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IEEE 5G Tech Focus 文章:Web5G

 

2017年7月,W3C的Dominique Hazael-Massieux 和 Jeff Jaffe 应IEEE相关期刊邀请,撰写了一篇题为《Web5G》的联合署名文章,已被该刊接受,拟于2017年9月正式发表。这里是文章全文,阐述W3C在Web与第五代移动通信技术方面的思考。详情请参阅W3C的 Web5G 项目路线图

 

Web5G

Dominique Hazael-Massieux       Jeff Jaffe

World Wide Web Consortium (W3C)

摘要:

随着第五代(5G)网络的出现,人们在利用网络资源方面拥有了新的机会和新的途径。与此同时,应用平台也必须得到演进,以便利用5G带来的极低延时、高吞吐量以及广阔的覆盖范围,用以满足语音识别、3D视频、超高清显示、增强虚拟现实技术、自动化、智慧城市/建筑、自动驾驶汽车等强大应用的需要。本文详细探讨了目前开放的Web平台(Open Web Platform)已有的和设想的各种提升措施。我们认为,在实现5G的全部潜力时,这些措施至关重要。    

 

1. 引言

与当今的4G网络相比,5G可提供更高的带宽、更低的延迟,覆盖范围也更广。物理网络(5G,LPWAN)及其控制平面(MEC,SDN)同时得以提升,产生的网络响应更快、更灵活、性能更佳,且各端点之间的协作更好。

在确定5G的发展方向时,ITU设想了[1]若干宏伟的使用案例。但是,实现这些案例不仅需要必要的网络能力,应用层也必须满足任务的要求。

有很多应用平台可供选择,但是应用最广、伸缩性最好的平台是开放的Web平台(Open Web Platform)— 即实现Web的技术集。Web在分发内容和服务方面发挥了支配作用:现在有十几亿网站,大多数连接的设备使用了浏览器的特性。同时,人们把大多数软件开发人员归为“Web开发人员”,而不是其他的角色[2]

 

2. Web5G项目

基于这一情况,5G的参与者正提升Web能力,确保在新的网络基础设施和应用上的投入能够产生回报。

这些公司一直在W3C(开发Web标准的国际化中立性组织)中开展此类工作,并已经持续了10多年。2005年,随着3G网络的兴盛,W3C的移动Web计划(Mobile Web Initiative) [3] 开始推动业界开展Web能力建设,以支持移动互联网的崛起。

因此,随着5G标准的出现,W3C计划发起Web5G项目[4] ,探讨应用、平台和网络层【图1】方面的发展及需求,其中包括:

  •      * 为利用5G带宽和极低延时的新应用提供支持。
  •      * 提高应用/网络的集成程度,特别是提高Web应用对网络层的控制能力。
  •      * 未来的其他能力提升,尽量提高网络能力的影响。

【图1:Web5G与网络演进紧密关联,范围直至应用层】

我们将在下文中讨论当前及后续计划开展的支持5G愿景的W3C活动。

 

3. 对5G能力的要求

最近,Web技术取得的一些进步,导致网络流量明显上升,这突出说明了综合考虑Web和网络演进的重要性。对于“网络饥渴”的应用,它们的用户应该会喜欢5G带来的改进,这些应用包括:

* 实时音频和视频:Web实时通信(WebRTC)协议同时支持浏览器和原生移动应用播放实时视频和音频,不需要使用插件。分析家预测,到2019年,将有20亿人口使用该技术[5],电信业将会出现彻底的变革。

* 视频:在过去的几年中,视频消费导致网络流量激增,而业界对HTML5 Web标准的采用加快了这一步伐。随着Web逐步支持UHD、HDR和360°视频等,很容易预想到这一需求还将会剧增。

* 虚拟现实:虽然虚拟现实还未普及,但在商业、通信、娱乐以及其他很多领域,如果在Web上增加沉浸式虚拟现实体验,将会有更多激动人心之处。WebVR API [6] 会把虚拟现实变成Web的一等公民。

* 物联网:自人们1989年发明Web起,互联网存在了很多年,但是,直到人们建立了统一的Web应用平台之后,才进入了互联网经济时代。对于“物联网”,W3C持有类似的观点,因为在开发利用5G的低延时和广覆盖的物联网应用时,一个统一的应用层将大大降低开发的难度。

* 汽车:互联互通激发了汽车业提升平台能力的兴趣,以便在车内、车辆之间以及车辆与基础设施之间提供更好的服务。W3C为访问外部传感器制定了API,它们可受益于5G的低延时。

虽然不同的行业会把重点放到不同的使用案例上,但在很多情况下,多个行业所需的能力是相同的。W3C的干系人来自不同行业的国际社区,这有助于我们建立一个汇聚跨行业需求的Web。

 

4. 在开放Web平台集成网络协议层

多年以来,电信业和W3C的其他干系人一直在寻找方法改进Web应用对网络协议层的集成。这些改进点可归为三大类:

