未来网络白皮书.docx

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1、未来网络白皮书一、确定性网络背景确定性网络概念和特征到2020年全球IP网络接入设备达263亿，其中工业和机器连接达122亿，相当于总连接设备的一半，同时高清和超高清互联网视频约全球互 联网流量的60%o激增的数据业务带来了大量的拥塞崩溃、数据分组延迟、远程 传输抖动，传统以太网用“尽力而为”的方式传输数据，只能将端到端的时延减 少到几十毫秒。但许多的新兴业务需要将端到端时延控制在微秒到几毫秒级，将 时延抖动控制在微秒级，将可靠性控制在99. 9999%以上。因此，迫切需要建立 一种可提供“准时、准确“数据传输服务质量的新一代网络。确定性服务质量可以提供“准时、准确“数据传输服务质量。五种典型

2、的确定 性QoS包括：低时延、低抖动、低丢包率、高带宽、高可靠。确定性网络是提 供确定性服务质量的网络 技术，是在以太网的基础上为多种业务提供端到端确 定性服务质量保障的一种新技术。确定性网络特征：能够提供确定性服务质量，灵活切换确定性服务和非确定性 服务，自主控制提供确定性服务质量的等级，全面赋能产业升级，支撑大规模机 器通信、机器视觉、远程操控、人工智能、工业互联网、农业互联网、智能服务 业的需求，通信服务商深入产业一线定制化弹性供给确定性网络服务，确定性网 络服务能力一体化与多样化跨域全局协同。1.1 确定性网络需求和意义(1)从战略角度：确定性网络技术是新一代网络通信体系发展方向，是网

3、络、工 业、农业和服务业强国的重要推动力。形成“确定性网络+”的技术和产业格局对持DetNet流量。DetNet服务子层包含数据包排序、 冗余消除、流复制、流 合 并、数据包编码与数据包解码；DetNet转发子层包含资源分配与显式路由。操作、管理和维护可以利用带内和带外信令，验证应用业务流服务是否在QoS 约束保障内有效实现。0AM可以通过在数据包中添加特定的标记，以跟踪网络 配置错误。主动和混合0AM需要额外的带宽来执行DetNet域的故障管理和性 能监视。DetNet控制器平面中CPF是控制器 的核心部件，负责计算用于网络平面的确 定性路径。CPFs将业务流分布在不同确定的DetNet节点

4、上进行部署，使之满 足流约束条件，并优化总体调度成本。DetNet节点向CPF公开它们的能 力和物理资源，CPF则可以借助这些信息通 过南向接口拓扑的动态感 知进行自动更新。DetNet节点之间与终端系统可以交 换关于路径状态的信息。2. 3. 2 DetNet 技术DetNet具有时钟同步、零拥塞损失可靠性与安全性特点。同时，DetNet致力于 将超低延迟和高可靠性的服务扩展到三层网络，以及正常业务流量与DetNet流 共网传输的实现。因此，基于DetNet的技术实现目标，其需要满足以下三点 技术要求：(1)时钟同步和频率同步DetNet的时钟同步可以利用IEEE802. 1 AS实现，也可

5、以参考IEEE1588v2 PTP实现频率同步。但是，目前IETF还没有针对 DetNet网 络设备的时钟同步的选择具体规范。(2)零拥塞损失与可靠性DetNet中的ULL特性和零拥塞损失通过排队算法、缓冲区预留和包抢占实现。 DetNet为了得到更低的抖动，其不仅需要有端到端时延的上界限制，还需要对 时延下界进行控制以实现对抖动的限制要求。抖动减小的技术实现方式可以通过全局亚微秒级时钟同步或计算应 用程序包的执行时间字段来实现。为了保 证DetNet的可靠性，通过采用过滤器与相应策略来检测报文的故障和错误。 当检测到故障时，将中断传输并进行调整。此外，在DetNet中还应用分组复 制和消除技

6、术来实现可靠性。(3)安全性安全性能的考虑是DetNet的一个重要基本特性。为了实现DetNet资源的请求 与控制安全性，应该对连接到DetNet域的设备使用认证和授权，以确保参数 的管理配置被限制在授权的设备上。DetNet的控制分为集中式控制和分布式控 制。对于集中控制DetNet,流量工程网络的抽象和控制被用于安全保障的实现。对于分布式控制的DetNet,其安全性是通过部署的DetNet协议的安全 属性来实现。结合技术指标需求，根据目前输出DetNet工作组草案、DetNet数据平面方案 以及数据流信息模型等相关标准文件，DetNet标 准技术分为四类：DetNet流概 念、DetNet

