我們目前日常使用的互聯(lián)網(wǎng)就好比是一條普通馬路，堵堵停停，時(shí)延抖動(dòng)難以控制。而確定性網(wǎng)絡(luò)則是利用新技術(shù)構(gòu)建的“信息高速鐵路”，是一條近乎完全暢通的道路，時(shí)延抖動(dòng)是可控的，可按用戶需要提供差異化服務(wù)，能有效解決工業(yè)制造、清潔能源、元宇宙等領(lǐng)域的精準(zhǔn)控制問題。
——?jiǎng)㈨崫?中國工程院院士、網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實(shí)驗(yàn)室主任
◎本報(bào)記者 金 鳳
不久前，在南京召開的第六屆未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展大會(huì)中，中國工程院院士、網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實(shí)驗(yàn)室主任劉韻潔團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“全球首個(gè)廣域確定性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”正式發(fā)布。何為確定性網(wǎng)絡(luò)，它將為我們的生活和城市發(fā)展帶來什么？
在劉韻潔看來，確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可為數(shù)據(jù)傳輸提供質(zhì)量可確定的帶寬、時(shí)延、抖動(dòng)等服務(wù)，可為元宇宙、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、電力、車聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域提供準(zhǔn)時(shí)、準(zhǔn)確的信息傳輸服務(wù)。
確定性網(wǎng)絡(luò)打造信息“高速鐵路”
近年來，隨著高清實(shí)時(shí)視頻流與工業(yè)機(jī)器控制等網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的增多，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)“盡力而為”的數(shù)據(jù)傳輸方式越來越難以支撐未來互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對差異化、確定性、低時(shí)延網(wǎng)絡(luò)的需求。例如，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)上傳和控制指令下發(fā)、遠(yuǎn)程機(jī)器人手術(shù)、無人駕駛、虛擬現(xiàn)實(shí)游戲等，需要將端到端的時(shí)延控制在1—10毫秒，將時(shí)延抖動(dòng)控制在微秒級(jí)，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)難以滿足以上要求，無法實(shí)現(xiàn)確定性的時(shí)延、抖動(dòng)控制等。
同時(shí)，雖然一些傳統(tǒng)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也能實(shí)現(xiàn)一定程度的確定性網(wǎng)絡(luò)傳輸，但仍存在協(xié)議互通性差、應(yīng)用場景范圍有限等問題。
“互聯(lián)網(wǎng)從消費(fèi)領(lǐng)域進(jìn)入實(shí)體經(jīng)濟(jì)將面臨巨大變革，也存在兩個(gè)挑戰(zhàn)，一個(gè)是網(wǎng)絡(luò)需要確定可控，另一個(gè)是網(wǎng)絡(luò)要能提供差異性的服務(wù)。在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)、3D通話、全息影像、交互式游戲、遠(yuǎn)程工控、自動(dòng)駕駛、車路協(xié)同等領(lǐng)域更是如此�！眲㈨崫嵔榻B，確定性已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，確定性網(wǎng)絡(luò)將也成為未來經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。
確定性網(wǎng)絡(luò)是一種新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其具有“大帶寬、低延時(shí)、低抖動(dòng)、高可靠”等優(yōu)點(diǎn)，可以有效解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸中的擁堵、延遲、抖動(dòng)等痛點(diǎn)問題。
劉韻潔打了個(gè)比方：我們目前日常使用的互聯(lián)網(wǎng)就好比是一條普通馬路，堵堵停停，時(shí)延抖動(dòng)難以控制。而確定性網(wǎng)絡(luò)則是利用新技術(shù)構(gòu)建的“信息高速鐵路”，是一條近乎完全暢通的道路，時(shí)延抖動(dòng)是可控的，可按用戶需要提供差異化服務(wù)，能有效解決工業(yè)制造、清潔能源、元宇宙等領(lǐng)域的精準(zhǔn)控制問題。
