移動網(wǎng)絡已經從2G/3G/4G以人為中心的消費互聯(lián)網(wǎng)，逐步轉向了5G時代服務垂直行業(yè)的產業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。從提供大帶寬、廣覆蓋網(wǎng)絡，支持廣域互聯(lián)、視頻娛樂，發(fā)展為提供覆蓋確定、連接確定、時延確定、安全確定的質量可保障網(wǎng)絡，5G正逐漸成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、能源物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)的技術基礎和產業(yè)升級發(fā)展的動力，而5G確定性網(wǎng)絡是CT與OT融合發(fā)展的必然方向。

垂直行業(yè)對網(wǎng)絡確定性提出明確訴求

5G時代，垂直行業(yè)對網(wǎng)絡確定性提出明確訴求。服務垂直行業(yè)成為5G網(wǎng)絡發(fā)展的重點方向。相比個人用戶，行業(yè)客戶在帶寬、時延、抖動、可靠性、同步精度等方面都提出了明確的業(yè)務體驗及質量保障要求。例如，在工業(yè)制造領域的閉環(huán)控制場景中，端到端時延要求為10ms，抖動要求為±0.5ms，可靠性需達到6～8個9；在運動控制場景中，端到端時延要求為2ms，抖動要求為±500ns，可靠性需達到6～8個9。如在電力能源領域的分布式配電自動化場景中，時間同步精度需要小于1us，網(wǎng)絡端到端時延要小于12ms。而以上需求都已明確寫入3GPPSA1需求標準（TS 22.104）。

但是，目前的移動網(wǎng)絡還無法提供“確定保障”，主要有以下幾大原因。第一，移動網(wǎng)絡本身的局限性。移動網(wǎng)絡提供的是無線傳輸服務，與有線傳輸相比，更易受環(huán)境影響，傳輸質量更難保障。同時，空口資源緊缺，只能通過“盡力而為”的調度滿足數(shù)據(jù)傳輸要求。

第二，網(wǎng)絡尚未完成徹底虛擬化，資源的預留或獨占對于物理設備而言是極大的浪費。網(wǎng)絡資源無法根據(jù)業(yè)務流量特征進行動態(tài)調整，導致運營商缺乏驅動力，難以保障穩(wěn)定的業(yè)務體驗。

第三，缺乏端到端的確定性保障機制。移動網(wǎng)絡的QoS（Quality of Service）本質是資源搶占，但只要有資源沖突，就有數(shù)據(jù)處理的不確定，設置高優(yōu)先級QoS僅提高了資源搶占的概率，無法保障穩(wěn)定的業(yè)務體驗。

確定性網(wǎng)絡歷史回顧及研究現(xiàn)狀

提到5G確定性網(wǎng)絡，首先需要回顧確定網(wǎng)絡性的發(fā)展歷程?！按_定性”這個概念最初是由IEEE提出并進行標準化的，其AVB（音頻視頻橋接）標準在音視頻領域成功應用。IEEE 802.1工作組于2007年創(chuàng)建了AVB任務組，目標用以太網(wǎng)取代家庭中的HDMI、揚聲器和同軸電纜。隨著IEEE 802.1AVB標準在工作室、體育和娛樂場所的成功應用，這一技術開始吸引工業(yè)界和汽車界的關注。

2012年，IEEE 802.1AVB任務組更名為時間敏感網(wǎng)絡（TSN）任務組。TSN標準擴展了AVB的技術，具有時間同步、時延保證等確保實時性的機制，成為新一代以太網(wǎng)協(xié)議。TSN標準從時間同步、流量調度和整形、可靠性、配置管理這4個方面定義了26個網(wǎng)絡協(xié)議，其中優(yōu)先被業(yè)界考慮應用的協(xié)議包括：時間同步802.1AS、門控調度802.1Qbv、入端口管理802.1Qci和配置管理802.1Qcc。IEEE TSN任務組誕生了許多標準，但絕大部分關于二層網(wǎng)絡。

2015年，IETF成立了確定性網(wǎng)絡（Det Net）工作組，致力于將基于以太網(wǎng)的確定性技術擴展到廣域IP網(wǎng)絡。Det Net專注于在第2層橋接和第3層路由段上實現(xiàn)確定傳輸路徑，這些傳輸路徑可以提供延遲、丟包和抖動的最壞情況界限，以提供確定的數(shù)據(jù)傳輸。

