端到端確定性網(wǎng)絡架構和關鍵技術

劉鵬，杜宗鵬，李永競，陸璐，段曉東

（中國移動通信有限公司研究院，北京 100053）

1 引言

傳統(tǒng)的運營商IP網(wǎng)絡提供的主要是基于統(tǒng)計復用的連通服務，僅能提供面向逐包的基于差分服務的質量保障，很難提供逐流的基于綜合服務的質量保障。一方面，從5G面向垂直行業(yè)的超可靠低時延通信（ultra-reliable and low latency communications，uRLLC）業(yè)務開始提出了需要實現(xiàn)“端到端”低時延保障的需求[1]。另一方面，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為代表的產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉型發(fā)展，促使更多的企業(yè)業(yè)務上云，這些業(yè)務在時延、抖動和可靠性方面提出更為嚴苛的要求。在面向6G的網(wǎng)絡演進中，確定性網(wǎng)絡被納為其中最關鍵的技術之一，其潛在的應用場景如沉浸式混合現(xiàn)實、全息通信等[2]，是傳統(tǒng)“統(tǒng)計復用、盡力而為”的IP網(wǎng)絡無法滿足的。

確定性網(wǎng)絡是一種通過對網(wǎng)絡數(shù)據(jù)轉發(fā)行為的控制，實現(xiàn)可預期、可規(guī)劃的，將時延、抖動和丟包率等控制在確定范圍內(nèi)的網(wǎng)絡技術。越來越多的應用對網(wǎng)絡時延的上界/下界提出了嚴格且明確的訴求，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡提供的“盡力而為”服務已不能滿足。如工業(yè)中的運動控制需要保證毫秒級的時延和微秒級的抖動[3]，電力差動保護也需要毫秒級的時延保障[4]，其他如游戲、視頻業(yè)務也期望得到盡可能穩(wěn)定、優(yōu)質的網(wǎng)絡服務，時延和抖動等控制在數(shù)十毫秒以內(nèi)，從而保障良好的業(yè)務體驗。

電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）于2006年首先開展確定性網(wǎng)絡標準的研制，成立了“音視頻橋接工作組AVB”，研究音視頻局域網(wǎng)絡的確定性；2012年更名為“時間敏感網(wǎng)絡工作組TSN”[5]，將應用場景擴展至工業(yè)、車載以及前傳等，至今已經(jīng)發(fā)布一系列核心的標準26項，包含同步、流量控制、配置等內(nèi)容。國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務組（IETF）（于2015年成立“確定性網(wǎng)絡（deterministic networking，DetNet）工作組”，沿用TSN的技術體系，解決基于IP等網(wǎng)絡層的確定性問題。當前已經(jīng)發(fā)布標準12項，包括場景、架構、數(shù)據(jù)面的封裝、YANG模型配置以及安全性考慮等，下一步計劃研究隊列調度的機制。3GPP從R16開始引入TSN機制，支持最基本的5個IEEE TSN協(xié)議，并對5G網(wǎng)絡進行時間同步機制和確定性服務保障增強，R17階段對R16進一步增強，并支持基于5G的確定性能力開放，當前標準研究已經(jīng)進入R18立項討論階段。中國通信標準化協(xié)會（CCSA）各標準技術工作委員會和特設任務組從2018年起均已經(jīng)開展面向運營商網(wǎng)絡、下一代移動無線網(wǎng)絡、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的確定性網(wǎng)絡行業(yè)標準的制定。

雖然各行業(yè)和標準化組織都已經(jīng)開展確定性網(wǎng)絡技術的研究，對于業(yè)務的確定性時延要求，目前仍然無法很好地保障。TSN的時延控制機制適用于范圍較小的二層網(wǎng)絡，對于長距離、拓撲復雜的網(wǎng)絡，TSN的可擴展性并不夠優(yōu)異；DetNet雖然在IP層做了一些工作，但由于繼承了TSN的技術，也面臨和TSN一樣的問題，并且DetNet目前只考慮單管理域的網(wǎng)絡[6]，可支持的業(yè)務有限。5G引入TSN還在初期階段，TSN機制的復雜性對于5G的引入是一個很大的挑戰(zhàn)。除了個別局域網(wǎng)的業(yè)務，大部分業(yè)務都是需要跨越多域以及多種接入方式的，所以在6G技術體系中，對于確定性網(wǎng)絡、端到端的確定性保障的研究是非常必要的。