7、流管理、DetNet流控制和DetNet流完整性。(1) DetNet流概念应用流。应用流是通过DetNet流所承载的在非DetNet感知终端系统之间传送 的有效负载。应用流不包含任何与DetNet相关的属性，也对DetNet节点没有 特定的要求。DetNet转发流。DetNet-f-flow具有DetNet流的具体格式，它只需要DetNet 转发子层提供的资源分配特性。DetNet服务流。作为一种 DetNet流的特定格式。DetNet-s-flow只需 要DetNet服务子层提供的业务保护特性即可。DetNet服务转发流。DetNet-sf-flow在转发过程 中需要同时具备DetNet业

8、 务子层和转发子层的功能。为了实现准确的流检测和识别，必须对各种流属性映射进行标准化。对 于DetNet流在不同域之间的转发，中继节点都需要获取与流类型和相应属性 相关的上层信息。DetNet模糊了网络层和链路层的 界限，二层网络可以通过 流ID和DetNet控制字识别DetNet流类型和对应属性相关的上层信息。 DetNet流需要标准化跨层或异构网络的流属性映射。(2) DetNet流管理DetNet配置和 YANG模型DetNet能够在各种支持DetNet的网络实体之间实现无缝配置和 重配置，草案 定义了 DetNet分布式、集中式和混合式的配置模型及 其相关属性，还介绍了 在集中配置模型

9、中传递网络配置参数的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信息通过 DetNetUNI协议发送，分布式的DetNet控制平面将 UNI和配置 信息传播到每个数据平面实体，控制信息通过IGP和RSVP-TE等协议来执行。 在集中式配置模型中，CUC向CNC发送UNI信息，类似于TSN中 的IEEE802. IQcc集中式配置模型。对于混合配置方法，在控制平面内采用分布式协议和集中式协议相结合的方式来 协调配置信息。DetNetYANG模型与TSN中IEEE802. lQcp类似，为集中式配置 模型定义了一个DetNetYANG模型，

10、用于传递网络配置参数。2)资源管理在资源管理方面，DetNet有集中式和分布式这2种路径设置方式。集中路 径设置类似于IEEETSN的集中管理模型，利用PCE和基于分组的IP或 非IP网络的信息传播来实现全局网络的优化。分布式路径设置利用内部网关 协议流量工程提出了类似于802. IQat、802. IQca和MRP信令协议的初 始设 计规范。3)网络资源告知与部署为了补充DetNet流量控制机制，每个 节点需要有和附近网络共享网络状态 的能力。例如共享当前节点的资源使用状态、邻居节点及其关系的属性等。 目前还没有规定如何实现这种能力，但是这对于全局规划流量、实现确定性网 络至关重要。(3)

11、DetNet流控制DetNet流的大多数控制功能遵循与IEEETSNTG确定性流相同的原则，但关键 的集成机制存在一些区别，分别体现在DetNet数据平面、DetNet流量工程以及 流控制规则。1) DetNet数据平面：DetNet数据平面主要分为服务层和传输层。服务层可以应用分组排序、流复制/ 重复消除、分组编码等，而传输层可以应用拥塞保护机制和显式路由。DetNet 可以有几个分层的DetNet拓扑结构，其中每个较低的层为较高层提供服务。此 外，DetNet节点相互连接，形成子网络。目前，对于DetNet服务和传输层协议, 有各种各样的协议和技术选项正在考虑之中。2) DetNet流量工

12、程:IETF流量工程架构和信令工作组考虑将流量工程架构用于分组和非分组网络，定 义控制和管理DetNet流的关键概念、功能以及不同层面之间的关系，使用户和操 作员可以 动态地轻松控制、测量和管理流，还引入了 QoS参数的快速恢复和确定性边界。DetNetWG采用类似于软件定义网络范例的方法，为DetNet起草了 一套 TE架构，与IEEETSN的802. IQcc管理方案和集 中式SDN方法具有 相似之处。整个架构分为应用层面、控制层面和 网络平面，并且在控制层面 对DetNet流进行全局规划。一般来说， 这种DetNet流量工程架构设想了一 种高度可扩展、可编程和通用即插即用的方案，其网络功

13、能和配置便于进行实 现和扩展。3)流控制规则：流控制规则主要包含流量排队、整形、调度和抢占。通过定义流控制规则，以实 现确定性的有边界延迟和包丢失。流量控制通常包括准入控制和网络资源预留， 即带宽和缓冲区空间的分配。DetNet流量控制将利用IEEE802. 1 TSN队列传 输和流量整形技术。这些TSN机制包括基于信用整形CBS、时间感知整 形TAS、循环排队和转发整形CQF、异步流量整形ATS和帧抢占等技术。(4) DetNet 流完整性(Flowintegrity)DetNet流完整性包含数据包的复制与消除、执行异质性、故障缓和等技术。1)数据包复制与消除：数据包分制和消除功能PREF与

