Survey of the deterministic network

HUANG Tao , WANG Shuo , HUANG Yudong , ZHENG Yao , LIU Jiang , LIU Yunjie

State Key Laboratory of Networking and Switching Technology,Beijing University of Posts and Telecommunications,Beijing 100876,China

现有的互联网面对激增的视频流量和工业机器应用，存在着大量的拥塞崩溃、数据分组时延等问题，而许多网络应用，例如工业互联网、远程医疗、无人驾驶、VR游戏等，需要达到1~10 ms时延，微秒级抖动但传统的网络只能将端到端的时延减少到几十毫秒。在这样的背景下，对网络端到端时延的控制如何从“尽力而为”到“准时、准确”，成为当前全球关注的热点领域。通过介绍确定性网络的应用场景与需求，描述当前该领域的主要研究成果，总结分析了该领域的研究发展趋势和核心问题，期望对该领域的研究起到参考和帮助作用。

确定性网络 时间敏感网络 5G移动通信 工业互联网

The current Internet faces a huge increase in video traffic and industrial machine applications,causing a lot of congestion and packet delays.Besides,many network applications,such as industrial Internet,telemedicine,driverless,VR games,etc,require a latency from 1 to 10 milliseconds and jitters within microsecond.But traditional network can only reduce the end-to-end latency to tens of milliseconds.Under this background,how to transit from “best effort” to“punctuality,accuracy”,controlling the end-to-end delay has become a hot field of global network research.The application scenarios and requirements of the deterministic network were introduced，and the main research results of the current parties were described as well as the trend of development and core issues were summarized.It hopes to provide a reference and help for the research in this field.

Keywords： deterministic network time sensitive network 5G mobile communication industrial internet ultra-low latency

本文引用格式

黄韬, 汪硕, 黄玉栋, 郑尧, 刘江, 刘韵洁. 确定性网络研究综述 . 通信学报 [J], 2019, 40(6): 160-176 doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019119 HUANG Tao. Survey of the deterministic network . Journal on Communications [J], 2019, 40(6): 160-176 doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019119

激增的视频流量和工业机器应用，带来了大量的拥塞崩溃和数据分组时延。同时，许多网络应用，例如工业互联网中的数据上传和控制指令下发、远程机器人手术、无人驾驶、VR 游戏等，需要将端到端时延控制在1~10 ms，将时延抖动控制在微秒级，但传统的网络只能将端到端的时延减少到几十毫秒。面对时延敏感性业务的迫切需求，如何从“尽力而为”到“准时、准确”地控制端到端的时延对IP网络提出了新的挑战。

虽然在工业领域，有几个扩展以太网提供了初步的确定性解决方案，例如PROFINET（process field net ^{[ 3 , 4 ]} 、TTEthernet（time-triggered ethernet） ^{[ 5 ]} ，HaRTES（the hard real time switch architecture） ^{[ 6 ]} ，但它们要么不能相互兼容，要么不能与标准以太网设备集成，很难满足工业控制系统的实时确定性要求。深入分析发现，因为以太网缺乏时钟同步机制、带宽预留等管理机制，数据分组优先级等过滤机制，从而无法为应用提供时延和抖动的服务质量（QoS,quality of service）保障。

目前，电子电气工程师学会（IEEE,Institute of Electrical and Electronics Engineers）和互联网工程任务组（IETF,Internet Engineering Task Force）已提出了新的确定性网络技术。IEEE 802.1工作组（WG,Work Group）致力于时间敏感网络（TSN,time sensitive network）的标准化，时间敏感网络是当前最为成熟的实现局域确定性网络的技术，通过IEEE 802.1AS时钟同步、IEEE 802.1Qcc流预留、IEEE 802.1Qch循环排队等技术保证物理层和链路层的确定性时延；IETF 的 DetNet （Deterministic Network）工作组专注于网络层（L3）及更高层次的广域确定性网络技术。此外， 5G标准化工作组已将目标定为总时延1 ms或更低，应用层的开放通信平台 OPC UA（object linking and embedding for process control unified architecture）也在积极寻求与TSN的结合，确定性网络的发展充满了机遇与挑战。

