iOS近距离实时通信解决方案

前言

最近研究iOS设备间的近距离实时通信,对其解决方案进行了解,整理如下:

其中AirDrop常用于iOS/OS X系统间分享图片、视频等,但实时性较差; CoreBluetooth带宽较小; GameKit已被弃用; Socket方案需要iOS设备在同个局域网内; ExternalAccessory不适用iOS设备间的场景; MultipeerConnectivity从了解的信息来看,较为符合近距离实时通信的要求,本文便介绍如何使用MultipeerConnectivity框架。

正文

MultipeerConnectivity进行实时通信分为两步,一是建立二进制流通道,二是进行协议通信

一、建立流通道

demo需要使用两个iOS设备(手机A和手机B),分别命名为server(手机A)和client(手机B)。同时为了容易学习,demo分为两个工程(server和client),实际开发应是同一份工程,通过不同的Role来区分。 建立流通道的过程如下:

流通道建立过程

1、手机A发起广播

手机A作为server,需要先发起广播。 MCPeerID是连接中表示本设备的标识,长度不能超过63 bytes(UTF-8 编码)。 MCAdvertiserAssistant是广播管理类,提供广播发起接口、广播代理回调。 发起广播需要先创建MCPeerIDMCAdvertiserAssistant

    MCPeerID *peerId = [[MCPeerID alloc] initWithDisplayName:@"server"];
    self.mSession = [[MCSession alloc] initWithPeer:peerId];
    self.mSession.delegate = self;
    
    self.mAdvertiserAssistant = [[MCAdvertiserAssistant alloc] initWithServiceType:@"connect" discoveryInfo:nil session:self.mSession];
    self.mAdvertiserAssistant.delegate = self;

创建完,就可以调用startServer,发起广播。

- (void)startServer {
    [self.mAdvertiserAssistant start];
}
2、手机B搜索广播

手机B作为client,需要搜索并请求建立连接。建立连接前同样需要创建MCPeerIDMCSession

    MCPeerID *peerId = [[MCPeerID alloc] initWithDisplayName:@"client"];
    self.mSession = [[MCSession alloc] initWithPeer:peerId];
    self.mSession.delegate = self;

MCBrowserViewController是系统提供的建立连接用的VC,会自动搜索附近的广播并展示在列表中,点击之后即可请求建立连接。

- (void)startClient {
    if (!self.mBrowserVC) {
        self.mBrowserVC = [[MCBrowserViewController alloc] initWithServiceType:@"connect" session:self.mSession];
        self.mBrowserVC.delegate = self;
    }
    [self presentViewController:self.mBrowserVC animated:YES completion:nil];
}
3、手机A接受连接

当手机B请求建立连接之后,手机A会弹出建立连接的请求,如下:

点击Accept,完成连接的建立过程。 连接成功建立之后,MCSession会回调MCSessionStateConnected

- (void)session:(MCSession *)session peer:(MCPeerID *)peerID didChangeState:(MCSessionState)state {
    if (session == self.mSession) {
        NSString *str;
        switch (state) {
            case MCSessionStateConnected:
                str = @"连接成功.";
                break;
            case MCSessionStateConnecting:
                str = @"正在连接...";
                break;
            default:
                str = @"连接失败.";
                break;
        }
        NSLog(@"id:%@, changeState to:%@", peerID.displayName, str);
    }
}
4、手机A创建输出流

手机A作为server,主动建立输出流。 注意,需要把mOutputStream放入RunLoop,并调用open

    if (!self.mOutputStream) {
        self.mOutputStream = [self.mSession startStreamWithName:@"delayTestServer" toPeer:[self.mSession.connectedPeers firstObject] error:nil];
        self.mOutputStream.delegate = self;
        [self.mOutputStream scheduleInRunLoop:[NSRunLoop mainRunLoop] forMode:NSRunLoopCommonModes];
        [self.mOutputStream open];
    }
5、手机B接受输入流并创建输出流

手机B作为client,接受server的输出流,并且以此创建client的输出流。 这里有两个注意点:

