未來(lái)網(wǎng)絡(luò)白皮書(shū)

未來(lái)網(wǎng)絡(luò)白皮書(shū)一、確定性網(wǎng)絡(luò)背景1.1確定性網(wǎng)絡(luò)概念和特征到2020年全球IP網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備達(dá)263億，其中工業(yè)和機(jī)器連接達(dá)122億，相當(dāng)于總連接設(shè)備的一半，同時(shí)高清和超高清互聯(lián)網(wǎng)視頻約全球互聯(lián)網(wǎng)流量的60%。激增的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)帶來(lái)了大量的擁塞崩潰、數(shù)據(jù)分組延遲、遠(yuǎn)程傳輸抖動(dòng)，傳統(tǒng)以太網(wǎng)用“盡力而為”的方式傳輸數(shù)據(jù)，只能將端到端的時(shí)延減少到幾十毫秒。但許多的新興業(yè)務(wù)需要將端到端時(shí)延控制在微秒到幾毫秒級(jí)，將時(shí)延抖動(dòng)控制在微秒級(jí)，將可靠性控制在99.9999%以上。因此，迫切需要建立一種可提供“準(zhǔn)時(shí)、準(zhǔn)確”數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)質(zhì)量的新一代網(wǎng)絡(luò)。確定性服務(wù)質(zhì)量可以提供“準(zhǔn)時(shí)、準(zhǔn)確”數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)質(zhì)量。五種典型的確定性QoS包括：低時(shí)延、低抖動(dòng)、低丟包率、高帶寬、高可靠。確定性網(wǎng)絡(luò)是提供確定性服務(wù)質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是在以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上為多種業(yè)務(wù)提供端到端確定性服務(wù)質(zhì)量保障的一種新技術(shù)。確定性網(wǎng)絡(luò)特征：能夠提供確定性服務(wù)質(zhì)量，靈活切換確定性服務(wù)和非確定性服務(wù)，自主控制提供確定性服務(wù)質(zhì)量的等級(jí)，全面賦能產(chǎn)業(yè)升級(jí)，支撐大規(guī)模機(jī)器通信、機(jī)器視覺(jué)、遠(yuǎn)程操控、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能服務(wù)業(yè)的需求，通信服務(wù)商深入產(chǎn)業(yè)一線定制化彈性供給確定性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，確定性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力一體化與多樣化跨域全局協(xié)同。1.2確定性網(wǎng)絡(luò)需求和意義(1)從戰(zhàn)略角度：確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是新一代網(wǎng)絡(luò)通信體系發(fā)展方向，是網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和服務(wù)業(yè)強(qiáng)國(guó)的重要推動(dòng)力。形成“確定性網(wǎng)絡(luò)+”的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)格局對(duì)千行百業(yè)朝著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的高質(zhì)量發(fā)展方向進(jìn)一步邁進(jìn)具有重要意(2)從技術(shù)層面：確定性網(wǎng)絡(luò)是先進(jìn)技術(shù)的代表，提供確定性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、構(gòu)建重大網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，為占領(lǐng)信息技術(shù)發(fā)展的制高點(diǎn)提供新的機(jī)遇。(3)從場(chǎng)景、產(chǎn)業(yè)角度：確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的大規(guī)模落地，可以推動(dòng)制造業(yè)，物流業(yè)，運(yùn)輸業(yè)，影視行業(yè)，醫(yī)療行業(yè)，農(nóng)牧業(yè)，服務(wù)業(yè)等網(wǎng)絡(luò)化、智能化升級(jí)。隨著通信、計(jì)算機(jī)、機(jī)械、電子、電氣、自動(dòng)化等領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，全球農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)也呈現(xiàn)出新的發(fā)展動(dòng)向。為了更好滿足消費(fèi)市場(chǎng)需求，各個(gè)產(chǎn)業(yè)由規(guī)?；a(chǎn)或提供服務(wù)向著定制化生產(chǎn)或提供服務(wù)轉(zhuǎn)變。居民生活水平的不斷提升、消費(fèi)需求的升級(jí)換代，促使各個(gè)產(chǎn)業(yè)向著小眾化、多元化、定制化的方向發(fā)展。此外，為了提升生產(chǎn)、服務(wù)能力和效率，三大產(chǎn)業(yè)向著數(shù)字化、智能化方向轉(zhuǎn)型。新興技術(shù)蓬勃發(fā)展；相應(yīng)地，農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)企業(yè)的內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)、數(shù)據(jù)互通等通信模塊均隨著新技術(shù)的布局而更新迭代?？傊?，產(chǎn)品服務(wù)定制化與產(chǎn)業(yè)升級(jí)對(duì)確定性網(wǎng)絡(luò)提出具體而多樣的要求。(4)從產(chǎn)品、服務(wù)附加值角度：各產(chǎn)業(yè)廠商和通信廠商希望提高技術(shù)水平、提升生產(chǎn)制造能力、擴(kuò)大服務(wù)范圍、提升服務(wù)能力和價(jià)值，因而對(duì)確定性網(wǎng)絡(luò)提出需確定性網(wǎng)絡(luò)為各個(gè)產(chǎn)業(yè)廠商、公司、機(jī)構(gòu)尋找新的產(chǎn)品和服務(wù)附加值提供契機(jī)。各產(chǎn)業(yè)廠商、公司在經(jīng)過(guò)“確定性網(wǎng)絡(luò)+”升級(jí)后，生產(chǎn)能力、制造能力、服務(wù)能力、產(chǎn)品服務(wù)定制化能力均有大幅提升，進(jìn)而提升產(chǎn)品服務(wù)附加值，推動(dòng)各個(gè)行業(yè)發(fā)掘新的增長(zhǎng)點(diǎn)。確定性網(wǎng)絡(luò)是通信廠商擴(kuò)大服務(wù)范圍的重要選項(xiàng)。隨著通信廠商管道化發(fā)展，通信產(chǎn)業(yè)鏈上下游各廠商希望能夠?yàn)榭蛻?hù)提供差異化、多樣化、個(gè)性化的產(chǎn)品和服務(wù)，培育新的收入增長(zhǎng)點(diǎn)。工業(yè)、農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)產(chǎn)值高、升級(jí)空間大，通過(guò)提供高質(zhì)量的確定性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，通信廠商得以深入生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)一線，擴(kuò)展服務(wù)范圍和服務(wù)多樣性。確定性網(wǎng)絡(luò)是提升通信廠商服務(wù)價(jià)值的重要依托。確定性網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)格控制端到端抖動(dòng)、時(shí)延等關(guān)鍵指標(biāo)，滿足企業(yè)對(duì)高質(zhì)量通信的需求。網(wǎng)絡(luò)切片等技術(shù)使得通信廠商可以提供差異化的服務(wù)，而高質(zhì)量、差異化的服務(wù)也為通信商帶來(lái)新的收益空間。