如 图2 所示 ^{[ 7 ]} ，当前，工厂内网呈现“两层三级”的结构，“两层”是指存在“工厂IT（information technology）网络”和“工厂 OT（operational technology）网络”两层技术异构的网络；“三级”是指根据目前工厂管理层级的划分，网络也被分为“现场级”“车间级”“工厂级”这 3 个层次，每层之间的网络配置和管理策略相互独立。

如 图3 所示，6TiSCH上层堆栈（IETF 6LoWPAN、RPL和CoAP） ^{[ 9 ]} 具有最先进的低功耗无线网络通信技术。6top为操作子层，用以绑定IETF上层和IEEE 802.15.4e TSCH，它通过创建标准方法来构建和维护调度，执行 TSCH 配置和控制过程，并定义了最小的6TiSCH配置，以便实现所有设备间的互操作性。

如 图5 所示，OPC UA ^{[ 11 , 12 , 13 , 14 ]} 是一个开放通信平台，可以实现从PLC（programmable logic controller）到云、PLC之间以及PLC到上层应用的数据互通，已被选为工业 4.0 的参考标准。其中，上层应用包括 ERP （enterprise resource planning）、MES（manufacturing execution system）、SCADA（supervisory control and data acquisition），接口为HMI。对于信息交换，OPC UA 提供 2 种通信机制：第一种是客户端-服务器模型，客户端通过定义的服务访问服务器信息；第二种通信方法是OPC UA PubSub，即发布者-订阅者模型，这种方法允许数千个传感器和云之间的多播通信，以及机器之间的协调通信。

2015年6月24日，国际电信联盟（ITU）公布5G技术的正式名称为IMT-2020。IMT-2020是第五代移动电话行动通信标准，传输速度是 4G 网络的40倍，且对时延有非常高的要求。如 表1 所示 ^{[ 15 ]} ， 4.9G对应于LTE向5G的优化工作，实现了减少时延90%以上，并且5G标准化工作组已将目标定为总时延为1 ms或更低 ^{[ 15 ]} 。各种标准化组织为5G的发展做出了贡献，包括IEEE、IETF及第三代合作伙伴计划（3GPP,3rd Generation Partnership Project）和欧洲电信标准协会（ETSI,European Telecommunications Standards Institute），相关标准将在 2020年制定完成。

1) 网络架构

如 图6 所示，整个5G系统可以分为无线接入段、前传段，以及到核心网络的回程段。无线接入段负责将无线设备连接到基站，前传段将基站连接到云无线接入网，而回程段将云无线接入网连接到核心网络。核心网络连接整个互联网，包括数据中心，为设备提供端到端的服务。

如 图8 所示，BAS中通常有两层网络，上层为管理网络，下层为现场网络。楼宇管理服务器（BMS,building management server）和人机接口（HMI,human machine interface）通过管理网络连接到本地控制器（LC,local controller），本地控制器通过现场网络连接到设备。管理网络中使用基于IP的通信协议，现场网络使用非IP的现场协议。在现场网络中有各种物理接口，如RS232C和RS485，它们具有特定的时序要求。因此如果现场网络被以太网或无线网络替换，这种替换网络必须支持确定性流。

为提供多媒体流所需的QoS保障，2011年IEEE发布了IEEE 802.1 AVB ^{[ 18 ]} （audio/ video bridging）标准，其架构如 图9 所示。它在传统以太网络的基础上，通过保障带宽（IEEE 802.1Qat）、限制时延（IEEE 802.1Qav）和精确时钟同步（IEEE 802.1AS） ^{[ 19 , 20 ]} 这3个方面的具体协议，实现在二层局域网创建确定性流。

③ 消除回声。如 图10 所示，实线表示从有人对着麦克风说话到声音从扬声器出现的网络时延，包括模数转换时延、传输时延、处理时延和数模转换时延。虚线表示声音播放总时延，如果总时延超过 10~15ms，将会产生声学回声，则扩声系统将无法使用，且总时延界限包括信号的所有路径，而不仅仅是网络，所以网络时延必须显著小于15 ms。

