基于WebRTC网络教学系统的设计与实现

摘要

随着信息化的发展，实体经济与互联网尤其是移动互联网的全面融合已成为必然趋势，传统物理课堂的教学形式同样需要顺应时代潮流进行发展与延伸。与此同时，网页实时通信WebRTC（Web Real-Time Communication）已开源并被万维网联盟 W3C写入推荐标准的工作草案，在网页上可实现免客户端及浏览器插件的实时通信应用，具有丰富的媒体功能、跨平台、使用和开发成本低等优点。
　　本文首先介绍了WebRTC的总体架构包括视频、音频编解码、传输控制模块和开发相关的信令机制，以及网页前端开发HTML5、Canvas等关键技术；接着以网络教学的实际应用场景为基础进行需求分析和系统设计，并在 Node.js环境下基于Express框架，以JavaScript为主体语言开发实现了一个支持教师和学生友好互动的网络教学系统。系统子功能包括：网上实时授课与非实时授课，课后答疑辅导，多人文件共享，用户注册登录，信息维护等。用 MediaStream和 RTCPeerConnection等接口实现了网上实时授课和视频答疑模块中一对多和多对多的视音频通信；用Canvas分层叠加和WebSocket技术实现了实时白板与多人文本通信。其中，系统按照用户类型和是否登录对使用者实现了角色权限控制，教师类型用户拥有特权，这一点也是本系统实现的关键。
　　随后在桌面浏览器和Android平台移动端浏览器上对各项功能进行功能测试和性能测试，结果证明本系统实现了WebRTC在网络教学系统中的良好应用。最后对全文工作进行总结，并讨论未来可以进一步研究的问题。

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1 绪论

1.1 背景与意义

1.2 国内外现状

1.3 研究目标

1.4 本文内容及组织结构

2 相关技术背景

2.1 WebRTC体系结构

2.2 HTML5

2.3 信令机制

2.4 本章小结

3 基于WebRTC网络教学系统的设计

3.1 网络教学系统的需求分析

3.2 网络教学系统的总体设计

3.3系统功能模块详细设计

3.4系统角色权限控制设计

3.5系统网络结构设计

3.6服务器端设计

3.7 本章小结

4 基于WebRTC网络教学系统的实现

4.1 服务器端实现

4.2 基于WebSocket服务器浏览器实时通信实现

4.3 基于WebSocket共享白板实现

4.4 基于WebRTC视音频通信实现

4.5 多人文本即时通信的实现

4.6 基于WebRTC文件传输实现

4.7 注册、登录模块实现

4.8 本章小结

5 网络教学系统的测试与分析

5.1 系统运行环境与测试环境

5.2 功能测试

5.3 性能测试

5.4测试结果与分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录1(攻读学位期间发表论文目录)