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一、背景

确定性网络（Deterministic Networking）是提供确定性服务质量的网络技术，是在以太网的基础上为多种业务提供端到端确定性服务质量保障的一种新技术。通过对网络数据转发行为的控制，将时延、抖动和丢包率等网络服务质量控制在有限范围内，并对不同等级的业务构建差异化的网络服务。

该网络具有以下特征：能够提供确定性服务质量，灵活切换确定性服务和非确定性服务，自主控制提供确定性服务质量的等级，全面赋能产业升级，支撑大规模机器通信、机器视觉、远程操控、人工智能、工业互联网、农业互联网、智能服务业的需求，通信服务商深入产业一线定制化弹性供给确定性网络服务，确定性网络服务能力一体化与多样化跨域全局协同。

确定性网络技术的大规模落地可以推动制造业（智能工厂，设备检修），物流业（智慧仓库，无人包裹
投递），运输业（智能港口、机场、交通），影视行业（AR/VR），医疗行业（远程诊疗/手术），农牧业（智慧农场、智能产销、智能养猪），服务业（智能餐厅、服务定制、数字营销）等网络化、智能化升级。

确定性服务质量（Quality of Service，QoS） 可以提供“准时、准确”数据传输服务质量。五种典型的确定性 QoS 包括：低时延（上限确定）、低抖动（上限确定）、低丢包率（上限确定）、高带宽（上下限确定）、高可靠（下限确定）。

二、技术

面向五种典型的确定性 QoS 有其对应的技术方案，具体为

• 确定性时延主要通过时钟同步、频率同步、调度整形、资源预留等机制实现；
• 确定性抖动和丢包率通过优先级划分、抖动消减、缓冲吸收等机制实现；
• 确定性带宽通过网络切片和边缘计算等技术实现；
• 确定性可靠性通过多路复用、包复制与消除、冗余备份等技术实现。

确定性网络技术目前主要包括：

• 灵活以太网（Flexible Ethernet，FlexE）: 是由 OIF 发布的通信协议，其基本思想是通过增加位于 1.5 层的时分复用的 Shim 层实现 MAC 层与 PHY 层的解耦，得到更加灵活的物理通道速率，从而实现链路捆绑、子速率和通道化三种应用模式，承载各类速率需求业务。
• 时间敏感网（Time-sensitive Networking，TSN）：在数据链层进行工作，主要用于解决二层网络确定性保证问题，它通过一系列协议标准实现零拥塞丢包的传输，提供有上界保证的低时延和抖动，为时延敏感流量提供确定性的传输保证。TSN 实时通信的功能包括精确的时间同步、流量调度与整形、传输路径的选择和资源预留，主要应用于汽车控制领域、工厂内网、智能电网等场景。
• 确定网（Deterministic Networking，DetNet）：工业控制系统。该方案借鉴了 TSN 的机制和架构。主要研究在第二层桥接和第三层路由段上实现确定性传输的路径，实现沿多跳路径的转发、确定性时延、低丢包率与高可靠性。
• DIP（Deterministic IP）技术：IIoT，华为主推。
• 确定性 WiFi（Deterministic WiFi，DetWiFi）：通过对Wi-Fi MAC 协议的改进设计来满足非周期关键性数据的信道接入与传输，能有效缩短关键数据的端到端时延；通过设备间的相互协作通信以保障通信低时延、高可靠的传输。主要包括三种能力：差异化（Differentiated）网络、专属（Dedicated）网络、自助（Do It Yourself）网络。差异化网络包括带宽、时延、抖动、丢包率、可用性、高精度定位、广域/局域组网等的差异性。专属网络包括网络安全、资源隔离、数据/信令保护等特性。自助网络包括线上/线下购买、网络自定义、快速开通、自管理/自维护、网络自运营等特性。
• 5G 确定性网络（5G Deterministic Networking，5GDN）。在现有 5G 网络资源的基础上，实现可规划、可预期、可验证的网络服务能力，使 5G 网络成为具有确定性传输能力的移动专网，能够为不同业务提供差异化的服务。

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参考文献

[1] 未来网络白皮书 — 确定性网络技术体系白皮书 （2021 版）, 网络通信与安全紫金山实验室.
[2] 黄韬, 汪硕, 黄玉栋, 郑尧，刘江，刘韵洁. 确定性网络研究综述[J]. 通信学报, 40(6): 164-180, 2019.
[3] A. Nasrallah, A. S. Thyagaturu, Z. Alharbi, et al. Ultra-low latency (ULL) networks: The IEEE TSN and IETF DetNet standards and related 5G ULL research[J]. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 21(1): 88–145, 2019.