随着实时流量的增加和对多网融合的需求，传输网提出了对确定性路径传输的需求。ATM （asynchronous transfer mode）为整合电信网，提出了映射底三层网络的整体传输方案，但是技术复杂，设备昂贵。传统以太网凭借“尽力而为”的简洁思想逐渐在传输网络中成为主流，但因此会导致不可控的路由路径、丢失分组率和传输时延。基于以太网成为主流的趋势，2005 年，IEEE 的 802.1任务组成立 AVB 任务组，用于局域网时延敏感的音视频业务的传输。2012 年，AVB 任务组改名为TSN任务组，主要应用于各种支持低延时及基于时间同步数据传输的以太网协议。TSN与OP-CUA等相关联盟积极协作，促进多家标准的统一。IETF在2015年10月成立了DetNet工作组，其专注于在第二层桥接和第三层路由段上操作的确定性数据路径，目标在于将确定性网络通过IP/MPLS等技术扩展到广域网上。2016年5月，光联网论坛（OIF,optical internetworking forum）定义了FlexE技术的接口帧结构，实现带宽的捆绑、通道化，为5G切片网络中的确定性路径提供了保证。本节按照IOS五层模型的顺序，由下向上介绍确定性网络的关键技术。表2对比了3种关键技术现有成果的特点。

随着云计算、视频以及 5G 移动通信等业务的兴起，人们对IP网络的诉求从以带宽为主逐渐转移到业务体验、服务质量和组网效率上。为满足上述需求，2011年1月，OIF成立灵活以太网研究小组， 2015 年 7 月发布草案，2016 年 3 月发布了 FlexE的1.0 标准内容（OIF-FLEXE-01.0），2017 年第一季度 FlexE For IP/MPLS 标准正式在 BBF（broad band forum）立项，该标准对二层、三层业务基于FlexE 接口的应用模型加以定义，将 FlexE 接口扩展至IP/MPLS网络。在OIF 2018年第三季度会议上，FlexE 2.0标准正式发布，包括帧格式、时间同步方案等。FlexE也称为灵活以太网，是由OIF发布的通信协议，在以太网L2（MAC，media access control）/L1（PHY,physical layer）之间的中间层增加了FlexE Shim层，它通过时分复用分发机制，将多个 client接口的数据按照时隙方式调度并分发至多个不同的子通道，使网络即具备类似于时分复用（TDM,time division multiplex）的独占时隙、隔离性好的特性，又具备以太网统计复用、网络效率高的特性。FlexE在以太网技术的基础上实现了业务速率和物理通道速率的解耦，客户业务不一定在一个物理通道上传递，还可能由多个物理通道捆绑形成的一个虚拟的逻辑通道传递。 图11 展示了FlexE 数据传输的逻辑结构。在网元节点中，配置了3个FlexE隧道，其中隧道1和隧道2从左侧的FlexE A组交叉传输到了右侧的FlexE B组，隧道3交叉穿通到了右侧的FlexE C组。FlexE 端到端隧道通过FlexE client 交叉实现，FlexE shim通过解映射恢复出各FlexE client 的66 bit码块流，根据 FlexE 交叉单元配置的连接关系，输出到对应出向的 FlexE client 单元，通过其 FlexE shim 映射到FlexE group 发送出去，从而完成整个隧道的连通。

关键技术现有成果对比

技术	应用范围	应用场景	是否支持SDN	主要功能
FlexE	物理层与数据链路层之间	5G 网络的云服务、网络切片，AR/ V R/超高清视频等	是	网络切片，子端口隔离
AVB/TSN	数据链路层	实时音频/视频，工业自动化与控制系统（IACS）应用等	是	时钟同步，局域网范围有界的时延抖动和丢失分组
Det/Net	网络层	实时音频/视频，工业自动化与控制系统（IACS）应用等	是	网络层的操作维护管理，端到端的确定传输

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FlexE 技术可以实现 3 种应用模式：链路捆绑模式、子速率模式和通道化模式 ^{[ 21 ]} 。链路捆绑模式是将多个物理通道捆绑起来，形成一个大的逻辑通道，实现大流量的业务传输。子速率模式是指单条客户业务速率小于一条物理通道速率时，将多条客户速率汇聚起来共享一条物理通道，提高物理通道的带宽利用率。通道化模式是客户业务在多条物理通道上的多个时隙传递，客户业务分布在多条不同物理通道的多条时隙上，多个客户共享多条物理通道。实现这些应用的 FlexE的关键技术包括实现网络切片的FlexE shim层结构、实现 FlexE 端到端传输的交叉传送、监控端到端传输的 OAM（operation administration and maintenance）机制和提供可靠性的隧道保护技术。

