Huawei Xu Wenwei: 수학과 시스템 엔지니어링 방법을 사용하여 미래 네트워크 연구 발전

이름: Liu Songrun; 학생 ID: 20009100404

2021년 제5회 미래 네트워크 개발 회의에는 업계, 학계, 연구 기관 및 기타 분야의 전문가, 업계 리더들이 모여 핫한 네트워크 운영체제, 6G 통신, 네트워크 보안, 산업용 인터넷 등을 주제로 새로운 네트워크 기술의 연구와 변혁을 공동으로 논의합니다. Huawei 이사이자 전략 연구소 소장인 Xu Wenwei는 미래 네트워크의 연구 및 혁신에 관한 기조 연설을 통해 "우리는 산학, 연구 간의 협력을 강화하고 수학과 시스템 엔지니어링을 활용해야 합니다. 미래 네트워크 연구를 촉진하고 시나리오 수요 중심 이론을 활용하는 방법 연구, 기술 혁신 우리는 파트너와 함께 결정적 광역 네트워크에 대한 연구를 수행했으며 다음 단계는 결과 변환을 가속화하고 주입하는 것입니다. 첨단 산업 네트워크 발전의 새로운 모멘텀이 될 것입니다.”

임베디드 Niubi 네트워크. 보안 네트워크 기술 산업 네트워크

Chiniu는 미래에 산업 상호 연결을 더 잘 실현할 수 있는 방법을 물었습니다.

삽입된 소 텍스트

다음은 연설문 전문

1. 세상을 구성하는 세 가지 요소로부터 미래의 도전과 방향을 이해

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물질, 에너지, 정보는 세상을 구성하는 3대 요소이며, 이는 우리가 미래의 도전과 방향을 파악하는 출발점이기도 합니다. 향후 10년 동안 연결 수는 1,000억 개에 도달하고, 1인당 광대역 속도는 10Gbps에 도달하며, 컴퓨팅 성능은 100배, 저장 용량은 100배, 재생 가능 에너지 사용이 증가할 것입니다. 50%를 초과합니다. 정보와 에너지의 생성, 전송, 처리, 사용과 관련된 기술은 발전해야 합니다.

2. 산업 상호 연결에서의 지능형 기계 연결: 수천억 ​​개의 노드, 수조 개의 시장

지난 10여 년 동안 소비자 인터넷의 급속한 발전은 사람들의 생활을 크게 풍요롭게 했습니다. 통신과 생활에 있어 현재 인구 기준 인터넷 보급률은 70%에 달합니다. 미래에는 5G2B 기능이 향상되고 IPv6 프로토콜이 대규모로 배포됨에 따라 스마트 머신 연결 수가 폭발적으로 증가할 것입니다. ARM의 예측 보고서에 따르면 전 세계 누적 머신 연결 수는 2035년에 1조에 이를 것으로 예상됩니다.

소비자 인터넷은 주로 사람을 위한 연결을 제공하며, 사람들의 감각적 반응 속도는 제한적입니다. 예를 들어, 소비자는 200ms 이내에 TV 채널 전환 속도를 받아들일 수 있으며, 200ms 이내에 음성 통신 중단을 쉽게 알아차리지 못할 것입니다. 기계가 지배하는 산업 인터넷에서는 지연 시간이 짧고 지터가 낮은 결정론적 베어링이 필요합니다. AGV 자동 가이드 차량은 50ms 미만의 산업용 네트워크 지연 시간과 10ms 미만의 지터를 요구합니다. 철강 산업의 일부 산업 제어 시나리오에서는 4ms 미만의 산업용 네트워크 지연 시간과 50us 미만의 지터가 필요합니다.

3. 추세는 현장에 있는 사람과 현장에 있는 사람의 수가 적고, 원격 중앙 집중식 제어의 생산 모델에는 결정적인 광역 네트워크가 필요합니다.

