辛集市超越網路做什麼的
本文轉自：科技日報
科技日報記者 金鳳
在元宇宙、4K、8K、高畫質影片等新興場景中，如何將端到端的時延控制在幾毫秒，時延抖動控制在微秒級？
自動駕駛系統執行過程中，如何將車輛、行人、路側設施等大量資料將及時傳輸至行駛演算法中，同時確保行駛過程中網路波動狀況穩定？
在中國工程院院士劉韻潔看來，確定性網路技術，可為資料的傳輸提供頻寬、時延、抖動等質量可確定的服務，在元宇宙、工業網際網路、電力、車聯網、遠端醫療等領域提供“準時、準確”的資訊傳輸服務質量。
前不久在南京召開的第六屆未來網路發展大會中，劉韻潔團隊研發的“全球首個廣域確定性網路系統”正式釋出。何為確定性網路？它將為我們的生活和城市發展帶來什麼？
網際網路與實體經濟結合催生資訊傳輸“高鐵”
自20世紀70年代網際網路誕生以來，由於其簡單的連線機制、不斷提高的頻寬以及可擴充套件性和相容性而被廣泛使用。
但是，隨著高畫質實時影片流與工業機器控制等網路應用的增多，傳統網路“盡力而為”的資料轉發方式，越來越難以支撐未來業務對差異化服務、確定性、低時延的需求。例如工業網際網路中的資料上傳和控制指令下發、遠端機器人手術、無人駕駛、VR遊戲等，需要將端到端時延控制在1-10毫秒，將時延抖動控制在微秒級，但傳統的網路卻難以滿足以上要求，無法實現確定性的時延抖動控制。
同時，雖然一些傳統的工業網路協議，也能實現一定程度的確定性傳輸，但存在協議互通性差，應用場景範圍有限等問題。
“網際網路從消費領域進入實體經濟將面臨巨大變革，也存在兩個挑戰，一個是網路需要確定可控，另一個是網路要能提供差異性的服務。在AR、VR、3D通話、全息影像、互動式遊戲、遠端工控、自動駕駛、車路協同等領域，更需要網路確定可控並能提供差異性服務。”中國工程院院士、紫金山實驗室主任劉韻潔介紹，確定性已經成為網路發展的關鍵技術，確定性網路也成為未來經濟和社會發展的重要基礎。
確定性網路是一種新型網路技術，其具有“大頻寬、低延時、低抖動、高可靠”等優點，可以有效解決傳統網路資料傳輸上的擁堵、延遲、抖動等痛點問題。
劉韻潔打了個比方，網路就像不同的道路，有普通馬路、高速公路甚至飛機航線等。我們目前使用的網際網路就好比一條“普通馬路”，堵堵停停，時延抖動難以控制。而確定性網路則是利用新技術構建“資訊高鐵”，是完全暢通的一條路，時延抖動是可定製的，可按使用者需要提供服務，能有效解決工業製造、能源、元宇宙等重大應用的精準控制問題。
近年來，國內外企業、標準組織、產業聯盟都在積極研究確定性網路技術。劉韻潔介紹，從國際來看，國際網際網路工程任務組（IETF）、國際電工委員會（IEC）積極推動確定性網路技術標準的落地。在國內，工業網際網路產業聯盟也啟動了時間敏感網路（TSN）產業鏈名錄活動；華為聯合30多家單位成立5G確定性網路產業聯盟；中國信通院聯合國內多家網路相關單位共同組建網路5。0產業和技術創新聯盟，開展確定性網路技術研究。
需對時延、抖動、丟包率、頻寬和資料傳輸路徑精準控制
作為一種新型網路基礎設施，此次釋出的全球首個廣域確定性網路系統模擬“高鐵”系統，提出基於時隙的傳輸機理、併發業務流整形機制、高效業務流排程演算法，研製確定性大網作業系統，實現全網時隙統一排程，並基於未來網路試驗設施（CENI）首次實現華為、新華三確定性裝置異構組網，正式開通了覆蓋北京、南京、上海等35個城市的廣域確定性網路，在100%網路負載、途經13個省市13000公里距離、10000條確定性業務情況下，實現零丟包、時延抖動小於20微秒。
