确定性网络，这条网络“超级高铁”有多绝？

近日，国家发改委批复同意8地启动建设国家算力枢纽节点，拉开了国家级算力网络规划的大幕。算力网络的调度策略不但依赖算因子，也依赖网因子。其中网因子中的关键指标之一就是时延抖动。确定性网络因其具备提供确定的丢包和抖动的能力，成为支撑算力网络发展的一项重要技术。

究竟何为确定性网络?它与现存的传统网络有什么区别?下面让我们来揭开它神秘的面纱。

几十毫秒到几毫秒

以太网里的超级高铁

自上世纪70年代3Com公司发明以太网以来，由于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，但是，传统的以太网络采用的是“尽力而为”的方式传输数据，无法实现对传送时延和抖动的准确控制。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、智慧农业、远程手术、无人驾驶、VR游戏、智能服务等来说，需要精确地控制端到端时延和抖动，传统以太网络就显得力不从心了。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。可以说，确定性网络是一种提供确定性服务质量的网络技术，是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一种新技术。

确定性网络就好比在以太网络里建设了一条超级高铁，能够有效时钟同步、零拥塞丢失、超可靠的数据包交付，并与“尽力而为”的服务共存。此外，还可以像高铁一样进行定点发车、长距传输，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。

确定性网络构建离不开芯片底座

为了实现确定性网络，需要在网络中融合诸多新的技术如融合高精度时间同步技术、确定性队列技术、FlexE技术及高性能硬件OAM等。集成如此超大规模的功能，也对芯片设计提出了一系列要求：

5纳秒超高精度时间同步能力：

这是支撑确定性转发路径测量与标识的基础。确定性转发路径需要所有转发网元基于同一个时间标识，各个转发网元基于全局统一的时间基准选择报文转发时机，进而达到缩短时延与抖动的效果;

极限芯片资源占用：

每一项单技术模块都会占用不少的芯片资源，在业界单单是FlexE MAC资源规模就可以独立做一个芯片(如2019年Microchip单独发布了一款META-DX1的FlexE芯片)，而确定性网络必须将更多的功能融合在一起，对整个芯片资源利用效率提出极高的要求;

多接口、多速率适配：

为了满足各种工业场景使用，确定性网络要适配各种带宽速率，从GE到400GE。在一个架构中同时适配多速率物理接口，并且要能够实现多种速率灵活切换和对多速率的自适应;

灵活可编程：

确定性技术发展方兴未艾，未来技术标准还在不断发展，因此只有可编程的灵活模组才能不断满足对确定性技术的持续探索。

确定性网络必由之路：抖动压缩方案

目前，业内探讨最多的确定性网络方案包括时间敏感网络(TSN)和基于CSQF的广域网确定性时延抖动方案。前者能够对于重要的数据进行优先级传输，但对于非重要的数据排队的情况可能会更加严重。后者通过时隙映射，周期性排队转发方式，保障网络的整体通畅，还是具有较大的平均延迟，为此，新华三集团提出了建设确定性网络的新思路：基于抖动压缩的简单实现确定性传输的原创方案。

对于轻载网络而言，它无需全网设备都支持CSQF，只需在入网和出网两端支持抖动压缩即可，从而兼容现有网络，降低网络建设成本。通过路径规划、时延检测和抖动压缩三步，抖动压缩方案实现了端对端确定性时延、抖动和零丢包。可以说，这一种方案同时兼顾了时间敏感网络(TSN)和基于CSQF的广域网确定性时延抖动方案的优点。

从硬件上来看，新华三确定性网络的新方案，不但继承了可编程FlexE模组的高精度时钟能力、网络切片能力还融合确定性业务队列能力，更增加了对10G/GE等低速率接口的支持，满足确定性网络在各个场景各种带宽下的应用需求。大幅提高了网络的兼容性，无需开辟新的路径就可以将确定性网络所需要的关键硬件能力统一集成。

从软件上来看，也继承和扩展了SRv6可编程能力，创新性地通过SRv6 SID携带确定性网络转发信息，并支持北向对接控制器进行全局的确定性路径和发送窗口编排，为确定性网络的大规模部署提供了能力。

验证结果表明，在高优先级队列不拥塞情况下，即使是多跳跨域环境，基于抖动压缩方案端对端抖动的范围也能控制在一个合理区间之内。新方案对调度周期的阀值、抖动范围和偏移等参数都能灵活控制。相比于TSN的兼容性差和CSQF的较高部署成本，基于抖动压缩的广域网确定性时延抖动方案表现出了明显优势。

千公里，6微秒抖动，

不断完善的确定性网络实践

在新华三与江苏省未来网络创新研究院和合作实践测试中，各场景均实现了确定性流的时延抖动控制在15微秒以内，在业界率先突破了确定性流和非确定性并存的问题。同时，中国信息通信研究院测试结果表明：“在12G确定性+80G背景流量高负载下，经过上千公里的传输，由新华三高端路由器构建的确定性网络确定性流量平均时延抖动6微秒、最大时延抖动仅为14微秒，实现了广域网端到端确定性流量抖动低于20微秒的研究目标，各项指标达到国际先进水平”。

从实践来看，新华三确定性网络的新方案时间进度和交付成果上均超出了预期，并得到了江苏省未来网络创新研究院的肯定和认可。这也显示出新华三在确定性网络的建设上具备了以下核心能力：1、确定性方案覆盖局域网、广域网;2、支持跨地域、多节点间确定性传输;3、支持多业务并发，确定性流与非确定性流共存;4、支持确定性业务K级以上，端对端抖动20us以下。

未来网络将走向全域端对端确定性

在未来，会有大量的智能机器接入网络，“面向机器的通信”将产生许多新型网络功能需求。网络服务对象和服务模式的转变使得“大带宽等于高质量”的假设不再普遍适用，信息在网络中传输的准时性和网络层的确定性成为了未来网络关键需求之一。

随着产业互联网的推进，原有的两层三级(两层指的是IT和OT两层网络、三级指的是工厂、车间、现场三级)架构将会变成模糊，变得更加扁平、高效。网络的边界也会进一步延展，由原先一地一控制，发展到有线无线融合、多地协同控制的局面，通过远程控制达到有序、无缝地对接，这就需要跨越广域网端对端确定性传输，需要从局域网到广域网、再到局域网的全域端对端确定性传输。

相信伴随着确定性网络的不断完善，将会给产业带来变革式发展，并助力农业、工业、服务业网络化和智能化升级，大幅提升产品质量、产品良率和服务质量，实现产业互联网发展的新格局。