目 錄一、范圍 1二、術語與縮略語 1三、確定性網絡的標準化發(fā)展現(xiàn)狀 4（一）IEEE時間敏感網絡TSN 5（二）IETF確定性網絡DetNet 8（三）3GPP5G+TSN、5G+DetNet 10（四）CCSA確定性網絡 13四、確定性網絡要解決的問題 14（一）保障單域網絡的時延 15（二）保障端到端跨域網絡時延的協(xié)同 16五、端到端確定性網絡協(xié)同框架 17（一）端到端橫向跨網絡域 18（二）端到端縱向跨功能平面協(xié)同 20六、端到端確定性網絡協(xié)同技術 24（一）現(xiàn)場網與車間網協(xié)同技術 24（二）工廠內網與工廠外網協(xié)同技術 25（三）移動網與承載網協(xié)同技術 26（四）增強確定性網絡協(xié)同技術 32七、發(fā)展建議 34（一）確定性網絡的場景和技術分類分級 34（二）應用確定性需求和網絡確定性能力映射 34（三）網絡與計算確定性技術協(xié)同 35參考文獻 36一、范圍本報告主要研究內容包括：在業(yè)界主流的確定性技術和標準的基礎上，從端到端角度分析確定性網絡需要解決的問題，描述了工業(yè)互聯(lián)網確定性網絡端到端技術協(xié)同架構。研究各技術在工業(yè)互聯(lián)網部署的協(xié)同性，主要包括車間網絡與現(xiàn)場網絡、企業(yè)網絡與廣域網、移動網和承載網等，并給出發(fā)展建議。二、術語與縮略語下列縮略語與術語適用于本報告：AFApplicationFunction應用功能AMFAccessandMobilityManagementFunction訪問與移動管理功能ARAugmentedReality增強現(xiàn)實AVBAudioandVideoBridging音視頻橋接工作組BBUBaseBandUnit基帶處理單元BEBestEffort盡力而為BGPBorderGatewayProtocol邊界網關協(xié)議CPRICommonPublicRadioInterface通用公共無線接口CNCCentralizedNetwork集中式網絡配置ConfigurationCUCCentralizedUserConfiguration集中式用戶配置DetNetDeterministicNetworking確定性網絡DCSDistributedControlSystem分布式控制系統(tǒng)DIPDeterministicIP確定性IP網絡DNDataNetwork數據網絡DSCPDifferentiatedServicesCodePoint差分服務代碼點DS-TTDeviceSideTSNTranslator設備側TSN轉換器EDNEnhancedDeterministicNetworking增強確定性網絡GNSSGlobalNavigationSatelliteSystem全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)GPSGlobalPositioningSystem全球定位系統(tǒng)GTPGeneralPacketRadioServiceTunnelingProtocol通用分組無線業(yè)務隧道協(xié)議IEEEInstituteofElectricalandElectronicsEngineers電氣與電子工程師協(xié)會IETFTheInternetEngineeringTaskForce互聯(lián)網工程任務組IGPInteriorGatewayProtocol內部網關協(xié)議IPInternetProtocol互聯(lián)網協(xié)議IP-RANInternetProtocol-RadioAccessNetworkIP無線接入網ITInformationTechnology信息技術MACMediaAccessControl媒體介入控制層MESManufacturingExecutionSystem制造執(zhí)行系統(tǒng)MPLSMulti-ProtocolLabelSwitching多協(xié)議標簽交換NFVNetworkFunctionVirtualization網絡功能虛擬化NW-TTNetworkSideTSNTranslator用戶設備UE和網絡側TSN轉換器PTNPacketTransportNetwork分組傳送網QoSQualityofService服務質量OTOperationTechnology操