移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)從2G/3G/4G以人為中心的消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)，逐步轉(zhuǎn)向了5G時(shí)代服務(wù)垂直行業(yè)的產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。從提供大帶寬、廣覆蓋網(wǎng)絡(luò)，支持廣域互聯(lián)、視頻娛樂(lè)，發(fā)展為提供覆蓋確定、連接確定、時(shí)延確定、安全確定的質(zhì)量可保障網(wǎng)絡(luò)，5G正逐漸成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、能源物聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)發(fā)展的動(dòng)力，而5G確定性網(wǎng)絡(luò)是CT與OT融合發(fā)展的必然方向。

垂直行業(yè)對(duì)網(wǎng)絡(luò)確定性提出明確訴求

5G時(shí)代，垂直行業(yè)對(duì)網(wǎng)絡(luò)確定性提出明確訴求。服務(wù)垂直行業(yè)成為5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重點(diǎn)方向。相比個(gè)人用戶，行業(yè)客戶在帶寬、時(shí)延、抖動(dòng)、可靠性、同步精度等方面都提出了明確的業(yè)務(wù)體驗(yàn)及質(zhì)量保障要求。例如，在工業(yè)制造領(lǐng)域的閉環(huán)控制場(chǎng)景中，端到端時(shí)延要求為10ms，抖動(dòng)要求為±0.5ms，可靠性需達(dá)到6～8個(gè)9；在運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)景中，端到端時(shí)延要求為2ms，抖動(dòng)要求為±500ns，可靠性需達(dá)到6～8個(gè)9。如在電力能源領(lǐng)域的分布式配電自動(dòng)化場(chǎng)景中，時(shí)間同步精度需要小于1us，網(wǎng)絡(luò)端到端時(shí)延要小于12ms。而以上需求都已明確寫(xiě)入3GPPSA1需求標(biāo)準(zhǔn)（TS 22.104）。

但是，目前的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)還無(wú)法提供“確定保障”，主要有以下幾大原因。第一，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)本身的局限性。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)提供的是無(wú)線傳輸服務(wù)，與有線傳輸相比，更易受環(huán)境影響，傳輸質(zhì)量更難保障。同時(shí)，空口資源緊缺，只能通過(guò)“盡力而為”的調(diào)度滿足數(shù)據(jù)傳輸要求。

第二，網(wǎng)絡(luò)尚未完成徹底虛擬化，資源的預(yù)留或獨(dú)占對(duì)于物理設(shè)備而言是極大的浪費(fèi)。網(wǎng)絡(luò)資源無(wú)法根據(jù)業(yè)務(wù)流量特征進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)商缺乏驅(qū)動(dòng)力，難以保障穩(wěn)定的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

第三，缺乏端到端的確定性保障機(jī)制。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的QoS（Quality of Service）本質(zhì)是資源搶占，但只要有資源沖突，就有數(shù)據(jù)處理的不確定，設(shè)置高優(yōu)先級(jí)QoS僅提高了資源搶占的概率，無(wú)法保障穩(wěn)定的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

確定性網(wǎng)絡(luò)歷史回顧及研究現(xiàn)狀

提到5G確定性網(wǎng)絡(luò)，首先需要回顧確定網(wǎng)絡(luò)性的發(fā)展歷程?！按_定性”這個(gè)概念最初是由IEEE提出并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的，其AVB（音頻視頻橋接）標(biāo)準(zhǔn)在音視頻領(lǐng)域成功應(yīng)用。IEEE 802.1工作組于2007年創(chuàng)建了AVB任務(wù)組，目標(biāo)用以太網(wǎng)取代家庭中的HDMI、揚(yáng)聲器和同軸電纜。隨著IEEE 802.1AVB標(biāo)準(zhǔn)在工作室、體育和娛樂(lè)場(chǎng)所的成功應(yīng)用，這一技術(shù)開(kāi)始吸引工業(yè)界和汽車(chē)界的關(guān)注。

