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大規模可擴展的確定性網絡技術和標準華為致力於把數字世界帶入每個人、每個家庭、每個組織，構建萬物互聯的智能世界：讓無處不在的聯接，成為人人平等的權利，成為智能世界的前提和基礎；為世界提供最強算力，讓雲無處不在，讓智能無所不及；所有的行業和組織，因強大的數字平台而變得敏捷、高效、生機勃勃；通過 AI 重新定義體驗，讓消費者在家居、出行、辦公、影音娛樂、運動健康等全場景獲得極致的個性化智慧體驗。

成果概述

隨着網絡從消費互聯網向產業互聯網的轉變，解決機器與機器（或者說，物與物）之間進行確定性網絡傳輸的問題變得越來越重要。基於物理層的光傳輸技術、基於鏈路層的時間敏感網絡技術等無法解決大規模網絡部署問題，原生的基於統計復用原理的 IP 技術又難以解決高精度確定性時延抖動的難題。本成果結合網絡演算理論，創造性地解決了在大規模IP網絡中以高精度確定性時延傳輸數據的難題，並擁有自主知識產權。

該技術已經在部分廠商落地轉化，落地樣機在 CENI 網絡 2000 公里範圍的確定性大網測試試驗和 600 公里跨城承載 4ms 周期工業自動化控制流量試驗中取得成功，促進了工業互聯網網絡架構升級。相關技術已完成 ETSI 國際標準一篇、CCSA 行業標準一篇，另有多篇「電信網絡的確定性 IP 網絡」行標正在研製中。

成果突破性

首次提出在統計復用報文轉發的大規模網絡中實現確定性時延抖動的技術，其聚合狀態資源預留及轉發技術支持大規模部署。確定性流量與 BE 流量實現無縫混跑，確定性流量之間滿足流級別的確定性效果保證。為工業互聯網、智能電網、智慧城市、遠程醫療等關鍵通信場景提供了可行性技術。

該成果已經在現網進行了長距離組網情況下的性能測試並完成了掛載實際工業流量的聯合試驗。運營商、設備商、科研院所、行業客戶等產學研用力量已經聯合立項了 4 項確定性 IP 網絡標準，相關技術正在穩步推廣應用。

成果詳細描述

（1）技術驅動

經過幾十年的發展，IP 分組轉發技術已經成為網絡傳輸的基本方法。從電信網絡到互聯網再到工業互聯網，IP 網絡的應用範圍不斷擴張。在帶寬、可靠性、可擴展性和可運營性方面，IP 技術都已趨於完善，但在高精度實時性、網絡時延確定性等方面，基於分組轉發的IP技術存在天然的技術障礙。

傳統的分組轉發網絡中，因為數據分組大小不一、到達時機不可控，數據分組在被逐跳轉發過程中容易產生擁塞排隊現象。即使在平均帶寬看起來負載不高的情況下，在微觀時間尺度上依然會存在多個報文同時擠在隊列中的情況，形成「微突發」。「微突發」形成了不確定的排隊時延，且具有逐跳累積的效應，從而無法保證數據分組端到端傳輸的時延上限。體現在數據分組網絡時延的概率密度分布圖中，則為「長尾現象」。DIP（確定性IP）技術通過特定機制可以大幅壓縮排隊時延從而獲得較小的時延抖動。

定量來看，以周期 T 作為隊列調度的基本時間單位，那麼 DIP 技術可以做到端到端的時延抖動小於 2T。即T=10微秒時，全路徑端到端的時延抖動控制在 20微秒以內。

（2）技術應用價值

DIP 技術可歸屬於確定性 IP 技術範疇，其通過在統計復用分組轉發技術中增加周期性的排隊和轉發機制，以獲取端到端數據傳輸的時延抖動的較小上限。確定性IP網絡是能夠保證網絡報文傳輸時延上限、時延抖動上限、丟包率上限確定的IP網絡。與 IETF的DetNet工作組聚焦於單一或者封閉管控的網絡（主要支持專業家庭影音、多媒體傳輸、引擎控制系統和其他廣泛的工業和車輛等應用）的確定性解決方案有顯著的差別。[CCSA YD/T 2021-0227]

在網絡可擴展性方面，DIP技術在中間節點提供無逐流狀態的資源預留功能，可以支持超多節點組成的大規模網絡的部署。DIP 在部署時不強制要求上下游節點的周期起點對齊，消除了保護帶寬限制，可以支持在省際大跨度距離上進行部署，獲得端到端時延抖動小於 2T的確定性傳輸效果。

因此，使用 DIP 技術可以徹底打破地域、網絡隔離帶來的時延上限不確定的問題，從而使能各行各業的數字化和網絡化，如工業控制、新型多媒體、智慧城市、車聯網等。某國內大型鋼鐵集團自動化研究所已經將 DIP 技術作為下一代工控架構的必要組成部分，並明確提出了希望 DIP 產品儘快上市的要求。

（3）技術機制

基於時間的門控調度機制是解決分組轉發確定性時延上限保障的基礎技術。其本質是將設備的轉發時隙進行分配以獲取傳輸資源保障，以獲得確定性的排隊時延上限。DIP通過引入周期標識、周期映射、資源聚合分配、路徑綁定、流量准入和流量聚合調度等技術機制，大幅度增加了確定性網絡技術的可部署性。

（4）技術現狀

2018年在 CCSA的 TC3 工作組已經有確定性IP（DIP）相關的立項，經過2 年的發展和研製，TC3 的第一工作組審議通過了《電信網絡的確定性 IP 網絡的總體架構和技術要求》報批稿。該標準規定了電信網絡的確定性 IP網絡領域的基本概念、目標應用場景及需求、技術設計目標、總體技術架構和相應的技術要求。它適用於電信 IP網絡中數據端到端確定性傳送問題的解決。比如，醫療健康、影音娛樂、智慧城市、車聯網等場景中的網絡問題。可以用於網絡運營商、網絡建設者、設備製造商、第三方測評機構對確定性 IP網絡的研發、建設、運營、測試、評估。同時，多篇「電信網絡的確定性IP 網絡」的標準正在研製中。

在 DIP 的應用部署和產業實踐中，不斷強化一個觀點——「確定性網絡天然的具有端到端屬性要求」。在工業互聯網、車聯網等熱點產業場景中， 5G技術的無線化、靈活組網的特性需求越來越強烈。基於 5G URLLC的確定性網絡需求也不斷被提出和強化，因此確定性 IP 與 5G 技術打通形成端到端解決方案將極大滿足此類業務需求。在CCSA組織中，DIP和5G分別歸屬於不同的技術委員會進行標準化，因此「5G+DIP」融合領域的標準研製需要獲得更多的共識和突破性發展。

（5）技術難點和演進方向

在對確定性時延抖動有較高需求的工業控制領域，無線化的趨勢也非常明顯。基於特定無線技術的端到端的確定性IP技術是下一步技術研究的難點之一。其中涉及到空口調度算法與回傳網絡資源的融合的問題、端側的實時協議棧與網絡DIP技術融合的問題。