1.3確定性網(wǎng)絡(luò)發(fā)展目標(biāo)(1)占領(lǐng)新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展制高點(diǎn)，在融合網(wǎng)絡(luò)中提供確定性服務(wù)，構(gòu)建LAN/WAN確定性網(wǎng)絡(luò)體系，實(shí)現(xiàn)局域、廣域、有線、無(wú)線確定性網(wǎng)絡(luò)深度集成、有機(jī)融合的布局。賦能通信服務(wù)商為大規(guī)模和超大規(guī)模農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)園區(qū)提供定制化、確定性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。(2)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、提升消費(fèi)者體驗(yàn)。通過(guò)確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)朝著網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向升級(jí)，形成“確定性網(wǎng)絡(luò)+”的產(chǎn)業(yè)格局，推動(dòng)各行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品良率、服務(wù)質(zhì)量大幅提升，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品和服務(wù)定制化轉(zhuǎn)型。二、確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)目前，確定性網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)確定性時(shí)延、抖動(dòng)、丟包率、帶寬和可靠性等。確定性時(shí)延主要通過(guò)時(shí)鐘同步、頻率同步、調(diào)度整形、資源預(yù)留等機(jī)制實(shí)現(xiàn)；確定性抖動(dòng)和丟包率通過(guò)優(yōu)先級(jí)劃分、抖動(dòng)消減、緩沖吸收等機(jī)制實(shí)現(xiàn)；確定性帶寬通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片和邊緣計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)；確定性可靠性通過(guò)多路復(fù)用、包復(fù)制與消除、冗余備份等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。在確定性帶寬保障方面，F(xiàn)lexE通過(guò)接口技術(shù)在物理層和鏈路層之間插入中間層，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)速率和物理通道速率的解耦，提供比傳統(tǒng)以太網(wǎng)更加靈活的帶寬顆粒度，支撐高速大端口400GE、1TE等演進(jìn)。通過(guò)靈活的物理接口捆綁和邏輯接口劃分，提供子速率承載、硬管道及隔離等機(jī)制，構(gòu)建智能端到端鏈路，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片，支撐帶寬資源彈性靈活的分配和保障。在無(wú)線確定性方面，5G通過(guò)高可靠通信技術(shù)，有望實(shí)現(xiàn)99.9999%的確定性連接可靠性，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)現(xiàn)確定性帶寬保證，借助低延遲技術(shù)和邊緣計(jì)算等實(shí)現(xiàn)端到端確定性控制?；陟`活以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)切片方案能夠?qū)崿F(xiàn)帶寬按需靈活分配，并且專(zhuān)用硬管道能夠?qū)崿F(xiàn)安全、低時(shí)延的服務(wù)質(zhì)量。靈活以太網(wǎng)技術(shù)能夠通過(guò)PHY/MAC層協(xié)同調(diào)度實(shí)現(xiàn)時(shí)隙交換以保證時(shí)延、提高帶寬利用率，也能夠與SDN技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)L1層的傳輸控制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)調(diào)整。FlexE技術(shù)旨在實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)速率與物理通道速率的解耦，多個(gè)客戶(hù)端可以共享FlexE組中物理通道的總速率。Shim層將業(yè)務(wù)邏輯層和物理層隔開(kāi)，在FlexE1.0標(biāo)準(zhǔn)中可以把FlexE組中的每個(gè)100GEPHY劃分成20個(gè)時(shí)隙的數(shù)據(jù)承載通道，每個(gè)PHY所對(duì)應(yīng)的這一組時(shí)隙被稱(chēng)為一個(gè)sub-calendar,其中每個(gè)時(shí)隙對(duì)應(yīng)的帶寬為5Gbps。根據(jù)客戶(hù)端和FlexE組的映射(1)鏈路捆綁：將多個(gè)物理通道捆綁起來(lái)，形成一個(gè)總速率的邏輯通道，利用多個(gè)低速率物理管道來(lái)支持更高的速率的客戶(hù)端，實(shí)現(xiàn)大流量的業(yè)務(wù)傳輸，可以替代LAG或ECMP并且能夠避免哈希算法帶來(lái)的低效率。(3)通道化：客戶(hù)業(yè)務(wù)在多條物理通道上的多個(gè)時(shí)隙傳遞，分布在多條不同物理通道的多個(gè)時(shí)隙上，多個(gè)客戶(hù)共享多個(gè)物理通道。客戶(hù)業(yè)務(wù)在FlexE上傳遞時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的時(shí)隙組合，合理利用物理通道帶寬。2.1.1FlexE架構(gòu)在FlexE中，主要包含Client,Shim和Group三種組件。FlexEClient指的是對(duì)應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)的各種用戶(hù)接口，與現(xiàn)有IP/Ethernet網(wǎng)絡(luò)中的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)接口一致，F(xiàn)lexEClient可根據(jù)帶寬需求靈活配置，支持各種速率的以太網(wǎng)MAC數(shù)據(jù)流，并通過(guò)64B/66B的編碼的方式將數(shù)據(jù)流傳遞至FlexEShim層。FlexEGroup本質(zhì)上就是IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)定義的各種以太網(wǎng)PHY層，由于重用了現(xiàn)有IEEE802.3定義的以太網(wǎng)技術(shù)，使得FlexE架構(gòu)得以在現(xiàn)有以太網(wǎng)MAC/PHY基礎(chǔ)上進(jìn)一步增強(qiáng)。Shim作為核心部件，是映射或反映射client和group,實(shí)現(xiàn)client對(duì)group的多路復(fù)用以及group到client的解復(fù)2.1.2FlexE技術(shù)FlexEShim層通過(guò)對(duì)64/66編碼后的客戶(hù)端業(yè)務(wù)流進(jìn)行時(shí)隙排列、成員分發(fā)和開(kāi)銷(xiāo)插入三個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)FlexE速率與物理通道解耦的核心功能，其實(shí)現(xiàn)客戶(hù)業(yè)務(wù)承載的工作流程就是Shim層實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用的過(guò)程。FlexEShim層通過(guò)Overhead提供帶內(nèi)管理通道，支持在對(duì)接的兩個(gè)FlexE接口之間傳遞配置管理信息，實(shí)現(xiàn)鏈路的自動(dòng)協(xié)商建立。開(kāi)銷(xiāo)幀中，第一個(gè)OverheadSlot中包含“0x4B”的控制字符與“0x5”的“OCode”字符等信息。在信息傳送過(guò)程，對(duì)接的兩個(gè)FlexE接口之間通過(guò)控制字符與"OCode"字符的匹配確定第一個(gè)開(kāi)銷(xiāo)幀，從而在二者之間建立了一個(gè)獨(dú)立于綠色Slot的數(shù)據(jù)通道之外的管理信息通道，實(shí)現(xiàn)對(duì)接的兩個(gè)接口之間配置信息的預(yù)先協(xié)商等。