本文分析了當前確定性網(wǎng)絡研究面臨的問題，提出了端到端確定性網(wǎng)絡架構以及相應技術實現(xiàn)方向和推進策略，以保障業(yè)務端到端的時延等需求。

2 確定性網(wǎng)絡要解決的問題

2.1 網(wǎng)絡的單跳時延

網(wǎng)絡的單跳時延主要由傳播時延和節(jié)點內(nèi)時延組成，如圖1所示。其中傳播時延是指數(shù)據(jù)包在鏈路上傳播的時延，主要取決于網(wǎng)絡設備之間的鏈路距離及鏈路傳輸速率。在一個穩(wěn)定的網(wǎng)絡拓撲中，鏈路距離及鏈路速率相對穩(wěn)定，因此鏈路時延幾乎沒有變化的空間。

圖1 網(wǎng)絡單跳時延

節(jié)點內(nèi)時延主要包括報文的處理、排隊、發(fā)送和重傳等，特別是節(jié)點中的排隊時延是造成長尾效應的主要因素。當沒有任何網(wǎng)絡擁塞時，數(shù)據(jù)報文進入緩沖隊列的時延幾乎為零，但是網(wǎng)絡一旦有擁塞發(fā)生，報文必須在網(wǎng)絡設備（路由器、交換機）中排隊等待。這個時間不是固定的，與網(wǎng)絡繁忙程度以及隊列排隊機制相關。網(wǎng)絡負載比較輕的時候，不需要排隊，無排隊時延；負載較重時，排隊則可能時延很大（幾十到幾百毫秒都有可能）。所以，鏈路時延的可降低空間十分有限，達到低時延進而實現(xiàn)確定性網(wǎng)絡的關鍵在于減少節(jié)點內(nèi)的時延。

確定性網(wǎng)絡中，可以事先調度規(guī)劃好關鍵事件的發(fā)生序列。各個子系統(tǒng)之間通過通信任務的特定調度規(guī)劃和數(shù)據(jù)包的處理調度，使確定性任務處于一種無沖突的狀態(tài)，避免了信息在交換過程中不可控制的排隊，有效地降低了設備的緩存成本以及傳輸?shù)却鴮е碌臅r延，從而使得整個網(wǎng)絡的關鍵數(shù)據(jù)包的傳送處于確定的狀態(tài)。圖2給出了在傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡和確定性網(wǎng)絡中的端到端傳送時延的概率密度分布，可以看到確定性網(wǎng)絡的時延和抖動是有上界的。

圖2 網(wǎng)絡單跳時延

2.2 網(wǎng)絡的端到端時延

網(wǎng)絡的端到端時延是指業(yè)務請求從客戶端發(fā)出之后，一直到數(shù)據(jù)中心進行處理所經(jīng)過的所有網(wǎng)絡鏈路和設備的時延。如圖3所示，網(wǎng)絡端到端單向時延包括以下4種。

圖3 端到端的網(wǎng)絡時延

（1）無線側時延：無線側時延主要是指業(yè)務數(shù)據(jù)從端側發(fā)出，經(jīng)無線空口被無線電接入網(wǎng)（radio access network，RAN）接收的時延。

（2）回傳網(wǎng)時延：從基站連接至用戶面功能（user plane function，UPF）的時延，這段網(wǎng)絡不同的運營商采用不同的技術，如分組傳送網(wǎng)（packet transport network，PTN）、切片分組網(wǎng)（slicing packet network，SPN）以及IP無線電接入網(wǎng)（IP - RAN）技術等。

