什么是“确定性体验”？
确定性体验，是未来网络的发展趋势之一。IP网络的“确定性体验”通过优先级确定、资源确定、时间确定、路径确定、高可靠性等特征来提升用户的网络体验。它的实现需要多种IP网络技术的组合，如APN6、SRv6、网络切片等。
IP网络为什么需要“确定性体验”？
随着物联网、自动驾驶等技术的发展，海量的本地业务的数据需要通过互联网进行承载。当前，传统的IP网络往往倾向用“尽力而为”的形式来传输数据，这种方式显然是“不确定”的，各种“意外”会不时发生，比如数据丢包、传输抖动。这些情况所带来的负面影响，在某些场景下会被严重放大。比如“自动驾驶”场景中，所有交通信息必须及时地传输到车辆控制系统中，否则驾驶系统可能对周围路况产生严重误判，埋下交通事故的安全隐患。
因此，让海量数据在网络中如何更加“确定地”完成端到端的传输，是未来IP网络发展的必然趋势。
IP网络的“确定性体验”是如何实现的？
如何实现“确定性体验”呢？一般认为，需要从如下一些方面来考虑。
优先级确定
优先级确定，指的是通信设备识别数据的类型，并在网络中转发时打上不同优先级的标签。传统网络中，也存在一些技术能够帮助数据添加标签，但是其精度还远远不足。比如现网中常见的流识别包括五元组、DSCP（Differentiated Services Code Point，区分服务编码点）值等方式，这些手段识别的粒度较粗，无法精确到特定应用、特定用户。比如不同的视频会议的五元组的值可能一样，因此某个特定时段的某个会议ID需要重点保障服务质量时，五元组就无法区分了。
为了构建“确定性体验”的网络，可以使用APN6（Application-aware IPv6 Networking，应用感知的IPv6网络）技术来进步对流量进行识别。APN6能对用户身份属性、应用优先级进行分类，识别VIP用户和关键业务并打上对应的数据标签。其原理可总结为下表。
用户的身份属性 |
应用的优先级属性 |
|---|---|
通过账号区分身份，区分VIP用户等级类型。 |
关键业务，比如生产类业务数据的网络传输优先级高。 |
通过终端类型区分身份，区分终端组类型。 |
非关键业务，比如监控类业务数据的网络传输优先级低。 |
资源确定
资源确定，指的是不同类型数据在网络中传输需要占用的带宽、算力等资源可以相互隔离，传输过程中的数据之间不会彼此干扰。典型代表技术是“网络切片”。
“网络切片”技术，在数据转发层面通过多种方式来确定数据流量使用的资源，比如FlexE接口、信道化子接口以及Flex-channel。
FlexE接口：网络通信设备的一个物理接口配置多个FlexE接口（逻辑接口），FlexE接口之间带宽资源严格隔离，等同于物理口，这使FlexE能用于不同业务的网络切片中，实现安全可靠的一网多用。
信道化子接口：不同于传统子接口，信道化子接口分配的带宽不能被抢占，独享带宽资源的同时满足多级调度。它对不同用户和不同业务的流量提供不同质量服务，结合控制器实现资源的管理，提供端到端的资源预留，为某一网络切片提供独立的资源。
Flex-channel：功能与信道化子接口相似，独享带宽资源的同时满足多级调度。但Flex-channel对数据切分的粒度更小，而且更加灵活，可以做到同一类型的业务内部对不同企业的数据流进行资源隔离，保证资源的确定性。
FlexE接口、信道化子接口以及Flex-channel的组合使用
时间确定
时间确定，指的是数据在端到端的传输过程中所需要的时间更加确定。传统网络中，除了必要的物理时延，还有像队列发送、查表转发等造成的时延消耗，而这类时延可长可短，取决于网络拓扑结构和网络拥塞情况等多种因素。此类时延的“不确定性”是未来网络发展要努力避免的，于是像“门控调度”“周期映射”等技术应运而生。
门控调度示意图
周期映射示意图
通过门控调度和周期映射，单一数据包在转发过程中的时延将被更加精确的控制，由此便可得到整个端到端业务流的时间确定。
路径确定
路径确定，指的是数据在端到端的传输过程中所经过的路径是确定的。当前网络中，某一条数据在起始节点处向外转发时，往往仅包含源节点和目标节点的位置信息，并不会包含整个转发路径中各段路径的信息，结果则是可能有多条路径能够转发该数据。尽管这样可以提供一定程度上的基于最优路径的转发，但是造成了路径上的不确定。在某些需要高精度的业务场景中，这一问题就亟待解决。
SRv6路径规划示意图
高可靠性
高可靠性，考虑的是数据在转发过程如何避免丢包、时延等造成的传输不可靠的问题。传统IP网络的特征之一，就是“尽力而为”。这种方式的核心理念之一就是对“数据丢包”的宽容，这也是IP网络和电信网络的主要差异点之一。然而随着时代发展，更多的业务对于网络可靠性的要求越来越高，“丢包”变得愈发“难以忍受”。因此，未来IP网需要朝着高可靠性的方向发展。
于是，一些以降低网络丢包率为目标的技术开始被采用。其中“双发选收”是一个可行的技术。“双发选收”是指数据在网络入口设备进行复制，两份同样的数据经由不同路径送达出口设备，网络出口设备选择率先到达的一路数据进行转发。“双发选收”主要解决了转发路径上的单点故障导致的报文丢失问题，显著地提升了IP网络的可靠性。
双发选收示意图
IP网络的“确定性体验”的典型应用场景有哪些？
上面为大家总结了IP网络“确定性体验”的五个特征，那么这些特性在哪些场景下实现了其作用呢？这里主要为大家介绍几种IP网络的业务场景，并分析“确定性体验”在这些业务中的价值。
- 智能制造：该场景中，企业为了提升生产效率，在“IP一网到底”的概念中，大量工业设备和仪表将实现“IP化”、“网联化”。由此产生的边缘计算数据需要在“工业互联网”中进行传输，而网络环境的质量将直接决定局部区域内海量高并发数据的传输是否可靠。因此，“确定性体验”通过低时延、低抖动和高可靠性帮助企业实现更加智能化的流程化生产。
- 远程手术：该场景中，主刀医生只需要用几个小指环轻松操纵远在50公里外的手术钳和电刀。尤其需要关注的是，手术刀的遥控信号是极其敏感的，意外的网络抖动都可能会使手术刀的运动轨迹发生意料之外的变动，甚至造成无法挽回的医疗事故。因此，建设“确定性体验”的网络环境，是远程手术能够在未来生活中广泛运用的必要条件。
- 自动驾驶：该场景中，除了车辆本身的各种数据，还有大量来自外部的数据需要自动驾驶系统进行处理，比如路况信息，周遭的行人和车辆的运动信息等。这些海量的数据，彼此都需要实时共享并结合车辆主体的各项数据进行分析。比如，在人流密集的路口，每个行人的移动轨迹都将用作调整自动驾驶状态的输入变量，其中有些数据是通过车辆本身的传感器获得，另一些则是通过从公共网络上获取的（比如交通监控）。此时，如果部分数据稍有延迟或者丢包，将降低车辆自动驾驶系统操控的精准度，从而埋下交通事故发生的隐患。因此，交通网络中的“确定性体验”，是自动驾驶走入现实生活的重要前提。
- 作者： 蔡义
- 最近更新： 2022-12-26
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