付 斌，楊 鑫，王 松，林 鴻

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

1 引言

WebRTC（Web real-time communication）是近年來(lái)興起的一項(xiàng) OTT（over the top）VoIP（voice over IP）技術(shù)，目標(biāo)是通過(guò)簡(jiǎn)單的JavaScript調(diào)用即可在瀏覽器上實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)語(yǔ)音、視頻和文件共享等業(yè)務(wù)。因?yàn)槠溟_放、開源且具有極大的使用便利性，從推出以來(lái)就受到了業(yè)界特別是互聯(lián)網(wǎng)和通信行業(yè)的廣泛關(guān)注。在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用爆發(fā)式增長(zhǎng)的大環(huán)境下，這種實(shí)時(shí)通信功能已經(jīng)成為各種互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)要素，也是WebRTC受到如此關(guān)注的主要原因。對(duì)于電信業(yè)而言，WebRTC提供的語(yǔ)音、視頻通信服務(wù)一定程度上會(huì)與傳統(tǒng)的電信業(yè)務(wù)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，對(duì)于同樣基于VoIP技術(shù)的IMS（IP multimedia subsystem）會(huì)產(chǎn)生一定的替代。另一方面，人們也在探索把WebRTC技術(shù)應(yīng)用于IMS中，如以Web方式接入IMS服務(wù)，甚至整體上作為運(yùn)營(yíng)商VoIP業(yè)務(wù)的一種選項(xiàng)。

WebRTC包括語(yǔ)音引擎（voice engine）、視頻引擎（video engine）、傳送（transport）功能和會(huì)話管理（session management）功能以及對(duì)本地音頻、視頻、網(wǎng)絡(luò)的操作功能和向?yàn)g覽器提供的 API（application programming interface）。目前公開的核心技術(shù)包括音視頻編解碼技術(shù)，如音頻的NetEQ算法、回聲抑制、噪聲消除，視頻的抖動(dòng)處理、圖像增強(qiáng)等。絕大部分技術(shù)來(lái)源于Google向業(yè)界開源的一些項(xiàng)目（參閱http://www.webrtc.org）。媒體的傳送部分重用ICE（interactive session establishment）技術(shù)，支持對(duì)4種類型NAT（network address translation）或防火墻的穿透，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)等多種方式媒體通路的建立和傳送。

在Google等公司的推動(dòng)下，WebRTC的標(biāo)準(zhǔn)化工作取得了快速發(fā)展。2011年5月，IETF成立RTCWeb工作組負(fù)責(zé)需求、總體方案和協(xié)議的制定，并為W3C（World Wide Web Consortium）提供輸入。與此同時(shí)，W3C成立WebRTC工作組負(fù)責(zé)客戶端API的定義，幾個(gè)主要的瀏覽器（Firefox、Chrome、Opera）也都緊跟著標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展的步伐推出了支持WebRTC的版本。另外，3GPP也啟動(dòng)了WebRTC access to IMS的工作項(xiàng)目，并在2013年7月得到了全球主要運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備商的一致支持和積極參與。研究的內(nèi)容主要是實(shí)現(xiàn)WebRTC客戶端與IMS客戶端的互操作性，因此需要對(duì)IMS進(jìn)行增強(qiáng)。

2 WebRTC發(fā)展趨勢(shì)及其對(duì)通信業(yè)務(wù)的影響

2.1 WebRTC技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)電信市場(chǎng)通信業(yè)務(wù)增長(zhǎng)緩慢，來(lái)自電信市場(chǎng)研究公司TeleGeography的一份報(bào)告顯示，2012年國(guó)際電話通信量?jī)H增長(zhǎng)5%，達(dá)到4 900億分鐘。而與此同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)通信類應(yīng)用卻保持著爆發(fā)式的增長(zhǎng)速度。以Skype為例，2012年語(yǔ)音和視頻流量增長(zhǎng)44%，達(dá)到1 670億分鐘，相當(dāng)于全部電信運(yùn)營(yíng)商國(guó)際電話通信總量的1/3，這還不包括其他流行的通信類應(yīng)用（如 GTalk、微信、Viber、Line、Nimbuzz、KakaoTalk 等），對(duì)比如圖1所示。