作技術P2PPoint-to-Point點對點PCFPolicyControlFunction策略控制功能PREOFPacketReplication,EliminationandOrderingFunctions報文復制、消除和排序功能RANRadioAccessNetwork無線接入網RFCRequestForComments征求意見稿，IETF的發(fā)布標準RRCRadioResourceControl無線資源控制RRHRemoteRadioHead射頻拉遠頭RRURemoteRadioUnit射頻拉遠單元SCADASupervisoryControlandDataAcquisition監(jiān)控與數據采集SDNSoftwareDefinedNetwork軟件定義網絡SLAService-LevelAgreement服務級別協(xié)議SMFSessionManagementFunction會話管理功能SPNSlicingPacketNetwork切片分組網TSNTimeSensitiveNetwork時間敏感網絡UEUserEquipment用戶設備UPFUserPlaneFunction用戶面功能uRLLCUltraReliableLowLatencyCommunication超可靠低延遲通信VRVirtualReality虛擬現(xiàn)實WPTWirelessPowerTransmission無線電能傳輸三、確定性網絡的標準化發(fā)展現(xiàn)狀越來越多的應用對網絡時延的上界/下界提出了嚴格且明確的訴求，傳統(tǒng)數據通信網絡提供的“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[1]，電力差動保護也需要毫秒級的時延保障[2]，其他如游戲、視頻業(yè)務也期望得到盡可能穩(wěn)定、優(yōu)質的網絡服務，時延和抖動等控制在數十毫秒以內，從而保障良好的業(yè)務體驗。標準化組織如電氣與電子工程師協(xié)會IEEE、互聯(lián)網工程任務組IETF、第三代合作伙伴計劃3GPP、中國通信標準化協(xié)會CCSA等也已經開展了標準制定。（一）IEEE時間敏感網絡TSNIEEE于2006年首先開展確定性網絡標準的研制，成立了“音視頻橋接AVB”工作組，研究音視頻局域網絡的確定性；2012年更名為“時間敏感網絡TSN”工作組[3],將應用場景擴展至工業(yè)、車載以及前傳等，其包括時間同步、低時延、可靠性和資源管理四個部分，如圖3-1所示：圖3-1TSN組件TSN工作組至今已經發(fā)布一系列核心標準，包含基礎標準、配置標準以及增強標準：(1)基礎標準：IEEEStd802.1Q-2018:橋梁和橋接網絡IEEEStd802.1AB-2016IEEEStd802.1AS-2020:時間敏感應用程序的定時和同步IEEEStd802.1AX-2020:鏈接聚合IEEEStd802.1CB-2017:可靠性的幀復制和消除IEEEStd802.1CS-2020IEEEStd802.1BA-2021（AVB）系統(tǒng)IEEEStd802.1CM-2018IEEE802.1ABcu-2021:站點和媒體訪問控制連接發(fā)現(xiàn)—修正案：YANG數據模型IEEE802.1ABdh-2021:站點和媒體訪問控制連接發(fā)現(xiàn)-修正案：支持多幀協(xié)議數據單元IEEEStd802.1CBcv-2021:可靠性的幀復制和消除—修正案：信息模型、YANGIEEE802.1CBdb-2021IEEEStd802.1CMde-2020IEEEStd802.1Qbu-2016:橋梁和橋接網絡—修正案：框架優(yōu)先權IEEEStd802.1Qbv-2015:橋梁和橋接網絡—修正案：增強排定流量8)IEEEStd路徑控制和預留802.1Qca-2015:橋梁和橋接網絡—修正案：9)IEEEStd802.1Qch-2017:橋接和橋接網絡—修正案：循環(huán)排隊和轉發(fā)IEEEStd802.1Qci-2017:橋接和橋接網絡—修正案：逐流過濾和管理IEEEStd802.1Qcc-2018:橋接和橋接網絡—修正案：流保留協(xié)議（SRP）增強和性能改進IEEEStd802.1Qcp-2018:橋接和橋接網絡—修正案：YANGIEEEStd802.1Qcr-2020:橋梁和橋接網絡—修正案：異步流量成形IEEEStd802.1Qcx-2020:橋梁和橋接網絡—修正案：連接故障管理的YANGIEEEStd802.1Qat-2010:虛擬橋接局域網—修正案：SRP).IEEEStd802.1Qav-2009:虛擬橋接局域網—修改案：時間敏感流的轉發(fā)和排隊增強TSN的標準是全球確定性網絡的基礎標準，其他標準組織的標準均基于TSN標準中提供的機制進一步擴展或者增強而制定。