《IP网络未来演进技术白皮书3.0——增强确定性网络(EDN).docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《IP网络未来演进技术白皮书3.0——增强确定性网络(EDN).docx（43页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。
1、1前言62 EDN的术语及定义73 EDN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 EDN的架构134.1 EDN的总体架构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1843.1 EDN的控制面架构及功能1843.2 EDN的控制面层次化模型204.4 EDN的OAM架构215 EDN的关耀技术235.1 EDN的业务层关键
2、技术235.1.1 基于DD-QoS的流量调度技术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 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2753.1 多种队列机制2753.2 确定性资源预留技术326 EDN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 的系统及脆证测试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 EDN样机系统的控制面实现377.4 EDN样机系统的测试实践388面向EDN的
3、网络演算实践391.1 网络演算基础391.2 网络演算模型4083网络演算仿真与验证429 EDN的未来发展4310 结4311缩略语441245图图1开放服务互联网络的整体设计6图2EDN典蛔用场景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IOTQF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12EDNCCSA标准化地图34图13EDNIETF标准化地图35图14EDN样机组网图
4、36图15EDN样臊发处理37图16EDN样机控制面38图17网络演算建模41图18网络演算测试组网图421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附（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1021（以下简称白皮书2022）,提出从主机互联到服务互联，提出未来IP演进方案一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（
5、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开放务互联网络的整体设计近年来，确定性网络成为行业发展的重要方向。随着5G承
6、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
7、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，包括正TF、-TxCCSA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。2EDN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(DifferentiatedDeterministicQoS)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
8、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(EnhancedDeterministicNetworking)增强确定性网络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(EDNDataPlane)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