FlexE的帶內(nèi)管理還可以交互兩個(gè)接口之間的鏈路狀態(tài)信息，傳遞RPF2)calendar結(jié)構(gòu)FlexEShim使用calendar將FlexE組的每個(gè)PHY的subcalendar上為5G,每100G的FlexE組可以分為20個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙都能夠容納一個(gè)66比特塊。支持兩種calendar配置："A”和“B"calendar配置。提供這兩個(gè)calendar配置是為了方便重新配置。FlexE通過(guò)為每一個(gè)Client提供Slot/Calendar配置可更改機(jī)制，實(shí)現(xiàn)所需帶寬的動(dòng)態(tài)調(diào)整。FlexE中，對(duì)接的兩個(gè)接口之間通過(guò)開(kāi)銷(xiāo)管理通道實(shí)時(shí)傳遞體現(xiàn)Client在Group中映射關(guān)系的兩種不同Calendar配置信息：A和B (分別由“0”或“1”bit表示)。兩組CalendarA/B可以動(dòng)態(tài)切換，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)Client的帶寬可調(diào)整。任意一個(gè)Client的帶寬在兩組CalendarA/B之間可能是不同的，通過(guò)切換，并進(jìn)一步結(jié)合系統(tǒng)應(yīng)用控制可以實(shí)現(xiàn)無(wú)損帶寬調(diào)整。CalendarA/B的切換通過(guò)開(kāi)銷(xiāo)管理通道內(nèi)嵌的Request/Acknowledge機(jī)制實(shí)現(xiàn)。(2)交叉?zhèn)鬏擣lexE一層交叉是FlexE的一個(gè)重要應(yīng)用，用于數(shù)據(jù)中繼過(guò)程中減少數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)延。FlexE一層交叉是指一個(gè)FlexE組接收端收到的數(shù)據(jù)不通過(guò)FlexE客戶(hù)端(Client)進(jìn)入到MAC層，而是直接從FlexE客戶(hù)端轉(zhuǎn)發(fā)到另一送，途徑的交換機(jī)為P,數(shù)據(jù)到達(dá)P時(shí)不會(huì)將數(shù)據(jù)傳向MAC層，而是通過(guò)交叉?zhèn)鬏數(shù)姆绞街苯訌腟him層傳向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并在到達(dá)目的接收端再解碼上傳數(shù)據(jù)。這種交叉?zhèn)鬏數(shù)姆绞绞菍?shí)現(xiàn)端到端FlexEtunnel的核心，是構(gòu)成由于在FlexE中，數(shù)據(jù)通過(guò)一個(gè)端到端的“隧道”直接進(jìn)過(guò)MAC層所獲取的信息決定下一跳的轉(zhuǎn)發(fā)，所以FlexEtunnel技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要額外的信息來(lái)進(jìn)行傳輸管道的端到端監(jiān)控和數(shù)據(jù)的傳輸控制，因此在FlexE中加入了攜帶OAM(Operation,AdministrationandMaintenance,運(yùn)行管理和維護(hù))的信息塊。OAM是一個(gè)特殊的信息塊，是基于IEEE802.3碼塊的擴(kuò)展，符合64/66編碼規(guī)范，并且具備特殊的標(biāo)志，可以在接收端被識(shí)別和提取?！?+1”保護(hù)模式允許數(shù)據(jù)同時(shí)在兩條tunnel中傳輸，并在傳輸目的點(diǎn)同時(shí)檢測(cè)兩條tunnel的數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量，從傳輸質(zhì)量高的tunnel中接收客戶(hù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。“1:1”保護(hù)模式存在兩條承載通道tunnel:主通道tunnel和備通道tunnel。在正常工作時(shí)，客戶(hù)業(yè)務(wù)在主通道tunnel傳輸，備通道tunnel可以傳輸?shù)蛢?yōu)先級(jí)客戶(hù)業(yè)務(wù)。當(dāng)主通道tunnel出現(xiàn)故障時(shí)，發(fā)送到和接收端協(xié)商并決策，同時(shí)將客戶(hù)從主通道tunnel切換到備通道tunnel中傳輸。根據(jù)網(wǎng)元在網(wǎng)絡(luò)中的位置，TSN架構(gòu)中的核心元素可以分為網(wǎng)關(guān)、橋設(shè)設(shè)備三個(gè)角色。網(wǎng)關(guān)設(shè)備主要部署于TSN域邊緣，實(shí)現(xiàn)跨層及跨異構(gòu)域之間的互通。網(wǎng)橋設(shè)備主要部署于TSN域內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)域內(nèi)的互聯(lián)互通。(1)時(shí)間同步機(jī)制精準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步是實(shí)現(xiàn)確定性網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，在TSN協(xié)議中，IEEE802.1AS和更新的修訂版本IEEE802.1AS-REV可以實(shí)現(xiàn)亞微秒級(jí)的時(shí)間同步。gPTP協(xié)議通過(guò)BMCA算法建立主從結(jié)構(gòu)形成gPTP域，然后選出最精確的時(shí)鐘源作為GrandMaster時(shí)鐘。在gPTP域內(nèi)，主時(shí)鐘和從時(shí)鐘之間不斷傳遞時(shí)間信息，并將時(shí)間與GM時(shí)鐘進(jìn)行同步。IEEE802.1AS-REV增加了在多個(gè)時(shí)域進(jìn)行時(shí)間同步的功能和冗余的能力，既能在某域內(nèi)GM時(shí)鐘發(fā)生故障時(shí)實(shí)現(xiàn)快速切換到其他域的功能，還能提高時(shí)間測(cè)量精度。(2)網(wǎng)絡(luò)流量整形機(jī)制為了實(shí)現(xiàn)確定延遲，TSN利用幀搶占和流量整形機(jī)制在以太網(wǎng)鏈路中實(shí)現(xiàn)確定的傳輸路徑，流量整形機(jī)制通過(guò)為高優(yōu)先級(jí)流量提供確定的傳輸時(shí)隙來(lái)提供確定的傳輸時(shí)延，避免突發(fā)流量造成的重傳和丟包的影響。為了減少低優(yōu)先級(jí)流量對(duì)高優(yōu)先級(jí)流量的干擾，IEEE802.1Qbu幀搶占機(jī)制允許高優(yōu)先級(jí)的流量打斷低優(yōu)先級(jí)流量的傳輸，幀搶占造成的低優(yōu)先級(jí)幀中斷只發(fā)生在鏈路層，在下一個(gè)網(wǎng)橋的接口處，被中斷的幀會(huì)被重新整合成完整的幀。Qbu顯著減小保護(hù)頻帶的字節(jié)數(shù)。(3)資源預(yù)留機(jī)制資源預(yù)留機(jī)制有分布式和集中式兩種。IEEE802.1Qat流預(yù)留協(xié)議基于TSN流的資源要求和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)可用資源規(guī)定了準(zhǔn)入控制架構(gòu)，通過(guò)多址注冊(cè)協(xié)議，使用48位擴(kuò)展唯一標(biāo)識(shí)符來(lái)識(shí)別和注冊(cè)業(yè)務(wù)流，為AVB流提供足夠的資源預(yù)留。由于Qat采用分布式的注冊(cè)和預(yù)留方式，注冊(cè)請(qǐng)求的變更有可能使網(wǎng)絡(luò)過(guò)載從而導(dǎo)致關(guān)鍵流量類(lèi)的延遲。IEEE802.1Qcc通過(guò)減小預(yù)留消息的大小和頻率來(lái)改善SRP,使更新僅由鏈路狀態(tài)或預(yù)留改變觸發(fā)。Qcc提供了一套集中式的全局管理和控制網(wǎng)絡(luò)的工具，可通過(guò)遠(yuǎn)程管理協(xié)議執(zhí)行資源預(yù)留，調(diào)度和其他配置。隨著更多業(yè)務(wù)流共存以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增加，數(shù)據(jù)庫(kù)成比例地增加，SRP和MRP由于注冊(cè)流狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)庫(kù)有限而無(wú)法擴(kuò)展到具有實(shí)時(shí)性IACS應(yīng)用的大型網(wǎng)絡(luò)。