（二）IETF確定性網絡DetNet國際互聯(lián)網工程任務組IETF20154TSNIP絡層的確定性問題。DetNet（多域）2-2圖3-2DetNet網絡參考模型（多域）DetNetUNI參考接口是確定性終端到確定性網絡的連接參考點，其提供終端到確定性網絡的確定性服務連接。DetNetUNI可以提供多種能力接口，例如，它可以將與特定網絡技術相關的數據封裝添加到確定性網絡流上；它也可以提供與預留資源相關的可用性狀態(tài)信息給終端；它可以提供時鐘同步服務給終端；它也可以攜帶消息給未使用控制器的分組網絡以便分組節(jié)點將相關資源進行預留。當前DetNet18數據面的封裝、YANG1)RFC8557確定性網絡(DetNet)問題聲明2)RFC8578確定性網絡(DetNet)應用場景3)RFC8655確定性網絡(DetNet)架構4)RFC8938確定性網絡(DetNet)數據面框架5)RFC8939確定性網絡(DetNet)數據面:IP6)RFC8964確定性網絡(DetNet)數據面:MPLS7)RFC9016確定性網絡(DetNet)流和服務信息模型8)RFC9023確定性網絡(DetNet)數據面:IPoverTSN9)RFC9024確定性網絡(DetNet)數據面:TSNoverMPLSRFC9025 確定性網絡(DetNet)數據面:MPLSoverUDP/IPRFC9037 確定性網絡(DetNet)數據面:MPLSoverTSN

RFC9055 確定性網絡(DetNetRFC9056 確定性網絡(DetNet)數據面:IPoverMPLS14)RFC9320確定性網絡(DetNet)有界時延15)RFC9546基于MPLS的確定性網絡OAM16)RFC9551確定性網絡OAM架構17)RFC9550確定性網絡報文排序18)RFC9566基于MPLSoverUDP/IP的確定性網絡報文復制、消除和排序當前，DetNet（draft-ietf-detnet-scaling-requirements），面向規(guī)?？蓴U展的確定性網絡進一步制定標準。（三）3GPP5G+TSN、5G+DetNet3GPPR16TSN5TSN5GR165G性能力開放，當前標準研究已經完成R183GPP5G+TSN的標準發(fā)展歷程如下：R16TS22.2615GLANTR22.804TSN5GTS23.5015G802.1QTSN5GSTS23.5025GTSNTS23.5035GTSNQoSTS24.5195GTSNDS-TTTS-TT24.5355GTSNAFDS-TTTS-TT計TS29.244定義時間敏感信息的用戶面控制接口詳細設計TS29.512定義時間敏感通信的QoS等詳細設計TS29.522定義時間敏感通信的能力開放R17TS23.501提出TSC概念，構建TSCTSF能力TS23.502更新IPPDUTSCTSCTSFTSNGM5GSTSCAI澄清使用TSCTSFTS23.503更新TSCTSF發(fā)現(xiàn)和選擇流程TS24.501支持時間同步TS24.535增強gPTP機制，支持PTPTS29.512支持TSC開放TS29.513TSC的策略控制流程TS29.514支持TSC開放TS29.519存儲TSC數據TS29.522支持TSC開放TS29.591支持TSC開放TS29.244用戶面控制接口詳細設計更新TS29.510定義TSCTSF注冊和發(fā)現(xiàn)在R18TS23.501提出DetNet5GIP5G一步支持時間同步能力開放TS23.502支持DetNet配置流程，支持時間同步能力開放、N3確定確定性等業(yè)務流程TS23.503規(guī)定DetNetQoS配置框架，支持時間同步能力開放、N3確定確定性的策略控制TS29.585規(guī)定SMF/CUC和AN-TL、CN-TL交互的協(xié)議交互TS24.501規(guī)定時間同步狀態(tài)詳細定義TS24.539UMIC中傳遞時間同步狀態(tài)信息TS29.122BAT適應能力/偏移適配TS29.507時間同步訂閱事件處理TS29.512BAT適應能力/偏移適配，DetNet信息交互TS29.513TSC、時間同步狀態(tài)信息、DetNet的策略控制流程TS29.514BAT/偏移適配，DetNet29.522TSCTS29.534時間同步簽約擴展TS29.539DetNet所需NW-TT字段擴展TS29.565時鐘同步狀態(tài)報告，支持IETFdraft-ietf-detnet-yangTS29.503簽約數據更新TS29.504簽約數據更新TS29.505簽約數據更新TS29.518AMF相關流程更新TS29.571通用數據更新TS29.244用戶面控制接口詳細設計（四）CCSA確定性網絡中國通信標準化協(xié)會CCSA2018網絡、工業(yè)互聯(lián)網的確定性網絡行業(yè)標準的制定：2021-0277T-YD電信網絡的確定性IP2021-0278T-YD電信網絡的確定性IP求2022-0759T-YD電信網絡的確定性IP2021-0993T-YD電信網絡的確定性IP邊緣云的技術要求2021-CCSA-1162022-CCSA-325.02020B60究2021B80系統(tǒng)研究2022B605G2021B912021B1335G2020B39PON2023-0107T-YD5G（TSN）技術要求（第二階段）雖然各行業(yè)和標準化組織都已經開展確定性網絡技術的研究以及標準的制定，確定性網絡目前僅在局域網或專用大型設備中應用，還未廣泛應用。TSN的時延控制機制適用于范圍較小的二層網絡，對于長距離、拓撲復雜的網絡，TSN性并不夠優(yōu)異；DetNetIPTSNTSN的標準。5GTSN的挑戰(zhàn)。除了個別局域網的業(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，因此需要確定性網絡技術的協(xié)同。目前業(yè)界對于確定性網絡技術協(xié)同技術的研究尚處于起步階段，各標準化組織尚未有確定性網絡協(xié)同技術標準發(fā)布，所以研究確定性網絡協(xié)同技術是非常必要的。四、確定性網絡要解決的問題確定性網絡通過對網絡數據轉發(fā)行為進行控制，從而實現(xiàn)可預期、可規(guī)劃的，將帶寬、時延、抖動和丟包率等控制在確定的范圍內[5]。其中，帶寬資源可以通過資源預留協(xié)議、軟硬切片資源隔離等方式實現(xiàn)，丟包率可以通過多發(fā)選收等技術實現(xiàn)。時延和抖動是確定性網絡所關注的最核心的方面，包括網絡的單跳時延和端到端時延[6]，通常表現(xiàn)在單臺網絡設備對于報文的收發(fā)時間的控制，以及與上下游節(jié)點的相互配合。（一）保障單域網絡的時延網絡的單跳時延主要由單跳傳播時延和節(jié)點內時延組成，其中傳播時延是指數據包在鏈路上傳播的時延，主要取決于網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。節(jié)點內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。當沒有任何網絡擁塞，數據報文進入緩沖隊列的時延幾乎為零，但是網絡一旦有擁塞發(fā)生，報文必須在網絡設備（路由器、交換機）中排隊等待。這個時間不是固定的，與網絡繁忙程度以及隊列排隊機制相關。網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)確定性網絡的關鍵在于減少節(jié)點內的時延。圖4-1網絡單跳時延確定性網絡中，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)劃和數據包的處理調度，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等待而導致的時延，從而使得整個網絡的關鍵數據包的傳送處于確定的狀態(tài)。圖4-2(a)和(b)分別給出了在傳統(tǒng)IP網絡和確定性網絡中的端到端傳送時延的概率密度分布，可以看到確定性網絡的時延和抖動是有上界的。傳統(tǒng)IP網絡 (b)確定性網圖4-2網絡時延概率密度（二）保障端到端跨域網絡時延的協(xié)同網絡的端到端時延是指業(yè)務請求從客戶端發(fā)出之后，一直到數據中心進行處理所經過的所有網絡鏈路和設備的時延。如圖4-1所示，網絡端到端單向時延包括以下4種。無線側時延：無線側時延主要是指業(yè)務數據從端側發(fā)出，經無線空口被無線接入網（RAN）接收的時延?