確定性網(wǎng)絡(luò)面臨的技術(shù)瓶頸需要在6G時代逐步探索

（CWW）網(wǎng)絡(luò)的確定性技術(shù)起源于固定網(wǎng)絡(luò)，最初用于以太網(wǎng)絡(luò)中時間同步、流量調(diào)度整形和傳輸可靠性等方面。隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的確定性主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量可保障，包括有界時延、低抖動、高可靠性以及高精度的時間同步等特性。本文通過分析上述固網(wǎng)及移動網(wǎng)絡(luò)確定性技術(shù)發(fā)展瓶頸，提出從鞏固已有確定性能力、加強跨域融合、開展廣域確定性研究這三個方面，推動確定性網(wǎng)絡(luò)機制成熟，并在6G時代廣泛使用。

確定性網(wǎng)絡(luò)研究的驅(qū)動力

隨著工業(yè)制造、車聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展，移動網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)從2G-4G以人為中心的消費互聯(lián)網(wǎng)，逐步轉(zhuǎn)向5G時代服務(wù)垂直行業(yè)的產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。面向未來6G時代，移動通信網(wǎng)絡(luò)從提供盡力而為的服務(wù)，需要逐步演進發(fā)展為提供覆蓋確定、連接確定、時延確定和安全確定的質(zhì)量可保障網(wǎng)絡(luò)，并將逐漸成為垂直行業(yè)發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)升級發(fā)展的動力。

從IEEE、IETF到3GPP，各標準組織對確定性傳輸有不同的定義，典型業(yè)務(wù)需求主要集中在有界的時延和低抖動，極高的可靠性，以及端到端高精度的時間同步等四個方面。

確定性網(wǎng)絡(luò)發(fā)展背景與研究現(xiàn)狀

確定性的概念最初在IEEE提出并進行標準化，IEEE 802.1工作組于2007年創(chuàng)建了AVB音頻視頻橋接任務(wù)組，其目標是用以太網(wǎng)取代家庭中的HDMI、揚聲器和同軸電纜。2012年，IEEE 802.1AVB任務(wù)組更名為TSN時間敏感網(wǎng)絡(luò)任務(wù)組。TSN標準擴展了AVB的技術(shù)，成為新一代以太網(wǎng)協(xié)議。IEEE TSN工作組已發(fā)布13個基本協(xié)議，包括同步、可靠、時延和管理四個方面結(jié)合，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡蜁r延、低抖動和極低的丟包率，實現(xiàn)確定性的網(wǎng)絡(luò)傳輸。

2015年，IETF成立DetNet（Deterministic Networking）工作組，專注于在IP（3層）上實現(xiàn)確定傳輸路徑，以此提供跨局域網(wǎng)的端到端網(wǎng)絡(luò)的確定性時延。目前DetNet主要關(guān)注于單個網(wǎng)絡(luò)域的場景，或者是緊密關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)之間的場景，不包括大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。DetNet工作組目前已經(jīng)發(fā)布各項標準，包括問題陳述、用例研究和架構(gòu)研究標準。DetNet也存在著一些局限性：目前只做了基于IP（3層）的可靠性保障機制，沒有轉(zhuǎn)發(fā)時延控制，且無法很好應(yīng)用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。

針對TSN和DetNet存在的問題，IETF正在進行大規(guī)模確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)DIP的研究。DIP基于確定性的報文調(diào)度和端到端時延保證機制，實現(xiàn)IP大網(wǎng)端到端時延確定性和大規(guī)?？蓴U展性。2018年IETF DetNet工作組已完成網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和工作流程等技術(shù)方案。

3GPP于2018年7月R16階段開始Vertical LAN項目研究，其中面向工業(yè)制造場景開展了5G支持IEEE TSN協(xié)議的研究及標準化。3GPP R16為適配IEEE TSN協(xié)議，支持流量排定、時間同步、流量過濾、網(wǎng)絡(luò)拓撲發(fā)現(xiàn)與資源預(yù)留5個最基本的協(xié)議。5G系統(tǒng)作為透明的TSN橋集成在TSN系統(tǒng)中，利用了URLLC的“保證比特速率承載”機制，通過TSN的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)包括周期性、流方向、流到達時間，來輔助無線資源預(yù)留。

3GPP在R17階段的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)項目中將進一步完善5G支持IEEE TSN協(xié)議，實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)生確定性，支持5G系統(tǒng)作為時鐘源同步全網(wǎng)其它節(jié)點以支持確定性傳輸，簡化系統(tǒng)要求和配置流程，擴展應(yīng)用場景，優(yōu)化終端間路由并增強時鐘同步。

確定性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

5G確定性聯(lián)盟于2019年6月由華為牽頭成立，成員包括三大運營商以及國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、央視、中日友好醫(yī)院等在內(nèi)的垂直行業(yè)。該組織的目的是：打造差異化加確定性的網(wǎng)絡(luò)能力，合力打造面向5G的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新平臺。目前該組織的合作主要圍繞切片和邊緣計算技術(shù)展開，隨著R16標準成熟和設(shè)備發(fā)展，后續(xù)將啟動基于5G+TSN技術(shù)的原型搭建，開展測試驗證。

6G時代確定性技術(shù)展望

確定性網(wǎng)絡(luò)被認為是6G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。IMT-2030網(wǎng)絡(luò)技術(shù)工作組中專門成立了針對確定性網(wǎng)絡(luò)研究的工作組子組。三星于7月14日發(fā)表的6G白皮書中也提到6G網(wǎng)絡(luò)需要是高精度的網(wǎng)絡(luò)，其延遲、抖動必須要是“確定性”的。當(dāng)前確定性技術(shù)研究還面臨著一些技術(shù)上的瓶頸需要在6G時代進行逐步探索和研究，主要體現(xiàn)在固定網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)兩方面。