1. 网络性能监控:最近的Web标准支持细粒度的网络操作监控(资源计时[7] and WebRTC 统计[8])。

2. 网络传输特性的控制:最近的Web标准支持网络热身(network warming-up )(资源提示[9])、双向通信(Web Sockets [10])、服务端发起的操作【推送(Push )[11]】、类似UDP的传输属性(WebRTC [12])以及客户端侧的代理(Service Workers [13])。

3. 网络服务的发现及这些服务之间的交互:最近的Web标准支持通过LAN提供的服务(呈现API [14]、远程回放API[15])、与防火墙和NAT穿越协议的集成(WebRTC)、通过网络提供的推送服务以及发起网络操作的新方法(Web后台同步[16])。

Web5G项目建立在W3C过去十年的经验总结之上,引导开放的Web平台进行战略扩展,准备好利用新的网络功能。具体而言,我们预计,5G支持的应用(例如,汽车、电子保健、增强现实)甚至需要粒度更细的网络定制。我们还预计,随着越来越多的网络流量被加密,基于监测的优化方法会失去效果。这些变化要求业界对开放的Web平台的架构实施更进一步的演进,以满足5G的需要。

 

5. 一种让Web平台适配5G能力的架构

为了确保5G应用的Web改进措施能够实现全局伸缩,我们必须围绕监测、控制和服务发现制定一个随时可定制的灵活架构。Web5G项目联合了电信运营商、网络设备供应商、内容分发网络、浏览器厂商以及应用开发人员,所以它的架构反应了不同行业的视角和约束。例如:

* 在Web伸缩方面,针对每个网络类型或运营商来定制应用不切实际。因此,集成机制应与网络无关,在传统网络中使用时,应能平稳后退。

* 我们假定,在默认情况下,我们不可信任应用和网络。因此我们期望,浏览器—作为浏览器用户的安全性和隐私的代表—进行谈判和协调,获得最佳的网络交互。

* 更多的流量被加密后,只有网络流量(服务器和用户设备)的端点发挥主导作用,告知网络它们的特定需求,才能发挥网络在反应度和合作方面的潜力。

图2说明在高层级上,未来的浏览器如何协调应用和网络之间的合作。在该架构中:

1. 连接到新的网络接口后,浏览器获取连接网络配置和监测端点的途径;对于不同的网络类型,具体的协议可能不一样—对于只有常见设备才能连接的网络,这可能很简单,只是一条预先定义的浏览器配置项;但是,为了触及更多的设备,明显需要伸缩能力更强、更鲁棒的方法。

2. 浏览器从该端点获取当前的及不断变化的网络条件信息。应用开发人员使用该信息裁剪应用的行为。 

3. 浏览器还通过该端点与网络通信,告知给定应用的最佳网络配置。用户的偏好将会改变这些请求。用户偏好包括手动配置项(由用户设置或他们的网络/系统管理员设置)或者通过启发法【如“频近(frecency)” [17]】计算出的配置项。

【图2:Web &网络集成架构的时序图】

最近的一些项目已经采用了类似的协调方法,这表明Web5G架构是能够实现的:

* 谷歌与印度的3G电信运营商合作[18],支持他们的用户在网络非高峰时间下载的标有“智能离线”横幅的YouTube视频。上述合作基于一个通用机制,运营商可通过移动数据套餐(Mobile Data Plan)API与谷歌应用协作 [19]——该API可以推广。谷歌开展了使用MEC Throughput Guidance(移动边缘计算的吞吐量指导) [20]来改善视频流性能的试验,得到了良好的效果。

* 含有运营商协助的中继服务规范[21]提出了一种应用和网络合作设置最佳中继的架构。

* 在企业网络中,思科和苹果进行了iOS组网[22]的协作,该协作说明,应用层(该案例中由操作系统协调)与网络层(由思科路由器暴露)的合作能够提高特定应用的性能。 

 

6. 结论

定义和部署下一代网络时,涉及很多技术和商业挑战,有些已知,有些未知。W3C正在实施Web5G项目,旨在系统地分析当前的性能瓶颈以及采用5G后这些瓶颈会发生什么变化。我们期待,通过召开W3C研讨会(2天左右的技术讨论活动)及正式成立指导委员会等方式,在2017年增加对这方面工作的投入。我们诚邀所有会员,公众及相关方共同努力携手实现5G的全部潜力。

 

参考文献:

[1] “IMT Vision – Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond”, Recommendation ITU-R M.2083-0, September 2015. https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/m/R-REC-M.2083-0-201509-I!!PDF-E.pdf

[2] “Developer Roles“ in “Developer Survey Results”, StackOverflow, 2017. https://insights.stackoverflow.com/survey/2017#developer-roles

[3] “W3C Launches "Mobile Web Initiative", W3C Press Release, May 2005: https://www.w3.org/2005/05/mwi-pressrelease.html.en

[4] “Web5G Roadmap”, May 2017.  https://w3c.github.io/media-web-roadmap/web5g/

[5] D. Bubbley, “2015 Q1 Update:WebRTC Market Status & Forecasts Report”, 2015. [Online]. http://disruptivewireless.blogspot.fr/p/blog-page_30.html

[6] V. Vukicevic, B. Jones, K. Gilbert, C. Van Wiemeersch, N. Waliczek, R. Cintron, “WebVR”, Draft W3C Community Group Report, April 2017. https://w3c.github.io/webvr/spec/latest/