（3）UPF處理時延：UPF作為5G核心網(wǎng)的用戶面網(wǎng)元，是RAN與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡（data network，DN）之間的連接點，負責完成數(shù)據(jù)報文的識別和重封裝。其中，服務質量（quality of service，QoS）映射、深度包檢測（deep packet inspection，DPI）等功能處理會帶來一定的時延。

（4）IP承載網(wǎng)時延：IP承載網(wǎng)主要指省際骨干網(wǎng)、分城域網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)，采用的是IP網(wǎng)絡技術。

通常除了局域網(wǎng)業(yè)務，其他需要訪問外網(wǎng)或者互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務都需要經(jīng)過多個網(wǎng)絡域，包括跨越局域網(wǎng)、運營商不同自治域（autonomous system，AS）的網(wǎng)絡以及不同運營商之間的網(wǎng)絡，單個設備的確定性轉發(fā)無法保障全局的確定性。當前確定性網(wǎng)絡的轉發(fā)面技術如流量整形、隊列調度等均以解決單跳時延為基礎，缺少了基于端到端時延保障的考慮。

3 端到端確定性網(wǎng)絡架構

端到端的確定性網(wǎng)絡不僅要解決網(wǎng)絡設備對報文處理的時延，也需要協(xié)同多域、多運營商的全局時延?；谝陨显瓌t，本文提出了端到端確定性網(wǎng)絡的架構，如圖4所示。

圖4 端到端確定性網(wǎng)絡架構

3.1 端到端橫向跨網(wǎng)絡域

從網(wǎng)絡域的角度看，端到端的確定性網(wǎng)絡包括3個部分：用戶側、網(wǎng)絡側及跨網(wǎng)絡域。

3.1.1 用戶側

用戶側主要是指企業(yè)網(wǎng)絡。以工業(yè)為例，工業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡通常分為信息網(wǎng)絡和生產(chǎn)網(wǎng)絡[7]，其中離用戶站點較近的生產(chǎn)網(wǎng)絡對時延有一定的要求。傳統(tǒng)的生產(chǎn)網(wǎng)絡采用的總線或工業(yè)以太網(wǎng)技術，可以保障時延，但是無法適應工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)趨勢下的互聯(lián)互通要求，這也是TSN深入工業(yè)想要解決的問題。

TSN的一系列流量控制的機制，適用于企業(yè)規(guī)模的網(wǎng)絡，TSN在工業(yè)的融合發(fā)展趨勢[7]，促使信息和生產(chǎn)系統(tǒng)在網(wǎng)絡層互聯(lián)，應用層語義一致，實現(xiàn)不同系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

3.1.2 網(wǎng)絡側

網(wǎng)絡側主要是指運營商網(wǎng)絡，包括5G無線側、接入網(wǎng)、匯聚網(wǎng)和骨干網(wǎng)。無線側的確定性是端到端確定性網(wǎng)絡的關鍵環(huán)節(jié)之一，目前暫無明確的方案，可以考慮采用資源預留的方式優(yōu)化重要業(yè)務的部分時延。匯聚和接入網(wǎng)絡主要采用PTN/SPN/IP - RAN等技術，也都在一定程度上考慮了網(wǎng)絡時延的需求，不過是否需要進一步的基于二層或者三層網(wǎng)絡的確定性技術支持還有待驗證。骨干網(wǎng)基于IP協(xié)議實現(xiàn)，所以基于三層的確定性技術是主要的選擇。