9、括IPMPLSSR-MPLSSRv6等。 增强确定性网络控制面技术ECP(EDNControlPlane)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(EDNManagementPlane)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(EDNResourceSub-Iayer)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(
10、EDNRouteSub-Iayer)增强确定性网络的路由层，处于EDN架构的中间层，构建具有确定性能力保障的确定性路径。 增强确定性网络业务层(EDNServiceSub-Iayer)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(EDNDeterministicLinks)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。 增强确定性网络确定性路径(EDNDeterministic
11、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(EDNDeterministicServices)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(EDNTime-basedResourcesContainer)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 EDN的差异化确定性需求及QoS等级由于EDN应用场景的确定性
12、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CCSATC3及TC614(网络5.0)等标准对确定性业务需求及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，
13、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。EDNDD-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目标0EDN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
14、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：表1:差异化确定性QoS等级EDNQoS等级Level-OLevel-ILevel-2Level-3Level-4业务类型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低抖动保障类SLA指标基本带宽保障时延上界300ms时延10OmS,抖动50ms时延20ms,抖动5ms时延IOms,抖动100IlS典型业务下载类，如FTP等同步语音类，如语音电话，广播业务等实时通讯类，如多媒体通讯、生产雌算力等视频交互类，如AR/VR,全息通信，云视频，云游戏等生产控制类，如电力保护、远程控制
15、等3.2 EDN的典型应用场景及特征EDN作为开放服务互联网络的确定性连接基础，可以满足面向未来网络多样化业务的服务需求场景，包括局域确定性网络的开放互联场景、行业数字化虚拟专网的确定性服务场景、移动互联确定性QoS保障场景和沉浸式增强音视频服务场景。EDN典型应用场景如下图2所示：图2EDN典型应用场景通过EDN典型应用场景的分析，其网络及业务有以下特征和需求：(1)确定性业务需求多样化。确定性连接的数量将持续增加，同时业务确定性需求多样化，随着确定性业务的逐步部署，确定性业务需求呈现出不同类型和不同等级的特性，包括低时延低抖动类型、低抖动类型、边界时延类型等，其中同一类型中也有不同等级的指