通過追溯確定性網(wǎng)絡的歷史可以看出，確定性概念發(fā)源于固定網(wǎng)絡領域，通過時間同步、門控機制、流調度、幀搶占等優(yōu)化的協(xié)議設計來實現(xiàn)時延敏感業(yè)務的確定性傳輸。但隨著5G助力工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、能源物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等的發(fā)展，越來越多的行業(yè)提出基于移動網(wǎng)絡的確定性技術研究，其中以3GPP為代表的移動網(wǎng)絡標準制定方于2018年7月R16階段開始Vertical LAN項目研究，面向工業(yè)制造場景，開展5G支持IEEE TSN協(xié)議、5G局域網(wǎng)技術以及5G行業(yè)專網(wǎng)技術的研究及標準化；2019年9月R17階段，其繼續(xù)開展Industrial IoT項目研究，進一步完善5G支持IEEETSN協(xié)議，對5G獨立的確定性機制開展研究及標準化。

中國移動在網(wǎng)絡質量保障方面的探索和嘗試

推動產業(yè)合作，需要明確網(wǎng)絡質量保障訴求。在等待5G R16、R17標準成熟的同時，為提前明確行業(yè)訴求，中國移動已基于R15的5G網(wǎng)絡切片及邊緣計算技術，與垂直行業(yè)伙伴開展了大量產業(yè)合作，力求提供一張在一定程度上實現(xiàn)服務質量可保障的5G網(wǎng)絡。

中國移動以網(wǎng)絡切片為服務行業(yè)的基本框架，以切片質量保障為滿足行業(yè)訴求的根本目標。網(wǎng)絡切片能夠在一張網(wǎng)絡上為不同行業(yè)用戶提供不同網(wǎng)絡服務，具有資源隔離、質量保障、功能定制三大特征，是實現(xiàn)網(wǎng)絡確定性的重要手段，而切片質量保障是切片能否真正服務行業(yè)客戶的關鍵。中國移動很早就認識到了切片質量保障的重要性，2017年3月，中國移動在巴塞羅那世界移動大會上發(fā)布了《“服務質量可保證”的5G網(wǎng)絡切片白皮書》，并以此為契機不斷推動切片質量保障的相關工作，期望具有SLA保障的網(wǎng)絡切片能向垂直行業(yè)提供具有高帶寬、低時延、海量連接的5G定制化服務能力。

在中國移動與產業(yè)伙伴的全力合作下，5G網(wǎng)絡切片技術不斷成熟。2019年5月中國移動攜手央視、華為聯(lián)合完成全球首次5G SA網(wǎng)絡切片環(huán)境下的超高清視頻直播驗證；2019年7月，中國移動與華為、TIM、騰訊、中國電力科學院、數(shù)字王國聯(lián)合發(fā)布了《用戶體驗驅動的5G切片SLA保障白皮書》，剖析利用大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術對切片優(yōu)化部署，更好地為切片用戶提供服務質量保障；2019年9月，中國移動聯(lián)合南方電網(wǎng)、華為完成全球首次5G SA網(wǎng)絡切片的端到端切片全流程業(yè)務驗證。

邊緣網(wǎng)絡是5G推動確定性網(wǎng)絡的切入點。邊緣網(wǎng)絡實現(xiàn)計算存儲能力與業(yè)務服務能力在網(wǎng)絡邊緣的本地化部署，并對數(shù)據(jù)進行本地計算處理，一方面縮短了傳輸路徑，提高了時延和帶寬的穩(wěn)定性；另一方面，邊緣網(wǎng)絡規(guī)模小、易改造、易配置，因此邊緣網(wǎng)絡的確定性更容易保障。

雖然基于網(wǎng)絡切片的獨享網(wǎng)絡資源、基于邊緣網(wǎng)絡的本地處理，在一定程度上構建了局域輕載的5G網(wǎng)絡，可承載部分確定性業(yè)務，但是離5G完全滿足確定性業(yè)務需求還有一定差距。

為實現(xiàn)真正的5G確定性網(wǎng)絡，需要從硬件、協(xié)議與無線網(wǎng)絡等幾方面進行增強，從根本上改變資源調度、業(yè)務流控制的機制。首先，從硬件層面端到端地支持時鐘同步機制；其次，從協(xié)議層面適配現(xiàn)有成熟的確定性網(wǎng)絡協(xié)議，即IEEE TSN協(xié)議；最后，從無線網(wǎng)絡層面來看，在盡可能減少對已有5G系統(tǒng)改造的前提下，針對無線空口進行優(yōu)化，定義時延敏感GBR，定義時間敏感通信輔助參數(shù)（TSCAI），協(xié)助無線網(wǎng)絡進行及時的資源調度。