5G邊緣計算的興起使得數(shù)據(jù)中心和UPF逐漸融入運營商的融合/接入網(wǎng)絡中。以UPF為分界點，回傳網(wǎng)和承載網(wǎng)可能采用不同的技術和協(xié)議，這兩部分網(wǎng)絡也有不同的控制面。流量從用戶側發(fā)出，到UPF之前，通過5G系統(tǒng)的控制面來管理和配置，在UPF之后即進入固網(wǎng)的范圍。5G系統(tǒng)對于流量的QoS有著比較復雜和較為全面的控制，但是在UPF之后，僅僅映射為固網(wǎng)IP協(xié)議的差分服務代碼點（differentiated services code point，DSCP）字段[8-9]，DSCP共定義了64種，但是現(xiàn)階段并未在現(xiàn)網(wǎng)中應用。所以一方面流量在5G網(wǎng)絡中并沒有實現(xiàn)嚴格的確定性，另一方面在UPF之后無法得知其具體的QoS需求，也無法實現(xiàn)確定性?，F(xiàn)階段3GPP開始啟動對確定性機制的引入，即使兩部分網(wǎng)絡都實現(xiàn)了確定性，也需要充分感知和交互，才能實現(xiàn)端到端的確定性。

3.1.3 跨網(wǎng)絡域

跨網(wǎng)絡域的情況包括跨同一個運營商網(wǎng)絡的多個網(wǎng)絡域，不同網(wǎng)絡域所采用的網(wǎng)絡技術可能不同；也包括跨不同運營商的網(wǎng)絡，如用戶通常通過某一運營商的網(wǎng)絡接入，訪問其他運營商網(wǎng)絡中的服務。

確定性的業(yè)務流在各個網(wǎng)絡域都需要被識別才能保證其快速有序的轉發(fā)，可能涉及時間同步、頻率同步、非同步技術的結合，確定性流量標識的解析和重封裝，各域所劃分時間片的協(xié)商等機制。因此，需要跨域互通的管理系統(tǒng)來建立有效的協(xié)商和確定性轉發(fā)機制，以保證業(yè)務流的及時到達，該系統(tǒng)可能根據(jù)網(wǎng)絡規(guī)模以及所屬運營商需求，通過集中式或者分布式部署。

3.2 端到端縱向跨協(xié)議層

確定性網(wǎng)絡的實現(xiàn)技術包括數(shù)據(jù)面、控制面和管理面。各個功能平面包含了不同的協(xié)議，需要各協(xié)議的協(xié)同來保障端到端的確定性。

3.2.1 數(shù)據(jù)面

數(shù)據(jù)面技術是確定性網(wǎng)絡的基礎，包括流量整形、隊列調度、標簽解析等，這些機制規(guī)定了網(wǎng)絡設備中時間敏感流的排序和轉發(fā)規(guī)則，可以單個或者組合使用，達到不同的確定性效果。

（1）流量整形

單個業(yè)務的流量可能會呈現(xiàn)出規(guī)律性，如工業(yè)類的應用、物聯(lián)網(wǎng)設備周期性的數(shù)據(jù)采集等，對于整體的網(wǎng)絡流量，通常是無規(guī)則的。需要在網(wǎng)絡設備處對無規(guī)則的流量進行整形，服從一定的規(guī)律分布，從而便于后續(xù)的處理。IEEE 802.1Qav定義了基于信任的整形，通過信任消耗和累積算法來決定每種流量是否發(fā)送和等待[10]。

（2）隊列調度

網(wǎng)絡設備內(nèi)部對報文或流的處理一般是基于隊列先進先出（first input first output，F(xiàn)IFO）的原則，通過對報文所對應的收發(fā)隊列的控制，可以調整其在某個網(wǎng)絡設備發(fā)送的時間，從而達到逐流逐報文可控的效果。IEEE 802.1 Qbv[11]是典型的隊列調度機制，也是循環(huán)隊列調度[12]（cyclic queuing and forwarding，CQF）以及異步流量整形[13]（asynchronous traffic shaping，ATS）等調度的基礎。

（3）標簽解析

消息在不同網(wǎng)段傳輸時，由于不同網(wǎng)絡的實現(xiàn)技術不同，可能需要對標簽進行重新解析和封裝。例如，從L2網(wǎng)絡到L3網(wǎng)絡，時間敏感流的關鍵字段需要從以太網(wǎng)幀中解析出來，封裝成IP報文。