本地鏈路預(yù)留協(xié)議在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路的兩端之間有效地復(fù)制MRP數(shù)據(jù)庫(kù)，并在網(wǎng)橋報(bào)告新的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)時(shí)逐步復(fù)制更改。LRP還提供清除過(guò)程，當(dāng)此類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)的源無(wú)響應(yīng)時(shí)，刪除復(fù)制的數(shù)據(jù)庫(kù)。(4)配置TSN流量TSN流會(huì)根據(jù)應(yīng)用需求在以太網(wǎng)報(bào)頭中的802.1QVLAN標(biāo)記中的PCP和VID中定義流的不同優(yōu)先級(jí)。TSN中有多個(gè)流管理標(biāo)準(zhǔn)，包括IEEE802.1CB,802.1Qca,802.1Qci,負(fù)責(zé)提供路徑冗余，多路徑選擇以及隊(duì)列過(guò)濾。盡管標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)可以通過(guò)生成樹(shù)協(xié)議提供冗余能力，但是對(duì)于實(shí)時(shí)IACS應(yīng)用而言，在發(fā)生故障時(shí)的收斂時(shí)間太慢。因此，F(xiàn)RER在不相交的路徑上發(fā)送關(guān)鍵流量的重復(fù)副本，用于主動(dòng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫數(shù)據(jù)冗余，代價(jià)是額外的帶寬消耗。DetNet工作組主要研究在單一管理控制下或在一個(gè)封閉的管控組內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)確定性保障，如園區(qū)網(wǎng)絡(luò)、專(zhuān)用廣域網(wǎng)。DetNet目的是實(shí)現(xiàn)沿多跳路徑轉(zhuǎn)發(fā)，具有確定性延遲、可控的低丟包率與高可靠性，側(cè)重于IP層調(diào)度保障，目標(biāo)在于將確定性網(wǎng)絡(luò)通過(guò)IP/MPLS等技術(shù)擴(kuò)展到廣域網(wǎng)上，IETF相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系正在不斷演進(jìn)中。DetNet主要思想借鑒TSN的機(jī)制和架構(gòu)，提供三層端到端的確定性方案。DetNet允許單播或多播流的確定性轉(zhuǎn)發(fā)以及DetNet流與其他業(yè)務(wù)流共網(wǎng)傳輸。實(shí)現(xiàn)方法主要包括資源預(yù)留、釋放/重用閑置網(wǎng)絡(luò)資源、集中控制、顯性路由、抖動(dòng)消減、擁塞保護(hù)、多徑路由等。通過(guò)網(wǎng)卡完成DetNet相關(guān)的數(shù)據(jù)封裝，如流ID、Sequence封裝。DetNet編制的標(biāo)準(zhǔn)文件將兼容在IEEE802.1TSN工作組和其他IETF工作組的相關(guān)確定性網(wǎng)絡(luò)的底層協(xié)議。2.3.1DetNet架構(gòu)DetNet通過(guò)邊緣路由的時(shí)延抖動(dòng)測(cè)量、骨干路由的確定路徑與資源預(yù)留以及端到端顯式路由與無(wú)縫冗余實(shí)現(xiàn)終端業(yè)務(wù)流的三層確定性傳輸。DetNet網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)通過(guò)資源預(yù)留、冗余保障，為DetNet提供了可靠的確定性服務(wù)。未使用的預(yù)留資源可以用于非DetNet數(shù)據(jù)流的傳輸，實(shí)現(xiàn)不同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)流共網(wǎng)傳輸。DetNet數(shù)據(jù)平面的概念模型，其包含應(yīng)用源/目的子層、DetNet服務(wù)子層、DetNet轉(zhuǎn)發(fā)子層和低層級(jí)網(wǎng)絡(luò)。DetNet服務(wù)子層是負(fù)責(zé)特定DetNet服務(wù)的層，而DetNet傳輸子層負(fù)責(zé)可選地通過(guò)底層網(wǎng)絡(luò)提供的路徑為DetNet流提供擁塞保護(hù)。DetNet可以有多個(gè)分層拓?fù)?，其中每個(gè)下層拓?fù)錇楦邔油負(fù)浞?wù)。DetNet節(jié)點(diǎn)之間相互連接形成子網(wǎng)絡(luò)，這些低層級(jí)網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)兼容服務(wù)支持DetNet流量。DetNet服務(wù)子層包含數(shù)據(jù)包排序、冗余消除、流復(fù)制、流合并、數(shù)據(jù)包編碼與數(shù)據(jù)包解碼；DetNet轉(zhuǎn)發(fā)子層包含資源分配與顯式路由。操作、管理和維護(hù)可以利用帶內(nèi)和帶外信令，驗(yàn)證應(yīng)用業(yè)務(wù)流服務(wù)是否在QoS配置錯(cuò)誤。主動(dòng)和混合OAM需要額外的帶寬來(lái)執(zhí)行DetNet域的故障管理和性DetNet控制器平面中CPF是控制器的核心部件，負(fù)責(zé)計(jì)算用于網(wǎng)絡(luò)平面的確定性路徑。CPFs將業(yè)務(wù)流分布在不同確定的DetNet節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行部署，使之滿足流約束條件，并優(yōu)化總體調(diào)度成本。DetNet節(jié)點(diǎn)向CPF公開(kāi)它們的能力和物理資源，CPF則可以借助這些信息通過(guò)南向接口拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)感知進(jìn)行自動(dòng)更新。DetNet節(jié)點(diǎn)之間與終端系統(tǒng)可以交換關(guān)于路徑狀態(tài)的信息。DetNet具有時(shí)鐘同步、零擁塞損失可靠性與安全性特點(diǎn)。同時(shí)，DetNet致力于將超低延遲和高可靠性的服務(wù)擴(kuò)展到三層網(wǎng)絡(luò)，以及正常業(yè)務(wù)流量與DetNet流共網(wǎng)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)。因此，基于DetNet的技術(shù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，其需要滿足以下三點(diǎn)(1)時(shí)鐘同步和頻率同步DetNet的時(shí)鐘同步可以利用IEEE802.1AS實(shí)現(xiàn)，也可以參考IEEE1588v2PTP實(shí)現(xiàn)頻率同步。但是，目前IETF還沒(méi)有針對(duì)DetNet網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的時(shí)鐘同步的選擇具體規(guī)范。(2)零擁塞損失與可靠性DetNet中的ULL特性和零擁塞損失通過(guò)排隊(duì)算法、緩沖區(qū)預(yù)留和包搶占實(shí)現(xiàn)。DetNet為了得到更低的抖動(dòng)，其不僅需要有端到端時(shí)延的上界限制，還需要對(duì)時(shí)延下界進(jìn)行控制以實(shí)現(xiàn)對(duì)抖動(dòng)的限制要求。抖動(dòng)減小的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式可以通過(guò)全局亞微秒級(jí)時(shí)鐘同步或計(jì)算應(yīng)用程序包的執(zhí)行時(shí)間字段來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了保證DetNet的可靠性，通過(guò)采用過(guò)濾器與相應(yīng)策略來(lái)檢測(cè)報(bào)文的故障和錯(cuò)誤。當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，將中斷傳輸并進(jìn)行調(diào)整。此外，在DetNet中還應(yīng)用分組復(fù)制和消除技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)可靠性。(3)安全性安全性能的考慮是DetNet的一個(gè)重要基本特性。