FlexE 协议定义了一个时分复用的FlexE shim层。FlexE shim 层通过多个绑定的PHY 来承载各种IEEE 定义的以太网业务（FlexE client）。FlexE shim 层可以支持多种以太网MAC分组，包括大于或小于单个物理 PHY 速率的以太网分组。在承载客户业务时，先对以太网分组进行64/66编码，然后通过插入和删除空闲块实现速率适配，将业务的时隙配置插入master calendar中，master calendar 将所有时隙分配成多个成员（即sub calendar），添加FlexE 开销，扰码后经过 PMA（physical medium attachment）、PMD（physical medium dependent） 发送出去。FlexE 协议定义每个物理成员PHY（注：标准为 100 GE）上传递一个 sub calendar，sub calendar 循环分配时隙编号来划分 66 bit 码块顺序，同一编号的码块在逻辑上组成一个独立的时隙，在FlexE shim 中作为一个独立物理带宽资源单元分配使用。

2) FlexE业务的交叉传送

端到端FlexE tunnel 传送技术是构成L1 层承载网络的基础 ^{[ 21 ]} 。端到端FlexE隧道实现的核心思路是FlexE client能直接在L1层从一个FlexE组交叉到另一个FlexE组承载，而不是上传MAC定帧后再进行分组交换。比如，业务码流从一个 FlexE组的PHY 送到对应的FlexE组master calendar，按配置规则提取对应业务码块流后根据系统交叉配置送到交叉单元，直接输出映射到另一个 FlexE group 的 master calendar 对应的时隙通道，通过PHY 转发往下一个节点。

3) OAM机制

采用FlexE tunnel 隧道技术的承载网络实现客户业务的端到端传输时，需实现增加 OAM 开销，以实现传输管道的端到端监控。在承载网络分层结构中，FlexE 技术涉及两层网络：FlexE通道层和FlexE 段层。

FlexE 通道层位于 FlexE 客户数据层和 FlexE段层之间，实现客户数据的接入/恢复、增加/删除OAM 信息、数据流的交叉连接，以及通道保护的功能。FlexE 通道层形成的端到端连接管道称之为FlexE 隧道，它是 FlexE 网络中传递的一条逻辑承载管道，客户业务从源节点映射到FlexE shim，经过逻辑承载管道后，再从 shim 中解映射到目的节点。FlexE 通道层OAM 信息需要进行扩展实现，在客户业务复用进入FlexE shim 层前，在客户业务流（由66 bit码块组成的TDM 码流）中按某种固定周期插入OAM 信息块。

FlexE 段层位于FlexE通道层和物理层之间。在FlexE 段层中，实现接入数据流的速度适配、数据流在FlexE shim 上映射与解映射、FlexE 帧开销的插入与提取的功能。FlexE 段层的OAM 信息来自标准定义的 FlexE 开销帧的内容，通过开销帧头、复帧帧头信息可以提供等效 CC（continuity check）/CV（connectivity verification） 检测，开销帧中RPF（remote PHY fault）信息可以提供远端成员缺陷指示 RDI（remote defect indication），通过PHY map、client calendar A/B 等字段来交互链路带宽以及相关时隙配置业务类型等。

4) 隧道保护

在FlexE 通道层提供保护功能，提高客户业务在 FlexE 隧道中传输的可靠性。保护方式分为“1+1”保护和“1:1”保护 ^{[ 21 ]} 。当客户业务在一条隧道中出现故障时，快速将客户业务切换到另外一条隧道中进行传输。

