隨著行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的加速推進，產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)需提供更多的確定性業(yè)務(wù)。在國家政策、技術(shù)發(fā)展和行業(yè)應(yīng)用需求等多方因素驅(qū)動下，確定性網(wǎng)絡(luò)成為熱點方向之一。在政策方面，工業(yè)和信息化部發(fā)布了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展行動計劃（2021—2023年）》，明確提出了"探索云網(wǎng)融合、確定性網(wǎng)絡(luò)、IPv6分段路由（SRv6）等新技術(shù)部署"的發(fā)展策略；在技術(shù)方面，3GPP R17和R18探索了L2和L3內(nèi)生確定性能力；在行業(yè)應(yīng)用需求方面，面向5G虛擬專網(wǎng)和行業(yè)專線承載的工業(yè)控制、智能電網(wǎng)等應(yīng)用場景，提出了端到端確定性承載需求。本文將以確定性承載的范疇和內(nèi)涵為基礎(chǔ)，分析確定性承載技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，提出確定性承載技術(shù)體系和評測體系。在此基礎(chǔ)上，重點分析確定性承載技術(shù)發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)，并提出技術(shù)發(fā)展建議。

確定性承載的范疇與內(nèi)涵

端到端確定性網(wǎng)絡(luò)包括確定性有線/無線接入網(wǎng)、確定性承載網(wǎng)、確定性核心網(wǎng)和業(yè)務(wù)網(wǎng)（見圖1）。確定性承載網(wǎng)絡(luò)的范疇涉及5G承載、算網(wǎng)融合/云網(wǎng)融合業(yè)務(wù)承載和行業(yè)專線專網(wǎng)場景，包括確定性增強的IP網(wǎng)、以太網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)技術(shù)。

圖1 端到端確定性網(wǎng)絡(luò)示意

從服務(wù)和技術(shù)兩個維度出發(fā)，確定性承載的內(nèi)涵可概括為5個基礎(chǔ)能力和5個關(guān)鍵特性（見圖2）。

圖2 確定性承載網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)涵

確定性承載的5個基礎(chǔ)能力包括資源預(yù)留/調(diào)度、時延/抖動控制、確定性路由和轉(zhuǎn)發(fā)、精準時頻同步、保護和恢復(fù)能力。確定性承載的5個外在關(guān)鍵特性包括時延確定性、帶寬確定性、安全隔離性、高可用性和時頻同步精度。其中，時延確定性需具備確定性的時延（即時延的上界）和確定性的時延抖動（即時延的上界和下界），部分確定性業(yè)務(wù)要求低時延、低抖動特性。

確定性承載技術(shù)體系

隨著確定性承載需求的逐步顯現(xiàn)，業(yè)界積極開展相關(guān)技術(shù)研究，覆蓋L0—L3層的各類技術(shù)不斷涌現(xiàn)?？傮w來看，確定性承載網(wǎng)絡(luò)按照TDM和分組融合兩類技術(shù)不斷演進，構(gòu)建了多層多域的確定性承載技術(shù)體系（如圖3所示）。

圖3 確定性承載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系

TDM類技術(shù)主要包括工作在L0—L1層WDM/OTN/FlexO、ROADM/OXC、MTN及L1.5層的FlexE技術(shù)。其中，WDM/OTN和ROADM/OXC主要面向城域和廣域的高速互聯(lián)場景；MTN主要面向城域的5G回傳和專線承載場景。FlexE技術(shù)可應(yīng)用于城域或廣域場景，提供接口級的硬隔離承載。

分組融合類技術(shù)是在原有分組轉(zhuǎn)發(fā)機制中引入時隙/周期交換機制，實現(xiàn)確定性能力。最典型的技術(shù)包括工作在L2層的TSN（時間敏感網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)，其主要面向局域?qū)崿F(xiàn)音視頻和工業(yè)控制業(yè)務(wù)的確定性承載。確定性網(wǎng)絡(luò)在L3層的擴展包括DetNet和確定性IP技術(shù)。DetNet支持跨域TSN網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，并提出了工作在IP/MPLS L3網(wǎng)絡(luò)上的確定性技術(shù)架構(gòu)。確定性IP技術(shù)通過采用循環(huán)周期轉(zhuǎn)發(fā)、集中資源調(diào)度、全網(wǎng)時頻同步等機制，實現(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò)內(nèi)確定性和非確定性業(yè)務(wù)的混合承載。

