Page 34 - 网络电信2021年1/2月刊下
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L2层的确定性网络技术主要是时延敏感网络（TSN,  time
             图1 PE新料和回收料的红外光谱图                                   面，如何构建低开销OAM监控、故障容错和安全防御机制、以及
            sensitive networking）技术。TSN技术是IEEE 802.1工作小组         跨广域编排成为下一步需要解决的重点；在部署模式方面，如
            中的TSN工作小组发展的系列标准，2012年由已有的AVB（audio                  何实现分布式部署与集中式部署的折中与权衡，并确保各层技
            video  bridging）工作小组更名而来，并在2015年合并互联网                术之间的有效融合都是值得进一步研究的关键问题。如今互联
            工作小组。在TSN参考网络架构中，每个节点都有对应的同步                         网技术正面临着巨大变革和机遇，未来网络在业务形态和业务
            时钟和数据队列，时钟用于同步计算，队列用于处理数据优先                          需求上都将发生巨大的变化，确定性与差异性服务的需求日益
            级，包括针对高动态数据的快速通道方式、抢占式机制。通过                          增多。各层确定性技术融合的确定性骨干网的构建是生产型网
            各个机制的协同，TSN为数据传输提供确定的传输路径与确定的                        络发展的必然趋势。确定性网络互联性的增强、融合网络的控
            传输时隙从而实现有界低时延传输。目前TSN相关机制标准仍                         制、资源管理以及安全性策略也将是确定性网络日后的研究热
            在逐步完善中，2011年工作组发布了IEEE802.1AS-Rev（时钟                 点。
            同步），实现了相差500ns以内的时钟同步，现在仍在起草阶                            4、网络计算存储一体化
            段的IEEE802.1AS-Rev进一步引入了时间敏感应用所需的新特                       虚拟现实、工业互联网、车联网、自动驾驶等新业务需求
            征，支持故障切换并改进了测量精度。在2015年IEEE802.1Qbv                  快速发展，不仅需要网络具备高数据传输速率，还需要具备高
            （时间感知队列）发布，为流量传输提供确定的时隙，与                            速缓存和计算能力，传统网络中计算和存储的分离模式难以满
            IEEE802.1Qbu&IEEE802.3br（转发与队列机制）结合可以进一              足这些新业务的要求。随着存储技术的发展，存储设备成本不
            步降低时延。之后工作组又在IEEE802.1Qcc（系统配置）制定                    断降低，并行计算、高性能计算、效用计算等技术不断成熟，
            了TSN的端到端资源管理和配置标准，发布IEEE802.1CB（冗余                   云计算、雾计算等技术逐步应用，网络/计算/存储一体化并在
            数据传输）提供系统故障转移的容错能力。作为当前实现L2确                         一体化平台中融入内容分发能力成为未来网络技术发展的重要
            定性网络最成熟的技术，TSN技术主要应用方向有专业音视频、                        趋势。针对这一趋势，学术界和产业界也进行了大量的探索
            汽车控制、商用电子、工业控制和需实时反馈的工业领域。工                          和创新，网络与存储融合相关技术包括内容分发网络、对等网
            业领域各企业在2016年成立整形器小组加入TSN技术研究，并构                      络、信息中心网络等，网络与计算融合相关技术包括云计算、
            建了多个测试床。2019年，IEC与IEEE合作成立IEC  60802工作               雾计算、边缘计算等，网络、计算和存储的统筹协调包括多云
            组，以便工业领域的TSN开发可以实现底层的互操作。同时，在                        管理、云网协同、SDN技术与ICN技术结合等解决思路，以便为
            OPC UA基金会成立工作组，将TSN技术与OPC UA规范融合，以提                  未来网络和应用提供更好的服务。
            供适用于智能制造、工业互联网领域的高带宽、低延时、语义                              CDN（content  delivery  network）和P2P（peer  to
            互操作的工业通信架构。                                          peer）技术是在应用层利用网络基础设施的存储和处理能力
                L3层的确定性网络技术主要包括确定性网络（DetNet,                     来提升网络的内容分发和检索能力，但在内容共享、可扩展
            deterministic  networking）等技术。2015年，IETF成立了确         性、移动性等方面具有局限性           [41] 。为有效解决这些缺陷，ICN
            定性网络工作组，侧重于为L3层数据提供确定性的延迟、丢                          （Information-centric  networking）更多地关注内容本身，
            包、抖动以及高可靠性，将确定性网络通过IP/MPLS等技术扩                       将传统的端到端通信模式转变为基于内容的检索方式，在网络
            展到广域网上。DetNet技术核心思想是主要面向全局性大网场                       层支持节点对内容的存储和处理能力。根据缓存位置可将ICN缓
            景，借鉴TSN的机制和架构，在统计复用的基础上提供确定性                         存方式分为路径上缓存和非路径缓存             [42] 。典型的ICN方案之一是
            时延和抖动。其核心旨在定义一种通用架构，对数据平面和                           命名数据网络，NDN保持ICP/IP协议架构的细腰模型，在网络层
            L3超低时延操作、管理和维护进行标准化，涉及多跳路由的                          放置数据名称，文献       [43] 介绍了NDN路由器的详细数据传输过程。
            时间同步、控制和安全性，动态网络配置及多路径转发[33]。                        目前看，大规模扩展NDN仍面临着替代式部署等方面的严峻挑
            目前实现DetNet只提供了基本架构及用例、数据平面MPLS/IP/                   战，但其命名机制、缓存机制等技术对未来推动网络、计算、
            SRv6方案、配置模型等草案，还没有形成标准化文档，另外OAM                      存储一体化起到了很好的参考作用。
            （operation  administration  and  maintenance）、QoS等机      云计算通过集中计算资源，可利用集中的大量计算资源协
            制也在不断研究探索中。此外，华为公司目前在确定性网络提                          助用户执行计算任务，有效解决了用户算力有限的问题。为了
            出了DIP（deterministic  IP）方案，通过“时隙+门控”的方               解决用户远离云导致的实时性业务无法保障、计算任务长距离
            案，保证三层网络每一跳的严格时延上限，进而保证任意端到                          大规模迁移成本高等问题，思科提出雾计算                [44] 作为云计算的补
            端的超低时延及抖动。                                           充，采用分布式计算范式提供更靠近用户的计算资源，可为实
                总结起来，面向未来业务需求，网络确定性服务成为重要                        时应用提供低延迟服务。为解决移动云计算的长时延问题，业
            驱动力，然而确定性网络技术目前还处于研究初期，还存在诸                          界提出了移动边缘计算        [45] ，允许在网络边缘对应用提供计算支
            多挑战。在系统架构方面，需要进一步解决精确时间同步、整                          持，具有低延迟、节能、实时感知、隐私及安全性等方面的优
            形与反压、复杂拓扑、多路协同、端到端、平滑演进等关键问                          势。边缘计算等的基础设施靠近用户侧如园区、工厂，在未来
            题；在转发平面技术方面，需要进一步解决转发不确定性、多                          可能推动新的开放、协作生态系统的构建，为电信运营商的运
            打一、微突发、抢占、排队算法等核心技术；在控制平面技术                          营模式带来新的变革机遇。
            方面，需要攻克全网时隙规划、即插即用、拥塞控制、带内控                              在网络/计算/存储一体化核心技术研究方面，涉及到架构
            制、非实时控制以及虚拟隔离等技术难题；在管理平面技术方                          设计、在网计算、转算存融合协议、智能分发机制等方面。文

                                                      网络电信 二零二一年一、二月                                           61
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