（4）周期映射

一些非時間同步的確定性網(wǎng)絡實現(xiàn)機制，如確定性IP[14]（deterministic IP，DIP），需要基于循環(huán)隊列的機制對上下游設備進行標簽映射。

（5）富語義識別

報文中可能攜帶其他的擴展信息，如應用的需求信息、時間戳等信息，需要能夠對這些擴展信息進行識別，從而滿足多樣化的數(shù)據(jù)面功能的擴展。

3.2.2 控制面

控制平面主要包括時間/頻率同步、資源預留、流聚合、拓撲生成和路徑選擇等。

（1）時間/頻率同步

時間或頻率同步是目前大多數(shù)確定性網(wǎng)絡實現(xiàn)機制的基礎，TSN體系中大部分標準基于時間同步實現(xiàn)，也有基于非時間同步的技術。

（2）資源預留

資源預留是保障確定性網(wǎng)絡服務的基礎，傳統(tǒng)的資源預留協(xié)議[15]（resource reservation protocol，RSVP）或基于流量工程擴展的資源預留協(xié)議[16]（RSVP-traffic engineering，RSVP-TE）協(xié)議目前應用并不是特別廣泛，一方面原因是之前確定性業(yè)務并未興起，另一方面原因是降低了網(wǎng)絡資源利用率。所以需要提升資源預留的粒度和準確度，并且改進廣域網(wǎng)絡對應流聚合情形下的資源預留方案。

（3）流聚合

在大多數(shù)大規(guī)模確定性網(wǎng)絡中，由于業(yè)務的多樣性，需要進行流量聚合，詳細定義聚合策略，如開始和結束時間、流量類型和特征。

（4）拓撲生成

確定性網(wǎng)絡的部署可能是分階段的，演進過程中并非所有設備都支持確定性網(wǎng)絡的功能，可能采取隧道技術或者疊加層（overlay）的方式，因此需要具備確定性網(wǎng)絡設備和拓撲生成的功能。

（5）路徑選擇

在大多數(shù)情況下，路徑選擇與時延有一定關系，需要考慮整個流量負載和應用的需求。確定性路徑的技術如基于IPv6的分段路由協(xié)議（segment routing IPv6，SRv6）目前已經(jīng)比較成熟，可以作為候選方案之一。

3.2.3 管理面

管理面需要實現(xiàn)確定性網(wǎng)絡的跨域互通管理、資源管理配置、性能檢測、多用戶配置和能力調用等功能。

（1）跨域互通管理

配置確定性網(wǎng)絡流量在不同網(wǎng)絡域的策略，可能包括域間的資源分配和協(xié)商等功能。

（2）資源管理配置

可以是一些基本的網(wǎng)絡配置，也可以是特定的資源，如YANG模型、端口、周期映射關系等。

（3）性能監(jiān)測

通過獲取網(wǎng)絡反饋來調整轉發(fā)策略，定位故障，并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)預測網(wǎng)絡擁塞。

（4）多用戶配置

確定性網(wǎng)絡需要考慮一定的應用方的需求，在視頻、游戲等應用中，涉及用戶之間的交互，因此需要保持同一應用中多用戶的一致性，從而達到最優(yōu)的業(yè)務體驗，需要同時考慮路徑選擇和流聚合策略等。

（5）能力調用

向用戶云開放確定性網(wǎng)絡的能力，如路徑計算、門控制列表等。用戶云通常包括基本的網(wǎng)絡配置功能，但對于復雜的網(wǎng)絡管理或者控制面功能，可以通過調用大網(wǎng)的能力實現(xiàn)。

4 端到端確定性網(wǎng)絡關鍵技術探索

基于第3節(jié)提出的端到端確定性網(wǎng)絡架構，本文將在數(shù)據(jù)面、控制面、管理面提出相應的技術方案。端到端的確定性網(wǎng)絡的總體思路一方面是解決單個設備的報文處理時延，另一方面要考慮全局的跨域跨層的協(xié)同問題。