為了實(shí)現(xiàn)DetNet資源的請(qǐng)求與控制安全性，應(yīng)該對(duì)連接到DetNet域的設(shè)備使用認(rèn)證和授權(quán)，以確保參數(shù)的管理配置被限制在授權(quán)的設(shè)備上。DetNet的控制分為集中式控制和分布式控制。對(duì)于集中控制DetNet,流量工程網(wǎng)絡(luò)的抽象和控制被用于安全保障的實(shí)現(xiàn)。對(duì)于分布式控制的DetNet,其安全性是通過(guò)部署的DetNet協(xié)議的安全結(jié)合技術(shù)指標(biāo)需求，根據(jù)目前輸出DetNet工作組草案、DetNet數(shù)據(jù)平面方案以及數(shù)據(jù)流信息模型等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文件，DetNet標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)應(yīng)用流。應(yīng)用流是通過(guò)DetNet流所承載的在非DetNet感知終端系統(tǒng)之間傳送的有效負(fù)載。應(yīng)用流不包含任何與DetNet相關(guān)的屬性，也對(duì)DetNet節(jié)點(diǎn)沒(méi)有特定的要求。DetNet轉(zhuǎn)發(fā)流。DetNet-f-flow具有DetNet流的具體格式，它只需要DetNet轉(zhuǎn)發(fā)子層提供的資源分配特性。2)資源管理DetNet服務(wù)流。作為一種DetNet流的特定格式。DetNet-s-flow只需要DetNet服務(wù)子層提供的業(yè)務(wù)保護(hù)特性即可。DetNet服務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)流。DetNet-sf-flow在轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中需要同時(shí)具備DetNet業(yè)務(wù)子層和轉(zhuǎn)發(fā)子層的功能。為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的流檢測(cè)和識(shí)別，必須對(duì)各種流屬性映射進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。對(duì)于DetNet流在不同域之間的轉(zhuǎn)發(fā)，中繼節(jié)點(diǎn)都需要獲取與流類(lèi)型和相應(yīng)屬性相關(guān)的上層信息。DetNet模糊了網(wǎng)絡(luò)層和鏈路層的界限，二層網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)流ID和DetNet控制字識(shí)別DetNet流類(lèi)型和對(duì)應(yīng)屬性相關(guān)的上層信息。DetNet流需要標(biāo)準(zhǔn)化跨層或異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的流屬性映射。DetNet能夠在各種支持DetNet的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫配置和重配置，草案定義了DetNet分布式、集中式和混合式的配置模型及其相關(guān)屬性，還介紹了在集中配置模型中傳遞網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)的YANG模型。DetNet配置的模型包含分布式、集中和混合式配置模型。在分布式配置模型中，UNI信息通過(guò)DetNetUNI協(xié)議發(fā)送，分布式的DetNet控制平面將UNI和配置信息傳播到每個(gè)數(shù)據(jù)平面實(shí)體，控制信息通過(guò)IGP和RSVP-TE等協(xié)議來(lái)執(zhí)行。的IEEE802.1Qcc集中式配置模型。對(duì)于混合配置方法，在控制平面內(nèi)采用分布式協(xié)議和集中式協(xié)議相結(jié)合的方式來(lái)模型定義了一個(gè)DetNetYANG模型，用于傳遞網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)。在資源管理方面，DetNet有集中式和分布式這2種路徑設(shè)置方式。集中路徑設(shè)置類(lèi)似于IEEETSN的集中管理模型，利用PCE和基于分組的IP或非IP網(wǎng)絡(luò)的信息傳播來(lái)實(shí)現(xiàn)全局網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化。分布式路徑設(shè)置利用內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議流量工程提出了類(lèi)似于802.1Qat、802.1Qca和MRP信令協(xié)議的初始設(shè)計(jì)規(guī)范。3)網(wǎng)絡(luò)資源告知與部署為了補(bǔ)充DetNet流量控制機(jī)制，每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要有和附近網(wǎng)絡(luò)共享網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的能力。例如共享當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的資源使用狀態(tài)、鄰居節(jié)點(diǎn)及其關(guān)系的屬性等。目前還沒(méi)有規(guī)定如何實(shí)現(xiàn)這種能力，但是這對(duì)于全局規(guī)劃流量、實(shí)現(xiàn)確定性網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。DetNet流的大多數(shù)控制功能遵循與IEEETSNTG確定性流相同的原則，但關(guān)鍵的集成機(jī)制存在一些區(qū)別，分別體現(xiàn)在DetNet數(shù)據(jù)平面、DetNet流量工程以及流控制規(guī)則。DetNet數(shù)據(jù)平面主要分為服務(wù)層和傳輸層。服務(wù)層可以應(yīng)用分組排序、流復(fù)制/重復(fù)消除、分組編碼等，而傳輸層可以應(yīng)用擁塞保護(hù)機(jī)制和顯式路由。DetNet可以有幾個(gè)分層的DetNet拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中每個(gè)較低的層為較高層提供服務(wù)。此外，DetNet節(jié)點(diǎn)相互連接，形成子網(wǎng)絡(luò)。目前，對(duì)于DetNet服務(wù)和傳輸層協(xié)議，有各種各樣的協(xié)議和技術(shù)選項(xiàng)正在考慮之中。2)DetNet流量工程：IETF流量工程架構(gòu)和信令工作組考慮將流量工程架構(gòu)用于分組和非分組網(wǎng)絡(luò)，定義控制和管理DetNet流的關(guān)鍵概念、功能以及不同層面之間的關(guān)系，使用戶(hù)和操作員可以動(dòng)態(tài)地輕松控制、測(cè)量和管理流，還引入了QoS參數(shù)的快速恢復(fù)和確定性邊界。DetNetWG采用類(lèi)似于軟件定義網(wǎng)絡(luò)范例的方法，為DetNet起草了一套TE架構(gòu)，與IEEETSN的802.1Qcc管理方案和集中式SDN方法具有相似之處。整個(gè)架構(gòu)分為應(yīng)用層面、控制層面和網(wǎng)絡(luò)平面，并且在控制層面對(duì)DetNet流進(jìn)行全局規(guī)劃。一般來(lái)種高度可擴(kuò)展、可編程和通用即插即用的方案，其網(wǎng)絡(luò)功能和配置便于進(jìn)行實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展。3)流控制規(guī)則：流控制規(guī)則主要包含流量排隊(duì)、整形、調(diào)度和搶占。通過(guò)定義流控制規(guī)則，以實(shí)現(xiàn)確定性的有邊界延遲和包丟失。流量控制通常包括準(zhǔn)入控制和網(wǎng)絡(luò)資源預(yù)留，即帶寬和緩沖區(qū)空間的分配。DetNet流量控制將利用IEEE802.1TSN隊(duì)列傳形TAS、循環(huán)排隊(duì)和轉(zhuǎn)發(fā)整形CQF、異步流量整形ATS和幀搶占等技術(shù)。DetNet流完整性包含數(shù)據(jù)包的復(fù)制與消除、執(zhí)行異質(zhì)性、故障緩和等技術(shù)。1)數(shù)據(jù)包復(fù)制與消除：數(shù)據(jù)包分制和消除功能PREF與TSNTG802.1CB標(biāo)準(zhǔn)有一些相似之處，它源于IETFHSR和PRP機(jī)制。