；貍骶W時延：從基站連接至用戶面功能（UPF）的時延，這段網絡不同的運營商采用不同的技術，如分組傳送網、切片分組網以及IPUPFUPF5G（DN）之間的連接點，負責完成數據報文的識別和重封裝。其中，服務質量映射、深度包檢測等功能處理會帶來一定的時延。UPF5GIPIP城域網，以及互聯(lián)網，采用的是IP圖4-3端到端的網絡時延通常除了局域網業(yè)務，其他需要訪問外網或者互聯(lián)網的業(yè)務都需要經過多個網絡域，包括跨越局域網、運營商不同自治域的網絡以及不同運營商之間的網絡，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。五、端到端確定性網絡協(xié)同框架端到端的確定性網絡不僅要解決網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，端到端確定性網絡的架構如圖6-1所示。（一）端到端橫向跨網絡域從網絡域的角度看，端到端的確定性網絡包括3圖5-1 端到端確定性網絡架構工廠內網以工業(yè)為例，工廠內網通常分為信息網絡和生產網絡[7]，其中離用戶站點較近的生產網絡對時延有一定的要求。傳統(tǒng)的生產網絡采用的總線或工業(yè)以太網技術，可以保障時延，但是無法適應工業(yè)互聯(lián)網趨勢下的互聯(lián)互通要求，這也是TSN網絡深入工業(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)模的網絡，TSN在工業(yè)的融合發(fā)展趨勢，促使信息和生產系統(tǒng)在網絡層互聯(lián)和應用層語義一致，實現(xiàn)不同系統(tǒng)的互聯(lián)互通。工廠外網5G匯聚網和骨干網。工廠外網的確定性是端到端確定性網絡的關鍵環(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。匯聚和接入網絡主要采用PTN/SPN/IP-RAN需求，不過是否需要進一步的基于二層或者3IP35GUPFUPF用不同的技術和協(xié)議，這兩部分網絡也有不同的控制面。流量UPF5GUPF5GQoS著比較復雜和較為全面的控制，但是在UPFIPDSCP8]，DSCP種，但是現(xiàn)階段并未在現(xiàn)網中應用。所以一方面流量在5G網絡中并沒有實現(xiàn)嚴格的確定性，另一方面在UPFQoS3GPP動對確定性機制的引入，即使兩部分網絡都實現(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?？缇W絡域跨網絡域的情況包括跨同一個運營商網絡的多個網絡域，不同網絡域所采用的網絡技術可能不同；也包括跨不同運營商的網絡，如qualityondemand[9]，用戶通常通過某一運營商的網絡接入，訪問其他運營商網絡中的服務。同時也指不同的局域網之間的互聯(lián)。確定性的業(yè)務流在各個網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)可能根據網絡規(guī)模，通過集中式或者分布式部署。由于各網絡域可能使用不同的調度、整形技術，如時延敏感門控調度、循環(huán)隊列調度、剩余時間調度、異步調度等，不同技術對時延和抖動的影響各有不同，為滿足端到端時延/抖動SLA指標，可以在不同技術域邊界額外放置時延/抖動調整器，對經過當前域的確定性業(yè)務的時延或者抖動做二次調整。時延/抖動調整器可以通過多種技術實現(xiàn)，具體方案還待進一步研究。（二）端到端縱向跨功能平面協(xié)同確定性網絡的實現(xiàn)技術包括數據面、控制面和管理面，需要各功能平面協(xié)同來保障端到端的確定性。數據面數據面技術是確定性網絡的基礎，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。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)網設備周期性的數據采集等，對于整體的網絡流量，通常是無規(guī)則的。需要在網絡設備處對無規(guī)則的流量進行整形，滿足一定的規(guī)律分布，從而便于后續(xù)的處理。IEEE802.1Qav隊列調度：網絡設備內部對報文或流的處理一般是基可以調整其在某個網絡設備發(fā)送的時間，從而達到逐流逐報文可控的效果。IEEE802.1Qbv[11]是典型的隊列調度機制，也是循環(huán)隊列調度[12]以及異步流量整形[13]等調度的基礎。