우리는 기업 생산이 시스템이 비용 절감, 효율성 증대, 안전한 생산을 위해 현장 인력을 줄이고 무인화하는 방향으로 나아가고 있는 것은 피할 수 없는 추세입니다. 산업 제어 시스템은 원격 중앙 집중식 제어 모드로 가속화되어 운영자가 보다 안전하고 편안한 중앙 제어실에서 생산 작업을 완료할 수 있게 하며, 대기업이 본사와 여러 기지 사이의 생산 요소 파견 및 파견을 더 큰 규모로 실현할 수 있도록 합니다. 최적화.

이를 위해서는 산업 제어 시스템이 광역화되어야 하며, 산업 네트워크는 결정성과 대규모 네트워크 확장성을 모두 보장해야 합니다. 핵심 기술 과제는 결정적 네트워크 스케줄링 알고리즘의 저장 및 계산 복잡성을 줄여 대규모 네트워크에 배포할 수 있도록 하는 것입니다.

4. 산업 상호 연결에 직면하여 IP 네트워크의 확실성, 보안 및 유연성을 향상시킵니다.

현재 네트워크 지원의 주체는 2030년에 수백억 개의 소비자 상호 연결입니다. 네트워크 지원의 주체는 1조 수준의 산업 상호 연결이며, 네트워크 프로토콜은 세 가지 테스트에 직면합니다.

첫 번째는 확실성입니다. 결정론적 지연 보장 기능이 필요합니다. "새로운 네트워크 계산 이론 및 프로토콜"을 통해 현재 최선의 네트워크 지연을 미리 계산할 수 있는 결정론적 지연으로 전환할 수 있습니다.

두 번째는 보안이다. 만물인터넷 시나리오에서 보안 방어 시스템은 심각한 문제를 야기합니다. 드론, 카메라, 엣지 컴퓨팅, 센서 등 수많은 외부 장치로 인해 새로운 불안전 요소가 도입되었으며, 엔드투엔드 내생적 보안 프레임워크와 프로토콜을 구축해야 합니다.

세 번째는 유연성이다. 다양한 산업의 요구 사항은 다양하며 일부는 더 긴 IP 주소가 필요하고 일부는 더 짧은 IP 주소가 필요합니다. 고정 길이 IP ​​주소는 의미와 구문을 유연하게 정의할 수 있는 새로운 IP 프로토콜로 확장되어야 합니다.

결정론적 WAN의 모델링 및 최적화에는 상대적으로 복잡한 네트워크 수준 대기열 이론이 포함됩니다. 우리는 수학적 도구와 시스템 엔지니어링 방법을 사용하여 어느 정도 도움을 제공하고자 합니다.

5. 네트워크 미적분 이론을 사용하여 네트워크 확실성을 모델링하고 정량적으로 분석합니다.

네트워크 미적분 이론은 네트워크 모델링 및 지연 분석을 위한 중요한 수학적 도구로 트래픽 도착의 포락선을 설명합니다. 노드 서비스는 최소 추가 대수를 기반으로 엔드투엔드 결정론적 지연의 상한을 계산합니다. UCLA 대학의 Cruz 교수는 1991년 논문에서 네트워크 미적분학을 발명했으며, 이는 스위스 과학자 Boudec에 의해 더욱 체계화되고 개선되었습니다.

Min-Plus Algebra는 디지털 회로, 통신 네트워크 및 제조 산업과 같은 이산 이벤트 시스템(Discrete Event Systems)을 모델링하는 데 사용되는 수학 도구입니다.

네트워크 계산 이론에 따르면 IP 네트워크의 다중화로 인해 흐름이 서로 충돌합니다. 따라서 흐름이 네트워크 노드를 통과한 후에는 버스트가 증가하고 지연 및 지터도 증가합니다. 그러나 기존 IP의 집합 스케줄링은 흐름 간 충돌과 순환 차단을 발생시켜 버스트 현상과 지연 상한선을 발생시킵니다. 홉 수가 눈덩이처럼 불어나고 열리면 네트워크 부하가 적은 경우에도 큰 지연이 발생합니다.

