確定性網絡研究綜述

黃韜，汪碩，黃玉棟，鄭堯，劉江，劉韻潔

（北京郵電大學網絡與交換國家重點實驗室，北京 100876）

1 引言

以太網自20世紀70年代誕生以來，由于其簡單的網絡連接機制、不斷提高的帶寬以及可擴展性和兼容性而被廣泛使用，根據全球移動數據流量預測報告[1]顯示，到2020年全球IP網絡接入設備將達263億臺，其中工業和機器連接設備將達122億臺，相當于總連接設備的一半，同時高清和超高清互聯網視頻流量將占全球互聯網流量的64%。

激增的視頻流量和工業機器應用，帶來了大量的擁塞崩潰和數據分組時延。同時，許多網絡應用，例如工業互聯網中的數據上傳和控制指令下發、遠程機器人手術、無人駕駛、VR游戲等，需要將端到端時延控制在1～10 ms，將時延抖動控制在微秒級，但傳統的網絡只能將端到端的時延減少到幾十毫秒。面對時延敏感性業務的迫切需求，如何從“盡力而為”到“準時、準確”地控制端到端的時延對IP網絡提出了新的挑戰。

雖然在工業領域，有幾個擴展以太網提供了初步的確定性解決方案，例如PROFINET（process field net[2]、EthernetCAT（ethernet control automation technology）[3-4]、TTEthernet（time-triggered ethernet）[5]，HaRTES（the hard real time switch architecture）[6]，但它們要么不能相互兼容，要么不能與標準以太網設備集成，很難滿足工業控制系統的實時確定性要求。深入分析發現，因為以太網缺乏時鐘同步機制、帶寬預留等管理機制，數據分組優先級等過濾機制，從而無法為應用提供時延和抖動的服務質量（QoS, quality of service）保障。

目前，電子電氣工程師學會（IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers）和互聯網工程任務組（IETF, Internet Engineering Task Force）已提出了新的確定性網絡技術。IEEE 802.1工作組（WG, Work Group）致力于時間敏感網絡（TSN,time sensitive network）的標準化，時間敏感網絡是當前最為成熟的實現局域確定性網絡的技術，通過IEEE 802.1AS時鐘同步、IEEE 802.1Qcc流預留、IEEE 802.1Qch循環排隊等技術保證物理層和鏈路層的確定性時延；IETF的DetNet（Deterministic Network）工作組專注于網絡層（L3）及更高層次的廣域確定性網絡技術。此外，5G標準化工作組已將目標定為總時延1 ms或更低，應用層的開放通信平臺 OPC UA（object linking and embedding for process control unified architecture）也在積極尋求與TSN的結合，確定性網絡的發展充滿了機遇與挑戰。

2 確定性網絡技術應用場景與需求

確定性網絡技術已成為當今學術界和產業界研究和關注的熱點之一，不僅在學術領域有廣闊的研究空間，而且在產業化方面也有巨大的市場前景，因此，研究其在特定場景下的具體需求對確定性技術的發展落地具有重要意義。

2.1 工業互聯網

工業互聯網是互聯網與工業系統全方位深度融合所形成的產業和應用生態，是工業智能化發展的關鍵綜合信息基礎設施。如圖1所示，工業互聯網網絡連接架構分為下層網絡互聯和上層數據互通兩部分，其中，網絡互聯又包括工廠內網、工廠外網。以下將從工廠內網、工廠外網和數據互通三方面闡述工業互聯網對確定性時延和抖動的要求。

1) 工廠內網

工廠內網用于連接工廠內的各種要素，包括人員（如生產人員、設計人員、外部人員）、機器（如裝備、辦公設備）、材料（如原材料、在制品、制成品）、環境（如儀表、監測設備）等。工廠內網與企業數據中心及應用服務器互聯，支撐工廠內的業務應用。

圖1 工業互聯網網絡連接架構

如圖2所示[7]，當前，工廠內網呈現“兩層三級”的結構，“兩層”是指存在“工廠IT（information technology）網絡”和“工廠 OT（operational technology）網絡”兩層技術異構的網絡；“三級”是指根據目前工廠管理層級的劃分，網絡也被分為“現場級”“車間級”“工廠級”這 3個層次，每層之間的網絡配置和管理策略相互獨立。

圖2 工廠內網確定性時延要求

其中，三級中的工廠級的IT 管理運營系統對現場實時工藝過程數據和設備狀態數據有著強烈需求，比如數據實時上報、控制指令下發等。如何實現現場級與工廠級之間高實時性、高可靠性數據通信，是目前工業網絡領域普遍關注的焦點問題。比如鋼鐵廠、煉油廠和海上鉆井平臺等實施復雜的工業流程，數千個現場傳感器向工廠控制中心報告溫度、壓力和油箱填充水平，中心以自動或人為干預的方式使用該信息來控制執行器、啟動新的生產階段、安排維護或觸發警報，其中傳感器、執行器和控制中心之間的通信需要1～10 ms確定性時延。

當前，滿足該要求的通常做法是修改工業以太網協議或者在關鍵生產流程部署獨立的專用以太網絡。然而，這類方式存在的互通性、擴展性和兼容性不夠的問題，在從傳統工廠控制網絡升級到工業互聯網的過程中日益明顯，目前主流的解決方案是 TSN時間敏感網絡和 6TiSCH（IPv6 over time slotted channel hopping）[8]。

TSCH（time slotted channel hopping）是2012年IEEE發布的 802.15.4e MAC層的一種時隙信道跳頻模式，該模式使用及時同步通信和信道跳變來消除信道衰落和干擾的影響。6TiSCH是IETF成立的工作組，旨在研究IEEE 802.15.4e協議的TSCH模式下的IPv6連接，使其具有低時延、低抖動、低功耗和高可靠性的工業級確定性特性。

如圖3所示，6TiSCH上層堆棧（IETF 6LoWPAN、RPL和CoAP）[9]具有最先進的低功耗無線網絡通信技術。6top為操作子層，用以綁定IETF上層和IEEE 802.15.4e TSCH，它通過創建標準方法來構建和維護調度，執行 TSCH配置和控制過程，并定義了最小的6TiSCH配置，以便實現所有設備間的互操作性。

