我們目前日常使用的互聯網就好比是一條普通馬路，堵堵停停，時延抖動難以控制。而確定性網絡則是利用新技術構建的“信息高速鐵路”，是一條近乎完全暢通的道路，時延抖動是可控的，可按用戶需要提供差異化服務，能有效解決工業制造、清潔能源、元宇宙等領域的精準控制問題。
——劉韻潔 中國工程院院士、網絡通信與安全紫金山實驗室主任
◎本報記者 金 鳳
不久前，在南京召開的第六屆未來網絡發展大會中，中國工程院院士、網絡通信與安全紫金山實驗室主任劉韻潔團隊研發的“全球首個廣域確定性網絡系統”正式發布。何為確定性網絡，它將為我們的生活和城市發展帶來什么？
在劉韻潔看來，確定性網絡技術可為數據傳輸提供質量可確定的帶寬、時延、抖動等服務，可為元宇宙、工業互聯網、電力、車聯網、遠程醫療等領域提供準時、準確的信息傳輸服務。
確定性網絡打造信息“高速鐵路”
近年來，隨著高清實時視頻流與工業機器控制等網絡應用的增多，傳統網絡“盡力而為”的數據傳輸方式越來越難以支撐未來互聯網應用對差異化、確定性、低時延網絡的需求。例如，工業互聯網中的數據上傳和控制指令下發、遠程機器人手術、無人駕駛、虛擬現實游戲等，需要將端到端的時延控制在1—10毫秒，將時延抖動控制在微秒級，傳統網絡難以滿足以上要求，無法實現確定性的時延、抖動控制等。
同時，雖然一些傳統的工業網絡協議也能實現一定程度的確定性網絡傳輸，但仍存在協議互通性差、應用場景范圍有限等問題。
“互聯網從消費領域進入實體經濟將面臨巨大變革，也存在兩個挑戰，一個是網絡需要確定可控，另一個是網絡要能提供差異性的服務。在增強現實、虛擬現實、3D通話、全息影像、交互式游戲、遠程工控、自動駕駛、車路協同等領域更是如此。”劉韻潔介紹，確定性已經成為網絡發展的關鍵技術，確定性網絡將也成為未來經濟和社會發展的重要基礎。
確定性網絡是一種新型網絡技術，其具有“大帶寬、低延時、低抖動、高可靠”等優點，可以有效解決傳統網絡數據傳輸中的擁堵、延遲、抖動等痛點問題。
劉韻潔打了個比方：我們目前日常使用的互聯網就好比是一條普通馬路，堵堵停停，時延抖動難以控制。而確定性網絡則是利用新技術構建的“信息高速鐵路”，是一條近乎完全暢通的道路，時延抖動是可控的，可按用戶需要提供差異化服務，能有效解決工業制造、清潔能源、元宇宙等領域的精準控制問題。
近年來，國內外企業、標準組織、產業聯盟等都在積極研究確定性網絡技術。劉韻潔介紹，國際上，國際互聯網工程任務組(IETF)、國際電工委員會(IEC)正在積極推動確定性網絡技術標準的落地。在國內，工業互聯網產業聯盟也啟動了時間敏感網絡(TSN)產業鏈名錄活動，華為技術有限公司聯合30多家單位成立5G確定性網絡產業聯盟，中國信息通信研究院聯合國內多家互聯網單位共同組建網絡5.0產業和技術創新聯盟，開展確定性網絡技術研究。
統一調度入網城市的數據傳輸
作為一種新型網絡基礎設施，此次發布的全球首個廣域確定性網絡系統，提出基于時隙的傳輸機理、并發業務流整形機制和高效業務流調度算法，研制確定性大網操作系統，實現全網時隙統一調度，并基于未來網絡試驗設施(CENI)首次實現華為技術有限公司、新華三技術有限公司確定性設備異構組網，正式開通了覆蓋北京、南京、上海等35個城市的廣域確定性網絡，在100%網絡負載、途經13個省市1.3萬公里距離、1萬條確定性業務的情況下，可以實現零丟包、時延抖動小于20微秒。