16、标要求，比如低抖动类型的抖动级别包括100微秒级和毫秒级等。(2)确定性业务规模化。随着确定性业务的持续发展，确定性连接的数量将持续增加到大的规模，典型对于骨干网从K级别增加到M级别的规模甚至更大规模。(3)确定性网络跨域及异构互联。局域园区确定性网络逐步应用将会跨管理域，增加确定性网络异构及跨域互联的需求，将出现用于互联局域确定性网络的大规模确定性骨干网，其组成可能是多样化的，包括接入确定性专线、城域/核心确定性虚拟专网、指定域专网/虚拟专网以及DC/云确定性网络。(4)确定性资源及转发机制多样化。不同确定性网络域内的技术体制是多样化的，同一网络内也可以提供多种转发机制，如基于周期转发、基于
17、截止时间转发等，也可能是跨层技术，包括L1/L2/L3层确定性技术等。3.3 EDN的技术挑战和实现目标根据EDN的典型应用场景和特征可以看出,EDN需要提供面向承载网的端到端确定性服务，主要面临以下挑战：从业务需求看，确定性技术需要考虑多样化的确定性业务需求及差异化的SLA指标，需要提供分类分级的差异化确定性QoS服务，但目前单一转发机制无法满足差异化的确定性业务承载需求，当前典型采用专有网络或多种技术体制组合，包括：有界抖动业务，需要引入类TDM/TSN调度机制等；有界时延业务，需要引入异步加权机制；高可用性业务,需要引入硬隔离技术等。目前缺乏一种确定性技术及统一架构，提供统一的管理调度和
18、转发能力协同机制，融合多样化的资源和技术体制，满足差异化的确定性业务SLA需求。从网络需求看，局域园区确定性网络的逐步应用将带来跨园区互联的需求，将出现用于互联局域确定性网络的大规模确定性骨干网，其组成可能是多样化的，包括接入确定性专线、城域/核心确定性虚拟专网、指定域专网/虚拟专网以及DC/云确定性网络等，确定性承载技术不仅需要考虑业务流量规模大且动态并发、网络拓扑规模大等网络特征，还需要考虑多种网络转发技术的协同及端到端的跨网络跨管理域的互联等。目前缺乏一种确定性网络技术及统一架构，降低网络的流量状态维护，提供基于类的流量调度能力，建立端到端确定性路由，满足跨网络技术跨管理域等大规模组网范
19、围内的确定性保障。因此，EDN将提供一种确定性网络技术及统一架构，可满足多样化的分类分级业务需求及差异化的SLA指标，实现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。4 EDN的架构4.1 EDN的总体架构4.1.1 EDN的三层总体架构从EDN的关键需求可以看出，目前大规模确定性网络面临着巨大挑战，首先确定性资源及转发机制多样化导致多种转发机制及异构资源需要协同，需要融合多样化的资源和技术体制，统一调度确定性资源，其次大规模网络跨管理域及异构互联增加了构建确定性路由的难度，最后，确定性业务需求多样化且动态并发，需要提供分类分级的调度及差异化Q
20、oS服务。因此，EDN定义了业务层、路由层、资源层的三层总体架构，如图3所示。确定性架构包括三个层次：资源按规划预留，各个节点与链路具备确定性的能力；确定性路由建立，根据网络整体规划，形成了端到端的确定性能力；面向业务流的服务，根据业务分类分级调度，关联到一条合适的确定性路由。(1)资源层(ResourceSub-Iayer)资源层统一维护确定性转发资源(包括链路、带宽、队列、时隙等)，统一建模异构确定性资源以形成确定性链路资源集合，基于时间资源的容器提供资源分配，为不同级别的确定性转发能力提供保障。确定性链路可以是提供确定性传输能力的Sub-net,也可以是P2P链路。相比传统的链路，确定性
21、链路除了具有确定的带宽以外，还具有确定的节点内时延与抖动。(2)路由层(RouteSub-Iayer)路由层使用资源层提供的确定性资源集合，创建的具有不同SLA等级的内生路由，提供确定性承载能力。确定性路由可以基于严格显式路径或松散路由，前者适用于有控制器的集中式场景，后者适用于没有控制器的分布式场景。路由层利用流量工程机制提供拥塞保护，它可以通过使用队列技术或其底层连接的帮助做到这一点。(3)业务层(ServiceSub-Iayer)业务层通过规划业务流的流量特性，在网络入口节点对每条业务流实施准入控制和流量监管，并映射至确定性的路由以满足不同类型不同级别业务的QoS目标。业务需求应和网络能
22、力适配，不同的业务等级由于对时延/抖动的界限需求不同，则映射至的确定性路由所使用的资源与路由机制也不同。业务层也可以提供服务保护、服务可靠性等。4.1.2 EDN的总体架构功能视图EDN的总体功能视图如图4所示，根据EDN的架构分层，按照业务层、路由层和资源层对EDN的功能进行分类。首先，EDN的资源层需要提供保障确定性SLA指标的资源,包括多种队列机制，也可以包括其他转发机制等跨层资源，规划携带确定性能力的网络资源，需要对资源进行建模，构建确定性链路，并对资源进行层次化预留等。其次，EDN的路由层需要在确定性链路基础上，按照时隙化路由调度算法计算具有确定性能力的保障路径，并进行时隙化路径编排