PREF在DetNet服務(wù)層中有數(shù)據(jù)包信息排序、復(fù)制、消除三大功能。其中，數(shù)據(jù)包排序功能是給屬于一個(gè)DetNet流的每個(gè)數(shù)據(jù)包加上一次序列號(hào)或時(shí)間戳，這些序列號(hào)用于檢測(cè)數(shù)據(jù)包丟失以及進(jìn)行重新排序。復(fù)制功能讓流在源進(jìn)行復(fù)制，采用顯式的源路由使一個(gè)DetNet流通過(guò)兩條不相交的路徑轉(zhuǎn)發(fā)到同一個(gè)目的地。消除功能主要是在路徑上的任何節(jié)點(diǎn)執(zhí)行冗余消除，目的是為下游的其他流量節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源，通常在網(wǎng)絡(luò)邊緣或接收端執(zhí)行。在接收到數(shù)據(jù)流后，端口有選擇地將復(fù)制的流組合在一起，根據(jù)數(shù)據(jù)包的序列號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行逐包選擇并丟棄。PREF是一種主動(dòng)減少甚至消除丟包的措施。2)執(zhí)行異質(zhì)性：網(wǎng)絡(luò)將75%的可用帶寬用于DetNet流。但是，為了保持較高的帶寬利用率，任何為DetNet流保留但未被利用的帶寬都可以分配給非DetNet流。因此，DetNet的架構(gòu)模型確保了不同的服務(wù)和應(yīng)用程序之間的適當(dāng)共存。3)故障緩和：為了減少了各種可能故障，除了數(shù)據(jù)包流復(fù)制和帶寬識(shí)別，DetNet網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)需要具有一定強(qiáng)度的魯棒性。減少DetNet流中斷的關(guān)鍵機(jī)制之一是應(yīng)用類(lèi)似于IEEE802.1Qci(PSFP)的過(guò)濾器和策略，它可以檢測(cè)行為不當(dāng)?shù)牧?，并可以?biāo)記超過(guò)規(guī)定流量的流。此外，DetNet故障緩解機(jī)制可以根據(jù)預(yù)定義的規(guī)則采取行動(dòng)，例如丟棄數(shù)據(jù)包、關(guān)閉接口或完全丟棄DetNet流。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是面向未來(lái)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)深度服務(wù)于全行業(yè)的演進(jìn)方向之一，特別是面向機(jī)器互聯(lián)的高精度應(yīng)用。在未來(lái)，會(huì)有大量的智能機(jī)器接入網(wǎng)絡(luò)，“面向機(jī)器的通信"將產(chǎn)生許多新型網(wǎng)絡(luò)功能需求。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)對(duì)象和服務(wù)模式的轉(zhuǎn)變使得“大帶寬等于高質(zhì)量”的假設(shè)不再普遍適用，信息在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臏?zhǔn)時(shí)性和網(wǎng)絡(luò)層的確定性成為了未來(lái)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵需求之一。DIP技術(shù)是華為和紫金山實(shí)驗(yàn)室共同提出的一種新穎的三層確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)，在數(shù)據(jù)面上引入周期調(diào)度機(jī)制進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)的創(chuàng)新突破，在控制面提出免編排的高效路徑規(guī)劃與資源分配算法，真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)?？蓴U(kuò)展的端到端確定性低時(shí)延網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。DIP在傳統(tǒng)IP的基礎(chǔ)之上引入周期轉(zhuǎn)發(fā)的思想，通過(guò)控制每個(gè)數(shù)據(jù)包在每跳的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)機(jī)來(lái)減少微突發(fā)，消除長(zhǎng)尾效應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)端到端時(shí)延確定性。DIP技術(shù)可以保證在最差情況下的端到端時(shí)延依然有界，且最差時(shí)延與最好時(shí)延之間的差距僅為2T。在核心節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行標(biāo)簽交換和周期轉(zhuǎn)發(fā)聚合調(diào)度，解決了傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)的突發(fā)累積問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了IP網(wǎng)絡(luò)的端到端確定性低時(shí)延和微秒級(jí)抖動(dòng)。此外DIP技術(shù)中核心節(jié)點(diǎn)無(wú)逐流狀態(tài)，設(shè)備之間不需要精準(zhǔn)時(shí)間同步，因此具有良好的大網(wǎng)可擴(kuò)展性。2.4.1DIP理論分析與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)演算理論提供了一種計(jì)算網(wǎng)絡(luò)端到端延時(shí)上限的方法，在給定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、每個(gè)節(jié)點(diǎn)的服務(wù)曲線、所有流的流量到達(dá)曲線和端到端路徑的條件下，即可計(jì)算得到端到端的最壞排隊(duì)時(shí)延。疊加鏈路時(shí)延，即可得到端到端時(shí)延上限。基于網(wǎng)絡(luò)演算理論，學(xué)術(shù)界已經(jīng)證明：對(duì)于通用場(chǎng)景，傳統(tǒng)的IP統(tǒng)計(jì)復(fù)用轉(zhuǎn)發(fā)方式能夠給出的端到端時(shí)延上限極差，甚至沒(méi)有上限。具體而言，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)直徑為h時(shí)，僅當(dāng)網(wǎng)絡(luò)帶寬最大利用率<1/(h-1)時(shí)，可以得到時(shí)延上限，且時(shí)延上限隨跳數(shù)增長(zhǎng)很快；當(dāng)≥1/(h-1)時(shí)，沒(méi)有時(shí)延上限。傳統(tǒng)IPDiffServ端到端時(shí)延上限為：else,d→其中，為最大鏈路利用率，e為最大節(jié)點(diǎn)處理時(shí)延，為最大初始突發(fā)度串行化時(shí)延(流初始突發(fā)總和除以鏈路帶寬),h為端到端跳數(shù)。此結(jié)論并不限定于盡力而為(Best-effort)轉(zhuǎn)發(fā)，還包括采用了區(qū)分優(yōu)先級(jí)(DiffServ)的轉(zhuǎn)發(fā)模式，對(duì)于最高優(yōu)先級(jí)仍然有效。確定性IP技術(shù)在統(tǒng)計(jì)復(fù)用的基礎(chǔ)上，采用周期性的整形和調(diào)度機(jī)制，在微觀上形成了周期間的隔離，避免了微突發(fā)及其逐跳累積，打破了網(wǎng)絡(luò)演算中：“流量到達(dá)曲線的突發(fā)增大→初始服務(wù)延時(shí)增大，初始服務(wù)延時(shí)增大→流量離開(kāi)曲線的突發(fā)增大"的惡性循環(huán)，使得時(shí)延隨跳數(shù)線性緩慢增長(zhǎng)，且端到端抖動(dòng)上限恒定。DIP的端到端時(shí)延上限為：DIP通過(guò)周期精確整形和調(diào)度，避免微突發(fā)，每跳時(shí)延確定，端到端時(shí)延是跳數(shù)的線性關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)端到端微秒級(jí)確定性。1)準(zhǔn)入控制。確定性IP網(wǎng)絡(luò)入口邊緣節(jié)點(diǎn)的控制面應(yīng)記錄每條流的資源預(yù)留狀態(tài)，狀態(tài)信息包括流標(biāo)識(shí)、預(yù)留帶寬、開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間。