確定性網(wǎng)絡：超越“竭力而為”，瞄準“確?？煽?rdquo;
運行過程中，怎么將車輛、行人、路側(cè)設施等大量數(shù)據(jù)將及時傳輸至行駛算法中，并且確保行駛過程中網(wǎng)絡波動狀況穩(wěn)定？在中國@深圳都市網(wǎng) 原文學習戳→&content=utf-8&pic=http://92xc.com.cn/uploads/images/default/default.png "分享到新浪微博")
科技日報記者金鳳
在元宇宙、4K、8K、高清視頻等新興場景中，怎么將端到端的時延操縱在幾毫秒，時延抖動操縱在微秒級？
自動駕駛系統(tǒng)運行過程中，怎么將車輛、行人、路側(cè)設施等大量數(shù)據(jù)將及時傳輸至行駛算法中，并且確保行駛過程中網(wǎng)絡波動狀況穩(wěn)定？
在中國工程院院士劉韻潔看來，確定性網(wǎng)絡技術(shù)，可為數(shù)據(jù)的傳輸提供帶寬、時延、抖動等質(zhì)量可確定的服務，在元宇宙、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、電力、車聯(lián)網(wǎng)、遠程醫(yī)療等領域提供“準時、準確”的信息傳輸服務質(zhì)量。
前別久在南京召開的第六屆以后網(wǎng)絡進展大會中，劉韻潔團隊研發(fā)的“全球首個廣域確定性網(wǎng)絡系統(tǒng)”正式發(fā)布。何為確定性網(wǎng)絡？它將為我們的日子和都市進展帶來什么？
互聯(lián)網(wǎng)與實體經(jīng)濟結(jié)合催生信息傳輸“高鐵”
自20世紀70年代互聯(lián)網(wǎng)誕生以來，由于其簡單的連接機制、別斷提高的帶寬以及可擴展性和兼容性而被廣泛使用。
然而，隨著高清實時視頻流與工業(yè)機器操縱等網(wǎng)絡應用的增多，傳統(tǒng)網(wǎng)絡“竭力而為”的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方式，越來越難以支撐以后業(yè)務對差異化服務、確定性、低時延的需求。例如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)上傳和操縱指令下發(fā)、遠程機器人手術(shù)、無人駕駛、VR游戲等，需要將端到端時延操縱在1-10毫秒，將時延抖動操縱在微秒級，但傳統(tǒng)的網(wǎng)絡卻難以滿足以上要求，無法實現(xiàn)確定性的時延抖動操縱。
并且，盡管一些傳統(tǒng)的工業(yè)網(wǎng)絡協(xié)議，也能實現(xiàn)一定程度的確定性傳輸，但存在協(xié)議互通性差，應用場景范圍有限等咨詢題。
“互聯(lián)網(wǎng)從消費領域進入實體經(jīng)濟將面臨巨大變革，也存在兩個挑戰(zhàn)，一個是網(wǎng)絡需要確定可控，另一個是網(wǎng)絡要能提供差異性的服務。在AR、VR、3D通話、全息影像、交互式游戲、遠程工控、自動駕駛、車路協(xié)同等領域，更需要網(wǎng)絡確定可控并能提供差異性服務?！敝袊こ淘涸菏?、紫金山實驗室主任劉韻潔介紹，確定性差不多成為網(wǎng)絡進展的關鍵技術(shù)，確定性網(wǎng)絡也成為以后經(jīng)濟和社會進展的重要基礎。
確定性網(wǎng)絡是一種新型網(wǎng)絡技術(shù)，其具有“大帶寬、低延時、低抖動、高可靠”等優(yōu)點，能夠有效解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸上的擁堵、延遲、抖動等痛點咨詢題。
劉韻潔打了個比方，網(wǎng)絡就像別同的道路，有一般馬路、高速公路甚至飛機航線等。我們目前使用的互聯(lián)網(wǎng)就好比一條“一般馬路”，堵堵停停，時延抖動難以操縱。而確定性網(wǎng)絡則是利用新技術(shù)構(gòu)建“信息高鐵”，是徹底暢通的一條路，時延抖動是可定制的，可按用戶需要提供服務，能有效解決工業(yè)創(chuàng)造、能源、元宇宙等重大應用的精準操縱咨詢題。
近年來，國內(nèi)外企業(yè)、標準組織、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟都在積極研究確定性網(wǎng)絡技術(shù)。劉韻潔介紹，從國際來看，國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務組（IETF）、國際電工委員會（IEC）積極推動確定性網(wǎng)絡技術(shù)標準的落地。在國內(nèi)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟也啟動了時刻敏感網(wǎng)絡（TSN）產(chǎn)業(yè)鏈名錄活動；華為聯(lián)合30多家單位成立5G確定性網(wǎng)絡產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟；中國信通院聯(lián)合國內(nèi)多家網(wǎng)絡相關單位共同組建網(wǎng)絡5.0產(chǎn)業(yè)和技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟，開展確定性網(wǎng)絡技術(shù)研究。?