確定性承載技術(shù)和標準化發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外多個標準化組織正在積極開展確定性承載技術(shù)的標準研究。以下將從技術(shù)機制、技術(shù)標準和應(yīng)用部署等方面分析典型確定性承載技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

（1）IEEE的TSN技術(shù)

面向局域場景的工業(yè)控制和車內(nèi)互聯(lián)需求，TSN系列標準體系已基本形成。目前，TSN行業(yè)應(yīng)用擴展成為標準化的重點方向。TSN是針對時間敏感業(yè)務(wù)提供的以太網(wǎng)局域承載方案。IEEE 802.1Q中包含了時間同步、轉(zhuǎn)發(fā)時延控制、業(yè)務(wù)可靠性及資源管理4個TSN通用標準組件。近期，IEEE 802工作組開展了TSN行業(yè)應(yīng)用特性的標準化工作，包括TSN應(yīng)用到前傳場景的IEEE 802.1CM 2.0、基于TSN車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的IEEE 802.1DG及針對航空應(yīng)用的IEEE 802.1DP/SAE AS6675等。此外，IEEE 802工作組與3GPP、IETF等標準組織共同推進了5G over TSN、TSN和DetNet網(wǎng)絡(luò)互通等技術(shù)方案的標準化工作。

在應(yīng)用部署方面，TSN相關(guān)的測試、推廣及產(chǎn)品認證工作正在有序開展。我國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（AII）整合了相關(guān)組織和技術(shù)資源，為聯(lián)盟成員提供測試平臺并致力推進TSN標準在垂直行業(yè)的應(yīng)用。但TSN技術(shù)自身的局限性導(dǎo)致其不能在城域和廣域網(wǎng)中部署應(yīng)用。TSN提出了全網(wǎng)精確時間同步、光纖鏈路"零時延"和復(fù)雜門控配置等需求，僅小規(guī)模的局域網(wǎng)即可滿足以上要求。TSN目前僅支持FE、GE、10GE接口速率，網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)受限等因素也限制了TSN部署的可擴展性。

（2）IETF的DetNet技術(shù)

針對廣域確定性場景，IETF DetNet工作組制定L3層確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。近期，增強DetNet和大規(guī)模確定性組網(wǎng)技術(shù)成為業(yè)界關(guān)注焦點。2015年IETF創(chuàng)建了DetNet工作組。目前，DetNet標準體系框架已經(jīng)初步確立，包括架構(gòu)、用例、安全、信息模型和IP/MPLS數(shù)據(jù)面等標準已制定完成。針對轉(zhuǎn)發(fā)面隊列技術(shù)及大規(guī)模組網(wǎng)需求，近期IETF已將增強DetNet（EDN：Enhanced DetNet）寫入工作組計劃，EDN相關(guān)標準將成為后續(xù)DetNet工作組的新重點。

在應(yīng)用部署方面，基于現(xiàn)有DetNet技術(shù)標準體系，國內(nèi)設(shè)備廠商研制開發(fā)了DetNet和增強型DetNet設(shè)備。目前，相關(guān)廠商已完成了設(shè)備樣機研發(fā)并實現(xiàn)了在規(guī)模試驗網(wǎng)上的部署開通?？傮w來看，目前的DetNet和增強型DetNet設(shè)備均采用了SRv6和循環(huán)周期隊列技術(shù)，但在時鐘同步、周期映射和周期設(shè)置等方面存在顯著差異。如何推動技術(shù)方案收斂，實現(xiàn)設(shè)備互通組網(wǎng)將是后續(xù)工作的重點。

（3）CCSA的確定性IP技術(shù)（DIP）

面向廣域長距離確定性應(yīng)用需求，CCSA TC3開展了確定性IP和確定性承載網(wǎng)絡(luò)的標準化工作?，F(xiàn)階段，確定性IP系列標準已基本穩(wěn)定，確定性承載網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)標準化仍處在起步階段。確定性IP技術(shù)通過在統(tǒng)計復(fù)用分組轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)中增加周期性的排隊和轉(zhuǎn)發(fā)機制，獲取數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮^小時延抖動的上限。CCSA TC3于2019年開始制定DIP系列行業(yè)標準。目前，確定性網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的標準涉及DIP總體架構(gòu)和技術(shù)要求、控制面技術(shù)要求、DIP設(shè)備技術(shù)要求及設(shè)備測試方法等。近期，CCSA TC3開展了確定性承載網(wǎng)絡(luò)相關(guān)標準的研制工作，包括確定性承載網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)質(zhì)量指標與評估方法、網(wǎng)絡(luò)操作維護兩項行標。