圖3 6TiSCH網絡架構

目前，6TiSCH工作組在 6top操作子層、集中式調度機制、6TiSCH遠程管理接口設計以及實現骨干網確定性方面的標準尚未完成。

發電廠目前主要采用6TiSCH協議以確保實時通信。智能電網應用涵蓋了發電、輸電、配電和客戶駐地領域。在智能電網中，實時信息和可靠的電力輸送使電力系統更加智能，并克服了諸如組件故障、容量限制和影響電力輸送的災難等挑戰。例如，實時監控和數據收集要求通過 IEC 61850協議傳輸的6種指定消息，具有以下3組可接受的傳輸時間：快速消息、原始數據和特殊任務需要小于10 ms，中等消息需要小于100 ms，而慢速消息和非關鍵命令需要小于500 ms[10]。具有靈活調度的TSCH MAC層可以滿足IEC 61850消息傳輸時間要求。

圖4展示了在發電、配電和家用電表網絡中利用6TiSCH概念的智能電網架構，其中實時數據采集和智能電子設備的控制（如自動化本地站的斷路器控制器、自動化變電站的電壓調節器和其他自動化設備）需要滿足極低的時延要求。

2) 工廠外網

工廠外網用于連接智能工廠、分支機構、上下游協作企業、工業云數據中心、智能產品與用戶等主體。智能工廠內的數據中心/應用服務器通過工廠外網與工廠外的工業云數據中心互聯。

工廠外網的需求主要包括4個方面：工業實體的互聯網接入需求、跨區域之間的互聯與隔離需求、工業網絡與混合云互聯的需求、工業互聯網對廣域承載網絡的差異化需求（QoS、安全/保護等），當前，滿足以上需求并廣泛使用的運營商專線業務主要包括 MPLS（multi-protocol label switching）VPN專線和基于OTN（optical transport network） 的光網專線。

MPLS VPN虛擬專網為用戶在公共 MPLS網絡上構建企業的虛擬專網，滿足其不同城市（國際、國內）分支機構間安全、快速、可靠的工業化通信需求，并能夠支持辦公、數據、語音、圖像等高質量、高可靠性要求的多媒體業務。基于OTN的智能光網絡是大顆粒寬帶業務傳送的理想解決方案，如果企業外部專網的主要調度顆粒達到 Gbit/s 量級，可以考慮優先采用 OTN 技術進行網絡構建。

隨著智能工廠的發展，各機器之間通過交換彼此的信息，或者使用超級控制器來描繪網絡拓撲結構以及各種狀態信息。工廠內網需要建立在IP網絡之上，并且滿足確定性時延和抖動以及遠程控制的要求。而目前的工業控制網絡主要局限在局域網的范圍，不能滿足跨局域網、多實時邊緣網絡互連的確定性業務傳輸需求，IETF的DetNet工作組目前正在解決這個問題。

3) 數據互通

數據互通是指建立數據的結構和規范，使傳遞的數據能被有效地理解和利用，對應協議棧的TCP/UDP 層到應用層。

圖4 6TiSCH在智能電網架構中的使用

如圖5所示，OPC UA[11-14]是一個開放通信平臺，可以實現從PLC（programmable logic controller）到云、PLC之間以及PLC到上層應用的數據互通，已被選為工業 4.0的參考標準。其中，上層應用包括 ERP（enterprise resource planning）、MES（manufacturing execution system）、SCADA（supervisory control and data acquisition），接口為HMI。對于信息交換，OPC UA提供2種通信機制：第一種是客戶端-服務器模型，客戶端通過定義的服務訪問服務器信息；第二種通信方法是OPC UA PubSub，即發布者-訂閱者模型，這種方法允許數千個傳感器和云之間的多播通信，以及機器之間的協調通信。

圖5 工廠自動化中的對象連接與嵌入處理控制統一架構

為提高數據互通的實時性和可靠性，向現場設備端延伸，OPC UA正積極與IEEE TSN相結合，支持用于時間同步的IEEE 802.1 AS-Rev和用于調度的IEEE 802.1 Qbv協議，實現不同供應商的工業控制器之間的開放式數據交換，以及實時的機器到機器通信。OPC UA PubSub標準目前還處于試運行中，但已被使用Profinet、EtherCat、PowerLink等架構的大公司采用。

2.2 5G移動通信

2015年6月24日，國際電信聯盟（ITU）公布5G技術的正式名稱為IMT-2020。IMT-2020是第五代移動電話行動通信標準，傳輸速度是4G網絡的40倍，且對時延有非常高的要求。如表1所示[15]，4.9G對應于LTE向5G的優化工作，實現了減少時延90%以上，并且5G標準化工作組已將目標定為總時延為1 ms或更低[15]。各種標準化組織為5G的發展做出了貢獻，包括IEEE、IETF及第三代合作伙伴計劃（3GPP, 3rd Generation Partnership Project）和歐洲電信標準協會（ETSI, European Telecommunications Standards Institute），相關標準將在 2020年制定完成。

1) 網絡架構

如圖6所示，整個5G系統可以分為無線接入段、前傳段，以及到核心網絡的回程段。無線接入段負責將無線設備連接到基站，前傳段將基站連接到云無線接入網，而回程段將云無線接入網連接到核心網絡。核心網絡連接整個互聯網，包括數據中心，為設備提供端到端的服務。

圖6 5G網絡架構

2）網絡應用

低時延5G的應用包括遠程醫療、自動駕駛、環境監測、娛樂和工業自動化等。遠程機器人手術需要保證1～10 ms的時延保證，自動駕駛需要高速率以及10 ms以內的低時延以確保快速響應不斷變化的道路狀況，還有用于游戲和娛樂的增強現實（AR,augmented reality）和虛擬現實（VR, virtual reality）需要高速率的視頻傳輸和極低時延，以避免視頻和音頻中的抖動。預計未來5G將不斷發展以支持超低時延的端到端連接，如圖7所示，現有的3種5G切片服務方案包括 eMMB（增強移動寬帶）、URLLC（超可靠低時延通信）和 mMTC（大規模機器類型通信）[16]。

eMBB側重于高數據速率服務，如高清視頻、虛擬現實、增強現實和固定移動融合。

URLLC側重于對時延敏感的服務，如自動駕駛車輛、遠程手術或無人機控制。

mMTC專注于對連接密度有很高要求的服務，如智慧城市和智能農業。

表1 3G、4G、4.9G和5G的時延比較

圖7 5G中網絡切片的用例

5G承載網絡可以使用確定性網絡來提供跨切片和切片內的傳輸。例如有2個切片A和B，確定性網絡通過 URLLC-A和 URLLC-B進行傳輸服務。URLLC-A和URLLC-B具有單獨的帶寬保留，它們在不同的邏輯網絡中，沒有資源沖突，可以保證帶寬和時延。