14、TSNTG802. 1CB标准有一些相 似之处，它源 于IETFHSR和PRP机制。PREF在DetNet服务层中有 数据包信息排序、复 制、消除三大功能。其中，数据包排序功能是给 属于一个DetNet流的每个数 据包加上一次序列号或时间戳，这些序列号用于检测数据包丢失以及进行重新 排序。复制功能让流在源进行 复制，采用显式的源路由使一个DetNet流通过 两条不相交的路径转发到同一个目的地。消除功能主要是在路径上的任何节点 执行冗余消除，目的是为下游的其他流量节省网络资源，通常在网络边缘或接 收端执行。在接收到数据流后，端口有选择地将复制的流组合在一起，根据 数据包的序列号对数据包进行逐包选

15、择并丢弃。PREF是一种主动减少甚至消除 丢包的措施。2)执行异质性:与 TSN类似，DetNet在 DetNet和非 DetNet流之间强制区分带宽。DetNet 网络将75%的可用带宽用于DetNet流。但是，为了保持 较高的带宽利用率, 任何为DetNet流保留但未被利用的带宽都可以 分配给非DetNet流。因此， DetNet的架构模型确保了不同的服务和 应用程序之间的适当共存。3)故障缓和：为了减少了各种可能故障，除了数据包流复制和带宽识别，DetNet网络的设计 需要具有一定强度的鲁棒性。减少DetNet流中断 的关键机制之一是应用类似 于IEEE802. IQci (PSFP)的

16、过滤器和策 略，它可以检测行为不当的流，并可 以标记超过规定流量的流。此外，DetNet故障缓解机制可以根据预定义的规则 采取行动，例如丢弃数 据包、关闭接口或完全丢弃DetNet流。2.4 确定性 IP (DIP)网络工业互联网是面向未来网络技术深度服务于全行业的演进方向之一，特别是面 向机器互联的高精度应用。在未来，会有大量的智能机器接入网络，“面向机 器的通信”将产生许多新型网络功能需求。网络服务对象和服务模式的转变使得“大带宽等于高质量”的假设不再普遍适用，信息在网络中传输的准时性和 网络层的确定性成为了未 来网络关键需求之一。DIP技术是华为和紫金山实验 室共同提出的一 种新颖的三层

17、确定性网络技术架构，在数据面上引入周期调度 机制进行转发技术的创新突破，在控制面提出免编排的高效路径规划与资 源 分配算法，真正实现大规模可扩展的端到端确定性低时延网络系统。DIP在传统IP的基础之上引入周期转发的思想，通过控制每个数据包在每跳 的转发时机来减少微突发，消除长尾效应，最终实现端到端时延确定性。DIP 技术可以保证在最差情况下的端到端时延依然有界，且最差时延与最好时延之间的差距仅为2TO在核心节点上进行标签交换和周期转发聚合调度，解决了 传统IP网络的突发累积问题，实 现了 IP网络的端到端确定性低时延和微秒 级抖动。此外DIP技术中 核心节点无逐流状态，设备之间不需要精准时间同

18、 步，因此具有良好的大网可扩展性。2.4. 1 DIP理论分析与网络架构网络演算理论提供了一种计算网络端到端延时上限的方法，在给定网络拓扑、每 个节点的服务曲线、所有流的流量到达曲线和端到端路径的条件下，即可计算得 到端到端的最坏排队时延。叠加链路时延，即可得到端到端时延上限。基于网络演算理论，学术界已经证明：对于通用场景，传统的IP统计复用转发 方式能够给出的端到端时延上限极差，甚至没有上限。具体而言，当网络直径 为h时，仅当网络带宽最大利用率 l/(/i-1)时，可以得到时延上限,且时延上限随跳数增长很快；当 1/(- 1)时， 没有时延上限。传统IPDiffServ端到端时延上限为：if

19、 1 A -1, W ( + )/i /I -(/i-1)else, df 8其中， 为最大链路利用率，e为最大节点处理时延，为最大初 始突发度串行 化时延(流初始突发总和除以链路带宽)，h为端到端跳数。此结论并不限定于尽力而为(Best-effort)转发，还包括采用了区 分优先级 (DiffServ)的转发模式，对于最高优先级仍然有效。确定性IP技术在统计复用的基础上，采用周期性的整形和调度机制，在微观上 形成了周期间的隔离，避免了微突发及其逐跳累积， 打破了网络演算中：“流 量到达曲线的突发增大一初始服务延时增大，初始服务延时增大一流量离开曲 线的突发增大”的恶性循环，使得时延随跳数线性

