IP 网络未来演进技术白皮书3.0 -增强确定性网络(EDN).pdf
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1、IP 网络未来演进技术白皮书 3.0 增强确定性网络(EDN)中兴通讯版权所有未经许可不得扩散第 1页IP 网络未来演进技术白皮书 3.0 增强确定性网络(EDN)IP 网络未来演进技术白皮书 3.0 增强确定性网络(EDN)中兴通讯版权所有未经许可不得扩散第 1页目 录1 1 前言前言.62 2 EDNEDN 的术语及定义的术语及定义.73 3 EDNEDN 的应用场景及需求的应用场景及需求.93.1 EDN 的差异化确定性需求及 QoS 等级.93.2 EDN 的典型应用场景及特征.113.3 EDN 的技术挑战和实现目标.124 4 EDNEDN 的架构的架构.134.1 EDN 的总体
2、架构.134.1.1 EDN 的三层总体架构.134.1.2 EDN 的总体架构功能视图.154.2 EDN 的转发面架构.164.2.1 EDN 的转发面架构及功能.164.2.2 EDN 的转发面数据封装.174.3 EDN 的控制面架构.184.3.1 EDN 的控制面架构及功能.184.3.2 EDN 的控制面层次化模型.204.4 EDN 的 OAM 架构.21IP 网络未来演进技术白皮书 3.0 增强确定性网络(EDN)第 2页中兴通讯版权所有未经许可不得扩散5 5 EDNEDN 的关键技术的关键技术.235.1 EDN 的业务层关键技术.235.1.1 基于 DD-QoS 的流量
3、调度技术.235.2 EDN 的路由层关键技术.245.2.1 分布式确定性路由技术.255.2.2 跨域确定性路由技术.255.2.3 时隙化路径编排技术.265.2.4 时隙化路由调度技术.265.3 EDN 的资源层关键技术.275.3.1 多种队列机制.275.3.2 确定性资源预留技术.326 6 EDNEDN 的标准化的标准化.336.1 EDN 的 CCSA 标准化地图.336.2 EDN 的 IETF 标准化地图.347 7 EDNEDN 的样机系统及验证测试的样机系统及验证测试.357.1 EDN 样机系统的总体架构.357.2 EDN 样机系统的转发面实现.367.3 ED
4、N 样机系统的控制面实现.37IP 网络未来演进技术白皮书 3.0 增强确定性网络(EDN)中兴通讯版权所有未经许可不得扩散第 3页7.4 EDN 样机系统的测试实践.388 8 面向面向 EDNEDN 的网络演算实践的网络演算实践.398.1 网络演算基础.398.2 网络演算模型.408.3 网络演算仿真与验证.429 9 EDNEDN 的未来发展的未来发展.431010 总结总结.431111 缩略语缩略语.441212 参考文献参考文献.45IP 网络未来演进技术白皮书 3.0 增强确定性网络(EDN)第 4页中兴通讯版权所有未经许可不得扩散图图 1开放服务互联网络的整体设计.6图 2
5、EDN 典型应用场景.11图 3EDN 三层架构图.14图 4EDN 总体架构功能视图.16图 5EDN 转发面组网架构图.17图 6层次化管理与调度模型.21图 7EDN 确定性路由与传统路由的差异.25图 8CSQF 转发机制示意图.29图 9ADN 机制调度流程示意图.29图 10TQF 队列机制、编排时隙和调度时隙示意图.30图 11Deadline 队列机制示意图.31图 12EDN CCSA 标准化地图.34图 13EDN IETF 标准化地图.35图 14EDN 样机组网图.36图 15EDN 样机转发处理.37图 16EDN 样机控制面.38IP 网络未来演进技术白皮书 3.0
6、 增强确定性网络(EDN)中兴通讯版权所有未经许可不得扩散第 5页图 17网络演算建模.41图 18网络演算测试组网图.42IP 网络未来演进技术白皮书 3.0 增强确定性网络(EDN)第 6页中兴通讯版权所有未经许可不得扩散1 前言2021 年 6 月,中兴通讯联合中国信息通信研究院及移动、电信、联通三大运营商(以下简称三大运营商)联合发布IP 网络未来演进技术白皮书01(以下简称白皮书 2021),提出了 IP 网络技术未来仍将平滑演进的预判。2022 年 9 月,中兴通讯再次联合中国信息通信研究院及移动、电信、联通等发布IP 网络未来演进技术白皮书 2.0开放服务互联网络02(以下简称白