6. 대규모 광역 네트워크의 결정론을 해결하기 위한 시스템 엔지니어링 방법을 통한 추가 최적화

IP 네트워크 지연의 불확실성 문제를 해결하기 위해 업계에서는 다음과 같은 조치를 취했습니다. 수십 년 동안 많은 연구를 통해 결정론적 보증을 갖춘 많은 기술도 제안되었습니다. 그러나 이러한 기술은 기본적으로 네트워크 노드의 흐름 상태를 유지하는 데 의존하거나 스케줄링 복잡성이 높아 확장성이 좋지 않고 대규모 네트워크에 적용할 수 없습니다.

결정성과 확장성을 동시에 해결하기 위해 시스템 엔지니어링 방법을 채택하고 주기적인 집계 스케줄링을 사용하여 엣지 노드의 상태를 유지하고 이를 메시지에 전달하여 코어 노드의 상태 폭발을 방지합니다. 코어 노드는 4개의 집합 기간 큐만 유지하면 되고, 스케줄링 복잡도는 O(1)이며, 컴퓨팅 및 스토리지의 확장성이 동시에 달성됩니다.

7. 최적화 효과: E2E 지연은 홉 수와 선형 관계를 가지며 지연 지터는 홉 수와 관련이 없습니다

이론적 분석에서 E2E와 비교하면 기존 IP의 지연 홉 수가 초선형으로 증가함에 따라 당사의 결정론적 WAN 기술(DIP)의 종단 간 지연 한계는 홉 수와 선형적으로 관련되며 종단 간 지터는 일정합니다. , 홉 수와 무관합니다. 엔지니어링 측면에서 우리는 이미 단일 홉 대기 시간의 상한인 10마이크로초와 종단 간 지터의 상한인 ±10us에 도달할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다.

8. CENI 테스트 네트워크 환경을 기반으로 결정론적 WAN 기술 테스트가 완료되었습니다.

네트워크 계산 이론을 기반으로 업계는 결정론적 WAN 기술에서 획기적인 발전을 이루었습니다.

2020년 6월, 화웨이는 Purple Mountain Laboratory 등과 협력하여 3,000km에 달하는 네트워크와 13홉의 장비에서 지연 지터를 100으로 제어하여 CENI 네트워크에 대한 결정론적 WAN 기술 테스트를 수행했습니다. μs 이내. 결정론적 WAN 기술이 활성화되지 않은 기존 IP 트래픽의 경우 지연 지터는 2.8ms에 도달합니다. 지연 지터는 100μs 내에서 제어된다는 점에 유의해야 합니다. 지연은 거리와 관련이 있으며 줄일 수 없습니다.

백그라운드 간섭 흐름이 계속 증가하면 결정적 WAN 지연 지터는 일정하게 유지되는 반면, 기존 IP 트래픽의 지연 지터는 백그라운드 흐름이 증가함에 따라 증가합니다.

9. 결정론적 WAN 기술을 기반으로 세계 최초 광역 클라우드 PLC 시나리오 기술 테스트를 완료했습니다.

지난해에는 산학연 연구를 더욱 진행해 왔습니다. 협력과 혁신, 결정론적 WAN 기술을 산업 네트워크 시나리오에 적용하고 Purple Mountain Laboratory, Shanghai Jiao Tong University 및 Baosight Software와 협력하여 광역 클라우드 PLC 협력을 수행하고 세계 최초의 광역 클라우드 PLC 시나리오 기술 테스트를 완료했습니다. .

테스트에서 클라우드 PLC는 IP 프로토콜, CENI를 통한 결정적 WAN 연결을 사용하여 상하이에 배포되었으며 600km 떨어진 난징에 배포된 실행 끝을 제어했습니다. 도메인 클라우드 PLC 시스템은 정상적이고 안정적으로 작동합니다. 테스트에서 네트워크 지연은 4ms 미만, 지연 지터는 20us 미만이었습니다.