2.3 智慧建筑

智慧建筑的自動化系統（BAS, building automation system）[17]可以管理建筑的設備和傳感器，以改善居民的舒適度，減少能源消耗，并探測緊急情況，比如定期測量房間的溫度、濕度，遠程控制門和燈的開關，對設備的異常狀態報警等。

1) 網絡架構

如圖8所示，BAS中通常有兩層網絡，上層為管理網絡，下層為現場網絡。樓宇管理服務器（BMS,building management server）和人機接口（HMI,human machine interface）通過管理網絡連接到本地控制器（LC, local controller），本地控制器通過現場網絡連接到設備。管理網絡中使用基于IP的通信協議，現場網絡使用非IP的現場協議。在現場網絡中有各種物理接口，如RS232C和RS485，它們具有特定的時序要求。因此如果現場網絡被以太網或無線網絡替換，這種替換網絡必須支持確定性流。

圖8 樓宇自動化系統（BAS）架構

2) 網絡應用

在環境監測中，BAS系統中的BMS以100 ms的最大測量間隔輪詢每個LC，然后執行指定的操作。每個LC需要在一次間隔中測量幾百個傳感器，所以需要極低的測量時延，其可用性預計為99.999%。

在火災探測中，當發現火災時，BAS中的BMS須關閉空氣調節系統（HVAC, heating ventilation and air conditioning）、關閉火災百葉窗、打開消防噴淋頭、發出警報等。在這一過程中，BMS需要管理每個LC的大約10個傳感器，需要實現10～50 ms的測量間隔、10 ms以內的通信時延，以及99.999 9%可用性。

在反饋控制中，BAS以各種方式利用反饋控制，其中最需要確定的是控制直流電機，這需要極短的反饋間隔（1～5 ms）、極低的通信時延（10 ms）和抖動（小于1 ms），反饋間隔取決于設備特征和目標控制質量值。通常每個LC約有10個這樣的設備，且可用性需達到99.999 9%。

2.4 4K/8K/AR/VR音視頻

4K/8K/AR/VR音視頻的應用場景包括：音視頻制作、直播、廣播、電影院、現場音樂會、大型場所（機場、體育場館、教堂、主題公園）的公共廣播媒體和應急系統。這個行業正在從點對點的硬件互連轉向無線互聯，從而降低成本、提高靈活性。

1) 網絡架構

為提供多媒體流所需的QoS保障，2011年IEEE發布了 IEEE 802.1 AVB[18]（audio/ video bridging）標準，其架構如圖9所示。它在傳統以太網絡的基礎上，通過保障帶寬（IEEE 802.1Qat）、限制時延（IEEE 802.1Qav）和精確時鐘同步（IEEE 802.1AS）[19-20]這3個方面的具體協議，實現在二層局域網創建確定性流。

圖9 音視頻橋接網絡架構

2) 網絡應用

① 實時音視頻。文件傳輸一般采用差錯重傳保證服務質量。實時音視頻不同于常見的文件傳輸，因為發現丟失或損壞的數據分組時再執行重傳為時已晚，雖然現有的緩沖機制可用于提供足夠的時延以允許一個或多個時間重試，但這不是真正有效的解決方案，需要保證帶寬來消除擁塞，使用冗余路徑來提供更高的可靠性。

② 同步流播放。Pro AV（professional audio video）是在拍攝時對音頻和視頻進行時間同步，然后通過播放系統的不同路徑進行傳輸。為保證接收端音頻與視頻一致，一個音頻/視頻同步的常見容差是一個 NTSC（national television standards committee）視頻幀（約33 ms），同時為保持觀眾對唇部同步的感知，時延需要在一定的合理容差范圍內（比如10%）保持一致。

以美國ESPN為例，2014年6月，其耗資1.25億美元建造了一個1.8萬平方米，擁有最先進廣播和后期制作技術的廣播工作室名為DC2。它具有2個Evertz EXE光纖路由器，吞吐量為46 Tbit/s，可以在工廠的1 770 km光纖上同時處理超過60 000個信號。在DC2控制臺核心內部，音頻可嵌入視頻或獨立信號，可立即提供同步流給任何配有AVB接口的Lawo mc2-56音頻控制臺。AVB基礎設施取代了ESPN之前的全MADI音頻傳輸系統。

③ 消除回聲。如圖10所示，實線表示從有人對著麥克風說話到聲音從揚聲器出現的網絡時延，包括模數轉換時延、傳輸時延、處理時延和數模轉換時延。虛線表示聲音播放總時延，如果總時延超過 10～15ms，將會產生聲學回聲，則擴聲系統將無法使用，且總時延界限包括信號的所有路徑，而不僅僅是網絡，所以網絡時延必須顯著小于15 ms。

圖10 現場Live端到端時延模型

目前，Avid[20]的S6L系列產品已支持以太網音視頻橋接端口，提供低時延的統一現場聲音平臺。

2.5 需求小結

本節所述確定性網絡技術的應用場景有如下幾點共性的需求。

1) 需要有界的且極低的時延、抖動和分組丟失率，保證端到端交付。

2) 需要標準化的數據流信息模型。

3) 需要集中式網絡配置和控制系統。確定性網絡的大小沒有限制，但局限于集中管理和明確的網絡，需排除互聯網這樣的無限制的分散網絡。

4) 基于IPv4對以太網進行擴展，以開放標準統一多個專有確定性網絡。

5) 確定性網絡和以太網共存，未使用的確定性網絡帶寬可用于以太網。

6) 需要高可靠性和可用性。

3 確定性網絡主要研究成果

隨著實時流量的增加和對多網融合的需求，傳輸網提出了對確定性路徑傳輸的需求。ATM（asynchronous transfer mode）為整合電信網，提出了映射底三層網絡的整體傳輸方案，但是技術復雜，設備昂貴。傳統以太網憑借“盡力而為”的簡潔思想逐漸在傳輸網絡中成為主流，但因此會導致不可控的路由路徑、丟失分組率和傳輸時延。基于以太網成為主流的趨勢，2005年，IEEE的 802.1任務組成立 AVB任務組，用于局域網時延敏感的音視頻業務的傳輸。2012年，AVB任務組改名為TSN任務組，主要應用于各種支持低延時及基于時間同步數據傳輸的以太網協議。TSN與OP-CUA等相關聯盟積極協作，促進多家標準的統一。IETF在2015年10月成立了DetNet工作組，其專注于在第二層橋接和第三層路由段上操作的確定性數據路徑，目標在于將確定性網絡通過IP/MPLS等技術擴展到廣域網上。2016年5月，光聯網論壇（OIF, optical internetworking forum）定義了FlexE技術的接口幀結構，實現帶寬的捆綁、通道化，為5G切片網絡中的確定性路徑提供了保證。本節按照IOS五層模型的順序，由下向上介紹確定性網絡的關鍵技術。表2對比了3種關鍵技術現有成果的特點。