  • server的输出流,在client的表现为输入流;
  • 下面的回调方法是在子线程,所以加入主线程是[NSRunLoop mainRunLoop],不是[NSRunLoop currentRunLoop]
- (void)    session:(MCSession *)session
   didReceiveStream:(NSInputStream *)stream
           withName:(NSString *)streamName
           fromPeer:(MCPeerID *)peerID {
    if (self.mSession == session) {
        NSLog(@"didReceiveStream:%@, named:%@ from id:%@", [stream description], streamName, peerID.displayName);

        if (self.mInputStream) {
            [self.mInputStream close];
        }
        self.mInputStream = stream;
        self.mInputStream.delegate = self;
        [self.mInputStream scheduleInRunLoop:[NSRunLoop mainRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
        [self.mInputStream open];
    }
}
6、手机A接受输入流

手机A作为server,接受client的输出流,完成流通道的建立。

二、协议通信

在建立完二进制流通道之后,server和client便可进行通信。 通信的基础是Protocal协议,为了简化,协议全部使用Int32。 ProtocolType.h中的简单延迟测试协议如下:

typedef NS_ENUM(int32_t, ProtocolType) {
    ProtocolTypeNone = 0,
    //ProtocolTypeDelay A向B发送一条消息,B立刻返回,A接受到返回的消息,计算两次消息的延迟;
    ProtocolTypeDelayReq = 11,
    ProtocolTypeDelayRsp = 12,
};

整个延迟测试分为三步,手机A向手机B发送一条消息,手机B收到消息之后立刻回包,手机A接收到B的消息,计算整个过程的耗时,可以得到RTT(Round-Trip Time)的大小。

1、手机A发送延迟测试协议req

手机A作为server,主动发起延迟测试。 在发送ProtocolTypeDelayReq协议的时候,还要记录此次发送的时间mDelayStartDate,以便计算延迟。

    int32_t type = ProtocolTypeDelayReq;
    self.mDelayStartDate = [NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:0];
    [self.mOutputStream write:(uint8_t *)&type maxLength:4];

2、手机B接收延迟测试协议req,并立刻回包

手机B作为client,收到消息之后,先解析协议类型。

- (void)onInputDataReady {
    ProtocolType type = 0;
    [self.mInputStream read:(unsigned char *)&type maxLength:sizeof(type)];
    [self handleProtocolWithType:type];
}

当收到ProtocolTypeDelayReq协议时,返回ProtocolTypeDelayRsp协议。

- (void)handleProtocolWithType:(ProtocolType)type {
    if (type == ProtocolTypeDelayReq) {
        int32_t type = ProtocolTypeDelayRsp;
        [self.mOutputStream write:(uint8_t *)&type maxLength:4];
    }
}

3、手机A接收回包,并计算RTT耗时

手机A收到消息,同样进行消息解析。 当收到ProtocolTypeDelayRsp协议时,进行往返耗时计算,得到本次RTT大小。

- (void)handleProtocolWithType:(ProtocolType)type {
    if (type == ProtocolTypeDelayRsp) {
        NSDate *rspDate = [ NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:0];
        NSTimeInterval delay = [rspDate timeIntervalSinceDate:self.mDelayStartDate];
        self.mAverageDelayTime += delay * 1000;
        ++self.mDelayCount;
        NSLog(@"delay test with %.2lfms,  average delay time:%.2lfms", delay * 1000, self.mAverageDelayTime / self.mDelayCount);
    }
}

总结

demo有两处比较有意思的地方,一是MultipeerConnectivity的建立连接过程,二是通信协议的发送和解析。 MultipeerConnectivity建立连接的过程与TCP的三次握手有异曲同工之妙,感觉就很美妙。 通信协议的发送和解析,实质上是二进制流数据的处理。实际开发过程中,会添加更多的协议头、协议尾、校验字段,还有缓冲处理、粘包处理等等有意思的内容。

先写一篇简单的文章介绍MultipeerConnectivity框架,后面再写一篇项目中接入MultipeerConnectivity的实际应用。 demo地址

参考

iOS近场通信(蓝牙开发,WiFi开发)

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