20、缓慢增长，且端到端抖动上 限恒定。DIP的端到端时延上限为：二 ( + 2 ) 其中，是DIP周期长度，1为第i跳的周期相对时间差，h为端到 端跳数。 DIP通过周期精确整形和调度，避免微突发，每跳时延确 定，端到端时延是跳 数的线性关系，可实现端到端微秒级确定性。2. 4. 2 DIP网络技术(1) DIP网络控制面技术1)准入控制。确定性IP网络入口边缘节点的控制面应记录每条流的资源预留 状态，状态信息包括流标识、预留带宽、开始时间和结束时间。入口边缘节点通 过资源预留结果，可以决定确定性流是否被允许进入网络进行确定性转发。数 据流的资源预留状态可以被动态的刷新，实现资源预留续期。2)路径

21、规划和资源预留。数据流传输确定性路径规划实现，可基于分布式路由 算法或者集中式路径计算，为数据流进行传输路径规 划，并支持预先沿途进行 必要的确定性资源预留。(2) DIP网络数据面技术DIP技术使用一种可扩展的、易实现的、小缓存的稳定低排队时 延的转发面架 构20。其技术要求为：网络设备需将时间划分为等长的周期，数据包按照 周期进行排队和转发。即被指定在同一周期从发送节点发送出去的报文，在接 收节点被调度到指定的同一周期进行下一跳转发。对某周期的报文，首节点和 尾节点上的发送周期的时间差应保持稳定，即周期编号差值保持固定。但具体 报文在周期内被发送的确切时间可以不固定。为确定性流预留资源后，

22、需要在数据面完成路径绑定和确定性周期转发功能。1)路径绑定功能。确定性IP传输的资源预留体现在数据转发路径的节点上。 因此，后续的数据报文传输需要绑定该路径。路径绑定技术可以与标签携带技 术耦合。2）确定性周期转发功能。入口边缘节点根据数据报文被发出的 时间，将时间周 期编号嵌入到报文中。中间节点收到报文后，依据周期映射进行确定性周期转 发，使得数据报文发出时携带本地时间周期编号，直到数据报文被送达出口边 缘节点。2. 5 确定性 WiFi （DetWiFi）2. 5. 1 DetWiFi 架构DetWiFi由三个组件组成：数据包队列，任务调度程序和系统状态容器（SSC） o DetWiFi中

23、有两个数据包队列：发送队列（Tx队列）和接收队列 （Rx队列）。数据包准备发送后，将它 们放入发送队列中，等待适当的时隙， 然后将其发送给驱动程序进行发送。类似地，当从较低层接收到数据包时，它 们将被存储在接收队 列中。任务计划程序用于计划任务并控制DetWiFi的行 为，包括发送 信标，时隙循环和网络加入。这些任务根据任务的紧急程度按优 先级进行区分，任务调度程序将首先执行高优先级任务，而不是低优先级任 务。SSC由时隙表，邻居表和计时器组成：时隙表记录了时隙循环序列，该序 列是在管理者加入网络时从其获取的；邻居表用于存储邻居信息，该信息在邻 居信标中公告；计时器负责维护DetWiFi的时间

24、 信息；并且大多数任务是由 几个计时器触发的。2. 5. 2 DetWiFi 技术工业无线网络应用广泛的标准技术如 WirelessHART. WIA-PA和 ISA100. 11a, 都不能同时提供工业控制所需的极低时延和高可靠性 通信。为使无线网络满足 时间敏感业务的传输要求，目前主流的方法 是设计无线网络中的实时传输调度 方法，将端到端的实时传输时延问题建立成具有时延限制的数学模型，再进行 分析求解；此外，在多跳网状网络中采用灵活高效的实时路由算法，将冲突时 延、数据传输成功率等纳入路由决策也能在一定程度上实现数据的实时可靠传输。 在工业安全监测等实时性要求严苛的场景中，对MAC协议的改

25、进设计来满足非周期关键性数据的及时接入信道与 立即传输，能大幅缩短关键数据的端到端 时延；设备间的相互协作通 信是提高通信可靠性的有效方法，协作通信结合改 进的MAC协议能有效实现时间敏感数据的低时延和高可靠传输。另外，对现 有的IEEE802. 11协议进行改进，使其具有可靠性和实时性能以适用于时间 敏 感的高速工业应用；由IEEE802. llax定义的下一代 WiFi更是引入 了一 些确定性关键数据传输增强功能，以提高对时间敏感的工业自动化应用的支持。2. 6 5G确定性网络(5GDN)确定性技术的发展与业务的实际部署与演进相辅相成。随着近年5G的快速商用 部署并逐步深入行业数字化，5G