이번 테스트에는 일반 컴퓨팅과 표준 IP를 기반으로 상하이 교통대학교에서 제공하는 IEC 61499 표준 기반 Kunpeng CPU, 오일러 운영체제, PLC 통합 개발 환경과 운영 환경을 사용했다는 점은 주목할 만하다. 이번 계약은 산업용 제어 엣지 컴퓨팅 노드를 구축하고 풀스택 국내 시스템의 프로토타입을 실현하는 것입니다. 차세대 산업 제어 아키텍처로 업그레이드하는 과정에서 산업 제어 시스템에 관한 7개국, 8개 시스템의 문제를 완전히 해결하는 데 국내 대학과 연구 기관도 더 큰 역할을 할 것이라고 믿습니다.

10. 결정적 WAN은 제한된 도메인에서 IP 기술 역량 세트를 강화하고 산업 네트워크의 IP화를 가속화합니다.

결정적 WAN은 제한된 도메인에서 네트워크 계산 및 시스템 엔지니어링 최적화의 결과입니다. 이는 특정 산업 시나리오를 지향하여 더 많은 산업 네트워크 시나리오에 서비스를 제공할 수 있도록 IP 기술 역량 세트를 강화합니다. IPv6, 5G2B 등과 결합된 결정론적 광역 네트워크와 같은 새로운 기술 기능은 산업 네트워크의 IP화를 가속화하고 소비자 + 산업 인터넷의 서비스 범위를 더욱 확장할 것입니다. 우리는 5G의 접근 방식을 참조하여 다양한 시나리오에 대해 eMBB 및 uRLLC와 같은 다양한 기능 세트를 제공할 수 있습니다.

소비자 인터넷과 산업 인터넷의 요구 사항은 서로 다릅니다. 우리는 또한 IP 기술 역량 세트를 지속적으로 강화하여 소비자 인터넷과 산업 인터넷이 공통 기능 세트를 기반으로 상호 연결 및 상호 운용성을 달성할 수 있도록 할 수 있습니다. 동시에 제한된 도메인에 설정된 향상된 기능을 기반으로 더 많은 시나리오를 제공하고 인터넷 서비스 범위를 지속적으로 확장합니다.

11. 엔드투엔드 시스템의 결정론 탐구: 결정론적 네트워크에서 결정론적 시스템까지

결정론적 광역 네트워크에 대한 연구를 바탕으로 이제 우리는 또한 완전한 끝을 탐구합니다 -to-end 결정론적 시스템.

예를 들어 결정론적 5G 무선 인터페이스, 결정론적 WiFi, 결정론적 및 초저지연 산업 현장 네트워크, 결정론적 호스트 프로토콜 스택과 같은 기술은 확률론적 네트워크 계산 및 마틴게일 이론과 같은 수학적 이론에도 적용되어야 합니다. 결정론적 또는 확률론적으로 비즈니스 지연을 충족하기 위해 최소한의 네트워크 리소스를 사용하는 시스템 엔지니어링 최적화 방법입니다. 또 다른 예는 결정론적 네트워크뿐만 아니라 결정론적 컴퓨팅, 운영 체제, 칩 및 클라우드 서비스 등 주요 애플리케이션 시나리오를 위한 E2E 결정론적 시스템을 탐색하는 것입니다.

12. 수학과 시스템 엔지니어링 방법은 더 많은 역할을 할 수 있습니다.

수학 도구와 시스템 엔지니어링 방법은 미래 네트워크 개발에서 더 많은 역할을 할 수 있습니다.