当客户业务正常工作时，在“1+1”保护中，客户业务可以同时在 2 条隧道中传输，在目的点同时检测 2 条隧道的业务服务质量状况，从服务质量高的隧道中接收客户业务，网络承载客户业务的带宽利用率只有50%。在“1:1”保护中，有2 条承载通道隧道：主通道隧道和备通道隧道。在正常工作时，客户业务在主通道隧道传输，备通道隧道可以传输低优先级客户业务。当主通道隧道出现故障时，发送端和接收端协商并决策，将客户从主通道隧道切换到备通道隧道中传输。由于 1:1 保护模式在正常工作状态下备用通道隧道可以传递其他低优先级客户业务，网络承载客户业务的带宽利用率可以达到100%。

3.1.3 趋势

网络切片技术可以让运营商在一个硬件基础设施中切分出多个虚拟的端到端网络，每个网络切片在设备、接入网、承载网及核心网方面实现逻辑隔离，适配各种类型服务并满足用户的不同需求。对每一个网络切片而言，网络带宽、服务质量、安全性等专属资源都可以得到充分保证。采用 FlexE技术的网络具有弹性带宽、灵活分配的硬管道，可以实现业务的物理隔离和可靠的服务质量，天然地实现了网络切片功能。FlexE 技术的物理管道捆绑、子速率、通道化的应用模式可以承载各类速率需求的客户业务，提高了网络承载带宽的利用率，降低了网络设备的成本，逐步完善的OAM 功能满足网络维护管理需要，这些优势很好地满足了5G 承载网络的技术需求。

确定性网络的一个基本要求是提供精准的网络时间同步机制。在 TSN 协议中，IEEE 802.1AS ^{[ 26 , 27 ]} 和更新的修订版本IEEE 802.1AS-REV可以实现亚微秒级的时间同步。IEEE 802.1AS采用IEEE 1588-2008（1588v2） ^{[ 28 ]} 中的通用精确时间配置协议（gPTP,generic precision time protocol）。gPTP 协议通过 BMCA（best master clock algorithm） ^{[ 28 ]} 建立主从结构形成 gPTP 域，然后选出最精确的时钟源GM（grand master）时钟。在 gPTP 域内，主时钟和从时钟之间不断传递时间信息，并将时间与 GM 时钟进行同步 ^{[ 29 ]} 。IEEE802.1 AS-REV 增加了在多个时域进行时间同步的功能，既能在某域内GM时钟发生故障时实现快速切换到其他域的功能，又能提高时间测量精度。

AVB TG提出了目前已经合并到IEEE 802.1Q的IEEE 802.1 Qat流预留协议（SRP,stream reservation protocol） ^{[ 33 ]} 。该协议基于TSN流的资源要求和当前网络可用资源规定了准入控制架构，通过多址注册协议 ^{[ 24 ]} （MRP,multiple registration protocol），使用48位扩展唯一标识符，也称作StreamID，来识别和注册业务流，为 AVB 流提供足够的资源预留。此外，IEEE 802.1Qat规定了在全双工以太网中保留网络资源和广告流的框架。

由于现有的IEEE 802.1Qat采用分布式的注册和预留方式，注册请求的变更有可能使网络过载从而导致关键流量类的时延。因此，TSN TG引入了IEEE 802.1Qcc ^{[ 36 ]} 标准，通过减小预留消息的大小和频率来改善现有SRP，使更新仅由链路状态或预留改变触发。此外，IEEE 802.1Qcc 提供了一套集中式的全局管理和控制网络的工具，可通过远程管理协议（如 NETCONF ^{[ 37 ]} 或 RESTCONF ^{[ 38 ]} ）执行资源预留、调度和其他配置。IEEE 802.1Qcc ^{[ 36 ]} 仍支持完全分布式配置，允许集中管理系统和分散的 Ad Hoc系统共存。当与IEEE 802.1 Qca路径控制和保留机制和流量整形结合时，该方案可以提供确定性的端到端时延和零拥塞丢失。

虽然 MRP ^{[ 39 ]} 提供了有效的注册流方法，但它保存流状态信息的数据库限制在大约1 500 B。随着更多业务流共存以及网络规模的增加，数据库成比例地增加，SRP和MRP由于注册流状态信息的数据库有限而无法扩展到具有实时性IACS应用的大型网络。TSN TG引入了本地链路预留协议 ^{[ 35 ]} ，在点对点链路的两端之间有效地复制 MRP 数据库，并在网桥报告新的网络状态时逐步复制更改。LRP还提供清除过程，当此类数据库的源无响应或数据过期时，删除复制的数据库。经过优化，LRP可有效处理大约1 MB的数据库。LRP与作为信令协议的RAP一起以分布式的方式支持可扩展的TSN网络的资源预留。