3.1 FlexE

3.1.1 概述

隨著云計算、視頻以及5G移動通信等業務的興起，人們對IP網絡的訴求從以帶寬為主逐漸轉移到業務體驗、服務質量和組網效率上。為滿足上述需求，2011年1月，OIF成立靈活以太網研究小組，2015年7月發布草案，2016年3月發布了FlexE的1.0標準內容（OIF-FLEXE-01.0），2017年第一季度 FlexE For IP/MPLS標準正式在 BBF（broad band forum）立項，該標準對二層、三層業務基于FlexE接口的應用模型加以定義，將FlexE接口擴展至IP/MPLS網絡。在OIF 2018年第三季度會議上，FlexE 2.0標準正式發布，包括幀格式、時間同步方案等。FlexE也稱為靈活以太網，是由OIF發布的通信協議，在以太網L2（MAC，media access control）/L1（PHY, physical layer）之間的中間層增加了FlexE Shim層，它通過時分復用分發機制，將多個client接口的數據按照時隙方式調度并分發至多個不同的子通道，使網絡即具備類似于時分復用（TDM, time division multiplex）的獨占時隙、隔離性好的特性，又具備以太網統計復用、網絡效率高的特性。FlexE在以太網技術的基礎上實現了業務速率和物理通道速率的解耦，客戶業務不一定在一個物理通道上傳遞，還可能由多個物理通道捆綁形成的一個虛擬的邏輯通道傳遞。圖11展示了FlexE數據傳輸的邏輯結構。在網元節點中，配置了3個FlexE隧道，其中隧道1和隧道2從左側的FlexE A組交叉傳輸到了右側的FlexE B組，隧道3交叉穿通到了右側的FlexE C組。FlexE 端到端隧道通過FlexE client 交叉實現，FlexE shim通過解映射恢復出各FlexE client 的66 bit碼塊流，根據 FlexE交叉單元配置的連接關系，輸出到對應出向的 FlexE client 單元，通過其 FlexE shim 映射到FlexE group 發送出去，從而完成整個隧道的連通。

表2 關鍵技術現有成果對比

圖11 靈活以太網技術的數據傳輸邏輯結構

3.1.2 關鍵技術/標準

FlexE 技術可以實現 3種應用模式：鏈路捆綁模式、子速率模式和通道化模式[21]。鏈路捆綁模式是將多個物理通道捆綁起來，形成一個大的邏輯通道，實現大流量的業務傳輸。子速率模式是指單條客戶業務速率小于一條物理通道速率時，將多條客戶速率匯聚起來共享一條物理通道，提高物理通道的帶寬利用率。通道化模式是客戶業務在多條物理通道上的多個時隙傳遞，客戶業務分布在多條不同物理通道的多條時隙上，多個客戶共享多條物理通道。實現這些應用的 FlexE的關鍵技術包括實現網絡切片的FlexE shim層結構、實現 FlexE端到端傳輸的交叉傳送、監控端到端傳輸的 OAM（operation administration and maintenance）機制和提供可靠性的隧道保護技術。

1) FlexE shim層

FlexE 協議定義了一個時分復用的FlexE shim層。FlexE shim 層通過多個綁定的PHY 來承載各種IEEE 定義的以太網業務（FlexE client）。FlexE shim 層可以支持多種以太網MAC分組，包括大于或小于單個物理 PHY 速率的以太網分組。在承載客戶業務時，先對以太網分組進行64/66編碼，然后通過插入和刪除空閑塊實現速率適配，將業務的時隙配置插入master calendar中，master calendar 將所有時隙分配成多個成員（即sub calendar），添加FlexE 開銷，擾碼后經過 PMA（physical medium attachment）、PMD（physical medium dependent） 發送出去。FlexE 協議定義每個物理成員PHY（注：標準為 100 GE）上傳遞一個 sub calendar，sub calendar 循環分配時隙編號來劃分 66 bit碼塊順序，同一編號的碼塊在邏輯上組成一個獨立的時隙，在FlexE shim 中作為一個獨立物理帶寬資源單元分配使用。

2) FlexE業務的交叉傳送

端到端FlexE tunnel 傳送技術是構成L1 層承載網絡的基礎[21]。端到端FlexE隧道實現的核心思路是FlexE client能直接在L1層從一個FlexE組交叉到另一個FlexE組承載，而不是上傳MAC定幀后再進行分組交換。比如，業務碼流從一個 FlexE組的PHY 送到對應的FlexE組master calendar，按配置規則提取對應業務碼塊流后根據系統交叉配置送到交叉單元，直接輸出映射到另一個 FlexE group 的 master calendar 對應的時隙通道，通過PHY 轉發往下一個節點。

3) OAM機制

采用FlexE tunnel 隧道技術的承載網絡實現客戶業務的端到端傳輸時，需實現增加 OAM開銷，以實現傳輸管道的端到端監控。在承載網絡分層結構中，FlexE 技術涉及兩層網絡：FlexE通道層和FlexE 段層。

FlexE通道層位于 FlexE 客戶數據層和 FlexE段層之間，實現客戶數據的接入/恢復、增加/刪除OAM 信息、數據流的交叉連接，以及通道保護的功能。FlexE 通道層形成的端到端連接管道稱之為FlexE隧道，它是FlexE網絡中傳遞的一條邏輯承載管道，客戶業務從源節點映射到FlexE shim，經過邏輯承載管道后，再從 shim中解映射到目的節點。FlexE 通道層OAM 信息需要進行擴展實現，在客戶業務復用進入FlexE shim 層前，在客戶業務流（由66 bit碼塊組成的TDM 碼流）中按某種固定周期插入OAM 信息塊。

FlexE 段層位于FlexE通道層和物理層之間。在FlexE 段層中，實現接入數據流的速度適配、數據流在FlexE shim 上映射與解映射、FlexE 幀開銷的插入與提取的功能。FlexE 段層的OAM 信息來自標準定義的 FlexE 開銷幀的內容，通過開銷幀頭、復幀幀頭信息可以提供等效 CC（continuity check）/CV（connectivity verification） 檢測，開銷幀中RPF（remote PHY fault）信息可以提供遠端成員缺陷指示 RDI（remote defect indication），通過PHY map、client calendar A/B 等字段來交互鏈路帶寬以及相關時隙配置業務類型等。