入口邊緣節(jié)點(diǎn)通過(guò)資源預(yù)留結(jié)果，可以決定確定性流是否被允許進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行確定性轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)流的資源預(yù)留狀態(tài)可以被動(dòng)態(tài)的刷新，實(shí)現(xiàn)資源預(yù)留續(xù)期。2)路徑規(guī)劃和資源預(yù)留。數(shù)據(jù)流傳輸確定性路徑規(guī)劃實(shí)現(xiàn)，可基于分布式路由算法或者集中式路徑計(jì)算，為數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸路徑規(guī)劃，并支持預(yù)先沿途進(jìn)行必要的確定性資源預(yù)留。DIP技術(shù)使用一種可擴(kuò)展的、易實(shí)現(xiàn)的、小緩存的穩(wěn)定低排隊(duì)時(shí)延的轉(zhuǎn)發(fā)面架構(gòu)[20]。其技術(shù)要求為：①網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需將時(shí)間劃分為等長(zhǎng)的周期，數(shù)據(jù)包按照周期進(jìn)行排隊(duì)和轉(zhuǎn)發(fā)。即被指定在同一周期從發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送出去的報(bào)文，在接收節(jié)點(diǎn)被調(diào)度到指定的同一周期進(jìn)行下一跳轉(zhuǎn)發(fā)。②對(duì)某周期的報(bào)文，首節(jié)點(diǎn)和尾節(jié)點(diǎn)上的發(fā)送周期的時(shí)間差應(yīng)保持穩(wěn)定，即周期編號(hào)差值保持固定。但具體報(bào)文在周期內(nèi)被發(fā)送的確切時(shí)間可以不固定。為確定性流預(yù)留資源后，需要在數(shù)據(jù)面完成路徑綁定和確定性周期轉(zhuǎn)發(fā)功能。1)路徑綁定功能。確定性IP傳輸?shù)馁Y源預(yù)留體現(xiàn)在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑的節(jié)點(diǎn)上。因此，后續(xù)的數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸需要綁定該路徑。路徑綁定技術(shù)可以與標(biāo)簽攜帶技術(shù)耦合。2)確定性周期轉(zhuǎn)發(fā)功能。入口邊緣節(jié)點(diǎn)根據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)文被發(fā)出的時(shí)間，將時(shí)間周期編號(hào)嵌入到報(bào)文中。中間節(jié)點(diǎn)收到報(bào)文后，依據(jù)周期映射進(jìn)行確定性周期轉(zhuǎn)發(fā)，使得數(shù)據(jù)報(bào)文發(fā)出時(shí)攜帶本地時(shí)間周期編號(hào)，直到數(shù)據(jù)報(bào)文被送達(dá)出口邊緣節(jié)點(diǎn)。2.5確定性WiFi(DetWiFi)DetWiFi由三個(gè)組件組成：數(shù)據(jù)包隊(duì)列，任務(wù)調(diào)度程序和系統(tǒng)狀態(tài)容器(SSC)。DetWiFi中有兩個(gè)數(shù)據(jù)包隊(duì)列：發(fā)送隊(duì)列(Tx隊(duì)列)和接收隊(duì)列(Rx隊(duì)列)。數(shù)據(jù)包準(zhǔn)備發(fā)送后，將它們放入發(fā)送隊(duì)列中，等待適當(dāng)?shù)臅r(shí)隙，然后將其發(fā)送給驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行發(fā)送。類(lèi)似地，當(dāng)從較低層接收到數(shù)據(jù)包時(shí)，它們將被存儲(chǔ)在接收隊(duì)列中。任務(wù)計(jì)劃程序用于計(jì)劃任務(wù)并控制DetWiFi的行為，包括發(fā)送信標(biāo)，時(shí)隙循環(huán)和網(wǎng)絡(luò)加入。這些任務(wù)根據(jù)任務(wù)的緊急程度按優(yōu)先級(jí)進(jìn)行區(qū)分，任務(wù)調(diào)度程序?qū)⑹紫葓?zhí)行高優(yōu)先級(jí)任務(wù)，而不是低優(yōu)先級(jí)任務(wù)。SSC由時(shí)隙表，鄰居表和計(jì)時(shí)器組成：時(shí)隙表記錄了時(shí)隙循環(huán)序列，該序列是在管理者加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)從其獲取的；鄰居表用于存儲(chǔ)鄰居信息，該信息在鄰居信標(biāo)中公告；計(jì)時(shí)器負(fù)責(zé)維護(hù)DetWiFi的時(shí)間信息；并且大多數(shù)任務(wù)是由幾個(gè)計(jì)時(shí)器觸發(fā)的。2.5.2DetWiFi技術(shù)工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用廣泛的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)如WirelessHART、WIA-PA和ISA100.11a,都不能同時(shí)提供工業(yè)控制所需的極低時(shí)延和高可靠性通信。為使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)滿足時(shí)間敏感業(yè)務(wù)的傳輸要求，目前主流的方法是設(shè)計(jì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)傳輸調(diào)度方法，將端到端的實(shí)時(shí)傳輸時(shí)延問(wèn)題建立成具有時(shí)延限制的數(shù)學(xué)模型，再進(jìn)行分析求解；此外，在多跳網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中采用靈活高效的實(shí)時(shí)路由算法，將沖突時(shí)延、數(shù)據(jù)傳輸成功率等納入路由決策也能在一定程度上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)可靠傳輸。在工業(yè)安全監(jiān)測(cè)等實(shí)時(shí)性要求嚴(yán)苛的場(chǎng)景中，對(duì)MAC協(xié)議的改進(jìn)設(shè)計(jì)來(lái)滿足非周期關(guān)鍵性數(shù)據(jù)的及時(shí)接入信道與立即傳輸，能大幅縮短關(guān)鍵數(shù)據(jù)的端到端時(shí)延；設(shè)備間的相互協(xié)作通信是提高通信可靠性的有效方法，協(xié)作通信結(jié)合改進(jìn)的MAC協(xié)議能有效實(shí)現(xiàn)時(shí)間敏感數(shù)據(jù)的低時(shí)延和高可靠傳輸。另外，對(duì)現(xiàn)有的IEEE802.11協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)，使其具有可靠性和實(shí)時(shí)性能以適用于時(shí)間敏感的高速工業(yè)應(yīng)用；由IEEE802.11ax定義的下一代WiFi更是引入了一些確定性關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳輸增強(qiáng)功能，以提高對(duì)時(shí)間敏感的工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的支持。2.65G確定性網(wǎng)絡(luò)(5GDN)確定性技術(shù)的發(fā)展與業(yè)務(wù)的實(shí)際部署與演進(jìn)相輔相成。隨著近年5G的快速商用部署并逐步深入行業(yè)數(shù)字化，5G確定性網(wǎng)絡(luò)也在商業(yè)項(xiàng)目中得到驗(yàn)證，并反向推動(dòng)技術(shù)的進(jìn)一步升級(jí)。而且由于5G網(wǎng)絡(luò)涉及到無(wú)線接入網(wǎng)、傳輸承載網(wǎng)、核心網(wǎng)等不同部分，因此前文中闡述的TSN、DetNet等技術(shù)也會(huì)通過(guò)3GPP標(biāo)準(zhǔn)版本逐步迭代并深入的集成到5G確定性網(wǎng)絡(luò)中。