华为十大发明之“确定性IP”真的这么厉害吗？

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。