標簽解析：消息在不同網段傳輸時，由于不同網絡的實現(xiàn)技術不同，可能需要對標簽進行重新解析和封裝。例如，從二層網到三層網絡，時間敏感流的關鍵字段需要從以太網幀中解析出來，封裝成IP周期映射：一些非時間同步的確定性網絡實現(xiàn)機制，IP[14]，需要基于循環(huán)隊列的機制對上下游設備進行標簽映射。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據面功能的擴展。控制面控制面端到端時延和抖動保障方面可以有多種技術手段，例如：拓撲生成：確定性網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絡的功能，可能采取隧道技術或者疊加層的方式，因此需要具備確定性網絡設備和拓撲生成的功能。SLASLA的的多段SLAQoSMACQoS息區(qū)分確定性業(yè)務和SLA服務，網絡邊界節(jié)點需要做參數映射和轉換；SLA滿足需求的業(yè)務路徑，域內根據業(yè)務分類分級信息選擇合適的確定性路由，也可以通過集中控制方式由控制器規(guī)劃顯式路徑；資源預留：資源預留是保障確定性網絡服務的基礎，傳統(tǒng)的資源預留協(xié)議[15]或基于流量工程擴展的資源預留協(xié)議[16]協(xié)議目前應用得并不是特別廣泛，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絡資源利用率。所以需要在提升資源預留的粒度和準確度上，并且需要改進廣域網絡對應流聚合情形下的資源預留方案。流聚合：在大多數大規(guī)模確定性網絡中，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。管理面管理面需要實現(xiàn)確定性網絡的跨域互通管理、資源管理配置、性能檢測、多用戶配置和能力調用等功能?？缬蚧ネü芾恚号渲么_定性網絡流量在不同網絡域的策略，可能包括域間的資源分配和協(xié)商等功能。資源管理配置：可以是一些基本的網絡配置，也可以是特定的資源，如YANG性能監(jiān)測：通過獲取網絡反饋來調整轉發(fā)策略，定位故障，并根據歷史數據預測網絡擁塞。多用戶配置：確定性網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。能力調用：向用戶云開放確定性網絡的能力，如路徑計算、門控制列表等。用戶云通常包括基本的網絡配置功能，但對于復雜的網絡管理或者控制面功能，可以通過調用大網的能力實現(xiàn)。六、端到端確定性網絡協(xié)同技術本章節(jié)提出一些確定性網絡技術協(xié)同方案，作為當前確定性網絡的補充，實現(xiàn)端到端的確定性網絡保障。（一）現(xiàn)場網與車間網協(xié)同技術工業(yè)網絡對通信的實時性有著較高的要求，傳統(tǒng)的工業(yè)以太網針對特定的應用領域開發(fā)了許多專有的協(xié)議來保障通信需EtherCAT、PROFINETTTEthernet等，但是它們都是行業(yè)的專有協(xié)議，彼此互不兼容，無法在同一網絡中實現(xiàn)互操作，為了解決這一問題，TSNTSN系列機制，將工業(yè)以太網和TSN流量的實時傳輸，并進一步促進工業(yè)網絡中的IT/OTTSNTSNTSN交換機可以實現(xiàn)TSN流量調度等，時鐘同步作為TSNTSNTSNQbv、Qbu延；對可靠性要求高的應用，可以使用具有802.1CB換機來減少數據包的丟失以提升可靠性。TSN供的網絡指標包括帶寬、延遲、抖動、丟包率、可靠性等等，對于中小規(guī)模的靜態(tài)網絡，TSN的流量規(guī)劃調度往往可以提供高質量的調度方案。（二）工廠內網與工廠外網協(xié)同技術本節(jié)主要面向工廠內網和外網的協(xié)同互聯(lián)場景。例如DetNetIP32層網絡孤島連通的場景，RFC9024TSNDetNetMPLSL3DetNetTSNDetNetMPLSproxy）TSNTSNDetNet流，可能一對一，TSNDetNetTSNDetNetTSNStreamID及其相關參數及需求，需要轉化成DetNetFlow-ID目前產業(yè)界代表性確定性IP技術DIP，基于IP分組轉發(fā)技術做到端到端時延抖動不超過需求閾值，且時延抖動上限與數據包所經過的IP節(jié)點跳數無關，主要適用于遠程手術、在線VR游戲、電網繼電保護、天車遠程駕駛等場景。