“這張資訊網路的‘高鐵網’開通後，相當於可以給所有入網的城市進行資料的統一排程。”網路通訊與安全紫金山實驗室新型承載網路技術課題負責人汪碩博士解釋，以往一個城市內，各個工廠之間網路應用和資料傳遞就像各家開私家車一樣，自己規劃線路和時間，容易造成資料擁堵和丟包。而此次釋出的廣域確定性網路相當於建立一個“高鐵”時刻表，根據不同時間的各個城市的需求，對資料傳輸的流量、所需頻寬統一排程，再由各個城市向各個工廠分發資料資源，減少“資料擁堵”。
面對時延敏感性業務的迫切需求，如何從“盡力而為”提升為“準時、準確”地控制端到端的時延，對網路提出了新的挑戰。
在汪碩看來，想實現確定性網路的穩定可靠，需要對網路時延、抖動、丟包率、頻寬和資料傳輸路徑有確定性的控制。這就需要設計一些可定量的網路效能類指標，例如網路可承諾的頻寬轉發能力、網路可保證的確定性時延的上界、網路可保證的確定性業務轉發丟包率、時頻同步特性等。
汪碩舉例，“在確定性網路的資料傳輸過程中，要根據不同時隙，即不同的時段的業務流量不同，匹配不同的頻寬，即設計時隙排程演算法，規劃相應的流量在固定的時間抵達目的地，相當於為高鐵設計了一套買票系統。”他說，以往的路由器不需要考慮時隙，而現在就要重新設計路由器的架構，使其能夠排程成千上萬條資料傳輸的“高鐵”線路，而且能達到微秒級的控制精度。
“透過近幾年的理論研究和實踐探索，確定性網路技術框架逐漸成熟，形成了以DetNet為核心的廣域確定性技術體系，未來，希望能以具有較低的部署成本、較高的傳輸通量、超高的可靠性和超高的安全性打造一張穩定高效的網路。”汪碩說。
或將改變我國網際網路下半場發展
確定性網路開通後，將給我們帶來哪些驚喜？劉韻潔表示，在構建數字能源新模式、智慧交通、算力互聯、元宇宙、礦山安全生產、遠端醫療等領域，確定性網路均大有可為。
“確定性網路最現實的一個應用，就是建立算力網路。”劉韻潔說，算力將成為數字經濟的核心生產力。中國已經成為全球資料資源大國，但現在的算力中心像單個的煙囪，形成一個個資料孤島，低利用率導致成本極高。
“這就需要算力跟網路的融合，要打通算力資源的孤島，把一個個煙囪拔掉，讓確定性網路像一個計算機匯流排一樣，把所有算力都連在一起，構建一個全域超級計算機，賦能人類社會發展。”
近期，劉韻潔團隊構建了從南京到貴陽跨2450公里的100G試驗網路，由於傳統網路存在大量的丟包與擁塞，在網路擁塞情況下，頻寬利用率不足10%，難以滿足算力資料中心跨廣域的無損資料傳輸需求，而採用新型確定性無損傳輸技術後，可系統性解決網路頻寬、時延、丟包問題，為業務提供有確定性保障的服務質量，因此，峰值傳輸速率可提升至88%，可達到資料中心內部無損網路傳輸水平。
在遠端醫療場景，確定性網路也讓手術操作跨越時空。今年2月，青島大學附屬醫院副院長牛海濤團隊，在濟南操控一臺機器人，“隔空”給青大附院市南院區動物實驗室的試驗動物豬進行了遠端機器人輔助腹腔鏡下腎臟切除術，用時20多分鐘。整個過程網路時延不到6毫秒，創造了新的紀錄。醫院團隊的遠端手術應用的正是確定性網路。
在工業網際網路方面，確定性網路也可滿足工業應用超大頻寬、超低時延抖動、萬億級連線需求，解決工業企業異地工廠互聯、遠端機械臂控制等時延抖動控制問題；在能源網際網路方面，確定性網路預期可實現電力資訊精準同步，為企業降低能耗10%-20%，助力實現“碳達峰碳中和”。
“目前電網的資料傳輸頻率沒有那麼高，例如哪裡用電量多，哪裡用電量少，資訊無法那麼快感知。我們在嘗試攻關，儘可能用確定性網路提高資訊交換和同步的速度，以實現電力的實時排程，儘可能快地削峰填谷。”汪碩說。
在劉韻潔看來，突破確定性網路核心技術，建設確定性網路相關產業生態，實現核心標準、裝置的自主可控，確定性網路將有可能成為改變我國網際網路下半場發展的技術體系。
“誰能把握住網際網路發展下半場的歷史機遇，誰就能掌握未來科技創新和產業發展的主動權。”劉韻潔說。