中國移動在3GPP標準方面積極發(fā)力，推動5G確定性網(wǎng)絡技術標準化：在無線方面，將10ns同步精度寫入標準，滿足電網(wǎng)授時精度要求；在核心網(wǎng)方面，推動5G LAN（5G局域網(wǎng)）標準制定，適配以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。只有盡快推動R16標準成熟及設備測試，才能夠真正看到5G網(wǎng)絡對確定性業(yè)務的質量保障。截至目前，中國移動已與華為就Vertical LAN項目中的5G LAN技術進行了基礎功能測試，并成功搭建基于5G LAN技術的8K直播演示。

中國移動愿與業(yè)界合作伙伴共同推動確定性技術研究

實現(xiàn)5G確定性網(wǎng)絡不是一蹴而就的，而要經過一個長期的技術探索過程。當前，5G確定性網(wǎng)絡仍存在成本高、技術不成熟、需求極端等3方面問題。

第一，5G確定性網(wǎng)絡是高價值網(wǎng)絡，成本預計較高。5G確定性網(wǎng)絡對網(wǎng)絡質量要求高，這導致了硬件設備和網(wǎng)絡資源成本較高。運營商在盡量滿足行業(yè)業(yè)務確定性訴求的同時，也需要考慮成本問題。網(wǎng)絡成本高主要源于以下方面：現(xiàn)階段探索的5G Vertical LAN技術確定性網(wǎng)絡為局域建網(wǎng)，管理成本較高；5G端到端硬件設備需升級至支持時間同步，設備成本較高；5G需構建冗余傳輸鏈路保障高可靠需求，無線、傳輸、網(wǎng)絡資源面臨雙倍消耗，資源成本較高；5G增強支持復雜的確定性網(wǎng)絡協(xié)議體系，即IEEE TSN協(xié)議，設計配置成本較高。

第二，5G網(wǎng)絡的確定性技術尚不成熟，有待產業(yè)界進一步推動。3GPP R16版本在2020年6月凍結，預計設備廠家在2021年初可提供測試樣機。另外，5G確定性網(wǎng)絡的性能有一個逐步發(fā)展過程，其確定性不是絕對的，而是相對的，隨著技術的不斷演進，網(wǎng)絡可實現(xiàn)的確定性精度會逐步提高。

第三，部分行業(yè)對5G網(wǎng)絡確定性有著極端的需求。這種極端需求一方面是由于固定網(wǎng)絡的天然優(yōu)勢導致，移動網(wǎng)絡無法在同步精度、時延、抖動方面超越固定網(wǎng)絡；另一方面是由于運營商運維的移動網(wǎng)絡長期處于服務大眾市場的角色，當其轉向服務垂直行業(yè)時，行業(yè)客戶對資源投入的預期不足。需要明確的是，5G服務垂直行業(yè)，尤其這種高性能網(wǎng)絡，不意味著低成本，相反，從有線到無線，從固定到柔性，高性能移動網(wǎng)絡所能夠提供的是一種高價值的網(wǎng)絡服務。更高的服務質量意味著更多的資源投入。5G確定性網(wǎng)絡概念的日益火熱，恰恰反映了行業(yè)對高質量網(wǎng)絡的要求與有限的資源之間的矛盾。

為解決5G確定性網(wǎng)絡遇到的問題，各產業(yè)伙伴需要共同努力，做好長期研究的準備。一方面，借助技術創(chuàng)新，不斷吸納學習固定網(wǎng)絡確定性機制，優(yōu)化網(wǎng)絡性能，更新迭代網(wǎng)絡技術，并結合移動網(wǎng)絡自身的特點，適當進行機制的簡化；結合網(wǎng)絡智能化、可編程技術，盡可能降低確定性機制在移動網(wǎng)絡應用的成本。另一方面，通過與行業(yè)客戶的深入合作，解決生產制造等方面的真正痛點，讓行業(yè)客戶真正認識到5G網(wǎng)絡質量可保障的價值，并推動5G網(wǎng)絡向著確定性方向發(fā)展。

未來，中國移動期待從5G網(wǎng)絡開始，借助5G確定性網(wǎng)絡產業(yè)聯(lián)盟這個平臺，與產業(yè)界合作伙伴持續(xù)努力，共同推動移動網(wǎng)絡確定性機制逐步成熟。
責任編輯：tzh