23、，下发路径结果建立集中式、分布式的确定性路由，同时包括域内或跨域路由。最后,EDN的业务层在确定性路径的基础上，提供基于DD-QoS的流量调度技术,包括分类分级流识别、准入控制及引流策略、流过滤及映射等。业务层分类分级流识别第由层图4EDN总体架构功能视图4.2 EDN的转发面架构EDN转发面技术(EDNDataPlane,EDP)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IPMPLSSR-MPLSSRv6等。4.2.1 EDN的转发面架构及功能如图5所示，EDN是一个嵌套的网络，任何EDN业务类型均可由
24、另一EDN服务传输。EDN节点可以通过不同的Sub-net技术互连，Sub-net包括P2P链路及多种队列机制增强，也可以包括MPLS-TE隧道、TSNL2链路、FlexE/OTN硬管道，以及更底层的EDN路由等跨层资源。这些Sub-net可以构建确定性链路，并通过基于时间的确定性资源的预留保障确定性转发能力，根据数据面封装报文，完成业务分类分级转发，保障端到端差异化确定性QoS服务。图5EDN转发面组网架构图EDN转发面功能包括主要网元角色入口节点、出口节点以及中间节点等，这些节点完成数据面的确定性转发功能，节点需要提供架构中的分层功能，如下：(1)网络人口节点上，转发面在业务层执行准入控制
25、策略，根据流分类将业务流映射至对应的确定性路径，根据需要封装流标识、确定性等级、确定性资源标识、序列号、队列信息等信息，并根据路由层路由包含的转发信息将报文转发至指定的下一跳。(2)网络中间节点上，转发面在业务层执行流识别并在路由层匹配确定性路由和策略，访问资源层确定性资源(如与确定性等级对应的队列、时隙)，并根据路由包含的转发信息将报文继续转发至下一跳。(3)网络出口节点上，转发面在业务层执行流识别并在路由层匹配确定性路由和策略，剥除确定性报文封装，基于内层载荷继续向终端系统转发。4.2.2 EDN的转发面数据封装EDN的数据报文不需要携带业务需求信息，需要携带数据面转发相关信息及用于指导报
26、文转发的资源信息，包括队列信息、分类分级信息等，报文格式可以采取通用封装方式。增强确定性网络数据面的封装需要考虑多种网络传输格式，包括IPMPLSSR-MPLSSRv6等，传统IPv4和MPLS可以考虑使用已有字段，例如TC或DSCP映射的方式携带相关信息。IPv6SRv6可以考虑使用IP选项、IP扩展标头或现有IP头等携带相关信息。4.3 EDN的控制面架构EDN控制面技术(EDNControlPlane,ECP),涉及集中式、分布式、混合式等多种架构模型及其相关功能，同时包括南北向接口协议扩展等。4.3.1 EDN的控制面架构及功能4.3.1.1 EDN控制面架构为支持EDN的转发面功能，
27、需要构建EDN的控制面来执行网络管理、流量编排、状态监测等控制功能。EDN的控制面可以使用三种不同的组网架构，即集中式架构、分布式架构与混合式架构，其功能对比如表2所示。除了下述控制功能实现的差异，不同控制架构在性能上也存在差异，如控制实体处理性能差异会影响业务编排效率，而不同的控制信令交互模式也会影响网络开销等。集中式架构和分布式架构并不是对立的而是互为补充，二者能够在不同的场景和需求下可以发挥各自的优势。因此，网络管理人员在确定EDN控制架构时应当综合考虑网络规模、拓扑结构、应用场景、性能要求等因素，进行合理地选择。表2三种架构的控制功能对比*e-py*ffl三.flor=!ML-J控制实
28、体集中控制器EDN节点集中控制器或EDN节点控制通道集中控制器一EDN节点EDN节点一EDN节点集中控制器一EDN节点、EDN节点一EDN节点控制协议OpenFIowXNETCONF等IGPBGPRSVP-TE等兼容集中式和分布式的控制协议状态收集集中控制器通过控制协议收集或探测所有EDN节点及链路的状态EDN节点通过控制协议探测相邻链路的状态并与邻居同步状态数据库既可通过集中控制器收集，也可通过分布式控制协议进行收集与同步需求上报终端通过北向接口向集中控制器上报业务需求终端通过网络/用户接口向EDN节点的控制代理上报业务需求终端可选择地向集中控制器或EDN节点控制代理上报业务需求业务编排集中