圖1 國(guó)際電話通話分鐘數(shù)與Skype的對(duì)比(來(lái)源：TeleGeography)

WebRTC技術(shù)的出現(xiàn)，必將進(jìn)一步加劇這一趨勢(shì)，因?yàn)橛脩粼谑褂眠@些應(yīng)用時(shí)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(lái)極大的便利性。如果這些通信類應(yīng)用都提供WebRTC方式的應(yīng)用支持，將會(huì)大大提高服務(wù)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(wù)，而且會(huì)帶來(lái)新的使用方式和用戶體驗(yàn)。

WebRTC可以作為一種全新的VoIP應(yīng)用形態(tài)，催生其他應(yīng)用向VoIP領(lǐng)域轉(zhuǎn)移和拓展。例如，各種電商、社交類應(yīng)用，通過(guò)對(duì)應(yīng)用平臺(tái)的增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)WebRTC支持，這樣用戶之間可以直接在Web頁(yè)面上發(fā)起VoIP呼叫，把原有的服務(wù)能力自然延伸到VoIP領(lǐng)域，提供更為豐富和全面的用戶體驗(yàn)。

從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的情況看，目前已經(jīng)有眾多著名互聯(lián)網(wǎng)廠商投入WebRTC技術(shù)研究和規(guī)范制定領(lǐng)域，更多的廠商潛心研究WebRTC已經(jīng)公開的技術(shù)和代碼，并在此之上開發(fā)各式各樣的應(yīng)用，可以預(yù)見，將來(lái)基于Web的通信會(huì)廣泛出現(xiàn)在各類互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用之中，而這必將對(duì)運(yùn)營(yíng)商的通信業(yè)務(wù)帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。

從產(chǎn)業(yè)發(fā)展看，以Skype為代表的OTT VoIP應(yīng)用對(duì)運(yùn)營(yíng)商通信業(yè)務(wù)帶來(lái)巨大的業(yè)務(wù)分流和替代已經(jīng)是大勢(shì)所趨，而WebRTC技術(shù)所帶來(lái)的便利性和新的用戶體驗(yàn)也必將極大地促進(jìn)這一趨勢(shì)的發(fā)展，從而侵蝕運(yùn)營(yíng)商的語(yǔ)音業(yè)務(wù)。與此同時(shí)，WebRTC的興起也給運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)更多的機(jī)遇，具體如下：

·WebRTC帶動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)語(yǔ)音和視頻應(yīng)用的發(fā)展，為運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)巨大的數(shù)據(jù)流量，并拉動(dòng)接入需求的增長(zhǎng)；

·WebRTC用戶成為運(yùn)營(yíng)商的潛在客戶，運(yùn)營(yíng)商可以通過(guò)與WebRTC的互通獲得更多的呼入呼出話務(wù)量，從而擴(kuò)大營(yíng)收規(guī)模；

·借助WebRTC技術(shù)，可以開發(fā)新的業(yè)務(wù)形式和解決方案，如使用戶從任意支持瀏覽器的設(shè)備上接入運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)。

2.2 與IMS的關(guān)系

WebRTC自推出以來(lái)就受到了廣泛關(guān)注，特別是與IMS關(guān)系的話題。事實(shí)上，兩者在服務(wù)能力、主要技術(shù)等方面有很多共同點(diǎn)，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

·提供基于IP的基本語(yǔ)音、視頻服務(wù)；

·在控制面有很多技術(shù)相通，如呼叫狀態(tài)處理、終端?；?、呼叫連續(xù)性等，媒體協(xié)商也基本一致（WebRTC還需要考慮呼叫狀態(tài)保存）；