“這個信息網絡的‘高速鐵路’開通后，可以給所有入網城市進行數據的統一調度。”網絡通信與安全紫金山實驗室新型承載網絡技術課題負責人汪碩解釋道，以往一個城市內各個主體之間的網絡應用和數據傳遞就像各自開私家車一樣，自己規劃線路和時間，容易造成數據擁堵和丟包。而此次發布的廣域確定性網絡相當于建立了一個“高速鐵路”，根據不同時間段各個城市內不同主體的不同需求，對數據傳輸的流量、所需帶寬等統一調度，再由各個城市向各個主體分發數據資源，減少數據擁堵。
“在確定性網絡的數據傳輸過程中，要根據不同時隙，即不同時段的業務流量，匹配不同的帶寬，設計時隙調度算法，規劃相應的流量在固定時間抵達目的地，相當于設計了一套‘高鐵買票系統’。”汪碩說，以往的路由器不需要考慮時隙，所以需要為確定性網絡重新設計路由器的架構，使其能夠成為調度成千上萬條數據傳輸的“高鐵線路”，而且還要達到微秒級的控制精度。
不過，要想滿足不同主體之間的網絡需求，也并非錯峰發送數據這么簡單，它對確定性網絡提出了新的挑戰。
在汪碩看來，想實現確定性網絡的穩定可靠，需要對網絡時延、抖動、丟包率、帶寬和數據傳輸路徑等有足夠的確定性控制，這就需要設計可定量的網絡性能類指標，例如網絡可承諾的帶寬轉發能力、網絡可保證的確定性時延上界、網絡可保證的確定性業務轉發丟包率、時頻同步特性等。
“通過近幾年的理論研究和實踐探索，確定性網絡技術框架逐漸成熟。未來，希望我們能以較低的部署成本、較高的傳輸通量、超高的可靠性和超高的安全性打造一張穩定高效的網絡。”汪碩說。
或將改變我國互聯網發展下半場
劉韻潔表示，在構建數字能源新模式、智慧交通、算力網絡、元宇宙、礦山安全生產、遠程醫療等領域，確定性網絡均大有可為。
“確定性網絡的一個重要應用，就是建立算力網絡。”劉韻潔說，算力將成為數字經濟的核心生產力。中國已經成為全球數據資源大國，但目前的算力中心“各自為戰”，形成了一個個數據孤島，較低利用率導致成本較高。
“這就需要讓算力跟網絡融合，打通算力資源孤島，讓確定性網絡像一個計算機總線一樣，把所有算力都連在一起，構建一個全域的超級計算機，賦能人類社會發展。”劉韻潔說。
近期，劉韻潔團隊構建了從南京到貴陽跨越2450公里的100G確定性網絡。由于傳統網絡存在普遍的丟包與擁塞問題，在網絡擁塞情況下，算力峰值傳輸速率不足10%，難以滿足算力數據中心跨廣域的無損數據傳輸需求。而確定性網絡的新型確定性無損傳輸技術，可系統性解決網絡帶寬、時延、丟包等問題，峰值傳輸速率可提升至88%，達到數據中心內部無損網絡傳輸的水平，有效確保網絡服務質量。
在遠程醫療領域，確定性網絡也讓手術操作跨越時空。今年2月，青島大學附屬醫院副院長牛海濤團隊，用時20多分鐘，在濟南操控一臺機器人，“隔空”給青島大學附屬醫院(市南院區)動物實驗室的試驗動物豬進行了遠程機器人輔助腹腔鏡下腎臟切除術。整個過程網絡時延不到6毫秒，醫院團隊進行遠程手術所應用的，正是確定性網絡。
在工業互聯網領域，確定性網絡可以滿足工業應用對超大帶寬、超低時延抖動等需求，解決工業企業異地工廠互聯、遠程機械臂控制等的時延抖動控制問題；在能源互聯網方面，確定性網絡預期可實現電力信息精準同步，最高可為企業降低能耗10%—20%，助力實現碳達峰碳中和。
“目前電網的數據傳輸頻率沒有那么高，哪里用電量多、哪里用電量少等信息無法實現快速傳遞。我們在嘗試攻關，盡可能用確定性網絡提高信息交換和同步的速度，以實現電力的實時調度，實現‘削峰填谷’。”汪碩說。
在劉韻潔看來，在突破核心技術，建設相關產業生態，實現核心標準、設備自主可控的前提下，確定性網絡將有可能成為改變我國互聯網發展下半場的技術體系。“誰能把握住互聯網發展下半場的歷史機遇，誰就能掌握未來科技創新和產業發展的主動權。”劉韻潔說。