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

垂直行業對網絡確定性提出明確訴求

5G時代，垂直行業對網絡確定性提出明確訴求。服務垂直行業成為5G網絡發展的重點方向。相比個人用戶，行業客戶在帶寬、時延、抖動、可靠性、同步精度等方面都提出了明確的業務體驗及質量保障要求。例如，在工業制造領域的閉環控制場景中，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，目前的移動網絡還無法提供“確定保障”，主要有以下幾大原因。第一，移動網絡本身的局限性。移動網絡提供的是無線傳輸服務，與有線傳輸相比，更易受環境影響，傳輸質量更難保障。同時，空口資源緊缺，只能通過“盡力而為”的調度滿足數據傳輸要求。

第二，網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。網絡資源無法根據業務流量特征進行動態調整，導致運營商缺乏驅動力，難以保障穩定的業務體驗。

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

確定性網絡歷史回顧及研究現狀

提到5G確定性網絡，首先需要回顧確定網絡性的發展歷程。“確定性”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年創建了AVB任務組，目標用以太網取代家庭中的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界和汽車界的關注。

2012年，IEEE 802.1AVB任務組更名為時間敏感網絡（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，成為新一代以太網協議。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個網絡協議，其中優先被業界考慮應用的協議包括：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絡。

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

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

中國移動在網絡質量保障方面的探索和嘗試

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

中國移動以網絡切片為服務行業的基本框架，以切片質量保障為滿足行業訴求的根本目標。網絡切片能夠在一張網絡上為不同行業用戶提供不同網絡服務，具有資源隔離、質量保障、功能定制三大特征，是實現網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布了《“服務質量可保證”的5G網絡切片白皮書》，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保障的網絡切片能向垂直行業提供具有高帶寬、低時延、海量連接的5G定制化服務能力。

在中國移動與產業伙伴的全力合作下，5G網絡切片技術不斷成熟。2019年5月中國移動攜手央視、華為聯合完成全球首次5G SA網絡切片環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、數字王國聯合發布了《用戶體驗驅動的5G切片SLA保障白皮書》，剖析利用大數據分析和人工智能技術對切片優化部署，更好地為切片用戶提供服務質量保障；2019年9月，中國移動聯合南方電網、華為完成全球首次5G SA網絡切片的端到端切片全流程業務驗證。

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

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

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

中國移動在3GPP標準方面積極發力，推動5G確定性網絡技術標準化：在無線方面，將10ns同步精度寫入標準，滿足電網授時精度要求；在核心網方面，推動5G LAN（5G局域網）標準制定，適配以太網數據傳輸。只有盡快推動R16標準成熟及設備測試，才能夠真正看到5G網絡對確定性業務的質量保障。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。

中國移動愿與業界合作伙伴共同推動確定性技術研究

實現5G確定性網絡不是一蹴而就的，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確定性網絡是高價值網絡，成本預計較高。5G確定性網絡對網絡質量要求高，這導致了硬件設備和網絡資源成本較高。運營商在盡量滿足行業業務確定性訴求的同時，也需要考慮成本問題。網絡成本高主要源于以下方面：現階段探索的5G Vertical LAN技術確定性網絡為局域建網，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絡協議體系，即IEEE TSN協議，設計配置成本較高。

第二，5G網絡的確定性技術尚不成熟，有待產業界進一步推動。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確定性網絡的性能有一個逐步發展過程，其確定性不是絕對的，而是相對的，隨著技術的不斷演進，網絡可實現的確定性精度會逐步提高。

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

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

未來，中國移動期待從5G網絡開始，借助5G確定性網絡產業聯盟這個平臺，與產業界合作伙伴持續努力，共同推動移動網絡確定性機制逐步成熟。
責任編輯：tzh