26、确定性网络也在商业 项目中得到验证，并反向 推动技术的进一步升级。而且由于5G网络涉及到无线接入网、传输承载网、核 心网等不同部分，因此前文中阐 述的TSN、DetNet等技术也会通过3Gpp标 准版本逐步迭代并深入 的集成到5G确定性网络中。5G确定性网络是指利用5G网络资源打造可预期、可规划、可验 证，有确定性 传输能力的移动专网，提供差异化的业务体验。因5G在国民经济中战略作用， 整体业界以及政府对5G及5GDN十分 重视和支持。此外，5GDN有助于强 化5G网络从服务消费者到服务 公司和组织。2. 6. 1 5GDN 架构基于5GDN, 5G可以为垂直行业提供确定性和差异化的体验。这将

27、使无线网络 不仅可以向公众普遍提供服务，而且还可以为垂直行 业提供虚拟专用网络以驱 动其数字化转型，并具有灵活的业务编排和调度功能。确定性服务管理用于客户或运营商输入业务需求，管理网络切片、5G局域网、 边缘计算等系统与能力，并提供网络状态监测、显示和 告警；此外，确定性服 务管理用于提供顶层确定性的设计部署、确定性能力建模、确定性生命周期管 理、支撑实时SLA/QoS仿真和预测。千行百业朝着数字化、网络化、智能化的高质量发展方向进一步迈进具有重要意 义。（2）从技术层面：确定性网络是先进技术的代表，提供确定性网络服务、构建重 大网络基础设施，为占领信息技术发展的制高点提供新的机遇。（3）从场

28、景、产业角度：确定性网络技术的大规模落地，可以推动制造业，物流 业，运输业，影视行业，医疗行业，农牧业， 服务业等网络化、智能化升级。随着通信、计算机、机械、电子、电气、自动化等领域的技术发展，全球农业、 工业、服务业也呈现出新的发展动向。为了更好满足消费市场需求，各个产业由 规模化生产或提供服务向着定制化生产或提供服务转变。居民生活水平的不断提 升、消费需求的升级换代，促 使各个产业向着小众化、多元化、定制化的方向 发展。此外，为了提升生产、服务能力和效率，三大产业向着数字化、智能化 方向转型。新兴技术蓬勃发展；相应地，农业、工业、服务企业的内网、外网、 数据互通等通信模块均随着新技术的布局

29、而更新迭代。总之，产品服务定制化与 产业升级对确定性网络提出具体而多样的要求。（4）从产品、服务附加值角度：各产业厂商和通信厂商希望提高技术水平、提升 生产制造能力、扩大服务范围、提升服务能力和价值，因而对确定性网络提出需 求。确定性网络为各个产业厂商、公司、机构寻找新的产品和服务附加值提供契机。 各产业厂商、公司在经过“确定性网络+”升级后， 生产能力、制造能力、服务 能力、产品服务定制化能力均有大幅提升，进而提升产品服务附加值，推动各 个行业发掘新的增长点。确定性网络是通信厂商扩大服务范围的重要选项。随着通信厂商管道化发展，通 信产业链上下游各厂商希望能够为客户提供差异化、多样化、个性化的

30、产品和 服务，培育新的收入增长点。工业、农业、 服务业产值高、升级空间大，通过确定性网络调度与控制中心担当确定性网络控制器的角色，通过 网络各域统筹 协同调度，实现多技术综合集成、网络应用双向协同、SLA/QoS实时评估，最大 化网络整体确定性能力。2. 6. 2 5GDN 技术5GDN的核心模块包括5G核心网，高性能异构MEC和动态智能网络切片：(1) 5G核心网是5GDN的关键。5G确定性网络是一个端到端 的概念，涵盖了 基站，传输和核心网的综合能力。其中，确定性能力 的大脑是5G核心网。5G 核心网负责网络质量保证期间的全局资源调度和管理，实现5GDN架构中确定性 网络调度与控制中心的功

31、能。核心网管理所有网络拓扑，访问信息，用户数据 和行业需求。它确保了每个行业的用户都可以在公共网络上享受自己的私有渠道, 并保证获得确定性的体验。(2)高性能异构MEC是5GDN中确定性保障与度量的基础性系统。MEC可以 通过就近部署的UPF提供本地增强的联接能力，降低时延，并提供计算平台承 载行业应用。(3)动态网络切片构成5G确定性网络的基础支撑能力。与普通 用户要求不 同，行业要求可能会有很大差异。将来需要提供动态智能切片功能，以供垂直 行业进行定制和订阅。它们不仅必须适应需要差异化，确定性经验的新应用程 序，而且还必须保证易于访问和敏捷。这样，5G网络将成为垂直行业数字化转 型的真正推