4) 隧道保護

在FlexE 通道層提供保護功能，提高客戶業務在 FlexE 隧道中傳輸的可靠性。保護方式分為“1+1”保護和“1:1”保護[21]。當客戶業務在一條隧道中出現故障時，快速將客戶業務切換到另外一條隧道中進行傳輸。

當客戶業務正常工作時，在“1+1”保護中，客戶業務可以同時在2條隧道中傳輸，在目的點同時檢測2條隧道的業務服務質量狀況，從服務質量高的隧道中接收客戶業務，網絡承載客戶業務的帶寬利用率只有50%。在“1:1”保護中，有2條承載通道隧道：主通道隧道和備通道隧道。在正常工作時，客戶業務在主通道隧道傳輸，備通道隧道可以傳輸低優先級客戶業務。當主通道隧道出現故障時，發送端和接收端協商并決策，將客戶從主通道隧道切換到備通道隧道中傳輸。由于 1:1保護模式在正常工作狀態下備用通道隧道可以傳遞其他低優先級客戶業務，網絡承載客戶業務的帶寬利用率可以達到100%。

3.1.3 趨勢

網絡切片技術可以讓運營商在一個硬件基礎設施中切分出多個虛擬的端到端網絡，每個網絡切片在設備、接入網、承載網及核心網方面實現邏輯隔離，適配各種類型服務并滿足用戶的不同需求。對每一個網絡切片而言，網絡帶寬、服務質量、安全性等專屬資源都可以得到充分保證。采用 FlexE技術的網絡具有彈性帶寬、靈活分配的硬管道，可以實現業務的物理隔離和可靠的服務質量，天然地實現了網絡切片功能。FlexE 技術的物理管道捆綁、子速率、通道化的應用模式可以承載各類速率需求的客戶業務，提高了網絡承載帶寬的利用率，降低了網絡設備的成本，逐步完善的OAM 功能滿足網絡維護管理需要，這些優勢很好地滿足了5G 承載網絡的技術需求。

3.2 AVB/TSN

3.2.1 概述

AVB（audio video bridging），即音視頻橋接技術，是IEEE 802.1任務組（TG, task group）在2005年基于以太網架構制定的一套用于實時音視頻的二層傳輸協議集[22-23]。由于傳統以太網是基于“盡力而為”的思想設計，在數據傳輸時會出現分組丟失和不確定的時延，無法滿足確定性網絡對確定性端到端傳輸路徑與時延的需要。AVB標準通過時鐘同步、資源預留和流量整形等技術有效降低了音視頻數據在以太網傳輸中的最差時延，同時保持 100%向后兼容傳統以太網。

隨著對確定性網絡需求的增加，AVB TG2012年更名為TSN（time sensitive network）TG，即時間敏感網絡任務組。與AVB 相比，TSN對AVB已有的協議進行了補充，應用范圍更加廣泛，TSN主要有4個應用方向：專業音視頻（Pro AV）、汽車控制領域、商用電子領域和需要實時反饋的工業領域。TSN還可以用于支持大數據的服務器之間的數據傳輸。

TSN可以通過在以太網中的部署支持實時的IACS（industrial automation and control system）應用。IEEE 802.1 TSN TG基于橋接局域網擴展了傳統以太網數據鏈路層的標準和協議，保證數據具有確定的低時延和抖動，滿足數據傳輸的QoS要求，同時提供了足夠的措施來實現網絡中的端到端通信的安全性，這些標準還在修訂并不斷更新，新的標準會覆蓋取代舊有標準，圖12展示了AVB/TSN標準的發展歷程。

3.2.2 關鍵技術

為了滿足部分流量對確定性時延的要求，首先，要提供精確的時間同步機制；其次，要提供確定的傳輸路徑。AVB/TSN的思路是：首先將網絡中需求不同的流量[24]分成不同的優先級流，將有確定性需求的流量與其余流量區分開；然后以類似時分復用的思想，通過不同的流量整形機制為高優先級流量提供確定的傳輸時隙，以保證時間敏感流量有一條確定的傳輸路徑。圖13展示了TSN技術的架構。為了在兩層網絡中實現確定性網絡，TSN標準[25]提供了精確的網絡時間同步機制，調度不同優先級流量的網絡管理機制，保證確定性時延的Qos機制和配置以上標準的執行機制。接下來，分別就這4個方面進行介紹。

圖12 AVB/TSN標準的發展歷程

1) 時間同步機制

確定性網絡的一個基本要求是提供精準的網絡時間同步機制。在 TSN協議中，IEEE 802.1AS[26-27]和更新的修訂版本IEEE 802.1AS-REV可以實現亞微秒級的時間同步。IEEE 802.1AS采用IEEE 1588-2008（1588v2）[28]中的通用精確時間配置協議（gPTP, generic precision time protocol）。gPTP協議通過 BMCA（best master clock algorithm）[28]建立主從結構形成 gPTP域，然后選出最精確的時鐘源GM（grand master）時鐘。在 gPTP域內，主時鐘和從時鐘之間不斷傳遞時間信息，并將時間與 GM 時鐘進行同步[29]。IEEE802.1 AS-REV增加了在多個時域進行時間同步的功能，既能在某域內GM時鐘發生故障時實現快速切換到其他域的功能，又能提高時間測量精度。

圖13 TSN技術架構

2) 資源預留機制和準入框架

為了增強TSN網絡的可擴展性，TSN可以使用UML語言配置，IEEE 802.1 Qcp協議標準化了TSN的YANG模型[30-31]，為周期性監控和報告以及配置802.1網橋和組件提供框架，比如配置媒體訪問控制（MAC）網橋，雙端口MAC中繼，虛擬局域網（VLAN,virtual local area network）網橋[32]等。

為了實現對時間敏感流量的優先調度，需要有針對TSN流的資源預留和準入控制機制。TSN協議中的 IEEE 802.1 Qat流預留協議（SRP, stream reservation protocol）[33]、IEEE 802.1 Qcc 增強型SRP和集中管理協議[34]、IEEE 802.1 CS本地鏈路保留協議（LRP, link-local reservation protocol）[35]和RAP協議（resource allocation protocol），負責路徑預留和帶寬限制，接下來詳細介紹這些協議。

AVB TG提出了目前已經合并到IEEE 802.1Q的IEEE 802.1 Qat流預留協議（SRP, stream reservation protocol）[33]。該協議基于TSN流的資源要求和當前網絡可用資源規定了準入控制架構，通過多址注冊協議[24]（MRP, multiple registration protocol），使用48位擴展唯一標識符，也稱作StreamID，來識別和注冊業務流，為 AVB流提供足夠的資源預留。此外，IEEE 802.1Qat規定了在全雙工以太網中保留網絡資源和廣告流的框架。

