移動網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)從2G/3G/4G以人為中心的消費互聯(lián)網(wǎng)，逐步轉(zhuǎn)向了5G時代服務(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，發(fā)展為提供覆蓋確定、連接確定、時延確定、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)、車聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)升級發(fā)展的動力，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)對網(wǎng)絡(luò)確定性提出明確訴求

5G時代，垂直行業(yè)對網(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)展的重點方向。相比個人用戶，行業(yè)客戶在帶寬、時延、抖動、可靠性、同步精度等方面都提出了明確的業(yè)務(wù)體驗及質(zhì)量保障要求。例如，在工業(yè)制造領(lǐng)域的閉環(huán)控制場景中，端到端時延要求為10ms，抖動要求為±0.5ms，可靠性需達(dá)到6～8個9；在運動控制場景中，端到端時延要求為2ms，抖動要求為±500ns，可靠性需達(dá)到6～8個9。如在電力能源領(lǐng)域的分布式配電自動化場景中，時間同步精度需要小于1us，網(wǎng)絡(luò)端到端時延要小于12ms。而以上需求都已明確寫入3GPPSA1需求標(biāo)準(zhǔn)（TS 22.104）。

但是，目前的移動網(wǎng)絡(luò)還無法提供“確定保障”，主要有以下幾大原因。第一，移動網(wǎng)絡(luò)本身的局限性。移動網(wǎng)絡(luò)提供的是無線傳輸服務(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，空口資源緊缺，只能通過“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)留或獨占對于物理設(shè)備而言是極大的浪費。網(wǎng)絡(luò)資源無法根據(jù)業(yè)務(wù)流量特征進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，導(dǎo)致運營商缺乏驅(qū)動力，難以保障穩(wěn)定的業(yè)務(wù)體驗。

第三，缺乏端到端的確定性保障機(jī)制。移動網(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QoS僅提高了資源搶占的概率，無法保障穩(wěn)定的業(yè)務(wù)體驗。

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、體育和娛樂場所的成功應(yīng)用，這一技術(shù)開始吸引工業(yè)界和汽車界的關(guān)注。

2012年，IEEE 802.1AVB任務(wù)組更名為時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）任務(wù)組。TSN標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展了AVB的技術(shù)，具有時間同步、時延保證等確保實時性的機(jī)制，成為新一代以太網(wǎng)協(xié)議。TSN標(biāo)準(zhǔn)從時間同步、流量調(diào)度和整形、可靠性、配置管理這4個方面定義了26個網(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：時間同步802.1AS、門控調(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專注于在第2層橋接和第3層路由段上實現(xiàn)確定傳輸路徑，這些傳輸路徑可以提供延遲、丟包和抖動的最壞情況界限，以提供確定的數(shù)據(jù)傳輸。

通過追溯確定性網(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，通過時間同步、門控機(jī)制、流調(diào)度、幀搶占等優(yōu)化的協(xié)議設(shè)計來實現(xiàn)時延敏感業(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)、車聯(lián)網(wǎng)等的發(fā)展，越來越多的行業(yè)提出基于移動網(wǎng)絡(luò)的確定性技術(shù)研究，其中以3GPP為代表的移動網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)制定方于2018年7月R16階段開始Vertical LAN項目研究，面向工業(yè)制造場景，開展5G支持IEEE TSN協(xié)議、5G局域網(wǎng)技術(shù)以及5G行業(yè)專網(wǎng)技術(shù)的研究及標(biāo)準(zhǔn)化；2019年9月R17階段，其繼續(xù)開展Industrial IoT項目研究，進(jìn)一步完善5G支持IEEETSN協(xié)議，對5G獨立的確定性機(jī)制開展研究及標(biāo)準(zhǔn)化。

中國移動在網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量保障方面的探索和嘗試

推動產(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，為提前明確行業(yè)訴求，中國移動已基于R15的5G網(wǎng)絡(luò)切片及邊緣計算技術(shù)，與垂直行業(yè)伙伴開展了大量產(chǎn)業(yè)合作，力求提供一張在一定程度上實現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量可保障的5G網(wǎng)絡(luò)。

中國移動以網(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。中國移動很早就認(rèn)識到了切片質(zhì)量保障的重要性，2017年3月，中國移動在巴塞羅那世界移動大會上發(fā)布了《“服務(wù)質(zhì)量可保證”的5G網(wǎng)絡(luò)切片白皮書》，并以此為契機(jī)不斷推動切片質(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、低時延、海量連接的5G定制化服務(wù)能力。