32、动者。(4) 5GDN集成现有确定性网络技术。5GDN通过利用多种确 定性网络技术 如FlexE. TSN、DetNet可以强化其端到端确定性传输 能力和网络切片能力。 以FlexE作为5G承载网可以提升5G网络切 片能力。以TSN、DetNet 与5G结合，可以进一步保证确定性端到端传输质量。三、确定性网络技术发展趋势3. 1 FlexE技术趋势网络切片技术可以让运营商在一个硬件基础设施中切分出多个 虚拟的端到端网 络，每个网络切片在设备、接入网、承载网及核心网 方面实现逻辑隔离，适配 各种类型服务并满足用户的不同需求。对每一个网络切片而言，网络带宽、服 务质量、安全性等专属资源都可以得到充

33、分保证。采用FlexE技术的网络具 有弹性带宽、灵活分配的硬管道，可以实现业务的物理隔离和可靠的服务质量, 天然地实现了网 络切片功能。FlexE技术的物理管道捆绑、子速率、通道化的 应用模 式可以承载各类速率需求的客户业务，提高了网络承载带宽的利用率，降低了网络设备的成本，逐步完善的OAM功能满足网络维护管理需 要,这些优势很好地满足了 5G承载网络的技术需求。3.2 TSN技术趋势TSN在二层网络通过时分复用的思想为高优先级流量提供了确 定性网络需要的 传输路径和传输时延，但是会导致低优先级流量的时延增加，需要考虑与低优 先级流量共存的问题。TSN为了满足确定性的时延需求，会牺牲掉部分带宽

34、资源，需要 考虑提高资源 利用率。除此之外，如何部署TSN网络，是采用分布式部署还是结合SDN等 技术进行集中式部署，如何互联多个封闭的TSN网络，如何协调传输时延的最 大时延和平均时延，是加速TSN应用部署的关键问题。3. 3 DetNet技术趋势DetNet与给定L2网段中包含的TSN流控制操作和服务相比，预计DetNet流控制操作将具有更大的规模和更高的复杂性。DetNet流量控制将在 互操作性、控制数据开销以及保证各种L2网段的QoS指标方面带来若干挑 战。此外，不同网段的所有者之间可能会出现QoS服务水平协议的不同要求。 以下几个大规模确定性转发技术发展趋势值得关注。3.4 DIP技

35、术趋势在DIP的基本原理和基础能力之上，相关技术扩展还可以进行相应增量设计， 实现更强的能力，适配更广泛的业务场景。例如，针对有超低时延要求的工业 现场网络场景，可以在不同设备上采用不同 的周期大小，并通过相关的门控队 列调度机制实现不同大小周期之间的对接，进一步压缩DIP时延，满足未来 工业场景的需求。同时，可 以进一步结合流量模型学习和业务场景极值估算， 在流量接入前提前 规划流量路径，实现流量极值范围内的业务免编排实时接入。 又如，针对有更低抖动要求的场景，可以通过出口网关上的进一步的流间隔 离机制，实现网络的端到端1口 s抖动。再如，针对TSN孤岛之间相 互 连接的场景，DIP的周期可

36、以与Qch的调度周期无缝对接，实现TSN网络的 跨IP连接。此外，针对5GURLLC等场景，还可以通过DIP周期与5G空口 时隙之间的联合调度使能端到端的确定性，提升5G空口的接入能力等等。对于 以上场景，都可以在DIP基本机制基础之上进行相应的增量设计以适配不同 业务场景。3. 5 DetWiFi技术趋势TSN在为诸如工业控制、自动驾驶等领域带来福音的同时，自 身也面临着一些 挑战。TSN是基于有线以太网提供的低时延、高可靠和低抖动等性能，始终不 能摆脱线缆的束缚，如何在无线网络上部署和拓展TSN协议的功能就成为一 大技术难点。TSN是公开的协议 标准，如何在为不同的应用场景提供低成本、 互

37、操作便利的同时提供 优于传统专用协议的高性能和效率也有待解决。无线TSN在无线网络上提供高可靠和低时延服务，但大多数技术只关注某一个 方面的性能，而同时实现低时延、高可靠性、高可用性、低成本和节能等性能, 使其在无线链路上提供可媲美于有线链路特性的技术却极其少见。3. 6 5GDN技术趋势5GDN发展方向包括高性能核心网络和承载网、高效异构MEC、 智能网络切片, 以及创新型应用：(1) 5G核心网络朝着高性能多连接、智能感知和保障、智能资 源管理方向发 展，通过智能资源管理进一步降低5GDN的时延。5G承载网发展趋势是构建 以FlexE、TSN、DetNet为承载网的架构体系， 通过 TSN