在應(yīng)用部署方面，確定性IP現(xiàn)在處于標準研制和技術(shù)研究階段，尚無商用案例，但已開展規(guī)模試驗網(wǎng)測試驗證工作。紫金山實驗室牽頭發(fā)布了DIP在CENI的試驗，中國電信聯(lián)合華為發(fā)布了DIP在工業(yè)遠程控制場景的應(yīng)用，共同推進確定性網(wǎng)絡(luò)的進一步發(fā)展。

（4）ITU-T的MTN技術(shù)

滿足5G回傳和行業(yè)專線確定性承載需求，MTN（城域傳送網(wǎng)）成為ITU-T新一代傳送技術(shù)標準體系。基于MTN技術(shù)的切片分組網(wǎng)（SPN）是中國移動牽頭推動的多層融合分層交換網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。MTN技術(shù)由于采用了以太網(wǎng)L1層的TDM復(fù)用和交叉機制，業(yè)務(wù)直接根據(jù)L1層的TDM時隙進行復(fù)用和轉(zhuǎn)發(fā)，因此可提供類SDH安全隔離、低時延和低抖動的確定性能力。MTN技術(shù)已在ITU-T形成了一套完善的傳送網(wǎng)國際標準體系。除同步（G.mtn-syn）以外，MTN接口、架構(gòu)、保護、設(shè)備與管控等標準已陸續(xù)獲得通過，標志著MTN系列標準基本完成。在2022年9月召開的ITU-T SG15全會上，細粒度MTN（G.fgMTN）成功通過了立項（見圖4）。

圖4 ITU-T MTN系列標準

目前，SPN設(shè)備已實現(xiàn)了大規(guī)模商用部署，在技術(shù)標準、芯片、設(shè)備、儀器儀表、網(wǎng)絡(luò)部署和行業(yè)應(yīng)用方面已基本形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈。

（5）ITU-T的OTN/FlexO技術(shù)

OTN技術(shù)具備高速大帶寬、硬隔離和低時延抖動的確定性承載能力。通過將不同類型、不同速率的用戶業(yè)務(wù)封裝映射到ODUk容器，OTN技術(shù)實現(xiàn)對多種業(yè)務(wù)的統(tǒng)一承載，并支持復(fù)用到單波長100G/200G/400G及以上速率的高效傳輸。FlexO技術(shù)通過特定的幀格式處理，用N×100G接口實現(xiàn)超100G信號的傳輸。OSU（光業(yè)務(wù)單元）技術(shù)突破了現(xiàn)有OTN的1.25Gbit/s時隙限制，采用新型幀結(jié)構(gòu)對現(xiàn)有ODUk凈荷進行劃分，支持小于1Gbit/s速率確定性業(yè)務(wù)的承載。目前，OSU技術(shù)正在ITU-T SG15開展技術(shù)標準化工作。

（6）確定性承載技術(shù)對比分析

現(xiàn)階段，L0—L3層的確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在應(yīng)用場景、技術(shù)成熟度和產(chǎn)業(yè)化水平上均存在差異（見表1）?？傮w來看，基于TDM機制的L0—L1層技術(shù)的成熟度和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展相對較好，基于分組機制的L2—L3層技術(shù)的發(fā)展和標準化程度仍需進一步加強。TDM類技術(shù)體現(xiàn)較好的帶寬隔離、低時延和低抖動特性，但在復(fù)雜組網(wǎng)下業(yè)務(wù)的動態(tài)路由、靈活連接和網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計復(fù)用能力方面需進一步提升。對于分組融合類技術(shù)，如何實現(xiàn)在規(guī)模組網(wǎng)下確定性與非確定性業(yè)務(wù)多流混傳時的確定性特性保障成為技術(shù)研究的重點。

表1 確定性承載技術(shù)對比分析

確定性承載評測體系的探索與研究

基于對確定性承載技術(shù)、標準、應(yīng)用場景和業(yè)務(wù)性能指標等綜合分析，中國信息通信研究院提出了面向網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)兩個維度的確定性承載D-cube評測體系（見圖5）。

