华为十大发明之“确定性IP”真的这么厉害吗?

热点资讯 | 2022-06-27 00:44:40| 33
华为颁布了第四届十大发明,都知道华为的专利质量全球一流,这十大发明自然非同小可。

十大发明中有一项叫做“确定性IP”,这是个很罕见的说法,作为一线通信科普人士,怎么能够不搞清楚呢?

我请教了华为网络事业部的朋友,他的讲解令我叹服和激动。为什么激动?因为这项发明解开了藏在我心中二十多年的专业疑惑。

二十多年前,我在某通信研究所读研,那时正处于网络技术体制的大变革,有两个显著特征,一是光纤取代电缆,二是分组交换取代电路交换。

光纤取代电缆顾名思义不必解释,分组交换取代电路交换是什么意思呢?

电路交换相当于“封闭铁路”,火车载着信息从北京运送到广州,预计几点几分会经过哪个道口,铁路调度员清清楚楚,道岔和信号灯也都会提前设置好,火车一路畅通无阻直达终点。

这种方法的优点是稳定可靠,缺点是铁路利用率低,当有大量货物要输送时,就力有不逮了。

分组交换相当于“开放公路”,将整列火车的信息货物由100辆卡车装载,给每辆卡车贴一个调度条,上面有三项内容,从哪里来?到哪里去?在整个信息中此车排第几号?

100辆卡车从北京出发了,与“封闭铁路”的集中调度不同,“开放公路”的调度是授权给各个道口的。

道口看到一辆卡车来了,调度条显示目的地是广州,根据当下的道路情况,给这辆卡车规划了最优路线,下一站开往天津。

又一辆卡车来到这个道口,目的地还是广州,但道路情况发生了变化,天津方向堵车了,就把这辆车调度到了石家庄。

公路是开放的,卡车可以一辆接一辆,利用率非常高,适合大货物量的运输。

更关键的是,每辆卡车在每个道口得到的都是最优调度,从而使总体运输效率达到最优。

100辆卡车撒出去各跑各的,必须全部到达广州后,根据调度条上的排号重新整队,才能形成完整的可用信息。因此输送时间取决于最晚到达的那辆卡车,实效性比“封闭铁路”差得多。

由于道口的容量有限,只能容纳20辆卡车排队等待调度,第21辆车就会被劝返。

也就是说,信息分组会被内存不足的路由器抛弃,其他99个信息分组都到了广州也没用,因为信息不完整了。

所以说,分组交换的优点是充分利用信道资源,以统计最优的方式实现大数据量的传输,非常适合需求猛增的公众通信,但缺点是时效性差可靠性低。

我的导师是某型网络系统的副总设计师,他是坚定的分组交换派,当时反对的声音也不小,我对此也有过疑惑,曾跟他有过这样的对话。

我:如果有个重要的信息,恰好被发生拥塞的路由器抛弃,那该怎么办?

导师:重要信息发三遍,走不同路由,总可以保证到达。

我:那时效性怎么保证呢?

导师:……

我不是在抬杠,特定重要信息的及时可靠到达,的确不是分组交换体制所能保证的。

导师的最终回答是,任何新技术都是有问题的,不能因为有问题就不推广,而是应该在推广过程中发明更新的技术。新技术带来的问题,终归要靠更新的技术来解决。

后续二十多年来,分组交换体制一统天下,但“可靠性时效性无法兼备”的问题并没有得到彻底解决,学术界一直在努力,“确定性网络”是长期研究课题。

后来也有了一些方法,例如给重要信息标明高优先级,提前规划和预留好路由资源,以保证及时可靠地完成信息交换。

也就是说,VIP卡车到达道口前,把其它卡车都截停了,并把通道清空,让VIP卡车不踩刹车呼啸而过。

清空道口晚了不行,VIP卡车会被阻塞,早了也不行,会形成大面积堵车。

应该做到的是,VIP卡车到达前开始清道口,刚清空,VIP卡车就到了,通过后马上恢复。

精准卡点需要掌握VIP卡车从上个道口的出发时间,并预计到达本道口的准确时间,在网络中就需要GPS精准授时,并对光纤长度的测量。

还要测量光纤长度?是的,要做到在高速网络中的精准同步,光纤长度不仅不能忽略,而且还是个关键项。

显而易见,这项工作很耗费资源,如果跨越城域网去测量光纤长度,更加难以准确。因此这种精准控制的做法,只适用于小范围网络中的少量VIP信息。

5G的未来是大规模网络的千亿联接,会有大量超远距离可靠通信的需求。例如北京名医基于5G网络给身处宁夏的患者做远程手术,手术指令必须在可控时延内准确到达,不允许有一丝的闪失,而上述的方法是无法保证的。

华为的“确定性IP”,采用了完全不同的思路,将“贴有调度条的信息卡车”,升级为“座椅分级的摆渡车”。

简单说,就是在网络中设定一个很短的时隙,例如10微秒,专门让VIP信息通过。

这个时隙就相当于一辆摆渡车,把VIP信息放上去就不用管了,摆渡车会在预留的极短开门时间内高速通过。这就省得对每个VIP信息进行精准控制了,因此可以节省大量网络资源。

如果摆渡车上的VIP信息没坐满,那就把非VIP信息补上去,不会浪费一丁点的资源。

更有意思的是,之前的方法需要精准时间同步,对网络设备和部署环境的要求非常高,采购和运维成本也非常高。

华为“确定性IP”并不要求精准同步,要求的只是“稳定同频”。发方是7点整,收方可以是7点15分,并不影响精准控制。

对时间差不敏感,只要保证时间差稳定就行了,不能一会差14分,一会差16分,即不能有大的抖动。

控制抖动比精准同步容易多了,华为的“确定性IP”方法就成为了在大规模网络实现确定性服务的可靠工程方法。

“确定性网络”有统计复用派和精准控制派,华为将两条技术路线进行了融合,在统计复用的基础上增加了精准控制,网络资源的开销很小。

随着5G网络的普及,远程精准操控将会越来越普遍,远程手术、远程驾驶、远程采矿,甚至远程操控核电站,规定时延内可靠送达指令的能力,是所有远程操作的前提,“确定性IP”解决的就是这个问题。

华为有11万件全球有效授权专利,其中90%都是发明专利,能被评为两年一度的十大发明,“确定性IP”的重要地位不言而喻。

“确定性IP”的技术路线和实现方法令我叹为观止深深膜拜,不由得想起了导师二十多年前给我说过的话“新技术带来的问题,终归要靠更新的技术来解决”。

二十多年后,这个更新的技术终于出现了,它不仅仅是华为的荣耀,更是对人类社会的贡献。

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