38、和 DetNet增 加5GDN的确定性低时延、低抖动传输能力， 以FlexE等技术强化5GDN的 高性能网络切片和差异化服务能力。(2) 5GDN的一个发展趋势是进一步加强异构边缘计算平台的效率，完成各种 设备接入时间和传输时间的大幅缩减。此外，实现应用、边缘网、传输网、核 心网的跨网络域的协同保障是一个重要发展趋势。(3)实现网络精确度量与探测，促成网络切片智能化是5GDN发展的重要趋势。 利用QoSMonitoring技术，改进切片质量，形成闭环优化，智能配置需求方 的网络服务质量，实现差异化、定制化服务，有助于技术应用快速落地。(4)实现5GDN与行业网络对接，落地创新型应用是5GDN发

39、展 的重中之重。通 过5GDN大幅改进现有垂直系统如自动驾驶、工业制 造、智慧农业、智能服务等 的效率或效能，实现5GDN与行业应用的 紧密结合，推动5GDN项目落地，是重 要发展趋势。四、确定性网络技术标准1 FlexE 标准2016年3月灵活以太网研究小组发布FlexEl.O标准，实现100GEPHY 的支持，单个时隙对应带宽，即时隙粒度为5Gbps,确定了管理信息传递通道。0IF于2018 年6月推出了 FlexE2.0 版本标准，增加 了管理细节，确 定了 200GE、400GEPHY的承载方案，并通过合并5个5Gbps的时隙，实现 了 25Gbps的时隙粒度。随着5G移动回程 网络未

40、来接入层/城域边缘的信道化，为最小10G客户端提供5Gb/s粒度，50GEPHY是细粒度的市场需求和可能 的大批量应用，灵活的实现逻辑将是至关重要的，由此 2018 年 H 月 OIF又启动了 FlexE2. 1标准制定项目，旨在对FlexE2. 0进行扩展，增加50GEPHY和50Gbps时隙粒度的支持，指定一 个50G的Flex帧和多路复用格式，并将解决具有较低带宽FlexE应用的 需求，为包括未来5G移动网络接入层 在内的应用提供实现基础。4. 2 TSN标准IEEE802. lAS/ASReV定时和同步是实现确定性通信的重要机制。802. 1AS是IEEE1588 PTP同步协议的简化

41、版，该协议支持不同TSN设备之间的同步兼 容性。802. lASReV增加对容错和多个主动同步主机的支持。IEEE802. IQbv定义了 TSN交换机出口业务流的排队转发机制。 在每个时间窗 口，只有规定的队列的消息可以传输。其他队列在这些时间窗禁止传输，通过 提前规定的门控列表，数据包通过每个交换机的延迟是确定性的，使信息延迟 通过网络TSN组件可以保证。IEEE802. IQbu定义了帧抢占机制。允许中断标准以太网或巨型 帧的传输，以便 允许高优先级帧的传输，然后在不丢弃先前发送的中断消息片段的情况下恢复 传输。IEEE802. 1CB冗余管理协议，遵循高可用性无缝冗余（HSR） - I

42、EC62439-3条 款5和并行冗余协议（PRP） -IEC62439-3条款4已知的类似方法。为 了提高可用性，相同的消息的冗余副本通过网络通过 不相交的路径并行通信。IEEE802. IQcc管理接口和协议的定义，新增集中配置模式，支持TSN网络调度 的离线和/或在线配置。IEEE802. IQci工作在交换机（转发引擎）的入口，通过StreanlD识别流，然后 执行相关策略，负责管理控制并防止恶意流程恶化网络性能。IEEE802. IQca路径控制和预留机制。为数据流提供显式路径控制，带宽和流预 留以及冗余。IEEE802. IQch定义循环排队和转发机制的流量整形机制，配置 简单，灵活

43、性低。IEEE802. IQcr异步整形机制，提供有界的延迟和抖动（低性能级别），而不需 要时间同步。提供高质量的确定性网络服务，通 信厂商得以深入生产经营一线，扩展服务范 围和服务多样性。确定性网络是提升通信厂商服务价值的重要依托。确定性网络严格控制端到端抖 动、时延等关键指标，满足企业对高质量通信的需求。 网络切片等技术使得通 信厂商可以提供差异化的服务，而高质量、差异化的服务也为通信商带来新的 收益空间。1. 3确定性网络发展目标（1）占领新一代网络技术发展制高点，在融合网络中提供确定性服务，构建LAN/WAN确定性网络体系，实现局域、广域、有线、 无线确定性网络深度 集成、有机融合的布

