WebRTC Pacer

Abstract

WebRTC Pacer 发送节奏控制

Authors

Walter Fan

Status

v1.0

Updated

2026-03-20

概述

Pacer（发送节奏控制器）是 WebRTC 拥塞控制中的关键组件。 它的核心作用是**将突发的编码输出平滑为均匀的发送速率**，避免网络瞬时拥塞。

没有 Pacer 的话，编码器输出一个关键帧（可能 50KB+）会一次性将所有 RTP 包发送出去， 造成网络突发拥塞和丢包。Pacer 则将这些包排入队列，按照目标比特率匀速发送。

编码器输出（突发）                    Pacer 输出（平滑）

┃█████████████┃                    ┃██ ██ ██ ██ ██ ██ ██┃
┃             ┃                    ┃                     ┃
┃    ████     ┃                    ┃██ ██ ██ ██          ┃
┃  ██    ██   ┃       ──►         ┃██ ██ ██ ██          ┃
┃██        ██ ┃                    ┃██ ██ ██ ██          ┃
━━━━━━━━━━━━━━━ 时间               ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 时间

在 WebRTC 中的位置

编码器 → RTP 打包 → Pacer 队列 → SRTP 加密 → ICE/UDP 发送
                         ↑
                  GCC 带宽估计 → 设定发送速率

核心类

PacingController

PacingController 实现了 Leaky Bucket（漏桶）算法，是 Pacer 的核心逻辑：

  • 维护一个按优先级排序的包队列

  • 按照设定的发送速率（pacing rate）释放包

  • 处理不同类型包的优先级调度

关键方法：

class PacingController {
public:
    // 将包加入发送队列
    void EnqueuePacket(std::unique_ptr<RtpPacketToSend> packet);

    // 处理定时器触发，发送到期的包
    void ProcessPackets();

    // 设置发送速率（由 GCC 算法决定）
    void SetPacingRates(DataRate pacing_rate, DataRate padding_rate);

    // 设置是否允许探测式发送
    void SetProbingEnabled(bool enabled);

    // 暂停/恢复发送
    void Pause();
    void Resume();
};

RtpPacketPacer

TaskQueuePacedSender (旧版中为 RtpPacketPacer) 是 Pacer 的外层封装， 负责定时器调度和实际的包发送：

主要调用链：

TaskQueuePacedSender::EnqueuePackets()
  → PacingController::EnqueuePacket()

TaskQueuePacedSender::MaybeProcessPackets()  (定时器触发)
  → PacingController::ProcessPackets()
    → PacketRouter::SendPacket()
      → ModuleRtpRtcpImpl::TrySendPacket()

包类型与优先级

Pacer 按照包类型分配不同的发送优先级：

static constexpr size_t kNumMediaTypes = 5;
enum class RtpPacketMediaType : size_t {
    kAudio,                         // 音频包 (最高优先级)
    kVideo,                         // 视频包
    kRetransmission,                // 重传包 (响应 NACK)
    kForwardErrorCorrection,        // FEC 包
    kPadding = kNumMediaTypes - 1,  // 填充包 (最低优先级)
};

发送优先级从高到低：

优先级

类型

说明

1

Audio

音频包始终最高优先级，确保语音流畅

2

Retransmission

NACK 重传包需要快速发送以降低恢复延迟

3

Video

正常视频包

4

FEC

前向纠错冗余包

5

Padding

填充包，用于维持带宽估计探测

发送速率控制

Pacer 的发送速率由 GCC（Google Congestion Control）算法决定：

GCC 估计可用带宽
    │
    ▼
设定 pacing_rate = estimated_bitrate × multiplier (通常 2.5x)
    │
    ▼
Pacer 按照 pacing_rate 匀速发送队列中的包
    │
    ▼
如果队列为空且带宽有富余 → 发送 padding 包以探测更高带宽

关键参数：

  • Pacing rate：通常是目标比特率的 2.5 倍（允许突发恢复，同时不过度占用带宽）

  • Padding rate：当没有媒体数据时的填充发送速率，用于保持带宽估计准确

  • Max queue time：队列中包的最大等待时间（默认 2 秒），超过则丢弃

// 典型配置
pacer->SetPacingRates(
    DataRate::KilobitsPerSec(2500),   // pacing rate: 2.5 Mbps
    DataRate::KilobitsPerSec(200));    // padding rate: 200 kbps

Probe 探测

Pacer 还负责带宽探测（Probing）。在连接初期或带宽变化时， GCC 会要求 Pacer 以特定速率发送探测包来估算可用带宽：

连接建立
  │
  ▼
Probe Cluster 1: 以 900 kbps 发送 5 个包
  │
  ▼
Probe Cluster 2: 以 1800 kbps 发送 5 个包
  │
  ▼
根据接收端反馈（TWCC）计算实际可用带宽
  │
  ▼
进入正常 GCC 速率控制

探测包优先使用排队中的媒体包，只在媒体包不足时才补充 padding。

与 GCC 的协作

┌─────────────┐     ┌──────────────┐     ┌─────────────┐
│  Encoder    │     │    Pacer     │     │   Network   │
│             │     │              │     │             │
│ 输出 RTP 包 ──────► 排队 + 调度  ──────► 发送        │
│             │     │     ↑        │     │             │
└─────────────┘     │  设定速率    │     └──────┬──────┘
                    │     ↑        │            │
                    └─────┼────────┘            │
                          │                     │
                    ┌─────┴────────┐     ┌──────▼──────┐
                    │     GCC      │     │  Receiver   │
                    │              │◄────│  TWCC/REMB  │
                    │ 估计可用带宽  │     │  反馈       │
                    └──────────────┘     └─────────────┘

参考资料