2012年，IEEE 802.1AVB任務(wù)組更名為時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）任務(wù)組。TSN標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展了AVB的技術(shù)，具有時(shí)間同步、時(shí)延保證等確保實(shí)時(shí)性的機(jī)制，成為新一代以太網(wǎng)協(xié)議。TSN標(biāo)準(zhǔn)從時(shí)間同步、流量調(diào)度和整形、可靠性、配置管理這4個(gè)方面定義了26個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其中優(yōu)先被業(yè)界考慮應(yīng)用的協(xié)議包括：時(shí)間同步802.1AS、門(mén)控調(diào)度802.1Qbv、入端口管理802.1Qci和配置管理802.1Qcc。IEEE TSN任務(wù)組誕生了許多標(biāo)準(zhǔn)，但絕大部分關(guān)于二層網(wǎng)絡(luò)。

2015年，IETF成立了確定性網(wǎng)絡(luò)（Det Net）工作組，致力于將基于以太網(wǎng)的確定性技術(shù)擴(kuò)展到廣域IP網(wǎng)絡(luò)。Det Net專(zhuān)注于在第2層橋接和第3層路由段上實(shí)現(xiàn)確定傳輸路徑，這些傳輸路徑可以提供延遲、丟包和抖動(dòng)的最壞情況界限，以提供確定的數(shù)據(jù)傳輸。

通過(guò)追溯確定性網(wǎng)絡(luò)的歷史可以看出，確定性概念發(fā)源于固定網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，通過(guò)時(shí)間同步、門(mén)控機(jī)制、流調(diào)度、幀搶占等優(yōu)化的協(xié)議設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)延敏感業(yè)務(wù)的確定性傳輸。但隨著5G助力工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、能源物聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)等的發(fā)展，越來(lái)越多的行業(yè)提出基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的確定性技術(shù)研究，其中以3GPP為代表的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)制定方于2018年7月R16階段開(kāi)始Vertical LAN項(xiàng)目研究，面向工業(yè)制造場(chǎng)景，開(kāi)展5G支持IEEE TSN協(xié)議、5G局域網(wǎng)技術(shù)以及5G行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)技術(shù)的研究及標(biāo)準(zhǔn)化；2019年9月R17階段，其繼續(xù)開(kāi)展Industrial IoT項(xiàng)目研究，進(jìn)一步完善5G支持IEEETSN協(xié)議，對(duì)5G獨(dú)立的確定性機(jī)制開(kāi)展研究及標(biāo)準(zhǔn)化。

中國(guó)移動(dòng)在網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量保障方面的探索和嘗試

推動(dòng)產(chǎn)業(yè)合作，需要明確網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量保障訴求。在等待5G R16、R17標(biāo)準(zhǔn)成熟的同時(shí)，為提前明確行業(yè)訴求，中國(guó)移動(dòng)已基于R15的5G網(wǎng)絡(luò)切片及邊緣計(jì)算技術(shù)，與垂直行業(yè)伙伴開(kāi)展了大量產(chǎn)業(yè)合作，力求提供一張?jiān)谝欢ǔ潭壬蠈?shí)現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量可保障的5G網(wǎng)絡(luò)。

中國(guó)移動(dòng)以網(wǎng)絡(luò)切片為服務(wù)行業(yè)的基本框架，以切片質(zhì)量保障為滿足行業(yè)訴求的根本目標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)切片能夠在一張網(wǎng)絡(luò)上為不同行業(yè)用戶提供不同網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，具有資源隔離、質(zhì)量保障、功能定制三大特征，是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)確定性的重要手段，而切片質(zhì)量保障是切片能否真正服務(wù)行業(yè)客戶的關(guān)鍵。中國(guó)移動(dòng)很早就認(rèn)識(shí)到了切片質(zhì)量保障的重要性，2017年3月，中國(guó)移動(dòng)在巴塞羅那世界移動(dòng)大會(huì)上發(fā)布了《“服務(wù)質(zhì)量可保證”的5G網(wǎng)絡(luò)切片白皮書(shū)》，并以此為契機(jī)不斷推動(dòng)切片質(zhì)量保障的相關(guān)工作，期望具有SLA保障的網(wǎng)絡(luò)切片能向垂直行業(yè)提供具有高帶寬、低時(shí)延、海量連接的5G定制化服務(wù)能力。