29、控制器为业务编排转发路径及相应传输时隙接入EDN节点为业务编排转发路径及相应传输时隙选择性地使用集中控制器或接入EDN节点为业务编排转发路径及相应传输时隙结果下发集中控制器通过控制协议向涉及的EDN节点发送调度结果以完成部署接入EDN节点通过分布式控制协议向涉及的EDN节点发送调度结果以完成部署根据控制实体选择相应控制协议向涉及的EDN节点发送调度结果以完成部署总结集中式架构具有全局优化、统一决策、简化管理等特征。分布式架构具有区域自治、快速响应、可扩展性强等特征。混合式架构具有高灵活性、分域隔离、高可靠性等特征。43.1.2EDN控制面功能EDN控制面功能按照业务层、路由层和资源层分别提供。
30、(1)资源层提供EDN的确定性资源管理及调度，包括资源建模、确定性链路、层次化资源预留等；(2)路由层提供EDN的确定性路由规划及建立，包括路径计算及时隙化编排、路由建立及分配、跨域路由、分布式路由等；(3)业务层提供EDN的确定性业务调度及准入，包括业务DD-QoS调度、业务标识及识别，业务协商与准入、引流和流映射配置等04.3.2 EDN的控制面层次化模型由于在EDN网络中，多种业务共存且确定性分类分级需求导致SLA指标的差异化，EDN需要提供多种级别的差异化确定性QoS,针对EDN三层架构，EDN控制面可通过链路级、路径级到业务级的层次化管理与调度模型，保障确定性QoS服务的达成。如图6
31、所示，模型可分为三层如下：(1)链路级：构建确定性链路，提出时间资源容器，提供基于时间的确定性资源预留，解决不同业务等级之间的资源冲突，保障确定性转发能力。(2)路径级：构建确定性路径，基于时间资源容器和确定性资源规划，计算端到端时延、抖动、丢包及类型和级别等约束条件的路径，解决相同业务等级、不同确定性路径之间的资源冲突，保障确定性转发路径。(3)业务级：构建确定性业务，提供基于确定性资源分配的业务，解决相同确定性路径上不同业务间的资源冲突，保障确定性业务转发。图6层次化与调度模型基于层次化管理和调度模型的流程如下：(1)将EDN网络资源建模成确定性链路，在出端口上为每一类确定性业务等级分配规
32、划带宽资源，其中包括结合EDN多种队列调度机制，将此带宽换算成对应容器内的最大可预留资源量，用以表示报文在此容器对应的时间区间内能够发送的最大资源量(单位可以是bit、字节、一定字节长度的报文个数等)。(2)针对每一类确定性业务等级需求，建立一条或多条从入口PE节点到出口PE节点的确定性路径，其中包括按照对应业务等级的SLA指标需求计算路径，并沿路为上述路径预留一定数量的容器资源。(3)在入口PE节点上对确定性业务进行规划和编排，根据业务等级和需求，在对应等级的确定性路径上为该业务选择合适的准入容器并分配相应资源。4.4 EDN的OAM架构EDN的管理面技术(EDNManagementPlan
33、e,EMP),涉及EDN的OAM技术，包括EDN故障检测和性能测量方法等。相较于传统网络层OAMzEDNOAM技术需满足更多的功能性需求，这些需求分别匹配到EDN三层确定性逻辑架构。因此，EDNOAM的架构也自上而下分为业务层OAM、路由层OAM.资源层OAM三层，如下：（1）业务层OAM:用于对确定性时延上界、确定性抖动上界、高可靠性等QoS目标的达成进行跟踪、管理和维护。可以对确定性业务流以随流方式进行时延、抖动、丢包性能测量。可以逐流或逐类对确定性业务进行QoS指标数据收集,基于SLA达成情况对业务可用性进行精确评估，对可能出现的某类业务可用性劣化进行诊断，触发策略更新或配置优化。（2）
34、路由层OAM:用于对确定性路由进行性能测量和故障管理。支持端到端路由或指定子网的连续性检测和连通性验证，并为其提供远程缺陷指示。支持按业务流或业务类型，对确定性报文进行路由验证。对于跨域场景，需要跟踪各指定域的时延，及时优化域内时延预算，必要的变更域间路由编排。（3）资源层OAM:用于对确定性链路及其资源进行检测、管理和维护。支持对确定性链路的带宽（总带宽、可用带宽、已用带宽）、单向时延（最大时延、最小时延、统计平均时延）、丢包率进行性能测量。支持对参与EDN转发的出接口按容器进行确定性资源数量和状态的采集和监测，结合队列机制，按时隙（超周期、物理周期、子周期）或队列（时隙队列、deadlin