5G確定性網(wǎng)絡(luò)是指利用5G網(wǎng)絡(luò)資源打造可預(yù)期、可規(guī)劃、可驗(yàn)證，有確定性傳輸能力的移動(dòng)專(zhuān)網(wǎng)，提供差異化的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。因5G在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中戰(zhàn)略作用，整體業(yè)界以及政府對(duì)5G及5GDN十分重視和支持。此外，5GDN有助于強(qiáng)化5G網(wǎng)絡(luò)從服務(wù)消費(fèi)者到服務(wù)公司和組織?；?GDN,5G可以為垂直行業(yè)提供確定性和差異化的體驗(yàn)。這將使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不僅可以向公眾普遍提供服務(wù)，而且還可以為垂直行業(yè)提供虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)以驅(qū)動(dòng)其數(shù)字化轉(zhuǎn)型，并具有靈活的業(yè)務(wù)編排和調(diào)度功能。確定性服務(wù)管理用于客戶(hù)或運(yùn)營(yíng)商輸入業(yè)務(wù)需求，管理網(wǎng)絡(luò)切片、5G局域網(wǎng)、邊緣計(jì)算等系統(tǒng)與能力，并提供網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、顯示和告警；此外，確定性服務(wù)管理用于提供頂層確定性的設(shè)計(jì)部署、確定性能力建模、確定性生命周期管理、支撐實(shí)時(shí)SLA/QoS仿真和預(yù)測(cè)。確定性網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制中心擔(dān)當(dāng)確定性網(wǎng)絡(luò)控制器的角色，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)各域統(tǒng)籌協(xié)同調(diào)度，實(shí)現(xiàn)多技術(shù)綜合集成、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用雙向協(xié)同、SLA/QoS實(shí)時(shí)評(píng)估，最大化網(wǎng)絡(luò)整體確定性能力。5GDN的核心模塊包括5G核心網(wǎng)，高性能異構(gòu)MEC和動(dòng)態(tài)智能網(wǎng)絡(luò)切片：(1)5G核心網(wǎng)是5GDN的關(guān)鍵。5G確定性網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)端到端的概念，涵蓋了基站，傳輸和核心網(wǎng)的綜合能力。其中，確定性能力的大腦是5G核心網(wǎng)。5G核心網(wǎng)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量保證期間的全局資源調(diào)度和管理，實(shí)現(xiàn)5GDN架構(gòu)中確定性網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制中心的功能。核心網(wǎng)管理所有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，訪問(wèn)信息，用戶(hù)數(shù)據(jù)和行業(yè)需求。它確保了每個(gè)行業(yè)的用戶(hù)都可以在公共網(wǎng)絡(luò)上享受自己的私有渠道，并保證獲得確定性的體驗(yàn)。(2)高性能異構(gòu)MEC是5GDN中確定性保障與度量的基礎(chǔ)性系統(tǒng)。MEC可以通過(guò)就近部署的UPF提供本地增強(qiáng)的聯(lián)接能力，降低時(shí)延，并提供計(jì)算平臺(tái)承載行業(yè)應(yīng)用。(3)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)切片構(gòu)成5G確定性網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)支撐能力。與普通用戶(hù)要求不同，行業(yè)要求可能會(huì)有很大差異。將來(lái)需要提供動(dòng)態(tài)智能切片功能，以供垂直行業(yè)進(jìn)行定制和訂閱。它們不僅必須適應(yīng)需要差異化，確定性經(jīng)驗(yàn)的新應(yīng)用程序，而且還必須保證易于訪問(wèn)和敏捷。這樣，5G網(wǎng)絡(luò)將成為垂直行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的真正推動(dòng)者。(4)5GDN集成現(xiàn)有確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。5GDN通過(guò)利用多種確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)如FlexE、TSN、DetNet可以強(qiáng)化其端到端確定性傳輸能力和網(wǎng)絡(luò)切片能力。以FlexE作為5G承載網(wǎng)可以提升5G網(wǎng)絡(luò)切片能力。以TSN、DetNet與5G結(jié)合，可以進(jìn)一步保證確定性端到端傳輸質(zhì)量。三、確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)3.1FlexE技術(shù)趨勢(shì)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可以讓運(yùn)營(yíng)商在一個(gè)硬件基礎(chǔ)設(shè)施中切分出多個(gè)虛擬的端到端網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片在設(shè)備、接入網(wǎng)、承載網(wǎng)及核心網(wǎng)方面實(shí)現(xiàn)邏輯隔離，適配各種類(lèi)型服務(wù)并滿足用戶(hù)的不同需求。對(duì)每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片而言，網(wǎng)絡(luò)帶寬、服務(wù)質(zhì)量、安全性等專(zhuān)屬資源都可以得到充分保證。采用FlexE技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)具有彈性帶寬、靈活分配的硬管道，可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的物理隔離和可靠的服務(wù)質(zhì)量，天然地實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)切片功能。FlexE技術(shù)的物理管道捆綁、子速率、通道化的應(yīng)用模式可以承載各類(lèi)速率需求的客戶(hù)業(yè)務(wù)，提高了網(wǎng)絡(luò)承載帶寬的利用率，降低了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的成本，逐步完善的OAM功能滿足網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理需要，這些優(yōu)勢(shì)很好地滿足了5G承載網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)需求。3.2TSN技術(shù)趨勢(shì)TSN在二層網(wǎng)絡(luò)通過(guò)時(shí)分復(fù)用的思想為高優(yōu)先級(jí)流量提供了確定性網(wǎng)絡(luò)需要的傳輸路徑和傳輸時(shí)延，但是會(huì)導(dǎo)致低優(yōu)先級(jí)流量的時(shí)延增加，需要考慮與低優(yōu)先級(jí)流量共存的問(wèn)題。TSN為了滿足確定性的時(shí)延需求，會(huì)犧牲掉部分帶寬資源，需要考慮提高資源利用率。除此之外，如何部署TSN網(wǎng)絡(luò)，是采用分布式部署還是結(jié)合SDN等技術(shù)進(jìn)行集中式部署，如何互聯(lián)多個(gè)封閉的TSN網(wǎng)絡(luò)，如何協(xié)調(diào)傳輸時(shí)延的最大時(shí)延和平均時(shí)延，是加速TSN應(yīng)用部署的關(guān)鍵問(wèn)題。3.3DetNet技術(shù)趨勢(shì)DetNet與給定L2網(wǎng)段中包含的TSN流控制操作和服務(wù)相比，預(yù)計(jì)DetNet流控制操作將具有更大的規(guī)模和更高的復(fù)雜性。DetNet流量控制將在互操作性、控制數(shù)據(jù)開(kāi)銷(xiāo)以及保證各種