近年來，國內(nèi)外企業(yè)、標(biāo)準(zhǔn)組織、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等都在積極研究確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。劉韻潔介紹，國際上，國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)、國際電工委員會(huì)(IEC)正在積極推動(dòng)確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的落地。在國內(nèi)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟也啟動(dòng)了時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)產(chǎn)業(yè)鏈名錄活動(dòng)，華為技術(shù)有限公司聯(lián)合30多家單位成立5G確定性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，中國信息通信研究院聯(lián)合國內(nèi)多家互聯(lián)網(wǎng)單位共同組建網(wǎng)絡(luò)5.0產(chǎn)業(yè)和技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟，開展確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究。
統(tǒng)一調(diào)度入網(wǎng)城市的數(shù)據(jù)傳輸
作為一種新型網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，此次發(fā)布的全球首個(gè)廣域確定性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，提出基于時(shí)隙的傳輸機(jī)理、并發(fā)業(yè)務(wù)流整形機(jī)制和高效業(yè)務(wù)流調(diào)度算法，研制確定性大網(wǎng)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)時(shí)隙統(tǒng)一調(diào)度，并基于未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)設(shè)施(CENI)首次實(shí)現(xiàn)華為技術(shù)有限公司、新華三技術(shù)有限公司確定性設(shè)備異構(gòu)組網(wǎng)，正式開通了覆蓋北京、南京、上海等35個(gè)城市的廣域確定性網(wǎng)絡(luò)，在100%網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、途經(jīng)13個(gè)省市1.3萬公里距離、1萬條確定性業(yè)務(wù)的情況下，可以實(shí)現(xiàn)零丟包、時(shí)延抖動(dòng)小于20微秒。
“這個(gè)信息網(wǎng)絡(luò)的‘高速鐵路’開通后，可以給所有入網(wǎng)城市進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)一調(diào)度�！本W(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實(shí)驗(yàn)室新型承載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課題負(fù)責(zé)人汪碩解釋道，以往一個(gè)城市內(nèi)各個(gè)主體之間的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和數(shù)據(jù)傳遞就像各自開私家車一樣，自己規(guī)劃線路和時(shí)間，容易造成數(shù)據(jù)擁堵和丟包。而此次發(fā)布的廣域確定性網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于建立了一個(gè)“高速鐵路”，根據(jù)不同時(shí)間段各個(gè)城市內(nèi)不同主體的不同需求，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧髁�、所需帶寬等統(tǒng)一調(diào)度，再由各個(gè)城市向各個(gè)主體分發(fā)數(shù)據(jù)資源，減少數(shù)據(jù)擁堵。
“在確定性網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸過程中，要根據(jù)不同時(shí)隙，即不同時(shí)段的業(yè)務(wù)流量，匹配不同的帶寬，設(shè)計(jì)時(shí)隙調(diào)度算法，規(guī)劃相應(yīng)的流量在固定時(shí)間抵達(dá)目的地，相當(dāng)于設(shè)計(jì)了一套‘高鐵買票系統(tǒng)’�！蓖舸T說，以往的路由器不需要考慮時(shí)隙，所以需要為確定性網(wǎng)絡(luò)重新設(shè)計(jì)路由器的架構(gòu)，使其能夠成為調(diào)度成千上萬條數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹案哞F線路”，而且還要達(dá)到微秒級(jí)的控制精度。
不過，要想滿足不同主體之間的網(wǎng)絡(luò)需求，也并非錯(cuò)峰發(fā)送數(shù)據(jù)這么簡單，它對確定性網(wǎng)絡(luò)提出了新的挑戰(zhàn)。
在汪碩看來，想實(shí)現(xiàn)確定性網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定可靠，需要對網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、抖動(dòng)、丟包率、帶寬和數(shù)據(jù)傳輸路徑等有足夠的確定性控制，這就需要設(shè)計(jì)可定量的網(wǎng)絡(luò)性能類指標(biāo)，例如網(wǎng)絡(luò)可承諾的帶寬轉(zhuǎn)發(fā)能力、網(wǎng)絡(luò)可保證的確定性時(shí)延上界、網(wǎng)絡(luò)可保證的確定性業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)丟包率、時(shí)頻同步特性等。