35、e队列）进行缓存资源使用情况的监测，以保持转发面与控制面资源信息的同步。支持为确定性业务，按其端到端路径对沿途节点进行带宽资源预留和实际占用情况的监测、分析，按需进行资源预留调整及资源规划的优化；按业务流或业务类型进行时隙资源分配和实际占用情况的监测、分析，按需进行时隙调度的优化。需要指出的是，确定性业务在SLA里承诺了较非确定性业务更为严格的时延、抖动、丢包等性能指标，这对EDNOAM提出了较传统网络层OAM更高的性能要求。例如工业远程控制应用提出小于5ms的时延和低于100US的抖动，这不仅需要精细的时延测量方法设计，还需要硬件提供更精准的时间戳标记能力（误差控制到微秒级）。5 EDN的关
36、键技术基于EDN技术架构，EDN通过业务层DD-QoS流量调度，路由层内生确定性路由、路径编排和调度转发，资源层多样化队列和资源预留等关键技术构建了EDN技术体系并研制了EDN原型样机。5.1 EDN的业务层关键技术5.1.1 基于DD-QoS的流量调度技术EDN业务层提供基于分类分级的差异化业务特征的流量调度技术，其中，转发面包括分类分级特征携带，业务识别及分类分级的引流及转发等；控制面包括业务准入、引流策略配置、资源预留等。5.1.1.1 DD-QOS流识别EDN根据业务报文的一个或者多个字段进行业务流识别，例如，当确定性业务类型和级别较多时，可以通过报文中新增确定性业务分类分级标识识别业
37、务，当业务分类数量较少的情况下可以使用扩展已有DSCP的方式。对应已识别的业务流按照报文中指示的分类分级标识及转发信息进行转发。对于未识别的业务流，可以通过流限速、流量监管等方式处理。控制面也可以配置更精细的感知流量周期特性的过滤器等方式过滤业务流，对于不符合过滤条件的流量可以直接丢弃或者通过重整形等其他手段进行处理，对于匹配成功的业务流，可以通过流量映射等方式映射到相应的网络或资源进行转发。5.1.1.2 DD-QOS业务准入控制EDN接收到某条确定性业务的请求消息时，获取请求消息中携带的流量特征、数据报文特征、业务对网络的需求等参数，根据业务的SLA需求，协商确定性业务等级，根据选路策略选
38、择相应服务能力的确定性路径，结合当前网络的剩余带宽资源状况及流量特征，判断是否有足够剩余带宽资源及合适的时隙允许业务接入，如果有足够的资源，则指定该业务能使用的一个或多个时间资源容器（例如周期、时隙、队列等）并预留业务所需资源量，并形成业务准入控制配置信息。5.1.13DD-QOS引流策略EDN接受确定性业务准入后，需要将业务引流到相应的路径上转发，可以通过控制面配置SRP。IiCy进行引流，进一步地配合策略模板，设置确定性业务类型与颜色的映射关系，可实现基于业务类型将流量引导到对应SRPolicy隧道，其中SRPolicy中需要携带确定性路径，该确定性路径信息中除了指示确定性业务需要经过的节
39、点和出端口外，还需要指示业务被规划的周期或者时隙以及时间容器分配的资源，转发面根据上述信息对确定性流进行转发。5.2 EDN的路由层关键技术EDN基于确定性链路进行算路，得到具有确定性SLA能力的确定性路由。如图7所示，和传统路由方法相比，EDN在路由层新增了确定性链路（包含了节点内部时延）的QoS属性参数通告、基于累计确定性时延度量最优且同时满足时间和带宽资源约束的确定性路径计算等核心思想，并体现在分布式路由、跨域路由、集中式时隙化路径编排等关键技术上。嗯蹈性()通告津定住路由咄计.于史也史也由超WiLHttetsn于Iht的淀-M展祖唐进httW*性磁跖性(节有内节力外)统一曹稹遇名仁发懿
40、由我鬣文特出曲Cosam.质立机用由查找案引轲定TT匕部性福导m度，耳m内生的啥性QOs.实现筑一图7EDN确定性路由与传统路由的差异5.2.1 分布式确定性路由技术分布式路由技术需要兼容现有IP路由体系，在IGP路由协议中增加确定性链路信息的扩展，并通过IGP洪泛，使得域内节点获知由确定性链路信息构建的IGP域内拓扑。基于此，入口边缘节点为业务流进行确定性路由计算，例如以确定性时延(节点队列时延上界与确定性链路时延之和)为度量，采用时延最小的灵活算法(Flex-Algo),计算出一条端到端时延上界满足QoS等级的优选路由。5.2.2 跨域确定性路由技术由控制器规划出一条跨域时延最小的显式域间