由于現有的IEEE 802.1Qat采用分布式的注冊和預留方式，注冊請求的變更有可能使網絡過載從而導致關鍵流量類的時延。因此，TSN TG引入了IEEE 802.1Qcc[36]標準，通過減小預留消息的大小和頻率來改善現有SRP，使更新僅由鏈路狀態或預留改變觸發。此外，IEEE 802.1Qcc提供了一套集中式的全局管理和控制網絡的工具，可通過遠程管理協議（如 NETCONF[37]或 RESTCONF[38]）執行資源預留、調度和其他配置。IEEE 802.1Qcc[36]仍支持完全分布式配置，允許集中管理系統和分散的 Ad Hoc系統共存。當與IEEE 802.1 Qca路徑控制和保留機制和流量整形結合時，該方案可以提供確定性的端到端時延和零擁塞丟失。

雖然 MRP[39]提供了有效的注冊流方法，但它保存流狀態信息的數據庫限制在大約1 500 B。隨著更多業務流共存以及網絡規模的增加，數據庫成比例地增加，SRP和MRP由于注冊流狀態信息的數據庫有限而無法擴展到具有實時性IACS應用的大型網絡。TSN TG引入了本地鏈路預留協議[35]，在點對點鏈路的兩端之間有效地復制 MRP數據庫，并在網橋報告新的網絡狀態時逐步復制更改。LRP還提供清除過程，當此類數據庫的源無響應或數據過期時，刪除復制的數據庫。經過優化，LRP可有效處理大約1 MB的數據庫。LRP與作為信令協議的RAP一起以分布式的方式支持可擴展的TSN網絡的資源預留。

3) 確定性時延的QoS機制

為了實現確定時延，TSN利用幀搶占和流量整形機制在以太網鏈路中實現確定的傳輸路徑，目前已經發布了幾種流控制標準。比如 IEEE 802.1 Qav[40-41]采用 CBS（credit-based shaper）機制，IEEE 802.1 Qbv 采用 Tas （time-aware shaper）機制[40]，IEEE 802.1 Qch采用CQF（cyclic queuing and forwarding）機制，IEEE 802.1 Qcr采用 ATS（asynchronous traffific shaping）機制。流量整形機制通過為高優先級流量提供確定的傳輸時隙來提供確定的傳輸時延，避免突發流量造成的重傳和分組丟失的影響。

CBS主要應用于AVB應用，它利用信用這個指標將傳輸時間分為允許高優先級流量和普通優先級流量傳輸這2個時隙。CBS結合SRP可以將每個網橋出現的時延限制在250 ms，但是CBS使網絡平均時延增加。因此，TSN TG提出了TAS機制，配合幀搶占機制一起提供更好的QoS，這也是目前最常使用的流量整形機制。對于符合IEEE 802.3的以太網幀，算入單個IEEE 802.1Q VLAN標記和幀間間隔的幀的總長度為1 542 B，其中包括前導碼和幀起始定界符共8 B，以太網地址、以太網類型或長度和CRC共18 B，VLAN標記4 B，幀有效載荷1 500 B，幀間隔12 B。與傳統以太網幀相比，增加了4 B的IEEE 802.1Q VLAN標記。

TAS機制要求所有時間觸發的窗口時間同步，然后利用門控列表技術控制不同優先級的隊列的傳輸或等待。為了減少在時隙轉換時，低優先級流量對高優先級流量的干擾，TSN采用 IEEE 802.1Qbu幀搶占[42]機制，利用保護頻帶為TAS確保傳輸信道對于下一個高優先級流量的傳輸是可用的，同時顯著減小保護頻帶的字節數。使用幀預占技術前，保護頻帶的持續時間必須與安全傳輸的最大幀尺寸一樣長，即1 542 B的傳輸時間；加入幀預占后，保護頻帶可以減少到幀的最小尺寸，即最小幀64 B和不能預占的剩余長度63 B的和，總共127 B。幀預搶占造成的低優先級幀中斷只發生在鏈路層，在下一個網橋的接口處，被中斷的幀會被重新整合成為完整的幀。

TAS雖然有效減小了傳輸時延，但是配置復雜，對網絡節點的時間同步要求很高，CQF（cyclic queuing and forwarding），也稱蠕動整形器（PS,peristaltic shaper），可以通過同步入口和出口的隊列操作來降低TAS配置的復雜性，實現與網絡拓撲無關的零擁塞丟失和有界時延，但是會導致更高的時延，對時間同步的要求也很高。

為了有效利用網絡帶寬，ATS（asynchronous traffic shaper）基于 UBS（urgency-based scheduler）[43-44]，通過在每一跳重塑TSN流，提供不需要嚴格時間同步的確定性時延。總體來說，這些提供確定性時延的流量控制機制的高效動態配置需要更多的研究和實踐。

4) 配置TSN流量

TSN流會根據應用需求在以太網報頭中的802.1Q VLAN標記中的PCP（priority code point）和VID（VLAN ID）中定義流的不同優先級。

TSN中有多個流管理標準，包括 IEEE 802.1CB、IEEE 802.1Qca、IEEE 802.1Qci，負責提供路徑冗余、多路徑選擇及隊列過濾。盡管標準以太網可以通過生成樹協議提供冗余能力，但是對于實時 IACS應用而言，在發生故障時的收斂時間太長。因此，FRER（frame replication and elimination for reliability）在不相交的路徑上發送關鍵流量的重復副本，用于主動實現無縫數據冗余，代價是額外的帶寬消耗。PCR（path control and reservation）提供顯式轉發路徑控制所需要的協議，如預定義的保護路徑、帶寬預留、數據流冗余、流同步和流控制信息的控制參數的分配[45]，PCR與FRER、IEEE 802.1Qcc結合使用時達到快速恢復、高效路徑冗余和動態流量管理。PSFP（per-stream filtering and policing）通過StreanID識別流，執行相關策略，負責管理控制并防止惡意流程惡化網絡性能。

3.2.3 趨勢

TSN在二層網絡通過時分復用的思想為高優先級流量提供了確定性網絡需要的傳輸路徑和傳輸時延，但是會導致低優先級流量的時延增加，一種方法是通過適當的接入控制，利用統計復用可以為時延界限提供統計保證[46]。如何協調傳輸時延的最大時延和平均時延是一個加速 TSN應用部署的關鍵問題。除此之外，如何部署TSN網絡，是采用分布式部署還是結合SDN等技術進行集中式部署，以及如何互聯多個封閉的 TSN網絡也是未來要考慮的關鍵問題。

