webrtc弱网-PacingController 源码分析与算法原理-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/talkRTC/article/details/149585737

在webrtc弱网整个链路中，存在这么一个模块，发送数据时采取有节奏的平滑发送，这个模块就是PacingController类。

一、核心功能

流量整形：基于漏桶算法控制数据包发送速率
优先级调度：音频 > 重传 > 视频 > 填充的优先级处理
带宽探测：通过 BitrateProber 实现主动带宽探测
拥塞响应：根据网络状态动态调整发送行为
队列管理：监控队列长度，动态提速防止积压
统计监控：实时统计各类数据包发送速率

二、核心算法原理

漏桶算法实现：

// 媒体负债更新逻辑
void UpdateBudgetWithElapsedTime(TimeDelta delta) {
// 随时间减少负债（漏水过程）
media_debt_ -= min(media_debt_, adjusted_media_rate_ * delta);
padding_debt_ -= min(padding_debt_, padding_rate_ * delta);
}

三、关键数据结构

// 发送统计结构
struct PacerPacketStat {
size_t rtx_bytes_sent = 0; // 重传包字节数
size_t fec_bytes_sent = 0; // FEC包字节数
size_t media_bytes_sent = 0; // 媒体包总字节数
size_t media_bytes_sent_only_video = 0; // 视频媒体包字节数
};

// 优先级队列（核心排序逻辑）
class PrioritizedPacketQueue {
// 优先级顺序：音频 > 重传 > 视频 > 填充
std::priority_queue<...> queue_;
};

四、核心方法详解

1.入队控制 (EnqueuePacket)

void EnqueuePacket(std::unique_ptr<RtpPacketToSend> packet) {
// 关键帧刷新：清空队列保证关键帧优先
if (keyframe_flushing_ && packet->is_key_frame()) {
packet_queue_.RemovePacketsForSsrc(packet->Ssrc());
}

// 通知探测器新包到达
prober_.OnIncomingPacket(DataSize::Bytes(packet->payload_size()));

// 入队并更新状态
packet_queue_.Push(CurrentTime(), std::move(packet));
}

2.发送引擎 (ProcessPackets)

void ProcessPackets() {
  // 1. 保活包发送（防止连接冻结）
  if (ShouldSendKeepalive(now)) {
    SendPadding(DataSize::Bytes(1));
  }
  
  // 2. 带宽探测处理
  if (prober_.is_probing()) {
    DataSize probe_size = prober_.RecommendedMinProbeSize();
    SendProbePackets(probe_size);
  }
  
  // 3. 主发送循环（带熔断保护）
  while (!circuit_breaker_triggered) {
    // 4. 获取待发送包（优先级顺序）
    auto packet = GetPendingPacket();
    
    if (packet) {
      // 5. 发送并更新负债
      SendMediaPacket(std::move(packet));
    } else if (CanSendPadding()) {
      // 6. 发送填充包
      SendGeneratedPadding();
    }
  }
  
  // 7. 状态更新
  UpdateBitrateStat();
  MaybeUpdateMediaRateDueToLongQueue();
}

3.动态速率调整

void MaybeUpdateMediaRateDueToLongQueue() {
  // 计算队列预计消耗时间
  TimeDelta avg_time_left = queue_time_limit_ - packet_queue_.AverageQueueTime();
  
  // 动态提速逻辑
  if (avg_time_left < kMinQueueThreshold) {
    // 需要的最小速率 = 队列大小 / 剩余时间
    DataRate min_rate_needed = queue_size_data / avg_time_left;
    adjusted_media_rate_ = min_rate_needed;
  }
}

五、设计亮点

多级优先级系统：确保音频和重传包绝对优先
动态速率调整：基于队列长度自动提速防止积压
关键帧刷新：清空队列保证关键帧低延迟
熔断机制：circuit_breaker_threshold_防止死循环
精确时间控制：kMaxEarlyProbeProcessing控制探测包发送时机
保活机制：网络空闲时定期发送1字节填充包维持连接

六、典型工作流程

七、核心负债机制详解

// 媒体负债（media_debt_）：
// - 发送媒体包时增加：media_debt_ += sent_bytes
// - 随时间减少：media_debt_ -= min(media_debt_, rate * elapsed_time)
// - 上限控制：不超过adjusted_media_rate_ * kMaxDebtInTime

// 填充负债（padding_debt_）：
// - 发送填充包时增加
// - 随时间减少（类似媒体负债）
// - 用于控制填充包发送频率

// 负债更新示例：
void OnPacketSent(RtpPacketMediaType type, DataSize size) {
  if (type != RtpPacketMediaType::kPadding) {
    media_debt_ += size;  // 发送媒体包增加负债
  }
  padding_debt_ += size;  // 所有发送都增加填充负债
}