在中國(guó)移動(dòng)與產(chǎn)業(yè)伙伴的全力合作下，5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)不斷成熟。2019年5月中國(guó)移動(dòng)攜手央視、華為聯(lián)合完成全球首次5G SA網(wǎng)絡(luò)切片環(huán)境下的超高清視頻直播驗(yàn)證；2019年7月，中國(guó)移動(dòng)與華為、TIM、騰訊、中國(guó)電力科學(xué)院、數(shù)字王國(guó)聯(lián)合發(fā)布了《用戶體驗(yàn)驅(qū)動(dòng)的5G切片SLA保障白皮書(shū)》，剖析利用大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)對(duì)切片優(yōu)化部署，更好地為切片用戶提供服務(wù)質(zhì)量保障；2019年9月，中國(guó)移動(dòng)聯(lián)合南方電網(wǎng)、華為完成全球首次5G SA網(wǎng)絡(luò)切片的端到端切片全流程業(yè)務(wù)驗(yàn)證。

邊緣網(wǎng)絡(luò)是5G推動(dòng)確定性網(wǎng)絡(luò)的切入點(diǎn)。邊緣網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)計(jì)算存儲(chǔ)能力與業(yè)務(wù)服務(wù)能力在網(wǎng)絡(luò)邊緣的本地化部署，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行本地計(jì)算處理，一方面縮短了傳輸路徑，提高了時(shí)延和帶寬的穩(wěn)定性；另一方面，邊緣網(wǎng)絡(luò)規(guī)模小、易改造、易配置，因此邊緣網(wǎng)絡(luò)的確定性更容易保障。

雖然基于網(wǎng)絡(luò)切片的獨(dú)享網(wǎng)絡(luò)資源、基于邊緣網(wǎng)絡(luò)的本地處理，在一定程度上構(gòu)建了局域輕載的5G網(wǎng)絡(luò)，可承載部分確定性業(yè)務(wù)，但是離5G完全滿足確定性業(yè)務(wù)需求還有一定差距。

為實(shí)現(xiàn)真正的5G確定性網(wǎng)絡(luò)，需要從硬件、協(xié)議與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等幾方面進(jìn)行增強(qiáng)，從根本上改變資源調(diào)度、業(yè)務(wù)流控制的機(jī)制。首先，從硬件層面端到端地支持時(shí)鐘同步機(jī)制；其次，從協(xié)議層面適配現(xiàn)有成熟的確定性網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，即IEEE TSN協(xié)議；最后，從無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層面來(lái)看，在盡可能減少對(duì)已有5G系統(tǒng)改造的前提下，針對(duì)無(wú)線空口進(jìn)行優(yōu)化，定義時(shí)延敏感GBR，定義時(shí)間敏感通信輔助參數(shù)（TSCAI），協(xié)助無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行及時(shí)的資源調(diào)度。

中國(guó)移動(dòng)在3GPP標(biāo)準(zhǔn)方面積極發(fā)力，推動(dòng)5G確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化：在無(wú)線方面，將10ns同步精度寫(xiě)入標(biāo)準(zhǔn)，滿足電網(wǎng)授時(shí)精度要求；在核心網(wǎng)方面，推動(dòng)5G LAN（5G局域網(wǎng)）標(biāo)準(zhǔn)制定，適配以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。只有盡快推動(dòng)R16標(biāo)準(zhǔn)成熟及設(shè)備測(cè)試，才能夠真正看到5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)確定性業(yè)務(wù)的質(zhì)量保障。截至目前，中國(guó)移動(dòng)已與華為就Vertical LAN項(xiàng)目中的5G LAN技術(shù)進(jìn)行了基礎(chǔ)功能測(cè)試，并成功搭建基于5G LAN技術(shù)的8K直播演示。

中國(guó)移動(dòng)愿與業(yè)界合作伙伴共同推動(dòng)確定性技術(shù)研究

實(shí)現(xiàn)5G確定性網(wǎng)絡(luò)不是一蹴而就的，而要經(jīng)過(guò)一個(gè)長(zhǎng)期的技術(shù)探索過(guò)程。當(dāng)前，5G確定性網(wǎng)絡(luò)仍存在成本高、技術(shù)不成熟、需求極端等3方面問(wèn)題。