在固定網(wǎng)絡(luò)方面：（1）TSN主要針對局域網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，在較大規(guī)模的場景中，可擴展性不好。在需求上，部分垂直行業(yè)的確定性需求指標還不明確。針對不同的確定性場景和需求，整體方案復(fù)雜，無法實現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)范的實施方案來滿足所有場景需求。（2）DetNet主要關(guān)注于TSN相關(guān)機制在三層網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，并且目前聚焦在規(guī)模有限的場景；底層的時延保障采用TSN相關(guān)的技術(shù)，因此也繼承了TSN可擴展性不好的問題。（3）DIP針對大規(guī)模、長距離網(wǎng)絡(luò)中的確定性技術(shù)，會涉及到對現(xiàn)有的TSN機制的增強和改進，但因為場景更為復(fù)雜，大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中的流的數(shù)量太多，TSN的一些轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備時間同步、逐流調(diào)度的假設(shè)無法成立。

在移動網(wǎng)絡(luò)方面，其本身的特點和局限性使得確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)仍面臨三大挑戰(zhàn)：（1）移動網(wǎng)絡(luò)空口與有線傳輸相比更易受環(huán)境和用戶移動性的影響，傳輸質(zhì)量更難保障。（2）移動網(wǎng)絡(luò)的QoS本質(zhì)是資源搶占，設(shè)置高優(yōu)先級QoS僅提高了資源搶占的概率，無法保障穩(wěn)定的業(yè)務(wù)體驗。（3）網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量跨層、實時的故障定位與修復(fù)能力需提升。

展望6G時代，真正的確定性網(wǎng)絡(luò)將逐步成熟并實現(xiàn)廣泛的應(yīng)用。需要從確定性能力增強、固定和移動融合、廣域確定性機制三個方面開展工作。

持續(xù)鞏固——在局域場景下不斷完善確定性技術(shù)

固定網(wǎng)絡(luò)的確定性技術(shù)發(fā)展已接近10年，我們需將技術(shù)研究結(jié)合實踐進行繼續(xù)探索。探索高可靠性的時鐘同步機制，以及在不同場景下時鐘同步精度需求和使用條件的限制。進一步探索異步的流量整形技術(shù)，目前TSN機制大多依賴于時間同步，異步的低時延保障機制有利于更廣泛的網(wǎng)絡(luò)部署。建立一個確定性機制統(tǒng)一的YANG模型，包括相關(guān)機制的管理配置、監(jiān)控等，有利于提升確定性機制的自動化。

移動網(wǎng)絡(luò)方面，在6G網(wǎng)絡(luò)階段需實現(xiàn)內(nèi)生確定性。移動網(wǎng)絡(luò)逐節(jié)點的精確時間同步，實現(xiàn)底層設(shè)施、網(wǎng)元網(wǎng)關(guān)天然支持時間同步機制。在空口資源預(yù)留方面解決空口資源短缺問題。同時在6G的確定性網(wǎng)絡(luò)研究中，可以引入網(wǎng)絡(luò)可編程技術(shù)，選擇更靈活的協(xié)議配置，實現(xiàn)協(xié)議的簡化；此外，通過增加網(wǎng)絡(luò)性能衡量維度來增強網(wǎng)絡(luò)的QoS保障，從而細化網(wǎng)絡(luò)的確定性粒度。

融合互通——實現(xiàn)固定和移動網(wǎng)絡(luò)跨域融合的確定型網(wǎng)絡(luò)

6G時代是確定性網(wǎng)絡(luò)廣泛發(fā)展的時代，將從移動、固定網(wǎng)絡(luò)獨立發(fā)展的模式向著跨域融合發(fā)展的模式轉(zhuǎn)變。移動網(wǎng)絡(luò)需要吸收現(xiàn)有固網(wǎng)二層、三層確定性傳輸協(xié)議，實現(xiàn)與固網(wǎng)確定性機制融合，即協(xié)議支持、協(xié)同調(diào)度和部署融合。

努力拓展——探索廣域確定性網(wǎng)絡(luò)機制

確定性網(wǎng)絡(luò)由于技術(shù)的特性無法適用于大范圍網(wǎng)絡(luò)，因此探索廣域確定性網(wǎng)絡(luò)機制，構(gòu)建全場景、跨層跨域的確定性網(wǎng)絡(luò)是6G網(wǎng)絡(luò)的長遠目標。初期的大規(guī)模確定性網(wǎng)絡(luò)中嚴格確定性流量的占比可能不高，存在著一些過渡方案，需要考慮特定場景的專用方案；其次要對跨層確定性機制進行研究突破移動網(wǎng)絡(luò)的移動性與傳統(tǒng)的IP轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)律等技術(shù)難點，實現(xiàn)端到端逐節(jié)點確定性傳輸；此外需要加強確定性跨域機制的研究，如探索跨域的精確時間同步機制，在更大的范圍內(nèi)減小時間同步精度漂移，同時能夠融合多樣化的確定性技術(shù)方案。

全場景、長距離確定性網(wǎng)絡(luò)是一個很長時間內(nèi)需要研究的課題，需持續(xù)結(jié)合業(yè)界技術(shù)發(fā)展趨勢，攻克技術(shù)難點。

關(guān)鍵詞： 資訊 通信世界網(wǎng) 確定性網(wǎng)絡(luò) 6G 跨域融合 以太網(wǎng) 移動通