中國信通院：面向工業互聯網的確定性IP網絡白皮書（25頁）.pdf

1、從盡力而為的 IP 轉發，到路徑可控的 MPLS TE 轉發，IP 廣域網一直靠大帶寬概率性地達成時延目標，在高負載和流量突發時依然無法提供確定性時延保障。這就需要 IP 廣域網絡能夠提供時延抖動“可控”的能力。使用確定性 IP 網絡技術可以在繼承傳統 IP 網絡統計復用優勢的基礎上，消除因排隊帶來的轉發抖動，從“大概率保證服務質量”變為“確定性保證服務質量”，從而帶來數據面的實質進步。確定性 IP 技術通過基于周期的排隊和轉發技術，可以實現報文的定時發送、定長排隊，時延可預期的網絡傳輸。在工業互聯網場景中，分為廣域確定性 IP 方案和局域確定性 IP 方案。兩種方案技術同源，可以實現無縫的數

2、據面對接，實現“一網到底”的高精度工業互聯網網絡。說明了確定性 IP 網絡參考解決方案的組成，其中包括終端 CE、入口 PE 節點、支持確定性轉發能力的 P 節點、控制器等，整體流程如下： 首先所有網絡設備(PE節點及P節點)需要保持微秒級周期相對固定; 其次對每個準許接入的確定性業務需要進行路徑計算、資源預留等操作; 前兩條完成之后，可以開始傳送確定性業務的報文。用戶報文的流量模型需要滿足資源預留的約束; 確定性網絡邊緣設備需要對用戶報文進行流量整形，并為報文打上初始周期標簽，正式進入確定性周期轉發流程; 數據包攜帶周期標簽發往下游設備，當數據包抵達下游確定性路由器后，路由器根據本地維護的周

3、期映射關系表，替換數據包中的周期標簽并將數據包送入相應的隊列等待轉發; 每個P節點及PE都維護著特定數量的確定性隊列，并對這些隊列進行周期門控調度。工業互聯網確定性 IP 網絡參考圖如圖 5 所示。廣域確定性 IP 技術能夠適應網絡規模大、業務數量多、業務顆粒度靈活的網絡場景。這主要得益于其中間節點聚合調度，無需維護逐業務實例狀態的機制。該網絡中，報文的時延抖動指標與網絡跳數無關，中間節點并不需要維持過多狀態。從而可以避免“路徑狀態 N 方增長問題”。其靈活顆粒度資源預留機制，可使得業務實例的數量上限僅依賴于瓶頸資源總量，而不受限于其他因素。局域確定性 IP 技術可以有效支撐未來工廠網絡承載多

4、種工業流量，如辦公 IT、生產 IT、部分 OT 流量等。在有效隔離并保證關鍵流量通信指標的前提下，可以實現多種流量對網絡資源的統計復用，降低工廠網絡復雜度，降低總體擁有成本和供應商粘性。確定性是基于 IP 技術的能力增強，本質特征仍然是對網絡資源的分時復用。為了保證工業互聯網場景中的特定流量滿足確定性時延傳輸的要求，疊加了周期排隊和轉發(CQF)的機制。由于 IP 網絡需要擔負連接大規模、長距離廣域網的需求，相較于需要上下游節點嚴格時間同步的經典 CQF 技術，確定性技術放寬了時間同步要求，從而可以實現大規模網絡的部署?；?IP 的確定性網絡技術可以支持工業控制等關鍵流量跨越廣域網絡，大大

5、擴展了工業控制系統部署的靈活性，提升了工業控制效率。IP 作為應用最廣泛的網絡互聯技術，基于 IP 的確定性網絡能力可以真正使能端到端的確定性承載網絡，通過網絡側的匯聚能力實現最大程度的工業控制網絡組網靈活性、提高產線升級改造效率。相比于傳統的工業總線技術， IP 模組的產業基礎更具優勢，其相對較低的網絡器件成本可以有效促進產線成本下降。隨著工業互聯網的快速發展，傳統工業 PLC 的各種弊端逐漸顯露出來：各廠家 PLC 通訊協議種類繁多，不可互通(例如有 EtherNet/IP，Profinet，EtherCAT，Ethernet PowerLink 等);PLC 數據無法直接上云，進行大數據分析。傳統 PLC 技術帶來的這些限制已經成為制約工業控制體系進行深入技術革新的制約因素。中國電信上海公司聯合華為在某國產 PLC 自動化實驗室開展 PLC 遠程控制測試，驗證通過長距離的廣域 IP 網絡傳輸工業 PLC 控制信號，為工業控制云化、大數據上云奠定了堅實基礎。