第一，5G確定性網(wǎng)絡(luò)是高價(jià)值網(wǎng)絡(luò)，成本預(yù)計(jì)較高。5G確定性網(wǎng)絡(luò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求高，這導(dǎo)致了硬件設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)資源成本較高。運(yùn)營(yíng)商在盡量滿足行業(yè)業(yè)務(wù)確定性訴求的同時(shí)，也需要考慮成本問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)成本高主要源于以下方面：現(xiàn)階段探索的5G Vertical LAN技術(shù)確定性網(wǎng)絡(luò)為局域建網(wǎng)，管理成本較高；5G端到端硬件設(shè)備需升級(jí)至支持時(shí)間同步，設(shè)備成本較高；5G需構(gòu)建冗余傳輸鏈路保障高可靠需求，無(wú)線、傳輸、網(wǎng)絡(luò)資源面臨雙倍消耗，資源成本較高；5G增強(qiáng)支持復(fù)雜的確定性網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系，即IEEE TSN協(xié)議，設(shè)計(jì)配置成本較高。

第二，5G網(wǎng)絡(luò)的確定性技術(shù)尚不成熟，有待產(chǎn)業(yè)界進(jìn)一步推動(dòng)。3GPP R16版本在2020年6月凍結(jié)，預(yù)計(jì)設(shè)備廠家在2021年初可提供測(cè)試樣機(jī)。另外，5G確定性網(wǎng)絡(luò)的性能有一個(gè)逐步發(fā)展過(guò)程，其確定性不是絕對(duì)的，而是相對(duì)的，隨著技術(shù)的不斷演進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)的確定性精度會(huì)逐步提高。

第三，部分行業(yè)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)確定性有著極端的需求。這種極端需求一方面是由于固定網(wǎng)絡(luò)的天然優(yōu)勢(shì)導(dǎo)致，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)無(wú)法在同步精度、時(shí)延、抖動(dòng)方面超越固定網(wǎng)絡(luò)；另一方面是由于運(yùn)營(yíng)商運(yùn)維的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期處于服務(wù)大眾市場(chǎng)的角色，當(dāng)其轉(zhuǎn)向服務(wù)垂直行業(yè)時(shí)，行業(yè)客戶對(duì)資源投入的預(yù)期不足。需要明確的是，5G服務(wù)垂直行業(yè)，尤其這種高性能網(wǎng)絡(luò)，不意味著低成本，相反，從有線到無(wú)線，從固定到柔性，高性能移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)所能夠提供的是一種高價(jià)值的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。更高的服務(wù)質(zhì)量意味著更多的資源投入。5G確定性網(wǎng)絡(luò)概念的日益火熱，恰恰反映了行業(yè)對(duì)高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)的要求與有限的資源之間的矛盾。

為解決5G確定性網(wǎng)絡(luò)遇到的問(wèn)題，各產(chǎn)業(yè)伙伴需要共同努力，做好長(zhǎng)期研究的準(zhǔn)備。一方面，借助技術(shù)創(chuàng)新，不斷吸納學(xué)習(xí)固定網(wǎng)絡(luò)確定性機(jī)制，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，更新迭代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并結(jié)合移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)自身的特點(diǎn)，適當(dāng)進(jìn)行機(jī)制的簡(jiǎn)化；結(jié)合網(wǎng)絡(luò)智能化、可編程技術(shù)，盡可能降低確定性機(jī)制在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的成本。另一方面，通過(guò)與行業(yè)客戶的深入合作，解決生產(chǎn)制造等方面的真正痛點(diǎn)，讓行業(yè)客戶真正認(rèn)識(shí)到5G網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量可保障的價(jià)值，并推動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)向著確定性方向發(fā)展。

未來(lái)，中國(guó)移動(dòng)期待從5G網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始，借助5G確定性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟這個(gè)平臺(tái)，與產(chǎn)業(yè)界合作伙伴持續(xù)努力，共同推動(dòng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)確定性機(jī)制逐步成熟。
責(zé)任編輯：tzh