7、皮书 2022),提出从主机互联到服务互联,提出未来 IP 演进方案开放服务互联网络解决方案和三大关键技术:服务感知网络(SAN)、增强确定性网络(EDN)、网络内生安全等技术。白皮书 2022 提出的开放服务互联网络需要满足业务多样化的连接需求,包括确定性的连接需求,同时开放服务互联架构需要支持从局域、城域到广域大规模增强确定性网络 EDN 技术。开放服务互联基于泛在的算网共性服务构建新的能力平台,其增强的 L3 层网络是关键使能组件,而 EDN 则是增强的 L3 层网络连接能力的关键技术,两者的关系如下图 1 所示。开放服务互联网络提供的服务将会使用不同的异构确定性技术,将会跨不同的特定确
8、定性网络域,需要一种大规模确定性网络技术支持异构跨域互联,满足多样化业务的确定性 QoS 需求。图 1开放服务互联网络的整体设计IP 网络未来演进技术白皮书 3.0 增强确定性网络(EDN)中兴通讯版权所有未经许可不得扩散第 7页近年来,确定性网络成为行业发展的重要方向。随着 5G 承载网络的业务与网络需求的增强,大规模确定性网络技术需求迫切。因此,中兴通讯在未来 IP 网络的研究中,将白皮书 2022所提的开放服务互联网络解决方案中的关键技术之一增强确定性网络(EDN)作为未来 IP业务提供高质量保障的重要支撑。本白皮书在白皮书 2022 提出的开放服务互联网络及其关键技术的基础上,详细阐述
9、增强确定性网络(EDN)关键技术的场景需求、架构、关键技术、测试验证等内容。本白皮书第二章首先定义了增强确定性网络(EDN)的相关术语。第三章描述了开放服务互联网中的 EDN 需求和典型应用场景。第四章提出了 EDN 的三层架构及其功能视图,包括业务层、路由层和资源层,同时提出了控制面、转发面及 OAM 相关架构及功能需求。第五章介绍了 EDN 关键技术及解决方案。第六章介绍了 EDN 的标准化进展,包括 IETF、ITU-T、CCSA 等国际国内标准组织的推进情况。第七章介绍了 EDN 的测试验证情况。第八章介绍了确定性网络演算实践的情况。第九章和第十章介绍了 EDN 的未来发展情况和总结。
10、2 EDN 的术语及定义EDN 相关的术语及定义如下:差异化确定性服务等级 DD-QoS(Differentiated Deterministic QoS)差异化确定性 QoS(DD-QoS),基于多样化的业务需求,提出确定性的分类分级及其IP 网络未来演进技术白皮书 3.0 增强确定性网络(EDN)第 8页中兴通讯版权所有未经许可不得扩散SLA 指标,完善了确定性 QoS 目标,基于类的确定性资源管理思想,可以根据确定性业务的类型和级别,建立分级的确定性路径,提供差异化确定性 QoS 保障。增强确定性网络技术 EDN(Enhanced Deterministic Networking)增强确
11、定性网络 EDN,是一种基于大规模网络需求增强的确定性网络技术,可满足多样化的分类分级业务需求及差异化的 SLA 指标,达到 DD-QoS 目标,提供跨管理域异构互联,融合多种转发技术及能力的协同的端到端的确定性保障服务。增强确定性网络转发面技术 EDP(EDN Data Plane)增强确定性网络的转发面 EDP,是指 EDN 的转发面或数据面技术,涉及跨管理域异构互联的网络组网,可以提供多种确定性转发技术及能力,包括多种队列调度技术等。数据面的封装需要考虑多种网络传输格式,包括 IP/MPLS/SR-MPLS/SRv6 等。增强确定性网络控制面技术 ECP(EDN Control Plan
12、e)增强确定性网络的控制面 ECP,是指 EDN 的控制面技术,涉及集中式、分布式、混合式等多种架构模型,同时包括南北向接口协议扩展等。增强确定性网络管理面技术 EMP(EDN Management Plane)增强确定性网络的管理面 EMP,是指 EDN 的管理面技术,涉及 EDN 的 OAM 需求,封装格式及处理机制,故障检测方案和性能测量方法等。增强确定性网络资源层(EDN Resource Sub-layer)增强确定性网络的资源层,处于 EDN 架构的最底层,规划携带确定性能力的网络资源。增强确定性网络路由层(EDN Route Sub-layer)增强确定性网络的路由层,处于 ED
13、N 架构的中间层,构建具有确定性能力保障的确定性路径。IP 网络未来演进技术白皮书 3.0 增强确定性网络(EDN)中兴通讯版权所有未经许可不得扩散第 9页增强确定性网络业务层(EDN Service Sub-layer)增强确定性网络的业务层,处于 EDN 架构的最上层,提供满足业务多样化需求的端到端差。异化确定性 QoS 服务的流量调度。增强确定性网络确定性链路(EDN Deterministic Links)增强确定性网络的确定性链路,是基于节点、链路、带宽、buffer、队列、sub-net 等资源构建的确定性虚链路,可以基于时间的确定性资源预留提供不同级别的确定性转发能力。增强确定性