需對時延、抖動、丟包率、帶寬和數(shù)據(jù)傳輸路徑精準操縱
作為一種新型網(wǎng)絡基礎設施，此次發(fā)布的全球首個廣域確定性網(wǎng)絡系統(tǒng)模擬“高鐵”系統(tǒng)，提出基于時隙的傳輸機理、并發(fā)業(yè)務流整形機制、高效業(yè)務流調(diào)度算法，研制確定性大網(wǎng)操作系統(tǒng)，實現(xiàn)全網(wǎng)時隙統(tǒng)一調(diào)度，并基于以后網(wǎng)絡試驗設施（CENI）首次實現(xiàn)華為、新華三確定性設備異構(gòu)組網(wǎng)，正式開通了覆蓋北京、南京、上海等35個都市的廣域確定性網(wǎng)絡，在100%網(wǎng)絡負載、途經(jīng)13個省市13000公里距離、10000條確定性業(yè)務事情下，實現(xiàn)零丟包、時延抖動小于20微秒。
“這張信息網(wǎng)絡的‘高鐵網(wǎng)’開通后，相當于能夠給所有入網(wǎng)的都市進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)一調(diào)度?！本W(wǎng)絡通信與安全紫金山實驗室新型承載網(wǎng)絡技術(shù)課題負責人汪碩博士解釋，以往一個都市內(nèi)，各個工廠之間網(wǎng)絡應用和數(shù)據(jù)傳遞就像各家開私家車一樣，自己規(guī)劃線路和時刻，容易造成數(shù)據(jù)擁堵和丟包。而此次發(fā)布的廣域確定性網(wǎng)絡相當于建立一個“高鐵”時間表，依照別并且間的各個都市的需求，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧髁?、所需帶寬統(tǒng)一調(diào)度，再由各個都市向各個工廠分發(fā)數(shù)據(jù)資源，減少“數(shù)據(jù)擁堵”。
面對時延敏感性業(yè)務的迫切需求，怎么從“竭力而為”提升為“準時、準確”地操縱端到端的時延，對網(wǎng)絡提出了新的挑戰(zhàn)。
在汪碩看來，想實現(xiàn)確定性網(wǎng)絡的穩(wěn)定可靠，需要對網(wǎng)絡時延、抖動、丟包率、帶寬和數(shù)據(jù)傳輸路徑有確定性的操縱。這就需要設計一些可定量的網(wǎng)絡性能類指標，例如網(wǎng)絡可答應的帶寬轉(zhuǎn)發(fā)能力、網(wǎng)絡可保證的確定性時延的上界、網(wǎng)絡可保證的確定性業(yè)務轉(zhuǎn)發(fā)丟包率、時頻同步特性等。
汪碩舉例，“在確定性網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸過程中，要依照別并且隙，即別同的時段的業(yè)務流量別同，匹配別同的帶寬，即設計時隙調(diào)度算法，規(guī)劃相應的流量在固定的時刻抵達目的地，相當于為高鐵設計了一套買票系統(tǒng)?！彼v，以往的路由器別需要思考時隙，而現(xiàn)在就要重新設計路由器的架構(gòu)，使其可以調(diào)度成千上萬條數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹案哞F”線路，而且能達到微秒級的操縱精度。
“經(jīng)過近幾年的理論研究和實踐探究，確定性網(wǎng)絡技術(shù)框架逐漸成熟，形成了以DetNet為核心的廣域確定性技術(shù)體系，以后，希望能以具有較低的部署成本、較高的傳輸通量、超高的可靠性和超高的安全性打造一張穩(wěn)定高效的網(wǎng)絡?！蓖舸T講。