4.1 自適應流量整形機制

造成網(wǎng)絡時延劇增的主要原因是流量的微突發(fā)，微突發(fā)（microbrust）是指端口在非常短的時間（毫秒級別）內(nèi)收到非常多的突發(fā)數(shù)據(jù)，典型的微突發(fā)的持續(xù)時間通常在1～100 ms，以至于瞬時突發(fā)速率達到平均速率的數(shù)十倍、數(shù)百倍，甚至超過端口帶寬。微突發(fā)是網(wǎng)絡中的常見情況，如圖5所示，產(chǎn)生的原因包括如下3種。

圖5 網(wǎng)絡流量速率

· IP流量本身具有突發(fā)性、自相似性：業(yè)務流量的波動，以及間歇性、不穩(wěn)定的特征。

· IP網(wǎng)絡中的入端口總帶寬超過出端口的總帶寬，如大帶寬的端口向低帶寬的出端口發(fā)送流量、相同速率的多個入端口向一個出端口發(fā)送流量。

· IP設備的盡快轉發(fā)的機制：傳統(tǒng)的高端路由器/交換機設計理念是統(tǒng)計復用，追求大的吞吐量，IP層不處理丟包重傳。

TSN的各種有界時延（bounded latency）的機制中，都會涉及微突發(fā)的消除，如通過整形或者時隙隔離避免流量的聚集。本文提出一種自適應的微突發(fā)抑制方案，主要思路如下：

（1）在網(wǎng)絡邊緣設備執(zhí)行低時延流量的整形；

（2）在中間轉發(fā)設備，針對端口的低時延流量進行速率感知和整體的調整；

（3）在每個設備接口上維護一個合適的緩存深度，讓報文快速有序轉發(fā)。

通過緩存深度的自適應調整，保持時刻的流量規(guī)則性，如圖6所示。此機制可以應用在各種網(wǎng)絡域的轉發(fā)設備上。

圖6 自適應流量整形效果

4.2 控制面方案：周期性的資源預留機制

IEEE中定義的CQF引入循環(huán)隊列機制處理關鍵流，所有業(yè)務最終由設備根據(jù)隊列的周期調度來接收和發(fā)送。如果鏈路時延和處理時延相對于循環(huán)時間可以忽略不計，那么對于特定的臨界業(yè)務流，該機制可以使用兩個隊列，否則，該機制需要使用更多的隊列。如圖7所示，隊列1和2將交替打開和關閉。當隊列1打開并傳輸數(shù)據(jù)時，隊列2關閉并接收數(shù)據(jù)，然后隊列2打開并傳輸數(shù)據(jù)，隊列1關閉并接收數(shù)據(jù)。

圖7 CQF隊列調度

在端到端的網(wǎng)絡中，由于業(yè)務的多樣性和網(wǎng)絡拓撲結構的復雜性，不建議網(wǎng)絡的轉發(fā)節(jié)點感知每個確定性業(yè)務流的具體情況，因此需要進行流聚合?；诹骶酆系馁Y源預留機制的方法可以描述如下。

（1）逐流地重塑從入口節(jié)點到出口節(jié)點的對時間敏感的業(yè)務流；

（2）根據(jù)目的地地址和交織安排進行流聚合；

（3）將收斂后的流看作一個流，只維持RSVP的一個會話，從而減少網(wǎng)絡中的流數(shù)；

· 轉發(fā)節(jié)點不感知每個業(yè)務流的進入和退出，只感知預留帶寬的變化，不影響轉發(fā)的操作。

· 在申請資源預留時，入口節(jié)點可以考慮適當預留更多的資源。

（4）入口節(jié)點到其他出口節(jié)點的流量將聚合到其他流中并進入特定路徑；

（5）如果這些聚合流被轉發(fā)到同一出口節(jié)點，它們都將被調度到同一路徑的路由器中的3個隊列。為了將這些流盡可能均勻地分配給3個隊列，可以根據(jù)分組循環(huán)或字節(jié)數(shù)將交織流均勻地分配給3個隊列。如圖8所示，4個不同的流聚合為一個流，并且平均分布。