3.3 DetNet

3.3.1 概述

確定性網絡工作組（DetNet WG, Deterministic Networking Working Group），是由IETF在2015年10月成立的小組，DetNet目標是在第二層橋接和第三層路由段上實現確定傳輸路徑，這些路徑可以提供時延、丟失分組和抖動的最壞情況界限，以此提供確定的時延。相比于TSN，DetNet的工作范圍更加廣泛，通過MPLS/IP技術，以期實現三層的確定性傳輸。

DetNet在二層網絡的確定性路徑的實現主要依靠TSN標準實現。可以看到，活躍在TSN標準制定組織中的成員也廣泛活躍在 DetNet的標準制定組織中。

DetNet工作組尚未建立 IETF RFC，但目前有多個 IETF草案可供參考。本文接下來會介紹DetNet工作組提出的確定性網絡的操作、管理和維護的標準化的整體架構，其支持多跳路由的時間同步、管理、控制和安全操作，以及各種形式的動態網絡配置和多路徑轉發。圖 14展示了DetNet的主要架構，圖中不同線型表示承載不同功能的抽象鏈路。

圖14 DetNet的架構

3.3.2 關鍵技術

DetNet在二層網絡的確定性時延主要通過TSN機制實現，本節不再贅述。如何在三層網絡部署DetNet還在討論階段，目前的幾種備選方案是結合UDP / TCP服務層協議或結合基于MPLS的服務層協議實現三層的確定性網絡。接下來從 DetNet流定義、資源規劃、流量工程和配置模型幾個方面介紹DetNet。

1) DetNet流定義

DetNet的時鐘同步主要通過TSN機制實現，它指定通過實現網絡實體之間的亞微秒級時間同步和在程序包中嵌入執行時間字段[47]來減少抖動。

DetNet流按其QoS類別分類，通過最大和最小端到端時延，以及丟失分組概率要求來定義每個流的QoS，目前確定了4種主要的DetNet流類型[47]。

DetNet堆棧模型架構分為 DetNet服務層以及DetNet傳輸層。DetNet服務層是負責特定 DetNet服務的層，例如分組排序，流復制/重復消除和分組編碼，而DetNet傳輸層負責可選地通過底層網絡提供的路徑為DetNet流提供擁塞保護[42]。DetNet可以有多個分層拓撲，其中每個下層拓撲為更高層拓撲服務。DetNet節點之間相互連接形成子網絡，這些子網絡，例如二層TSN網絡或者點對點光傳輸網絡（OTN, optical transport network）[47]，可以通過兼容服務支持DetNet流量。

為了低層流量能夠更精確地針對高層流量類型來實施不同的排隊、整形和轉發策略，DetNet模糊了網絡層和鏈路層的界限，二層網絡可以通過流ID 和 DetNet控制字（CW, control word）識別DetNet流類型和對應屬性相關的上層信息。為此，DetNet流需要標準化跨層或異構網絡的流屬性映射，DetNet考慮了3種主要的轉發方法：IP路由、MPLS標簽交換、以太網橋接。對于在異構網絡的轉發，每個DetNet數據分組都附加或封裝有多個流ID（IP、MPLS或以太網）。這使DetNet能夠在IP和非IP網絡之間進行路由和轉發，從而實現網絡互操作性。

2) 資源規劃

在資源管理方面，DetNet有集中式和分布式這2種路徑設置方式。集中路徑設置類似于IEEE TSN的集中管理模型，利用 PCE（path computation element）和基于分組的IP或非IP網絡的信息傳播來實現全局網絡的優化。分布式路徑設置利用內部網關協議流量工程（IGP-TE）信令協議開發了類似于IEEE 802.1Qat、IEEE 802.1Qca和MRP信令協議的初始設計規范。

為了補充DetNet流量控制機制（包括整形、調度和搶占），每個節點（或集中設置的中央控制器）需要有和附近網絡共享網絡狀態的能力[47]。例如共享當前節點的資源使用狀態、鄰居節點及其關系的屬性等。目前還沒有規定如何實現這種能力，但是這對于全局規劃流量、實現確定性網絡至關重要。

3) 流量工程

IETF流量工程架構和信令工作組考慮將流量工程（TE, traffic engineering）架構用于分組和非分組網絡[48]，定義控制和管理DetNet流的關鍵概念、功能以及不同層面之間的關系，使用戶和操作員可以動態地輕松控制、測量和管理流，還引入了QoS參數的快速恢復和確定性邊界。DetNet WG采用類似于軟件定義網絡范例的方法，為DetNet起草了一套TE架構，與IEEE TSN的IEEE 802.1Qcc管理方案和集中式 SDN方法具有相似之處。整個架構分為應用層面、控制層面和網絡平面。在控制層面對DetNet流進行全局規劃。

4) DetNet配置模型

DetNet能夠在各種支持 DetNet的網絡實體之間實現無縫配置和重配置，草案[49]定義了 DetNet分布式、集中式和混合式的配置模型及其相關屬性，還介紹了在集中配置模型中傳遞網絡配置參數的YANG模型。

在分布式配置模型中，控制信息通過 IGP和RSVP-TE等協議來執行，草案中沒有詳細介紹。集中式配置模型的控制信息通過 CUC（centralized user configuration）和 CNC（central network controller）配置，集中式配置模型[49]被定義了以下主要屬性。

① DetNet拓撲屬性，指定拓撲相關屬性，例如節點類型，是否具有數據分組復制和消除功能（PREF, packet replication and elimination fuction）以及排隊管理算法。

② DetNet路徑配置屬性，指定網絡路徑相關屬性，例如約束條件（所需的最小/最大時延）和使用PCE（具有PREF）的顯式路由。

③ DetNet流配置屬性，指定DetNet流屬性，例如流ID、優先級、流量規范和封裝方法。

④ DetNet狀態屬性，指定流狀態反饋屬性，例如流性能（時延、丟失分組、監管/過濾）和PREF狀態。

DetNet流量的大多數控制功能通過和IEEE TSN TG相同的機制實現，目前，DetNet服務和傳輸層協議正在考慮各種協議和技術選項。根據文獻[50]，數據平面協議的2個最突出的部署候選者是基于本地IP傳輸層的UDP /TCP服務層和在分組交換網絡傳輸層上基于MPLS的基于偽線[51]的服務層。