·語(yǔ)音、視頻編解碼技術(shù)以及回聲消除、糾錯(cuò)、碼率適應(yīng)算法等方面，可以共用 （出于規(guī)范定義的原因，IETF RTCWeb工作組對(duì)必須支持的語(yǔ)音、視頻編解碼和3GPP規(guī)范對(duì)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(shù)（IMS還有ALG（application layer gateway）方式的解決方案）。

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

除此之外，兩者還有很多細(xì)節(jié)上的區(qū)別，如語(yǔ)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(tǒng)電話網(wǎng)的編碼；媒體路由方面，IMS路由需要經(jīng)過(guò)核心網(wǎng)，而WebRTC則可以是完全點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的。另外，IMS作為基礎(chǔ)電信服務(wù)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(tǒng)電話、手機(jī)、IAD（integrated access device）、SIP話機(jī)等，如果WebRTC期望把服務(wù)延伸到電信用戶領(lǐng)域，也需要考慮與IMS的互聯(lián)互通。同樣的，IMS也可以引入WebRTC的技術(shù)成果，以提高服務(wù)的便利性和擴(kuò)展用戶規(guī)模。

2.3 WebRTC技術(shù)典型應(yīng)用

需要指出的是，雖然WebRTC的目標(biāo)是提供基于瀏覽器的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)語(yǔ)音、視頻等業(yè)務(wù)，但其使用方式并不能完全局限于瀏覽器，其應(yīng)用方式主要包括如下幾種。

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

·在本地應(yīng)用中使用WebRTC，即應(yīng)用客戶端集成WebRTC能力，與網(wǎng)絡(luò)側(cè)的服務(wù)器以XMPP、SIP等協(xié)議交互。有很多原有的VoIP類應(yīng)用都是通過(guò)這種方式改造使用WebRTC的一些技術(shù)成果。

3 WebRTC與IMS的結(jié)合

經(jīng)過(guò)前面的對(duì)比和分析，WebRTC與IMS有著很多區(qū)別，但兩者并不是對(duì)立的，而是有著各自的應(yīng)用場(chǎng)合，能夠相互補(bǔ)充和結(jié)合。從IMS角度看，與WebRTC的結(jié)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(tǒng)的IMS客戶端包括硬終端和軟終端，WebRTC的出現(xiàn)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(duì)本地麥克和攝像頭的訪問(wèn)功能，封裝了媒體面所需要的能力，包括語(yǔ)音、視頻編解碼和NAT穿越等。

以WebRTC方式接入IMS的系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，需要部署WebRTC接入網(wǎng)關(guān)連接到IMS網(wǎng)絡(luò)。WebRTC接入網(wǎng)關(guān)提供IMS應(yīng)用邏輯，包括用戶鑒權(quán)、呼叫控制等。媒體面需要有媒體服務(wù)器提供NAT穿越、轉(zhuǎn)碼等功能。IMS用戶通過(guò)支持WebRTC的瀏覽器連接到接入網(wǎng)關(guān)并以HTTP/Web Socket交互，首先實(shí)現(xiàn)用戶鑒權(quán)。鑒權(quán)通過(guò)后，在用戶UI上顯示撥號(hào)盤或者通訊錄列表供用戶發(fā)起和接收呼叫。呼叫建立的過(guò)程中，通過(guò)調(diào)用JavaScript API建立起媒體面連接，經(jīng)由媒體服務(wù)器轉(zhuǎn)接與IMS網(wǎng)絡(luò)建立媒體流。