或?qū)⒏淖兾覈ヂ?lián)網(wǎng)下半場進展
確定性網(wǎng)絡開通后，將給我們帶來哪些驚喜？劉韻潔表示，在構(gòu)建數(shù)字能源新模式、智慧交通、算力互聯(lián)、元宇宙、礦山安全生產(chǎn)、遠程醫(yī)療等領域，確定性網(wǎng)絡均大有可為。
“確定性網(wǎng)絡最現(xiàn)實的一個應用，算是建立算力網(wǎng)絡?！眲㈨崫嵵v，算力將成為數(shù)字經(jīng)濟的核心生產(chǎn)力。中國差不多成為全球數(shù)據(jù)資源大國，但現(xiàn)在的算力中心像單個的煙囪，形成一個個數(shù)據(jù)孤島，低利用率導致成本極高。
“這就需要算力跟網(wǎng)絡的融合，要打通算力資源的孤島，把一個個煙囪拔掉，讓確定性網(wǎng)絡像一個計算機總線一樣，把所有算力都連在一起，構(gòu)建一個全域超級計算機，賦能人類社會進展。”
近期，劉韻潔團隊構(gòu)建了從南京到貴陽跨2450公里的100G試驗網(wǎng)絡，由于傳統(tǒng)網(wǎng)絡存在大量的丟包與擁塞，在網(wǎng)絡擁塞事情下，帶寬利用率別足10%，難以滿足算力數(shù)據(jù)中心跨廣域的無損數(shù)據(jù)傳輸需求，而采用新型確定性無損傳輸技術(shù)后，可系統(tǒng)性解決網(wǎng)絡帶寬、時延、丟包咨詢題，為業(yè)務提供有確定性保障的服務質(zhì)量，于是，峰值傳輸速率可提升至88%，可達到數(shù)據(jù)中心內(nèi)部無損網(wǎng)絡傳輸水平。
在遠程醫(yī)療場景，確定性網(wǎng)絡也讓手術(shù)操作跨越時空。今年2月，青島大學附屬醫(yī)院副院長牛海濤團隊，在濟南操控一臺機器人，“隔空”給青大附院市南院區(qū)動物實驗室的試驗動物豬進行了遠程機器人輔助腹腔鏡下腎臟切除術(shù)，用時20多分鐘。整個過程網(wǎng)絡時延別到6毫秒，制造了新的紀錄。醫(yī)院團隊的遠程手術(shù)應用的正是確定性網(wǎng)絡。
在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)方面，確定性網(wǎng)絡也可滿足工業(yè)應用超大帶寬、超低時延抖動、萬億級連接需求，解決工業(yè)企業(yè)異地工廠互聯(lián)、遠程機械臂操縱等時延抖動操縱咨詢題；在能源互聯(lián)網(wǎng)方面，確定性網(wǎng)絡預期可實現(xiàn)電力信息精準同步，為企業(yè)降低能耗10%-20%，助力實現(xiàn)“碳達峰碳中和”。
“目前電網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸頻率沒有那么高，例如哪里用電量多，哪里用電量少，信息無法那么快感知。我們在嘗試攻關，盡可能用確定性網(wǎng)絡提高信息交換和同步的速度，以實現(xiàn)電力的實時調(diào)度，盡可能快地削峰填谷。”汪碩講。
在劉韻潔看來，突破確定性網(wǎng)絡核心技術(shù)，建設確定性網(wǎng)絡相關產(chǎn)業(yè)生態(tài)，實現(xiàn)核心標準、設備的自主可控，確定性網(wǎng)絡將有可能成為改變我國互聯(lián)網(wǎng)下半場進展的技術(shù)體系。
“誰能把握住互聯(lián)網(wǎng)進展下半場的歷史機遇，誰就能掌握以后科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)進展的主動權(quán)?！眲㈨崫嵵v。
來源：中國科技網(wǎng)