圖8 流的平均分布

4.3 數(shù)據(jù)面方案：基于時間的信息交互

由于各個網(wǎng)絡域采用的基礎網(wǎng)絡技術不同，對應的確定性機制也可能不同，從數(shù)據(jù)面角度出發(fā)，需要進行一定的信息交互。

假設用戶通過5G網(wǎng)絡發(fā)送業(yè)務請求，數(shù)據(jù)報文將會經(jīng)過5G回傳網(wǎng)、承載網(wǎng)，之后進入數(shù)據(jù)中心。5G回傳網(wǎng)和承載網(wǎng)目前由兩套控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)面的互通只有UPF處映射為DSCP信息，無法得知其他信息，不利于端到端時延的控制。

業(yè)界當前提出了對數(shù)據(jù)面進行擴展的辦法，如應用感知網(wǎng)絡[17]（application-aware networking，APN），可以應用在確定性網(wǎng)絡[18]。跨域的確定性網(wǎng)絡可以通過攜帶時間信息來實現(xiàn)，如圖9所示。

圖9 數(shù)據(jù)面互通方案

· 在初始業(yè)務請求時，由控制面進行交互協(xié)商各域的轉發(fā)時間；

· 域內(nèi)的轉發(fā)由各域獨立完成，在域間節(jié)點，需要對剩余時間進行檢查，從而評估是否可以按時到達；

· 如果在某個域轉發(fā)超過約定的時間，可以進行進一步協(xié)商，是否更改后續(xù)轉發(fā)路徑，以保障業(yè)務報文按時到達。

該方法需要不同網(wǎng)絡域的出入口設備對報文種類以及報文攜帶的時間信息進行識別。以5G接入為例，5G數(shù)據(jù)面信息被封裝在通用分組無線業(yè)務（general packet radio service，GPRS）隧道傳輸用戶面協(xié)議[19]（GPRS tunnel protocol for user plane，GTP-U），UPF需要新增功能識別出對應用的需求信息，并重新封裝在IP報文，后由承載網(wǎng)繼續(xù)傳輸。

該方法中各網(wǎng)絡域的計時由各個域完成，各域出口設備計算在該域所消耗的時間，更新剩余時間信息，并轉發(fā)給后續(xù)的網(wǎng)絡域。各域的控制器可以通過分布式的協(xié)議，達成對時間計算的一致性，以及對于轉發(fā)策略的協(xié)商。

4.4 管理面方案：多用戶接入的配置

現(xiàn)有技術可以一定程度上保證網(wǎng)絡的低時延和確定性轉發(fā)，但是無法保證多用戶在同一服務下的業(yè)務一致性。當不同用戶進行同一種業(yè)務時，由于所處地理位置不同，所依賴的網(wǎng)絡拓撲不同，會造成不同的時延和抖動，從而使原本應獲取相同時延、抖動保障的服務，存在差異性和“不公平性”。

這種差異性無法滿足多方協(xié)作的任務，如工業(yè)的多方控制。同時，也會降低視頻/游戲等娛樂和辦公類應用體驗?，F(xiàn)有的技術方案主要涉及數(shù)據(jù)面和控制面的流量控制功能實現(xiàn)，還未考慮該問題。

可以通過管理面，對業(yè)務服務節(jié)點和相應的路徑進行選擇，從中挑選出可以保障業(yè)務一致性的路徑。路徑選擇算法可以通過擴展約束的最短路徑優(yōu)先（constrained shortest path first，CSPF）機制實現(xiàn)，CSPF算法基于dijkstra最短路徑算法，可以在選擇路徑的時候加入約束條件，從而挑選出合適的路徑。流程如圖10所示。