[7] A. Jain, T. Reifsteck, J. Mann, Z. Wang, A. Quach, “Resource Timing Level 1”, W3C Candidate Recommendation, March 2017. https://www.w3.org/TR/resource-timing/

[8] H. Alvestrand, V. Singh, “Identifiers for WebRTC's Statistics API”, W3C Working Draft, December 2016. https://www.w3.org/TR/webrtc-stats/

[9] I. Grigorik, “Resource Hints”, W3C Working Draft, March 2017. https://www.w3.org/TR/resource-hints/

[10] I. Hickson, “The Web Socket API”, W3C Candidate Recommendation, September 2012. https://www.w3.org/TR/websockets/

[11] P.  Beverloo, M. Thomson, M. van Ouwerkerk, B. Sullivan, E. Fullea, “Push API”, W3C Working Draft, April 2017. https://www.w3.org/TR/push-api/

[12] A. Bergvist, D. Burnett, C. Jennings, T. Brandsetter,  B. Aboba, A. Narayanan, “WebRTC 1.0:Real-time Communication Between Browsers“, W3C Working Draft, June 2017. https://www.w3.org/TR/webrtc/

[13] A. Russell, J. Song, J. Archibald, M. Kruisselbrink, “Service Workers 1”, W3C Working Draft, October 2016. https://www.w3.org/TR/service-workers/

[14] M. Foltz, D. Röttsches, “Presentation API”, W3C Candidate Recommendation, June 2017. https://www.w3.org/TR/presentation-api/

[15]  A. Vayvod, M. Lamouri, “Remote Playback API”, W3C Working Draft, November 2016. https://www.w3.org/TR/remote-playback/

[16] J. Karlin, M. Kruisselbrink, “Web Background Synchronization”, Draft W3C Community Group Report , August 2016. https://wicg.github.io/BackgroundSync/spec/

[17] “Frecency algorithm”, Mozilla Developer Network. https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Mozilla/Tech/Places/Frecency_algorithm

[18] A. Jain, “Partnering toward the next generation of mobile networks”, Google Blog, February 2017. https://www.blog.google/topics/internet-access/partnering-toward-next-generation-mobile-networks/ 

[19] “Google Mobile Data Plan Sharing API”. https://developers.google.com/mobile-data-plan/reference/rest/

[20] A. Jain, A. Terzis, H. Flinck, N. Sprecher, S. Arunachalam, K. Smith, V. Devarapalli, R. Bar Yanai, “Mobile Throughput Guidance Inband Signaling Protocol”, IETF Internet Draft, March 2017. https://tools.ietf.org/html/draft-flinck-mobile-throughput-guidance-04

[21] A. Wang, B.Liu, J.Uberti, P. Ding, “Operator-Assisted Relay Service Architecture (OARS)”, IETF Internet Draft, April 2017. https://tools.ietf.org/html/draft-wang-rtcweb-oars-02

[22] “Optimized WiFi Connectivity and Prioritized Business Apps”, Cisco. [Online] http://101.96.10.63/www.cisco.com/c/dam/en/us/td/docs/wireless/controller/technotes/8-3/Optimizing_WiFi_Connectivity_and_Prioritizing_Business_Apps.pdf

 

本文作者:

作者:Dominique Hazael-Massieux <dom@w3.org>

拥有法国巴黎中央理工学院工程学位,在W3C(万维网联盟)负责电信行业的联络工作,确保Web演进考虑电信行业的需要。同时还负责Web实时通信工作组、设备和传感器工作组的工作,致力于将虚拟现实纳入Web的工作。

 

 

 

作者:Jeff Jaffe <jeff@w3.org>

目前担任W3C首席执行官,与W3C理事Tim Berners-Lee、W3C员工、会员以及公众携手推进W3C愿景的演进和推广。他负责W3C所有全球业务,维护所有W3C干系人利益,延续尊崇合作和透明的文化,以确保W3C持续成为Web技术发展与管理方面的顶级平台。1979年获MIT计算机科学博士学位后,Jeff加入了IBM的Thomas J.Watson研究中心。任职IBM前,他先后担任过多种技术和管理职位,包括系统和软件研究部副部长、公司的技术副总裁、IBM SecureWay业务部总经理。Jeff还曾担任贝尔实验室研究及先进技术部门总裁以及Novell公司的执行副总裁和首席技术官。此外他还担任ACM与IEEE会士。

 

关于万维网联盟(World Wide Web Consortium,W3C)

万维网联盟(World Wide Web Consortium,简称W3C),创建于1994年,是Web技术领域最具权威和影响力的国际中立性技术标准机构(W3C视频)。到目前为止,W3C已发布了200多项影响深远的Web技术标准及实施指南,如广为业界采用的超文本标记语言(HTML)、可扩展标记语言(XML)以及帮助残障人士有效获得Web内容的信息无障碍指南(WCAG)等,有效促进了Web技术的互相兼容,对互联网技术的发展和应用起到了基础性和根本性的支撑作用。欢迎您联系W3C获得更多信息。

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