3) 确定性时延的QoS机制

为了实现确定时延，TSN利用帧抢占和流量整形机制在以太网链路中实现确定的传输路径，目前已经发布了几种流控制标准。比如 IEEE 802.1 Qav ^{[ 40 , 41 ]} 采用CBS（credit-based shaper）机制，IEEE 802.1 Qbv采用Tas （time-aware shaper）机制 ^{[ 40 ]} ，IEEE 802.1 Qch采用CQF（cyclic queuing and forwarding）机制，IEEE 802.1 Qcr 采用 ATS（asynchronous traffific shaping）机制。流量整形机制通过为高优先级流量提供确定的传输时隙来提供确定的传输时延，避免突发流量造成的重传和分组丢失的影响。

CBS 主要应用于 AVB 应用，它利用信用这个指标将传输时间分为允许高优先级流量和普通优先级流量传输这2个时隙。CBS结合SRP可以将每个网桥出现的时延限制在250 ms，但是CBS使网络平均时延增加。因此，TSN TG提出了TAS机制，配合帧抢占机制一起提供更好的QoS，这也是目前最常使用的流量整形机制。对于符合IEEE 802.3的以太网帧，算入单个IEEE 802.1Q VLAN标记和帧间间隔的帧的总长度为1 542 B，其中包括前导码和帧起始定界符共8 B，以太网地址、以太网类型或长度和CRC共18 B，VLAN标记4 B，帧有效载荷1 500 B，帧间隔12 B。与传统以太网帧相比，增加了4 B的IEEE 802.1Q VLAN标记。

TAS 机制要求所有时间触发的窗口时间同步，然后利用门控列表技术控制不同优先级的队列的传输或等待。为了减少在时隙转换时，低优先级流量对高优先级流量的干扰，TSN 采用 IEEE 802.1Qbu 帧抢占 ^{[ 42 ]} 机制，利用保护频带为TAS确保传输信道对于下一个高优先级流量的传输是可用的，同时显著减小保护频带的字节数。使用帧预占技术前，保护频带的持续时间必须与安全传输的最大帧尺寸一样长，即1 542 B的传输时间；加入帧预占后，保护频带可以减少到帧的最小尺寸，即最小帧64 B和不能预占的剩余长度63 B的和，总共127 B。帧预抢占造成的低优先级帧中断只发生在链路层，在下一个网桥的接口处，被中断的帧会被重新整合成为完整的帧。

TAS 虽然有效减小了传输时延，但是配置复杂，对网络节点的时间同步要求很高，CQF（cyclic queuing and forwarding），也称蠕动整形器（PS,peristaltic shaper），可以通过同步入口和出口的队列操作来降低TAS配置的复杂性，实现与网络拓扑无关的零拥塞丢失和有界时延，但是会导致更高的时延，对时间同步的要求也很高。

为了有效利用网络带宽，ATS（asynchronous traffic shaper）基于UBS（urgency-based scheduler） ^{[ 43 , 44 ]} ，通过在每一跳重塑TSN流，提供不需要严格时间同步的确定性时延。总体来说，这些提供确定性时延的流量控制机制的高效动态配置需要更多的研究和实践。

4) 配置TSN流量

TSN 流会根据应用需求在以太网报头中的802.1Q VLAN标记中的PCP（priority code point）和VID（VLAN ID）中定义流的不同优先级。

TSN 中有多个流管理标准，包括 IEEE 802.1CB、IEEE 802.1Qca、IEEE 802.1Qci，负责提供路径冗余、多路径选择及队列过滤。尽管标准以太网可以通过生成树协议提供冗余能力，但是对于实时 IACS 应用而言，在发生故障时的收敛时间太长。因此，FRER（frame replication and elimination for reliability）在不相交的路径上发送关键流量的重复副本，用于主动实现无缝数据冗余，代价是额外的带宽消耗。PCR（path control and reservation）提供显式转发路径控制所需要的协议，如预定义的保护路径、带宽预留、数据流冗余、流同步和流控制信息的控制参数的分配 ^{[ 45 ]} ， PCR与FRER、IEEE 802.1Qcc结合使用时达到快速恢复、高效路径冗余和动态流量管理。PSFP （per-stream filtering and policing）通过StreanID识别流，执行相关策略，负责管理控制并防止恶意流程恶化网络性能。