3.3.3 趨勢

與給定L2網段中包含的TSN流控制操作和服務相比，預計 DetNet流控制操作將具有更大的規模和更高的復雜性。DetNet流量控制將在互操作性、控制數據開銷以及保證各種L2網段的QoS指標方面帶來若干挑戰。此外，不同網段的所有者之間可能會出現 QoS服務水平協議的不同要求。

4 確定性網絡發展趨勢分析

4.1 實現跨廣域網的確定性業務

當前TSN標準已經相當成熟，已有廠商推出支持TSN特性的交換芯片和支持部分特性的TSN交換機，而DetNet目前進展還處于場景、需求、架構的前期階段，離提供L3/L2融合的確定性服務的標準和方案還有一定距離。目前已發布的工作組草案包括：基本的 DetNet架構、用例、安全，DetNet數據平面的IP和MPLS方案，DeNet配置模型中的數據流信息模型、YANG模型等。DetNet工作組下一步計劃包括：數據平面流的控制和轉發；數據配置信息模型，包括YANG模型、DetNet OAM模型；DetNet QoS保障技術。

確定性業務在跨域場景并且多條確定性業務流場景下，每條流的特性配置包括帶寬、時延、分組長度、發送頻率、在端口的入時間窗口和出時間窗口，以及每個節點間的出、入時間窗口的匹配；在節點內部針對確定性業務流的資源分配包括時隙分配、循環間隔、帶寬預留、門狀態控制、流隊列映射、搶占狀態、多條流的資源沖突判斷等。這些增加的技術復雜度是否導致應用的局限性，比如局限在一定范圍內的局域網內，還有待進一步的研究分析。

4.2 處理好革新式架構和演進式部署的關系

目前，確定性網絡的部署采取平滑演進的方式，基于傳統以太網部署，在新加入的流標識和流機制中都兼容了傳統機制，雖然浪費了部分網絡資源，但是降低了部署以太網的成本，大大加快了確定性網絡的部署和研究。隨著確定性網絡部署程度的增加，如何減少為兼容傳統網絡造成的開銷也是一個值得考慮的方向。

部署確定性網絡的另一個關鍵問題是采用集中式部署還是分布式部署，具體在建立同步時鐘、流量控制、資源預留等方面都有體現。集中式部署和分布式部署分別具有特定的部署優勢和缺點。TSN基礎設施和協議必須支持確定的端到端時延和可靠性，為了支持各種相關協議，網絡基礎設施變得更加復雜。因此，簡化的TSN管理機制對于降低復雜性同時滿足確定性網絡應用的關鍵需求至關重要。集中式部署可以從 SDN的實施和管理中受益，例如在建立同步時鐘時，為了實現精確的時間同步而在網絡實體之間周期性進行的定時信息的交換會在控制層面引入額外的開銷，而采用集中式的時間同步系統，如基于SDN[52-53]的設計，僅需在中央控制器之間進行控制信息的交換，可以幫助控制平面減少開銷。但是，集中式部署可能導致運營商的新基礎設施成本，且容易發生單點故障，而分布式方案雖然可以避免這類問題，但是在控制平面需要更多的開銷。或許可以在集中式和分布式的性能，以及現有基礎架構的使用和新基礎架構的部署之間權衡，確立一種混合應用的模型。

4.3 確定性網絡應設計故障和容錯等安全機制

到目前為止，IEEE 802.1安全工作組已經解決了IEEE 802.1網絡中通用的安全和隱私問題，即支持網絡實體（即終端站和網橋）之間的安全通信的功能。這個 TG詳細介紹了許多標準和修訂，專注于提供身份驗證、授權、數據完整性和機密性。安全協議和標準與支持TSN的網絡的集成需要在未來的研究和標準化中得到解決。例如，需要調查安全堆棧開銷對TSN流的影響以及安全開銷對在以太網LAN上運行的OT相關應用程序的影響[8]。

由于 DetNet集成了 IT（物理數據中心）和OT（物理操作點），因此安全性是DetNet架構和協議的一個重要方面。先前的 OT網絡拓撲結構和設計具有“空中缺口”，即與外部世界完全隔離的OT網絡，因此IT和OT的融合也將重點放在安全協議上，需要可擴展的、靈活的以及可以移植到 OT網絡組件的高效安全堆棧。此外，隨著新興的“霧”計算平臺的發展，即基本上將IT移動到 OT附近，必須密切檢查交通和監控條件，因為任何入侵都可能導致災難性的情況。盡管已經發布了許多針對確定性網絡的標準和推薦實踐，仍需要進行更多的基準測試，以便為行業和消費者市場提供保證。

4.4 確定性網絡應確保各層技術間的融合

在IP網中劃分出時隙提供硬管道是確保低時延的關鍵，不同網絡層次上有不同的解決方案：FlexE是MAC層以下技術，實現業務的管道隔離，不解決同一管道內的流量搶占問題；TSN是鏈路層技術，基于流方式按照時間片進行流的剛性調度，可以解決同一管道內不同流傳輸的瞬時沖突，比如通過 IEEE802.1 Qat流預留協議、IEEE 802.1Qcc協議、IEEE 802.1CS協議和RAP協議提供資源預留機制，通過 IEEE 802.1Qav、IEEE 802.1Qbv、IEEE 802.1Qch和 IEEE 802.1Qcr等協議提供幀搶占和流量整形機制，來保證確定性業務流的實時傳送；DetNet借鑒TSN的二層流的確定性傳輸技術，擴展到 IP層，重點解決IP層的確定性業務傳送，比如類似TSN IEEE 802.1Qcc的集中路徑設置和 IEEE 802.1Qat的分布路徑設置，但還沒有流量控制機制的設計。將各層間的技術有效融合，以及結合機器學習研究檢查網橋中資源預留要求的預測模型，從而有效地管理隊列和調度，有效地利用網絡資源，降低技術復雜度和實現成本，需要產業界和學術界的更多探討。

5 結束語

確定性網絡已經得到全球學術界和產業界的充分重視，針對現有以太網“盡力而為”、無法保證提供QoS保障的狀況，關于確定性網絡架構的設計方法也各有特點，呈現出百家爭鳴的現狀，然而確定性網絡的最終目標是一致的，即要建設一個提供確定性時延、抖動和低分組丟失率，為用戶提供更好服務質量的可靠網絡。本文介紹了目前確定性網絡領域的主要研究成果，由于篇幅所限，并沒有將所有的項目一一列舉，只選擇了其中比較具有代表性的技術和架構。期望通過綜述該領域的已有研究成果，探討分析研究目標和方法，總結研究思路，從而為相關領域的研究人員提供參考和幫助。