44、局。赋能通信服务商为大规模和超大规模农业、工业、服务 园区提供定制化、确定性网络服务。（2）促进产业升级、提升消费者体验。通过确定性网络技术， 实现农业、工业、 服务业朝着网络化和智能化方向升级，形成“确定性网络+”的产业格局，推动各 行业产品质量、产品良率、服务质量大幅提升，实现产品和服务定制化转型。二、确定性网络技术目前，确定性网络的技术关键在于实现确定性时延、抖动、丢包率、带宽和可靠 性等。确定性时延主要通过时钟同步、频率同步、调度整形、资源预留等机制实 现；确定性抖动和丢包率通过优先级划分、抖动消减、缓冲吸收等机制实现；确 定性带宽通过网络切片和边缘计算等技术实现；确定性可靠性通过多路

45、复 用、包复制与消除、冗余备份等技术实现。在确定性带宽保障方面，FlexE通过接口技术在物理层和链路层之间插入中间层, 实现业务速率和物理通道速率的解耦，提供比传统以太网更加灵活的带宽颗粒度, 支撑高速大端口 400GE、1TE等演进。 通过灵活的物理接口捆绑和逻辑接口划分，提供子速率承载、硬管道及隔离等机制，构建智能端到端链路，实现网络切 片，支撑带宽资源弹性灵活的分配和保障。在无线确定性方面，5G通过高可靠通信技术，有望实现99. 9999%的确定性连 接可靠性，通过网络切片实现确定性带宽保证，借助低延 迟技术和边缘计算等 实现端到端确定性控制。2. 1灵活以太网(FlexE)基于灵活以太

46、网的网络切片方案能够实现带宽按需灵活分配，并且专用硬管道能 够实现安全、低时延的服务质量。灵活以太网技术能够通过PHY/MAC层协同调 度实现时隙交换以保证时延、提高带宽利用率，也能够与SDN技术结合实现 对L1层的传输控制，实现网络动态调整。FlexE技术旨在实现业务速率与物理通道速率的解耦，多个客户端可以共 享FlexE组中物理通道的总速率。Shim层将业务逻辑层和物理层隔开， 在 FlexEl.O 标准中可以把 FlexE组中的每个 1OOGEPHY划分成 20 个时 隙的数据承载通道，每个PHY所对应的这一组时隙被称为一个subcalendar, 其中每个时隙对应的带宽为5Gbpso根

47、据客户端和 FlexE组的映射 关系，FlexE可提供链路捆绑、子速率和通道化三种应用模式。(1)链路捆绑：将多个物理通道捆绑起来，形成一个总速率的逻辑通道，利用多 个低速率物理管道来支持更高的速率的客户端，实现大流量的业务传输，可以替 代LAG或ECMP并且能够避免哈希算法带来的低效率。(3)通道化：客户业务在多条物理通道上的多个时隙传递，分布在多条不同物理 通道的多个时隙上，多个客户共享多个物理通道。 客户业务在FlexE上传递 时，根据实际情况选择不同的时隙组合，合理利用物理通道带宽。3. 1. 1 FlexE 架构在 FlexE中，主要包含 Client, Shim和 Group三种组

48、件。FlexEClient指的 是对应于网络的各种用户接口，与现有IP/Ethernet网络中的传统业务接口一 致，FlexEClient可根据带宽需求灵活配置，支持各种速率的以太网MAC数据流, 并通过64B/66B的编码的方式将数据流传递至FlexEShim层。FlexEGroup本 质上就是IEEE802. 3标准定义的各种以太网PHY层，由于重用了现有IEEE802. 3定义的以太网技术，使得FlexE架构得以在现有以太网MAC/PHY基础上进一步增强。Shim作为核心部件，是映射或反映射client 和 group,实现 client对 group的多路复用以及 group到 cli

49、ent的解复 用。2. 1. 2 FlexE 技术(1) FlexEShim 层FlexEShim层通过对64/66编码后的客户端业务流进行时隙排列、成员分发和 开销插入三个步骤实现FlexE速率与物理通道解耦的核心功能，其实现客户业 务承载的工作流程就是Shim层实现多路复用的过程。1) FlexE 帧FlexEShim层通过 Overhead提供带内管理通道，支持在对接的两个 FlexE接 口之间传递配置管理信 息，实现链路的自动协商建立。开销帧中，第一 个 OverheadSlot中包含 “0x4B”的控制字符与 “0x5”的“OCode”字符等 信息。在信息传送过程，对接的两个FlexE接口之间通过控制字符与OCode