圖10 多用戶接入配置

（1）聲明業(yè)務需求，可以參考APN技術，將時延、抖動等需求寫入報文；

（2）根據(jù)業(yè)務需求輸入對CSPF路徑約束的條件，CSPF算法模塊可以輸出所有滿足條件的路徑；

（3）通過路徑選擇模塊選擇最優(yōu)的路徑，并通過RSVP協(xié)議進行資源預留，最后開始業(yè)務的數(shù)據(jù)傳輸。

通過此方法，可以保障多用戶接入的確定性，提升用戶本身以及和用戶交互的其他用戶的參與體驗。

5 端到端確定性網(wǎng)絡推進策略思考

確定性網(wǎng)絡雖然已經(jīng)初具技術標準體系，但仍然存在可擴展性等的問題，至今仍未得到廣泛的部署。并且，新型業(yè)務也在逐步發(fā)展過程中，業(yè)務特性以及對網(wǎng)絡的具體指標要求仍需伴隨網(wǎng)絡能力的增強進一步明確。對于面向6G的端到端確定性網(wǎng)絡推進策略，建議如下。

（1）確定性局域網(wǎng)方案先行，帶動廣域網(wǎng)的確定性需求和方案發(fā)展。

從標準的發(fā)展來看，當前的技術標準可以較好地應用于局域網(wǎng)，并且已經(jīng)得到產(chǎn)業(yè)界的多方面驗證，廣域網(wǎng)的技術和標準仍然在探索和完善階段。可以首先推進確定性技術在局域網(wǎng)的廣泛應用，從而擴展至廣域網(wǎng)的范圍，進而推進端到端的確定性技術方案部署。

（2）根據(jù)不同的業(yè)務特性和需求，形成分級分階段多樣化的確定性方案。

確定性網(wǎng)絡技術的實現(xiàn)可以采用多種技術的組合，從而保障差異化的確定性網(wǎng)絡能力，兼顧成本和業(yè)務需求。6G的應用場景中，對于工業(yè)、電力等對確定性時延、可靠性要求苛刻的企業(yè)生產(chǎn)類業(yè)務，采用嚴格的確定性方案；對于混合現(xiàn)實、全息等用戶消費類業(yè)務，可以考慮采用非嚴格的弱確定性方案，成本低、易于部署。

（3）聯(lián)合業(yè)界產(chǎn)學研各方力量，推進確定性網(wǎng)絡方案的部署驗證。

確定性網(wǎng)絡的方案驗證目前還不夠豐富，并且缺乏結合具體業(yè)務的方案試驗，無法向業(yè)界提供強有力的價值證明，距離規(guī)模部署還有一定的距離。建議聯(lián)合業(yè)界各方，集中力量完善端到端確定性技術方案，廣泛尋求試驗驗證的環(huán)境，推進確定性網(wǎng)絡的部署落地。

6 結束語

確定性網(wǎng)絡的技術標準自提出以來已經(jīng)發(fā)展了十幾年，至今已經(jīng)初步形成完善的技術體系，隨著通信技術的提升以及產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展，確定性網(wǎng)絡的需求和應用場景也在不斷的豐富。近幾年確定性網(wǎng)絡已經(jīng)逐步應用于局域網(wǎng)絡，對于廣域網(wǎng)的確定性，是當前業(yè)界的一大難題，成熟的方案有限。

業(yè)務對網(wǎng)絡的時延等要求是端到端的，單獨解決某一段網(wǎng)絡的確定性轉發(fā)問題并不能有效保障整體的確定性。本文基于6G的網(wǎng)絡演進趨勢，分析了端到端確定性網(wǎng)絡需求，以及當前相關技術的研究進展，并提出了端到端確定性網(wǎng)絡架構和功能設計，對于其中的一些關鍵功能，給出了相應的解決思路。最后，針對確定性網(wǎng)絡當前發(fā)展和部署的問題，提出了相應的建議，呼吁業(yè)界廣泛開展相關技術研究和試驗驗證，共同促進技術和新型業(yè)務的發(fā)展。