戶既可以在WebRTC平臺發起和接收呼叫，也可以在IMS網絡發起和接收呼叫，甚至可以在呼叫過程中在兩個域之間切換。這種方式對用戶而言有極大的自主性，可以根據偏好在不同的時候采用不同的服務。比如，網絡條件好時采用WebRTC服務，條件變差時切換到IMS服務，或者設置在國際漫游時自動切換到WebRTC服務，以節省資費。對于這種場景的研究目前比較少，實現起來也比較復雜，需要對WebRTC和IMS網絡都進行更多的增強并引入類似IMS VCC的能力，在這里不做詳細介紹。

4 主要研究方向

WebRTC作為一項發展中的技術，仍然有很多問題處于研究之中或有待研究，主要包括以下幾個方面。

·呼叫建立過程中的狀態保存問題，包括呼叫的會話狀態、媒體描述信息和ICE協商狀態，瀏覽器刷新可能導致這些狀態信息丟失，目前考慮的方式是封裝成對象保存到服務器端，在完成信息保存的同時，又避免了API的復雜化。

圖2 用戶以WebRTC方式接入IMS

圖3 IMS與WebRTC互通

·呼叫相關的協議和流程定義，包括對呼叫分支的處理，如串振、并振等方式以及SDP擴展和交互過程，協議的擴展目前由IETF RTCWeb工作組協同MMUSIC工作組進行。

·QoS。對于提供DiffServ的網絡，通過定義不同媒體流（音頻、交互式視頻、非交互式視頻、數據）的優先級提高QoS。

·WebRTC的安全。WebRTC的安全威脅是顯而易見的。由于瀏覽器提供了對本地資源的訪問，一個惡意的Web站點可能在用戶毫無察覺的情況下啟動本地攝像頭、麥克風等侵犯用戶的隱私，或者冒充某個用戶的身份發起呼叫而難以識別。另外，屏幕共享時，Web站點通過JavaScript代碼可能竊取超出用戶共享范圍的內容。

·IMS用戶以WebRTC方式接入，提供用戶的鑒權、計費、緊急服務以及合法監聽等業務。

·WebRTC與IMS互通。

·WebRTC 與 PCC（policy and charging control）結合 ，以提高QoS和管控能力。

此外還有一些技術問題等待探索，如HTTP-only型NAT/防火墻的穿越、WebRTC緊急服務和合法監聽的提供等。

5 結束語

在這個一切走向Web的時代，WebRTC以其極大的便利性必將獲得長足的發展。從現有的態勢看，傳統客戶端方式的VoIP應用都紛紛推出對WebRTC的支持。各個主流的瀏覽器廠商對WebRTC的支持更是亦步亦趨。WebRTC的開源和對通信能力的封裝大大降低了VoIP應用的開發難度，應用開發者不需要具備專門的VoIP經驗就可以開發出專業的WebRTC應用，這將促進互聯網化的VoIP應用能力的蓬勃發展。而WebRTC使用的便利性使得用戶可以隨時利用此類應用發起語音、視頻呼叫或者文件共享，因此VoIP用戶規模也會迅速擴大。一方面，這種趨勢會對運營商的通信類業務帶來極大的影響；另一方面，VoIP應用的普及和用戶群的擴大也有利于運營商擴大服務范圍和話務流量，也會帶來可觀的數據流量。無論是引入WebRTC技術到運營商業務中，還是與WebRTC互通，都會為運營商帶來更多的價值。也許未來會形成以運營商通信業務為代表的、受控的VoIP生態系統和一個以WebRTC為代表的OTT VoIP的生態系統共存的局面。前者服務于有QoS保障、高可靠性、提供普遍服務和全球互通的用戶群體，后者服務于互聯網化、低成本的有通信需求的用戶群體，兩者之間的互聯實現更大規模的互聯互通。

1 WebRTC.http://www.webrtc.org

2 W3C HTML5.http://www.w3.org/TR/html5/

3 W3C WebRTC Workgroup.http://www.w3.org/2011/04/webrtccharter.html

4 W3C WebRTC API.http://dev.w3.org/2011/webrtc/editor/webrtc.html

5 IETF RTCWeb Workgroup.http://tools.ietf.org/wg/rtcweb/charters

6 3GPP TR 23.701.Study on the Support of WebRTC IMS Client Access to IMS,2010

7 IETF RFC5245.ICE (interactive connectivity establishment).http://tools.ietf.org/html/rfc5245,2010

8 IETF RFC5389.STUN(session traversal utilities for NAT).http://tools.ietf.org/html/rfc5389,2008

9 IETF RFC5766.TURN (traversal using relays around NAT).http://tools.ietf.org/html/rfc5766,2010

10 IETF RFC6716.Opus(definition of the opus audio codec).http://tools.ietf.org/html/rfc6716,2013

11 IETF RFC3261.SIP(session initiation protocol).http://tools.ietf.org/html/rfc3261,2002

12 IETF RFC3264.SDP (session description protocol).http://tools.ietf.org/html/rfc3264,2010

13 IETF RFC6455.The Web socket protocol.http://tools.ietf.org/html/rfc6455,2011