14、网络确定性路径(EDN Deterministic Paths)增强确定性网络的确定性路径,是基于确定性链路和资源,计算满足确定性时延等约束条件的路径,建立具有确定性保障的路径。增强确定性网络确定性业务(EDN Deterministic Services)增强确定性网络的确定性业务,是基于确定性路径和资源,将业务按照准入策略引流到相应的路径上转发。增强确定性网络时间资源容器(EDN Time-based Resources Container)增强确定性网络的时间资源容器,用于为确定性链路提供基于时间的资源保障,时间资源容器指示每调度时隙内的传输比特量。3 EDN 的应用场景及需求3.1 E
15、DN 的差异化确定性需求及 QoS 等级由于 EDN 应用场景的确定性业务承载需求非常广泛,不同的确定性场景和业务对确定性SLA 指标的需求存在差异性,参考 CCSA TC3 及 TC614(网络 5.0)等标准对确定性业务需IP 网络未来演进技术白皮书 3.0 增强确定性网络(EDN)第 10页中兴通讯版权所有未经许可不得扩散求及 SLA 指标的分析,业务需要进行分类分级,例如:网络下载业务等,对时延抖动抖不敏感,是非实时业务,确定性需求主要关注带宽保障;广播类或同步音视频业务等是实时业务,只要在平滑时间内,确定性需求主要关注有界时延的需求;实时通讯类业务如生产监控、算力通信等,对时延是敏感
16、的,确定性需求主要关注低时延需求;交互类音视频业务,如云视频会议、云游戏等,对抖动是敏感的,确定性需求主要关注时延上界、低抖动需求;生产控制类业务,如电力保护、远程控制等,对时延抖动要求高,确定性需求主要关注低时延、低抖动的需求。由于业务需求的多样化,EDN 需要提供分类分级的差异化确定性 QoS 服务,满足差异化的确定性业务 SLA 需求。为满足确定性网络多样化应用场景和业务对时延、抖动的要求,需要对网络中确定性业务的 QoS 进行分级,明确确定性服务等级中每个等级对应的 SLA 指标。EDN DD-QoS 基于多样化的业务需求,提出确定性的分类分级及其 SLA 指标,完善了确定性 QoS
17、目标。EDN 基于类的确定性资源管理思想,可以根据确定性业务的类型和级别,建立分级的确定性路径,提供差异化确定性 QoS 保障。从确定性业务需求的角度,可将网络中确定性业务特征分成 5 种类型,分别为:带宽保障类、有界时延上限保障类、低时延保障类、低抖动保障类、低时延和低抖动保障类,每种业务类型对应的 SLA 指标及典型业务如表 1 所示:IP 网络未来演进技术白皮书 3.0 增强确定性网络(EDN)中兴通讯版权所有未经许可不得扩散第 11页表 1:差异化确定性 QoS 等级EDN QoS 等级Level-0Level-1Level-2Level-3Level-4业务类型带宽保障类有界时延上限
18、保障类低时延保障类低抖动保障类低时延低抖动保障类SLA 指标基本带宽保障时延上界300ms时延100ms,抖动50ms时延20ms,抖动5ms时延10ms,抖动80%)确定性测试流量和干扰背景流,业务端到端距离超过3000 公里(南京-北京-南京的环回总距离),跨越 CENI 现网 8 跳非确定性路由器设备和若干跳 OTN 光网络设备。由于 CENI 网络存在其它业务流量,实测基础网络环境存在约 100us的抖动。在 CENI 现网的测试结果表明,EDN 样机系统不同的时隙调度模板实现了差异化的分级确定性业务接入控制和承载能力,体现优秀的端到端转发抖动控制性能(20us),能够在混合流、大规模
19、、汇聚和重载等条件下保持稳定性。同时,EDN 样机系统能够吸收基础网络环境的抖动,体现出良好的平滑演进能力。8面向 EDN 的网络演算实践确定性网络的理论基础之一是网络演算,同时,EDN 也利用网络演算提供确定性网络路径选择、性能调整和优化工具。8.1 网络演算基础网络演算是一种基于到达曲线和服务曲线的端到端时延计算技术。到达曲线是对业务流量的建模,服务曲线是对网络服务能力的建模。并通过数学计算方式推导出业务流在网络中的端到端时延上界。相较于传统排队论,网络演算侧重于端到端性能描述,天然适用于确定性的时延需求;相较于机器学习方法,模型可解释性强、扩展性更好。网络演算理论分为确定网络演算(Det
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