表1 IMS與WebRTC的對(duì)比

這一方案應(yīng)用于運(yùn)營(yíng)商為IMS用戶提供Web方式登錄使用IMS業(yè)務(wù)的場(chǎng)景，即用戶首先是運(yùn)營(yíng)商的用戶。帶來(lái)的好處是顯而易見的，用戶不需要安裝或購(gòu)買專用的客戶端即可使用IMS服務(wù)。由于是通過(guò)瀏覽器方式訪問(wèn)WebRTC接入網(wǎng)關(guān)，免去了終端軟件升級(jí)帶來(lái)的煩惱。鑒權(quán)時(shí)所使用的身份信息與通過(guò)其他方式登錄IMS一致。使用業(yè)務(wù)時(shí)如何處理與其他IMS終端的關(guān)系，可以由運(yùn)營(yíng)商的策略來(lái)控制。

3.2 IMS與WebRTC互通

IMS用戶和WebRTC用戶之間相互進(jìn)行語(yǔ)音、視頻通話的場(chǎng)景，即兩個(gè)用戶分別屬于IMS網(wǎng)絡(luò)和WebRTC網(wǎng)絡(luò)，由一端發(fā)起與另一端的通話。WebRTC呼叫服務(wù)平臺(tái)與IMS之間通過(guò)IMS與WebRTC的互通網(wǎng)關(guān)連接，如圖3所示。

圖3中WebRTC用戶通過(guò)瀏覽器接入WebRTC服務(wù)平臺(tái)。IMS用戶接入IMS網(wǎng)絡(luò)，沒有在圖3中畫出，兩個(gè)用戶分別在各自的服務(wù)平臺(tái)鑒權(quán)。進(jìn)行互通時(shí)，WebRTC平臺(tái)和IMS都需要進(jìn)行增強(qiáng)，增加呼叫路由規(guī)則。當(dāng)WebRTC用戶發(fā)起呼叫時(shí)，WebRTC平臺(tái)需要判別該用戶為IMS用戶，路由呼叫到WebRTC互通網(wǎng)關(guān)，WebRTC網(wǎng)關(guān)向該IMS用戶標(biāo)識(shí)發(fā)起呼叫，然后按照IMS的規(guī)則進(jìn)行呼叫處理，反之亦然。需要說(shuō)明的是，此時(shí)WebRTC互通網(wǎng)關(guān)與IMS網(wǎng)絡(luò)之間通過(guò)NNI（network to network interface）交互，交互的網(wǎng)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(jīng)過(guò)中間節(jié)點(diǎn)（如TURN服務(wù)器）中轉(zhuǎn)，具體與網(wǎng)絡(luò)部署有關(guān)。

3.3 IMS與WebRTC融合

在這種場(chǎng)景下，用戶同時(shí)歸屬于WebRTC用戶和IMS用戶，用戶既可以在WebRTC平臺(tái)發(fā)起和接收呼叫，也可以在IMS網(wǎng)絡(luò)發(fā)起和接收呼叫，甚至可以在呼叫過(guò)程中在兩個(gè)域之間切換。這種方式對(duì)用戶而言有極大的自主性，可以根據(jù)偏好在不同的時(shí)候采用不同的服務(wù)。比如，網(wǎng)絡(luò)條件好時(shí)采用WebRTC服務(wù)，條件變差時(shí)切換到IMS服務(wù)，或者設(shè)置在國(guó)際漫游時(shí)自動(dòng)切換到WebRTC服務(wù)，以節(jié)省資費(fèi)。對(duì)于這種場(chǎng)景的研究目前比較少，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較復(fù)雜，需要對(duì)WebRTC和IMS網(wǎng)絡(luò)都進(jìn)行更多的增強(qiáng)并引入類似IMS VCC的能力，在這里不做詳細(xì)介紹。

4 主要研究方向

WebRTC作為一項(xiàng)發(fā)展中的技術(shù)，仍然有很多問(wèn)題處于研究之中或有待研究，主要包括以下幾個(gè)方面。

·呼叫建立過(guò)程中的狀態(tài)保存問(wèn)題，包括呼叫的會(huì)話狀態(tài)、媒體描述信息和ICE協(xié)商狀態(tài)，瀏覽器刷新可能導(dǎo)致這些狀態(tài)信息丟失，目前考慮的方式是封裝成對(duì)象保存到服務(wù)器端，在完成信息保存的同時(shí)，又避免了API的復(fù)雜化。