3.2.3 趋势

TSN 在二层网络通过时分复用的思想为高优先级流量提供了确定性网络需要的传输路径和传输时延，但是会导致低优先级流量的时延增加，一种方法是通过适当的接入控制，利用统计复用可以为时延界限提供统计保证 ^{[ 46 ]} 。如何协调传输时延的最大时延和平均时延是一个加速 TSN 应用部署的关键问题。除此之外，如何部署TSN网络，是采用分布式部署还是结合SDN等技术进行集中式部署，以及如何互联多个封闭的 TSN 网络也是未来要考虑的关键问题。

DetNet 工作组尚未建立 IETF RFC，但目前有多个 IETF 草案可供参考。本文接下来会介绍DetNet工作组提出的确定性网络的操作、管理和维护的标准化的整体架构，其支持多跳路由的时间同步、管理、控制和安全操作，以及各种形式的动态网络配置和多路径转发。 图14 展示了DetNet的主要架构，图中不同线型表示承载不同功能的抽象链路。

目前，确定性网络的部署采取平滑演进的方式，基于传统以太网部署，在新加入的流标识和流机制中都兼容了传统机制，虽然浪费了部分网络资源，但是降低了部署以太网的成本，大大加快了确定性网络的部署和研究。随着确定性网络部署程度的增加，如何减少为兼容传统网络造成的开销也是一个值得考虑的方向。

部署确定性网络的另一个关键问题是采用集中式部署还是分布式部署，具体在建立同步时钟、流量控制、资源预留等方面都有体现。集中式部署和分布式部署分别具有特定的部署优势和缺点。TSN 基础设施和协议必须支持确定的端到端时延和可靠性，为了支持各种相关协议，网络基础设施变得更加复杂。因此，简化的TSN管理机制对于降低复杂性同时满足确定性网络应用的关键需求至关重要。集中式部署可以从 SDN 的实施和管理中受益，例如在建立同步时钟时，为了实现精确的时间同步而在网络实体之间周期性进行的定时信息的交换会在控制层面引入额外的开销，而采用集中式的时间同步系统，如基于SDN ^{[ 52 , 53 ]} 的设计，仅需在中央控制器之间进行控制信息的交换，可以帮助控制平面减少开销。但是，集中式部署可能导致运营商的新基础设施成本，且容易发生单点故障，而分布式方案虽然可以避免这类问题，但是在控制平面需要更多的开销。或许可以在集中式和分布式的性能，以及现有基础架构的使用和新基础架构的部署之间权衡，确立一种混合应用的模型。

在IP网中划分出时隙提供硬管道是确保低时延的关键，不同网络层次上有不同的解决方案：FlexE是MAC层以下技术，实现业务的管道隔离，不解决同一管道内的流量抢占问题；TSN是链路层技术，基于流方式按照时间片进行流的刚性调度，可以解决同一管道内不同流传输的瞬时冲突，比如通过 IEEE802.1 Qat 流预留协议、IEEE 802.1Qcc协议、IEEE 802.1CS协议和RAP协议提供资源预留机制，通过 IEEE 802.1Qav、IEEE 802.1Qbv、IEEE 802.1Qch和IEEE 802.1Qcr等协议提供帧抢占和流量整形机制，来保证确定性业务流的实时传送；DetNet借鉴TSN的二层流的确定性传输技术，扩展到 IP 层，重点解决 IP 层的确定性业务传送，比如类似TSN IEEE 802.1Qcc的集中路径设置和 IEEE 802.1Qat 的分布路径设置，但还没有流量控制机制的设计。将各层间的技术有效融合，以及结合机器学习研究检查网桥中资源预留要求的预测模型，从而有效地管理队列和调度，有效地利用网络资源，降低技术复杂度和实现成本，需要产业界和学术界的更多探讨。

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