예를 들어, 네트워크 수준 MBB 경험 최적화는 "네트워크 수준 Shannon 용량 모델"을 사용하여 최적의 네트워크 에너지 효율성과 최적의 사용자 경험을 달성할 수 있습니다. 화웨이는 이 방법을 이용해 스위스 선라이즈를 지원했다. 비록 스펙트럼과 사이트 수가 불리했지만 5G 네트워크가 1위를 차지했고, 경험치는 2위보다 1.5배 이상 높았다.

또 다른 예로, 기지국의 냉각 시스템의 에너지 소비를 최적화하는데 있어서 시스템 스케줄링 최적화를 통해 이론적 분석을 통해 공조의 에너지 소비를 30% 절감할 수 있으며 현장 운영이 가능하다고 예측합니다. 비용을 10% 절감할 수 있습니다. 다음으로 실제 환경에서 실제 효과를 검증해야 합니다.

또한 데이터 센터의 컴퓨팅 효율성 비율 최적화 측면에서 데이터 센터 네트워크를 최적화하고 특정 컴퓨팅 시나리오를 대상으로 하여 네트워크 패킷 손실 제로를 달성하고 데이터 재전송으로 인한 CPU 소비를 줄일 수 있습니다. 컴퓨팅 효율성 비율을 크게 최적화합니다. 여기에는 그래프 이론과 같은 수학적 방법과 시스템 엔지니어링 최적화 방법도 포함됩니다.

13. 미래를 위한 미래 지향적인 협력을 수행하고 산업, 학계, 연구 및 응용 과정을 가속화합니다.

인류 발전의 요구를 충족하고 직면한 문제를 해결하기 위해, 우리는 모든 인류의 지혜와 혁신 역량을 모아야 합니다. 개방적이고 포용적이며 협력적인 혁신 메커니즘으로 과제를 극복해야 합니다. 업계는 대학 및 과학 연구 기관과 긴밀히 협력하여 업계의 과제와 세계적 수준의 문제를 활용하여 과학 연구의 방향을 안내해야 합니다.

우리는 미래의 불확실성 속에서 혁신에 직면하여 산학, 연구 및 응용 과정을 가속화하기 위해 세 가지 수준에서 미래 지향적인 협력을 수행합니다.

1단계는 기초과학연구 협력을 위한 인재지원 전략적 협력, 기부금 지원 등을 통해 글로벌 우수 인재를 지원하고, ICT 기초기술 분야 연구 방향을 집중적으로 추진한다. 기본 이론의 획기적인 발전.

두 번째 수준은 공동 연구실, 혁신 연구실, 학교 차원의 기본 협약 및 기타 이니셔티브를 통한 기초 기술 연구 협력으로, 5~10년 주기로 연간 100만 달러를 투자합니다. 규모를 기본으로 세계적 수준의 연구인력을 결집해 세계 최고 수준의 첨단기술연구소를 건설하고, ICT 분야의 첨단 연구를 수행하며, 주요 신기술을 창출·발명해 나가겠습니다.

세 번째 수준은 프로젝트 기술 혁신을 위한 협력입니다. 우리는 대학의 과학적 연구 이점과 기업 문제 시나리오를 결합하고 다양한 경로를 탐색하기 위해 HIRP OPEN, Fellow 시행착오, 자문위원회 및 기타 프로젝트를 시작했습니다. 핵심기술 돌파를 위한 심도 있는 협력.

우리는 학계의 이론적 연구 혁신을 기반으로 기술 연구와 혁신을 수행하여 사용자의 요구 사항과 진화하는 요구 사항 및 사용자의 미래 시나리오를 더 잘 충족하는 제품과 솔루션을 만들기를 바랍니다. 이론적 혁신에 관심을 갖고 신제품 연구 및 개발에 협력하여 산업, 학계, 연구 및 응용의 좋은 순환을 형성하고 산업을 발전시키고 사회적 진보를 촉진하며 진정한 비전을 실현할 수 있도록 장려합니다. 모든 사람, 모든 가족, 모든 장소에 디지털 세상을 가져오고 모든 것이 연결되는 세상을 구성하고 구축합니다.