“通過近幾年的理論研究和實(shí)踐探索，確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)框架逐漸成熟。未來，希望我們能以較低的部署成本、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(wěn)定高效的網(wǎng)絡(luò)�！蓖舸T說。
或?qū)⒏淖兾覈ヂ?lián)網(wǎng)發(fā)展下半場
劉韻潔表示，在構(gòu)建數(shù)字能源新模式、智慧交通、算力網(wǎng)絡(luò)、元宇宙、礦山安全生產(chǎn)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域，確定性網(wǎng)絡(luò)均大有可為。
“確定性網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要應(yīng)用，就是建立算力網(wǎng)絡(luò)�！眲㈨崫嵳f，算力將成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的核心生產(chǎn)力。中國已經(jīng)成為全球數(shù)據(jù)資源大國，但目前的算力中心“各自為戰(zhàn)”，形成了一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)孤島，較低利用率導(dǎo)致成本較高。
“這就需要讓算力跟網(wǎng)絡(luò)融合，打通算力資源孤島，讓確定性網(wǎng)絡(luò)像一個(gè)計(jì)算機(jī)總線一樣，把所有算力都連在一起，構(gòu)建一個(gè)全域的超級(jí)計(jì)算機(jī)，賦能人類社會(huì)發(fā)展�！眲㈨崫嵳f。
近期，劉韻潔團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了從南京到貴陽跨越2450公里的100G確定性網(wǎng)絡(luò)。由于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)存在普遍的丟包與擁塞問題，在網(wǎng)絡(luò)擁塞情況下，算力峰值傳輸速率不足10%，難以滿足算力數(shù)據(jù)中心跨廣域的無損數(shù)據(jù)傳輸需求。而確定性網(wǎng)絡(luò)的新型確定性無損傳輸技術(shù)，可系統(tǒng)性解決網(wǎng)絡(luò)帶寬、時(shí)延、丟包等問題，峰值傳輸速率可提升至88%，達(dá)到數(shù)據(jù)中心內(nèi)部無損網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃�，有效確保網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。
在遠(yuǎn)程醫(yī)療領(lǐng)域，確定性網(wǎng)絡(luò)也讓手術(shù)操作跨越時(shí)空。今年2月，青島大學(xué)附屬醫(yī)院副院長牛海濤團(tuán)隊(duì)，用時(shí)20多分鐘，在濟(jì)南操控一臺(tái)機(jī)器人，“隔空”給青島大學(xué)附屬醫(yī)院(市南院區(qū))動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)動(dòng)物豬進(jìn)行了遠(yuǎn)程機(jī)器人輔助腹腔鏡下腎臟切除術(shù)。整個(gè)過程網(wǎng)絡(luò)時(shí)延不到6毫秒，醫(yī)院團(tuán)隊(duì)進(jìn)行遠(yuǎn)程手術(shù)所應(yīng)用的，正是確定性網(wǎng)絡(luò)。
在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，確定性網(wǎng)絡(luò)可以滿足工業(yè)應(yīng)用對超大帶寬、超低時(shí)延抖動(dòng)等需求，解決工業(yè)企業(yè)異地工廠互聯(lián)、遠(yuǎn)程機(jī)械臂控制等的時(shí)延抖動(dòng)控制問題；在能源互聯(lián)網(wǎng)方面，確定性網(wǎng)絡(luò)預(yù)期可實(shí)現(xiàn)電力信息精準(zhǔn)同步，最高可為企業(yè)降低能耗10%—20%，助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和。
“目前電網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸頻率沒有那么高，哪里用電量多、哪里用電量少等信息無法實(shí)現(xiàn)快速傳遞。我們在嘗試攻關(guān)，盡可能用確定性網(wǎng)絡(luò)提高信息交換和同步的速度，以實(shí)現(xiàn)電力的實(shí)時(shí)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)‘削峰填谷’。”汪碩說。
在劉韻潔看來，在突破核心技術(shù)，建設(shè)相關(guān)產(chǎn)業(yè)生態(tài)，實(shí)現(xiàn)核心標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備自主可控的前提下，確定性網(wǎng)絡(luò)將有可能成為改變我國互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展下半場的技術(shù)體系�！罢l能把握住互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展下半場的歷史機(jī)遇，誰就能掌握未來科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主動(dòng)權(quán)�！眲㈨崫嵳f。