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大规模可扩展的确定性网络技术和标准华为致力于把数字世界带入每个人、每个家庭、每个组织，构建万物互联的智能世界：让无处不在的联接，成为人人平等的权利，成为智能世界的前提和基础；为世界提供最强算力，让云无处不在，让智能无所不及；所有的行业和组织，因强大的数字平台而变得敏捷、高效、生机勃勃；通过 AI 重新定义体验，让消费者在家居、出行、办公、影音娱乐、运动健康等全场景获得极致的个性化智慧体验。

成果概述

随着网络从消费互联网向产业互联网的转变，解决机器与机器（或者说，物与物）之间进行确定性网络传输的问题变得越来越重要。基于物理层的光传输技术、基于链路层的时间敏感网络技术等无法解决大规模网络部署问题，原生的基于统计复用原理的 IP 技术又难以解决高精度确定性时延抖动的难题。本成果结合网络演算理论，创造性地解决了在大规模IP网络中以高精度确定性时延传输数据的难题，并拥有自主知识产权。

该技术已经在部分厂商落地转化，落地样机在 CENI 网络 2000 公里范围的确定性大网测试试验和 600 公里跨城承载 4ms 周期工业自动化控制流量试验中取得成功，促进了工业互联网网络架构升级。相关技术已完成 ETSI 国际标准一篇、CCSA 行业标准一篇，另有多篇“电信网络的确定性 IP 网络”行标正在研制中。

成果突破性

首次提出在统计复用报文转发的大规模网络中实现确定性时延抖动的技术，其聚合状态资源预留及转发技术支持大规模部署。确定性流量与 BE 流量实现无缝混跑，确定性流量之间满足流级别的确定性效果保证。为工业互联网、智能电网、智慧城市、远程医疗等关键通信场景提供了可行性技术。

该成果已经在现网进行了长距离组网情况下的性能测试并完成了挂载实际工业流量的联合试验。运营商、设备商、科研院所、行业客户等产学研用力量已经联合立项了 4 项确定性 IP 网络标准，相关技术正在稳步推广应用。

成果详细描述

（1）技术驱动

经过几十年的发展，IP 分组转发技术已经成为网络传输的基本方法。从电信网络到互联网再到工业互联网，IP 网络的应用范围不断扩张。在带宽、可靠性、可扩展性和可运营性方面，IP 技术都已趋于完善，但在高精度实时性、网络时延确定性等方面，基于分组转发的IP技术存在天然的技术障碍。

传统的分组转发网络中，因为数据分组大小不一、到达时机不可控，数据分组在被逐跳转发过程中容易产生拥塞排队现象。即使在平均带宽看起来负载不高的情况下，在微观时间尺度上依然会存在多个报文同时挤在队列中的情况，形成“微突发”。“微突发”形成了不确定的排队时延，且具有逐跳累积的效应，从而无法保证数据分组端到端传输的时延上限。体现在数据分组网络时延的概率密度分布图中，则为“长尾现象”。DIP（确定性IP）技术通过特定机制可以大幅压缩排队时延从而获得较小的时延抖动。

定量来看，以周期 T 作为队列调度的基本时间单位，那么 DIP 技术可以做到端到端的时延抖动小于 2T。即T=10微秒时，全路径端到端的时延抖动控制在 20微秒以内。

（2）技术应用价值

DIP 技术可归属于确定性 IP 技术范畴，其通过在统计复用分组转发技术中增加周期性的排队和转发机制，以获取端到端数据传输的时延抖动的较小上限。确定性IP网络是能够保证网络报文传输时延上限、时延抖动上限、丢包率上限确定的IP网络。与 IETF的DetNet工作组聚焦于单一或者封闭管控的网络（主要支持专业家庭影音、多媒体传输、引擎控制系统和其他广泛的工业和车辆等应用）的确定性解决方案有显著的差别。[CCSA YD/T 2021-0227]

在网络可扩展性方面，DIP技术在中间节点提供无逐流状态的资源预留功能，可以支持超多节点组成的大规模网络的部署。DIP 在部署时不强制要求上下游节点的周期起点对齐，消除了保护带宽限制，可以支持在省际大跨度距离上进行部署，获得端到端时延抖动小于 2T的确定性传输效果。

因此，使用 DIP 技术可以彻底打破地域、网络隔离带来的时延上限不确定的问题，从而使能各行各业的数字化和网络化，如工业控制、新型多媒体、智慧城市、车联网等。某国内大型钢铁集团自动化研究所已经将 DIP 技术作为下一代工控架构的必要组成部分，并明确提出了希望 DIP 产品尽快上市的要求。

（3）技术机制

基于时间的门控调度机制是解决分组转发确定性时延上限保障的基础技术。其本质是将设备的转发时隙进行分配以获取传输资源保障，以获得确定性的排队时延上限。DIP通过引入周期标识、周期映射、资源聚合分配、路径绑定、流量准入和流量聚合调度等技术机制，大幅度增加了确定性网络技术的可部署性。

（4）技术现状

2018年在 CCSA的 TC3 工作组已经有确定性IP（DIP）相关的立项，经过2 年的发展和研制，TC3 的第一工作组审议通过了《电信网络的确定性 IP 网络的总体架构和技术要求》报批稿。该标准规定了电信网络的确定性 IP网络领域的基本概念、目标应用场景及需求、技术设计目标、总体技术架构和相应的技术要求。它适用于电信 IP网络中数据端到端确定性传送问题的解决。比如，医疗健康、影音娱乐、智慧城市、车联网等场景中的网络问题。可以用于网络运营商、网络建设者、设备制造商、第三方测评机构对确定性 IP网络的研发、建设、运营、测试、评估。同时，多篇“电信网络的确定性IP 网络”的标准正在研制中。

在 DIP 的应用部署和产业实践中，不断强化一个观点——“确定性网络天然的具有端到端属性要求”。在工业互联网、车联网等热点产业场景中， 5G技术的无线化、灵活组网的特性需求越来越强烈。基于 5G URLLC的确定性网络需求也不断被提出和强化，因此确定性 IP 与 5G 技术打通形成端到端解决方案将极大满足此类业务需求。在CCSA组织中，DIP和5G分别归属于不同的技术委员会进行标准化，因此“5G+DIP”融合领域的标准研制需要获得更多的共识和突破性发展。

（5）技术难点和演进方向

在对确定性时延抖动有较高需求的工业控制领域，无线化的趋势也非常明显。基于特定无线技术的端到端的确定性IP技术是下一步技术研究的难点之一。其中涉及到空口调度算法与回传网络资源的融合的问题、端侧的实时协议栈与网络DIP技术融合的问题。