在中國移動與產(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月中國移動攜手央視、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證；2019年7月，中國移動與華為、TIM、騰訊、中國電力科學(xué)院、數(shù)字王國聯(lián)合發(fā)布了《用戶體驗驅(qū)動的5G切片SLA保障白皮書》，剖析利用大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)對切片優(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，中國移動聯(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)驗證。

邊緣網(wǎng)絡(luò)是5G推動確定性網(wǎng)絡(luò)的切入點。邊緣網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)計算存儲能力與業(yè)務(wù)服務(wù)能力在網(wǎng)絡(luò)邊緣的本地化部署，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行本地計算處理，一方面縮短了傳輸路徑，提高了時延和帶寬的穩(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。

為實現(xiàn)真正的5G確定性網(wǎng)絡(luò)，需要從硬件、協(xié)議與無線網(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，從無線網(wǎng)絡(luò)層面來看，在盡可能減少對已有5G系統(tǒng)改造的前提下，針對無線空口進(jìn)行優(yōu)化，定義時延敏感GBR，定義時間敏感通信輔助參數(shù)（TSCAI），協(xié)助無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行及時的資源調(diào)度。

中國移動在3GPP標(biāo)準(zhǔn)方面積極發(fā)力，推動5G確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化：在無線方面，將10ns同步精度寫入標(biāo)準(zhǔn)，滿足電網(wǎng)授時精度要求；在核心網(wǎng)方面，推動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R16標(biāo)準(zhǔn)成熟及設(shè)備測試，才能夠真正看到5G網(wǎng)絡(luò)對確定性業(yè)務(wù)的質(zhì)量保障。截至目前，中國移動已與華為就Vertical LAN項目中的5G LAN技術(shù)進(jìn)行了基礎(chǔ)功能測試，并成功搭建基于5G LAN技術(shù)的8K直播演示。

中國移動愿與業(yè)界合作伙伴共同推動確定性技術(shù)研究

實現(xiàn)5G確定性網(wǎng)絡(luò)不是一蹴而就的，而要經(jīng)過一個長期的技術(shù)探索過程。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方面問題。

第一，5G確定性網(wǎng)絡(luò)是高價值網(wǎng)絡(luò)，成本預(yù)計較高。5G確定性網(wǎng)絡(luò)對網(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。運營商在盡量滿足行業(yè)業(yè)務(wù)確定性訴求的同時，也需要考慮成本問題。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)備需升級至支持時間同步，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。3GPP R16版本在2020年6月凍結(jié)，預(yù)計設(shè)備廠家在2021年初可提供測試樣機(jī)。另外，5G確定性網(wǎng)絡(luò)的性能有一個逐步發(fā)展過程，其確定性不是絕對的，而是相對的，隨著技術(shù)的不斷演進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)的確定性精度會逐步提高。

第三，部分行業(yè)對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)勢導(dǎo)致，移動網(wǎng)絡(luò)無法在同步精度、時延、抖動方面超越固定網(wǎng)絡(luò)；另一方面是由于運營商運維的移動網(wǎng)絡(luò)長期處于服務(wù)大眾市場的角色，當(dāng)其轉(zhuǎn)向服務(wù)垂直行業(yè)時，行業(yè)客戶對資源投入的預(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，從有線到無線，從固定到柔性，高性能移動網(wǎng)絡(luò)所能夠提供的是一種高價值的網(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)遇到的問題，各產(chǎn)業(yè)伙伴需要共同努力，做好長期研究的準(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)合移動網(wǎng)絡(luò)自身的特點，適當(dāng)進(jìn)行機(jī)制的簡化；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)制在移動網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的成本。另一方面，通過與行業(yè)客戶的深入合作，解決生產(chǎn)制造等方面的真正痛點，讓行業(yè)客戶真正認(rèn)識到5G網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量可保障的價值，并推動5G網(wǎng)絡(luò)向著確定性方向發(fā)展。

未來，中國移動期待從5G網(wǎng)絡(luò)開始，借助5G確定性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟這個平臺，與產(chǎn)業(yè)界合作伙伴持續(xù)努力，共同推動移動網(wǎng)絡(luò)確定性機(jī)制逐步成熟。
責(zé)任編輯：tzh