41、路由，并将业务流的端到端时延保证要求分解到沿途各域，形成各域的时延预算。上述信息下发给沿途各域，各域分别计算出从显式域间路由指定的本域入口到本域出口、时延上界不超过预算值的域内确定性路由。显式域间路由和域内确定性路由共同构成一条确定性的端到端跨域路由。在跨域场景中，除了可创建跨域的流量工程路径，也可以建立BGP意图路由，迭代至底层的集中式确定性路径或分布式确定性路由。如果采用BGP意图路由，需要设法在路由通告中携带每个域的度量(如时延)分配信息，以灵活的控制每个域的度量分配。5.2.3 时隙化路径编排技术根据业务特征和网络特征，将确定性的时间资源和带宽资源编排到所计算的确定性路径中。根据报文在
42、上游节点传输到下游节点的时间偏差，进行时隙映射关系的编排，确定性链路模型中包括了基于时隙映射的队列时延。控制器为确定性业务流进行路由计算时，是在一个具有确定性带宽保证的虚拓扑中进行的，即虚拓扑中每条链路的可用带宽都可以满足业务流的需求对计算得到的确定性路由，需要正式对沿途节点接口及时隙下的带宽资源进行预留。对于无集中控制器的场景，可采取RSVP方式进行资源预留。因此，业务流的确定性路径生效，也伴随着沿路节点上时间资源和带宽资源编排的确认。5.2.4 时隙化路由调度技术为实现基于EDN控制面架构与DD-QoS模型对转发层面的功能控制，控制平面融合确定性路由的流量调度技术成为了确定性路由性能保障的
43、关键，为此EDN控制面采用了时隙化业务调度算法实现时隙化路由调度技术。算法针对DD-QoS典型包含两类算法方案,即基本的可扩展调度算法和增强流序列算法。计算EDN时隙化路由调度最基本的方法是输入流参数并定制多个约束条件，如时隙约束、映射约束和截止时间约束等。然而，这种方法是内存密集型的，为大规模问题找到高质量的解决方案可能要花费大量时间。一种典型的方案是考虑到该调度问题本质上等同于OT多维背包(OlMK)的NP完全问题，即在可行执行时间内难以找到最优解，因此，EDN时隙化路由调度算法为了降低计算复杂度可选择计算密集型的启发式算法。基本的可扩展调度算法先找到一个可行的解，而增强的流序列算法通过迭
44、代以逼近最优解。5.3 EDN的资源层关键技术5.3.1 多种队列机制EDN的资源层需要支持多种队列机制，TSN队列机制如CBS、TAS、CQF、ATS等适合局域网应用，面对当前网络需求存在一定的局限性，在大规模确定性网络场景中，已有多种基于TSN队列增强或适用于大规模网络的队列机制，如Stop-Go.CSQF.ADN、TQFxDeadline等。5.3.1.1 TSN队列机制的局限性队列调度技术是保证确定性传输的重要能力，在大规模确定性网络场景中，传统的TSN队列调度技术面对当前的网络需求仍存在一定的局限性，我们针对几种传统的TSN队列机制的适用情况进行了评估，如表3所示。因此，在传统的TS
45、N队列机制基础之上,需要进一步扩展来满足EDN网络中多样化的业务需求。表3TSN队列机制面对大规模确定性网络需求评估结果大规模确定性网络需求TSN队列机制的评估结果ATSCBSTASCQF容忍时间异步是否否是支持单跳长距离传输时延是是否是适应更好的链路速率部分满足部分满足部分满足部分满足支持大规模流量调度是是部分满足部分满足支持高利用率是部分满足部分满足是防止流量波动对业务影响部分满足部分满足部分满足部分满足适用于复杂拓扑结构下的大规模节点数量否部分满足部分满足部分满足5.3.1.2 StoP-G。队列机制StOP-G。将输入和输出链路的时间轴划分为固定长度的时隙帧。在两帧之间到达的数据包只能
46、在下一帧中被传输，在同一帧中的报文可以以任何次序传输，因此每个报文都被引入一个固定的时延。如果报文的最大到达速率小于帧中保留的时间片，那么这种算法能确保有限的时延和时延抖动。5.3.1.3 CSQF队列机制CSQF队列调度技术是在CQF队列机制的基础之上进行的拓展，如图8所示，在接收转发双队列循环调度的基础上增加容忍队列，吸收报文处理过程中产生的时延变化或者一定程度的带宽的突发，消除了CQF机制中上游节点发送时间和下游节点接收时间严格在同一周期的限制。通过段路由(SR)中的SID字段携带报文的发送周期，在中间节点对业务流进行调度时可以满足中间节点流无状态特性，在广域网上具备可扩展性。图8CSQF转发机制示意图5.3.1.4 ADN队列机制ADN队列机制是一种基于聚合流调度的异步技术，无需时间同步或者频率同步的限制。图9所示是ADN调度机制的处理流