圖2 用戶以WebRTC方式接入IMS

圖3 IMS與WebRTC互通

·呼叫相關(guān)的協(xié)議和流程定義，包括對(duì)呼叫分支的處理，如串振、并振等方式以及SDP擴(kuò)展和交互過(guò)程，協(xié)議的擴(kuò)展目前由IETF RTCWeb工作組協(xié)同MMUSIC工作組進(jìn)行。

·QoS。對(duì)于提供DiffServ的網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)定義不同媒體流（音頻、交互式視頻、非交互式視頻、數(shù)據(jù)）的優(yōu)先級(jí)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(duì)本地資源的訪問(wèn)，一個(gè)惡意的Web站點(diǎn)可能在用戶毫無(wú)察覺的情況下啟動(dòng)本地?cái)z像頭、麥克風(fēng)等侵犯用戶的隱私，或者冒充某個(gè)用戶的身份發(fā)起呼叫而難以識(shí)別。另外，屏幕共享時(shí)，Web站點(diǎn)通過(guò)JavaScript代碼可能竊取超出用戶共享范圍的內(nèi)容。

·IMS用戶以WebRTC方式接入，提供用戶的鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)、緊急服務(wù)以及合法監(jiān)聽等業(yè)務(wù)。

·WebRTC與IMS互通。

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

此外還有一些技術(shù)問(wèn)題等待探索，如HTTP-only型NAT/防火墻的穿越、WebRTC緊急服務(wù)和合法監(jiān)聽的提供等。

5 結(jié)束語(yǔ)

在這個(gè)一切走向Web的時(shí)代，WebRTC以其極大的便利性必將獲得長(zhǎng)足的發(fā)展。從現(xiàn)有的態(tài)勢(shì)看，傳統(tǒng)客戶端方式的VoIP應(yīng)用都紛紛推出對(duì)WebRTC的支持。各個(gè)主流的瀏覽器廠商對(duì)WebRTC的支持更是亦步亦趨。WebRTC的開源和對(duì)通信能力的封裝大大降低了VoIP應(yīng)用的開發(fā)難度，應(yīng)用開發(fā)者不需要具備專門的VoIP經(jīng)驗(yàn)就可以開發(fā)出專業(yè)的WebRTC應(yīng)用，這將促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)化的VoIP應(yīng)用能力的蓬勃發(fā)展。而WebRTC使用的便利性使得用戶可以隨時(shí)利用此類應(yīng)用發(fā)起語(yǔ)音、視頻呼叫或者文件共享，因此VoIP用戶規(guī)模也會(huì)迅速擴(kuò)大。一方面，這種趨勢(shì)會(huì)對(duì)運(yùn)營(yíng)商的通信類業(yè)務(wù)帶來(lái)極大的影響；另一方面，VoIP應(yīng)用的普及和用戶群的擴(kuò)大也有利于運(yùn)營(yíng)商擴(kuò)大服務(wù)范圍和話務(wù)流量，也會(huì)帶來(lái)可觀的數(shù)據(jù)流量。無(wú)論是引入WebRTC技術(shù)到運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)中，還是與WebRTC互通，都會(huì)為運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)更多的價(jià)值。也許未來(lái)會(huì)形成以運(yùn)營(yíng)商通信業(yè)務(wù)為代表的、受控的VoIP生態(tài)系統(tǒng)和一個(gè)以WebRTC為代表的OTT VoIP的生態(tài)系統(tǒng)共存的局面。前者服務(wù)于有QoS保障、高可靠性、提供普遍服務(wù)和全球互通的用戶群體，后者服務(wù)于互聯(lián)網(wǎng)化、低成本的有通信需求的用戶群體，兩者之間的互聯(lián)實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的互聯(lián)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