確定性IP網絡的轉發(fā)架構主要包括控制面的資源預留、數據面的確定性轉發(fā)，在入口邊緣節(jié)點處進行確定性流準入條件判定，必要時進行確定性流量整形；出口邊緣節(jié)點參與資源預留的信令過程。DIP面向廣域網設計，同時也可以應用在工廠內網。從工廠內網到外網的鏈接轉換過程中，需要配置好周期映射的關系，消除內網和外網周期頻率的偏差，以及適應不同網段的速率和周期大小的設置問題。圖6-1確定性IP網絡架構（三）移動網與承載網協(xié)同技術5G+TSN（1）5G前傳+TSNTSN5GIEEE802.1CM-2018802.1CMde-2020TSN5G型蜂窩網絡以及未來基于云的無線接入網絡的技術設計中發(fā)揮重要作用。面向工業(yè)企業(yè)園區(qū)內工業(yè)互聯(lián)網規(guī)劃和部署，時間敏感網絡與移動前傳網絡融合部署的場景主要有如下三類：車間級：車間內部及生產線上，部署有大量異構的傳感其中，不同類型數據通過前傳網絡傳送至車間綜合接入點的MEC進行本地實時處理，支持閉環(huán)控制。此時前傳網絡為主要承載網絡，傳輸范圍為車間內；樓宇級：樓宇內部，部署有大量監(jiān)控器和移動機器人，具有高帶寬和高可靠傳輸要求。其中，監(jiān)控數據和機器人控制數據通過前傳網絡傳送至樓宇綜合接入機房的MEC時處理，支持實時調度。此時前傳網絡為主要承載網絡，傳輸范圍為樓宇內；園區(qū)級：園區(qū)內部，部署有大量監(jiān)控器或巡檢機器人，具有高帶寬傳輸要求。其中，監(jiān)控數據一般通過前傳網絡傳送MEC面向室外生產作業(yè)環(huán)境（如石油開采、電力傳輸）的工業(yè)互聯(lián)網規(guī)劃和部署，時間敏感網絡與移動前傳網絡融合部署的場景主要有如下兩類：生產單元級：室外大型生產單元（如抽油機、變電站）附近，部署有大量異構的傳感器、監(jiān)控器和控制器，分別具有高并發(fā)接入、高帶寬傳輸和高可靠、強實時傳輸要求。其中，不同類型數據通過前傳網絡傳送到室外生產單元接入點的MEC進行本地實時處理，支持閉環(huán)控制。此時前傳網絡為主要承載網絡，傳輸范圍為生產單元附近；生產區(qū)域級：室外大型生產單元之間需要進行協(xié)同調度與控制，具有高可靠、強實時傳輸要求。其中，數據通過前傳網絡傳送到區(qū)域生產調度室的MEC（2）5GTSN端到端同步技術軟件定義5GTSN同步網絡基于集中式控制和管理架構，通過引入控制平面，提供智能化的同步網絡配置管理、保護恢復、故障管理以及性能管理等功能，防止同步網絡定時環(huán)、PTP廣播風暴、同步網絡配置錯誤等問題，方便同步網絡規(guī)劃部署，增強同步網絡運行安全可靠性，提升同步網絡運維管理效率?；赟DN/NFV技術，通過軟件定義的方式可以將網絡的主要工作簡化為傳遞時間同步消息，并將協(xié)議級別的逐跳補償從專用時鐘設備解耦成網絡功能。一方面通過SDN控制器可以獲取相關鏈路參數信息（例如，鏈路長度，物理鏈路特性等），并且可以獲取節(jié)點參數，例如網元的類型，振蕩器特性以及任何其他根據SDN規(guī)則以可編程方法添加的參數信息；另一方面，通過將時間同步構建為網絡功能，完成集中式的時間誤差補償。結合SDN、NFV技術實現(xiàn)軟件定義的網絡時間同步后，時間誤差補償數據可以匯集到計算平臺進行處理。（3）5GTSN融合組網SLA5G5GTSN7-4TSN5GTSN5G5G面功能、5G接入網、NW-TT、DS-TT。網關功能設備和設備側TSN5GTSN5GTSN5GTSN5GTSN協(xié)同控制器。5G系統(tǒng)控制平面中的訪問與移動管理功能AMFSMFPCFTSNTSNAF5G器。TSNCUCCNC，TSNTSNAPP求，其南向接口與單域控制器（5GTSN5GTSN5GTSN5GTSN優(yōu)勢，具有寬帶接入、大規(guī)?；ヂ?lián)、實時連接、時間敏感連接等特性，因而可以廣泛應用于數據融合、智能電網、工業(yè)自動化、數字交通等多個領域，賦能工業(yè)互聯(lián)網數字化、網絡化、智能化。圖6-25GTSN組網架構5GTSN部署是產業(yè)界、學術界、標準組織研究的熱點。3GPPR16TSN5G-TSN5GTSNTSNover5GuRLLC、5G承載網overTSN、5GTSNUPF當前，移動網絡終端接入后遵循3GPPUPFGTP[17]所攜帶的移動網的各類參數，但是解析后通過N6DSCP輸出任何關于應用、用戶等的信息。