圖5 確定性承載D-cube評測體系

D-cube評測體系的網(wǎng)絡(luò)維度主要面向運營商和設(shè)備商等開展確定性承載網(wǎng)絡(luò)整體特性和關(guān)鍵機制的自評估?；诰W(wǎng)絡(luò)規(guī)模和技術(shù)能力劃分了節(jié)點級、鏈路級、網(wǎng)絡(luò)級、大規(guī)模高隔離和異構(gòu)確定性網(wǎng)絡(luò)5個等級。L1.0主要考察支持端口隔離、隊列和SR技術(shù)的節(jié)點級確定性能力；L2.0體現(xiàn)了周期隊列、多跳路徑的確定性組網(wǎng)能力；L3.0更強調(diào)復(fù)雜、多點匯聚組網(wǎng)下的確定性能力；L4.0重點驗證廣域確定性能力，在混流規(guī)格、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和復(fù)雜度上提出更高要求，并需滿足管控面智能化和端到端硬隔離的要求；L5.0為異構(gòu)確定性能力的考察，需實現(xiàn)多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的確定性協(xié)同，支持高等級的自治網(wǎng)絡(luò)能力。業(yè)務(wù)維度重點面向運營商和行業(yè)用戶的確定性業(yè)務(wù)性能驗證測試，提出了針對確定性典型應(yīng)用場景和業(yè)務(wù)的測試應(yīng)用集。D-cube評測體系針對每個場景和每類業(yè)務(wù)的承諾帶寬、確定性時延抖動、確定性丟包率、時頻同步和安全隔離特性劃分了評測等級。

確定性承載技術(shù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)和建議

總體來看，確定性網(wǎng)絡(luò)發(fā)展挑戰(zhàn)與機遇并存，未來兩年成為技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵期。隨著各類確定性技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，確定性理念已被業(yè)界逐步接受。關(guān)注度的不斷提升給確定性網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展帶來新機遇。設(shè)備商、運營商和垂直行業(yè)相繼開展了應(yīng)用示范項目，但在技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面仍面臨挑戰(zhàn)，需重點加強以下4個方面的工作。

（1）端到端確定性承載仍需加強核心技術(shù)研發(fā)攻關(guān)。確定性網(wǎng)絡(luò)具備端到端特性，涉及園區(qū)、城域、骨干網(wǎng)中不同網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案的協(xié)同?，F(xiàn)階段的技術(shù)發(fā)展，無一種技術(shù)可實現(xiàn)"一網(wǎng)到底"，如何提供跨域的端到端確定性承載能力面臨挑戰(zhàn)。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合組網(wǎng)和協(xié)同管控將成為后續(xù)技術(shù)研究的重點，需加強核心技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新攻關(guān)。

（2）全場景、大規(guī)模組網(wǎng)下的確定性承載技術(shù)需充分驗證。目前，確定性技術(shù)僅能實現(xiàn)簡單組網(wǎng)、可預(yù)期流量模型下的確定性能力，大規(guī)模商用級確定性面臨較大挑戰(zhàn)。DetNet和DIP推動了分組技術(shù)在廣域確定性場景的應(yīng)用探索和嘗試，還需繼續(xù)在大規(guī)模、長距離、全場景的組網(wǎng)拓撲和復(fù)雜流量模型下，針對資源預(yù)留、業(yè)務(wù)路徑優(yōu)化及時延隊列調(diào)度算法等開展充分的實驗驗證。

（3）確定性承載技術(shù)的標準化工作需加強統(tǒng)一規(guī)劃和協(xié)調(diào)推動。DetNet和DIP技術(shù)的發(fā)展仍處在多技術(shù)方案競爭階段。盡管采用周期循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)和SRv6已基本達成共識，但在時鐘同步、周期映射方式等方面仍存在顯著差異，無法實現(xiàn)基于標準化方案的設(shè)備互通組網(wǎng)。DetNet和DIP技術(shù)應(yīng)加速技術(shù)收斂，盡快達成產(chǎn)業(yè)共識，需加強國內(nèi)確定性承載標準體系規(guī)劃，并推動國內(nèi)和國際標準協(xié)同開展。

（4）業(yè)界需進一步探索廣域規(guī)?；拇_定性業(yè)務(wù)和應(yīng)用場景。目前，確定性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用多為典型場景的零散業(yè)務(wù)。業(yè)界需進一步探索廣域規(guī)?；臉I(yè)務(wù)應(yīng)用場景，加快確定性技術(shù)和產(chǎn)業(yè)迭代發(fā)展。未來兩年是確定性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵期，需實現(xiàn)大規(guī)模確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用場景的突破，才能真正推動確定性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展。

綜上所述，確定性承載技術(shù)發(fā)展將是一個不斷演進的過程，需要業(yè)界加強合作，共同應(yīng)對挑戰(zhàn)，協(xié)同推動確定性網(wǎng)絡(luò)標準化和技術(shù)落地工作，共同促進確定性技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)壯大。