刘韵洁:确定性网络技术的发展与创新

发布时间:2022-06-16 浏览次数:529次 作者:江苏省未来网络创新研究院

6月15日,由“科创中国”未来网络专业科技服务团指导,江苏省未来网络创新研究院、南京未来网络产业创新有限公司联合主办,SDNLAB社区承办的2022确定性网络技术与应用创新峰会(线上)成功召开。中国工程院院士、江苏省未来网络创新研究院院长刘韵洁发表了《确定性网络技术的发展与创新》主题演讲。

 

互联网正式进入下半场,面向生产领域,“尽力而为”的传统IP网络架构面临着巨大挑战。随着物联网、工业互联网的发展,网络业务需求发生巨大变化,在要求海量连接的同时,也要求网络具备确定性服务质量的能力。

 

刘韵洁院士介绍了四个确定性网络的典型场景与需求:

一是工业互联网。云化PLC远程实现、工业互联网异地工厂互联、工厂与边缘计算服务器互联协同是工业制造未来的发展趋势,工业互联网中精密设备控制存在大量周期性控制指令,需要网络提供超低端到端时延及抖动的控制能力。

 

二是电力控制系统。电力系统中控制命令和传感数据对网络传输时延的实时性、确定性、可靠性有严苛的要求,IEC TC57提出了在变电站自动化、纵联保护、微电网、配电通信网等领域应用确定性网络需求。美国能源部TSQKD项目(2018~2021)提出来基于TSN(时间敏感网络)及QKD(量子密钥分发)技术来实现安全可靠的确定性电力及工控通信网络。

 

三是车载网/无人系统。需要利用确定性网络技术,基于车载驾驶辅助系统(ADAS:激光雷达、毫米波雷达等)实现每个车辆自动驾驶。

 

四是6G网络。确定性正成为6G网络重要指标与关键技术,在中国移动提出的6G网络架构中,确定性网络也被纳入其中,同时低时延、低抖动也被纳入了性能指标。

 

由于互联网接入的流量、带宽、时延、抖动都不相同,传统互联网架构所采用的TCP协议无法确定端到端的时延、丢包等等,因此如何在大规模广域场景实现带宽、时延、抖动的确定性成为当前的主要挑战。

 

 

刘院士围绕六大重点工作进展展开了介绍:

 

第一,服务定制网络SCN 2.0 体系架构。

 

服务定制网络SCN的核心思想从TCP/IP架构原本追求的节点连通性转变为追求差异性、定制化的按需服务。采用白盒网络操作系统,实现网络从“可管不可控”到“全网可管控”。同时,从原本的以网络为中心转变为以应用为中心,实现云网超融合。

 

 

第二,全球首个广域确定性网络创新试验。

 

紫金山实验室联合华为成功进行DIP试验。在北京-南京千公里级别试验环境中,验证了DIP在大网上的确定性转发能力,抖动可被控制在30us以内,可为工业远程生产控制、远程手术等业务提供骨干网络的确定性转发保障。

 

 

第三,攻关研发首个确定性大网网络操作系统。

 

研制确定性大网级网络操作系统,针对全业务离线调度时间复杂度过大问题,对网络路由、时隙调度进行联合优化,提出在线联合路由调度算法,可实现多业务流在线业务流逐条分配资源;突破了控制平面核心算法,支撑确定性网络控制器开发与实现。

 

第四,联合研发业界首个支持CSQF确定性骨干路由器。

 

联合新华三公司,基于CR16000商用级路由器平台,研制支持CSQF的100GE确定性转发业务板,实现SRv6标签扩展、频率同步、时隙测量与标定等功能。2022年1月,在山东省构建确定性骨干网络,实现确定性网络技术的部署与应用。

 

第五,自主研发高性能TSN网络交换机。

 

自主研发了国内首个TSN交换机,提供纳秒(ns)级的时间同步精度、微秒(us)级的延时、提供百/千/万兆的光纤/双绞线接口,提供40Gbps以上的交换能力。入选全国首批“时间敏感网络网络产业链名录计划(交换机类)”。

 

第六,开展TSN网络控制器研发攻关及应用。

 

2021年联合新华三(牵头)等成功申报工信部工业互联网创新工程“时间敏感网络控制系统”项目。预期将研制标准、可大规模商用的时间敏感网络控制系统3000套,在3个以上行业应用推广。

 

刘院士还介绍了确定性网络技术方面的应用实践。他表示,未来网络试验设施CENI提供按需定制、确定性、多云交换、智驱安全防护四大网络服务能力,逐步推动建设自主可控新型网络技术及产业生态。目前已建设完成覆盖山东省16市的全球首张5600公里确定性网络,服务于山东的工矿企业、车联网、智慧城市等领域,推进各行业的数字化转型,为山东乃至中国的数字产业化和产业数字化发展作出积极的探索。

 

应用场景1——工业互联网(工业外网)

 

工业互联网成为全球新一轮产业竞争的制高点,列入我国新基建七大领域,亟需突破确定可控、安全可信、灵活定制的工业互联网网络技术。紫金山实验室承担工信部“工业互联网高质量企业外网”项目,联合中国电信构建高质量外网,联合格力、徐工、熊猫、航天科工等开展工业互联网示范。

 

应用场景2——工业内网(时延敏感网络TSN)

 

面向工业场景的TSN工业内网,实现了纳秒级的时间同步精度、微秒级的转发时延,以及纳秒级的转发抖动。

 

应用场景3——服务“碳达峰、碳中和”战略

 

构建数字化综合能源服务平台,包含“一网一中心一平台”。

“一网”是确定性数字化综合能源专网。通过加快确定性网络“最后一公里”建设,贯通省内存储算力资源,构建起综合能源新型数据基础设施。

 

“一中心”是综合能源大数据中心。通过数字化采集、管理和服务,助力各市场主体完成“双控”任务,降低能耗总量和强度。

 

“一平台”是综合能源智慧调度平台。

 

充分利用现有通信网络和算力资源,建设必要的新能源调度控制专用网络和算力中心。发挥确定性网络广泛实时连接能力,实现各类资源、各类主体的能源数据汇聚和分析,形成规范统一的技术标准,打造开放共赢的电力服务。

 

最后,刘院士表示,确定性网络技术的快速发展需要做到以下三点:

 

第一,抓住机遇、顶层布局:建议抓住全球未来网络发展的重大机遇,突破确定性网络核心技术,在全球引领整个信息产业技术发展。

 

第二,加快标准化、实现互联互通:协调国内巨头设备厂商,打造统一的确定性网络技术标准,实现设备的互联互通。

 

第三,自主可控,完善生态:建设确定性网络相关产业生态,实现核心标准、芯片、设备的自主可控,在“东数西算”、远程医疗、碳达峰等场景实现应用。