意味著移動核心網中的Qci，Qfi網的服務質量便無法得到保障。即使承載網具備網絡切片、確定性網絡等功能，也無法很好的和業(yè)務需求匹配。端到端的確定性網絡需要不同網段之間的協(xié)同，所以需要移動網的控制面以及數據面與承載網進行交互，包括控制面的參數配置同步，以及數據面的參數解析和重新封裝。以基于時間戳的確定性網絡轉發(fā)機制為例，總體時延T應等于分配給核心網和承載網的時延之和，由于路徑上承載網在移動網后面，則需要進一步的策略規(guī)則制定。實現(xiàn)方式簡述：如果報文在移動網絡傳輸過程中消耗時間正常，需要重新封裝應用對網絡的需求信息,可以通過讀取Qci并未超過總體時延，則承載網絡可以選擇更快速的轉發(fā)路徑，也可以按照原本路徑轉發(fā)絡可以選擇丟棄報文，并向移動網反饋重新發(fā)送報文，則再與核心網溝通重新發(fā)送報文。UPFQci，Qfi等信息寫入詳細的應用需求。一種方式為，UPFFAR行為規(guī)則的功能，其中Transportlevelmarking發(fā)報文IP頭部添加指定的DSCP標記，即可以重新定義TransportlevelmarkingDSCP標記處擴展?；蛘遀PF新增功能，寫入詳細的應用參數信息。另一種方式是UPFPDR識別流的功能并可以進行分類，例如通過LocalF-TEIDUEIP數據面要解決的問題是如何考慮移動網已經消耗掉的時延，傳遞給IPGTPGTPPnN-PDU（NumberFlag），1N-PDU0Pn1，之后通過擴展字段來攜帶具體的應用參數信息。（四）增強確定性網絡協(xié)同技術隨著園區(qū)網絡確定性技術的日趨成熟，跨越IP確定性網絡的各種應用場景也應運而生，確定性網絡面臨多方面挑戰(zhàn)：多樣化的服務質量需求、大規(guī)模網絡連接和流量需求、差異化確定性轉發(fā)機制，需要不同層次資源和路由的協(xié)同。增強確定性網絡（EnhancedDeterministicNetworking，EDN）基于上述需求，以資源、路由的協(xié)同滿足業(yè)務多層次時間確定性的需求。資源確定性資源確定性是提供確定性網絡服務的基礎，是指滿足節(jié)點內、鏈路處理的確定性指標達成的資源以及對應資源的處理機制（比如鏈路帶寬、隊列及其調度算法）。需要對網絡進行整體資源規(guī)劃，建模異構確定性資源，為不同級別的確定性轉發(fā)能力提供保障。EDN將確定性資源統(tǒng)一抽象為確定性“鏈路”，不同的資源類型或資源能力都是為確定性路由層提供不同的“鏈路”，這些鏈路具有確定性路由可感知的確定性屬性。確定性鏈路可以是提供確定性傳輸的子網，也可以是點對點P2P鏈路。通過確定性鏈路的抽象，對路由層屏蔽不同資源的細節(jié)，由確定性鏈路集合、子網之間相互協(xié)同構成具有端到端的確定性服務能力的邏輯拓撲。EDN針對不同資源類型和能力，在數據面攜帶通用隊列資源調度信息，涵蓋Qbv、CBS、ATS、基于截止時間的調度、周期調度等隊列調度機制，報文依據此信息可以得到對應的轉發(fā)和調度，保證業(yè)務的端到端時延和抖動確定性。路由確定性傳統(tǒng)的路由只具備可達性，確定性需求如時延抖動等只作為算路約束條件，路徑隨網絡拓撲的實時變化而發(fā)生改變，不具備SLA能力，無法滿足多種確定性級別的需求。為了滿足分類分級確定性業(yè)務的需求，EDN基于統(tǒng)一建模后的確定性鏈路資源，生成和發(fā)布具有不同SLA能力的確定性路由，例如域內使用IGP基于確定性時延度量計算確定性路由，跨域使用BGP基于精確的時延/抖動指標計算確定性路由。區(qū)別于傳統(tǒng)可達路由，確定性路由本身都是由確定性鏈路構成，通過路由選擇匹配不同的確定性鏈路資源，從而提供不同的路由轉發(fā)服務?；谏鲜龃_定性鏈路計算出的路徑，由于與底層具體隊列調度機制相關，除原有可達性外，還可以體現(xiàn)由底層機制保障的時延和抖動信息，因此此類路由稱為確定性路由?！百Y源確定性”通過規(guī)劃攜帶確定性能力的網絡資源，對確定性資源進行統(tǒng)一建模，形成增強確定性鏈路?！奥酚纱_定性”基于資源層面提供的統(tǒng)一建模的確定性鏈路計算確定性保障路徑并進行時隙化編排，下發(fā)域內或跨域的確定性路由，提供確定性承載能力。七、發(fā)展建議確定性網絡目前標準已經走向成熟，但是仍需在確定性網絡的場景和技術分類分級、應用確定性需求和網絡確定性能力映射，網絡與計算確定性技術協(xié)同方面展開進一步研究：（一）確定性網絡的