"国之重器"深度解析 | CENI核心能力之确定性网络服务能力
作者:    浏览:    发布时间:2022-05-12

互联网上半场面向消费型业务,是尽力而为的技术体制;互联网下半场面向实体经济融合重大变革机遇,亟需差异性、确定性服务能力和网络新的架构。

国家重大科技基础设施——未来网络试验设施CENI作为国家综合性研究和公共试验平台,具备四大核心能力。本期带你详解CENI核心能力之确定性网络服务能力。

需求由来

自上世纪70年代以太网诞生以来,因其简单的网络连接机制、充沛的带宽以及可扩展性和兼容性而被广泛使用,在中国造就了百度、阿里、腾讯等互联网巨头。但传统的以太网络采用的是“尽力而为”的数据传输方式,在共享的网络环境中无法实现对传送时延和抖动的准确控制。就像在城市里坐公交车,无法定时到站、无法避免道路堵车、无法智能选择路径,完全依托周围环境做到尽力就好,无可信可达之保障。而对于许多新兴业务,例如智能驾驶、车联网、智慧交通、工业控制、远程手术、无人驾驶、VR游戏等来说,需要精确地控制端到端时延和抖动,传统以太网就显得力不从心了。

因此,需要建立一种可提供“准时、准确”数据传输服务质量的新一代网络,能够具备确定时延、确定抖动、确定丢包率的能力,并且还能与“尽力而为”的服务共存。就如高铁一样,定点发车、长距传输、专道不堵车,通过周期映射和周期规划确定到站时间,并且每站定长停靠,最终保证端到端时延可预期。这就是CENI核心技术之一确定性网络技术,实现了“说到做到”的差异性SLA(服务等级协议)和可承诺的确定性服务质量,这是一种在以太网的基础上为多种业务提供端到端确定性服务质量保障的创新技术。

技术实现

确定性网络技术不是单一技术,而是一系列协议和机制的合集,通过网络切片、显性路由、资源预留、时钟/频率同步、周期映射、门控优先级队列调度、帧抢占、流量过滤和整形、多发选收等技术分别保障确定性带宽、低时延、低抖动、高可靠等QoS指标。简单的说,它既兼容了以太网这条大马路,又借鉴了工业网络里全网同步、时隙规划、控制发包/边缘的思想,从而达到定点发车,长距传输,定长停靠,时延可预期的“超级高铁”。

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CENI具备“尽力而为”到“准时、准确”的能力,从“大概率保证服务质量”变为“确定性地提供转发”,为工业企业提供低时延、低抖动、高可靠网络接入服务,能更好的满足产业互联网及工业互联网对网络性能的苛刻要求。

◆超高精度抖动:从±100us到±10us

◆超低平均排队时延:达到理论最优

◆超低转发时延:压缩40%PP处理时延

价值赋能

国家正大力发展工业互联网新基建,致力于实现工业环境下的人、机、物的全面互联,网络作为底层基础设施成为垂直行业数字化转型的关键需求。未来网络确定性网络技术面向工业、能源、车联网等对网络低时延、可靠性和稳定性要求极高的垂直领域,能够提供确定性服务。

尤其是在工业互联网领域有着极为广阔的应用前景。确定性网络技术与工业制造深度融合,赋能实体产业,推动工业制造系统和管理升级,同时能够引导服务商提供高质量、多样化的服务能力。

目前,依托自研的确定性网络技术,已建成并运行覆盖山东16市、5600公里的确定性网络。经中国信息通信研究院测试,该确定性网络核心节点时延抖动控制在0.02毫秒以内,主要性能指标达到国际领先水平。具体应用到现实场景中,可以实现远程操纵数百公里外医院的手术机器人,完成对患者病灶的精准切除;在矿山开采中,轻松远程遥控操纵矿车进行开采运输作业;为智能化煤矿铺就“高速公路网”,提高煤矿开采数据可视化、开采过程透明化、开采设备智能化……

下一步,为更好地满足行业数字化对确定性网络能力的要求,未来网络将深化应用探索,持续攻克融合发展壁垒,以满足智能化更高的服务需求,助力网络强国和制造强国建设迈上新台阶。

未来展望

由于传统网络缺乏严格的有界时延抖动保障机制,建筑网络高铁是未来网络发展的必然趋势。而在不远的将来,可以预见确定性网络技术趋于成熟,只需要几分钟的配置时间,便可以拥有一条从北京到南京、稳定可靠的、端到端时延10ms的超级高铁线路。

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