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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：

iOS近距离实时通信解决方案

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

用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：

iOS近距离实时通信解决方案

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MCPeerID和MCAdvertiserAssistant。

    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MCPeerID和MCSession。

    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：

iOS近距离实时通信解决方案

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)