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2018年9月 第 9 期（第31卷 总第252期）月刊
2018年 第9期
电信工程技术与标准化 工程与设计
网络时延分析及面向5G 的低时延策略
林何平，高志英，韩剑，康帅
（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）
摘 要 5G网络对网络时延提出更高要求，本文通过分析网络时延的组成提出降低时延策略，并针对未来5G对低时延
的需求，提出可能的解决方案。
关键词 网络时延；5G；策略
中图分类号 TN913 文献标识码 A 文章编号 1008-5599（2018）09-0026-05
收稿日期：2018-03-15
1 引言
伴随着5G 技术的来临，网络时延越来越成为关注的焦点，同时为不同需求的客户提供差异化服务成为必然选择。
移动通信网从2G 到5G，时延需求产生了上百倍的变化，具体如表1所示。新型业务层出不穷，其中自动驾驶、增强现实、虚拟现实、感知网络等uRLLC (ultra-Reliable Low latency Communications，超低时延高可靠性网络)类业务基于5G 网络得以实现， 各类业务对网络的需求见图1所示。更低时延的网络为未来应用提供更多可能，甚至将颠覆人类生活。
2 网络时延构成及分析
网络时延由传播时延（Propagation Delay）、传输时延（Transmission Delay）、处理时延（Processing Delay）、调度时延（Queuing Delay）构成，具体如图2所示。2.1 传播时延
传播时延是指信号在传输介质中传播所花费的时间，与传播速度、通信距离有关。对于光传送网来说，传输介质即是光纤，在光纤中光的传播速度与折射率有关。
D prop ＝l ×n /c
其中: l 为光信号传送的距离；
c 为光在真空中传播的速度，约为3×105 km/s;n 为光纤折射率。
受物理光速限制，一般通过减少信号传输距离来降低时延，主要的方法包括：
（1）选择更直、更短的光传送路由。在进行管线建
应用典型端到端时延（ms）
2G 6003G 2004G 15～1005G
1～10
表1 不同制式移动网络的端到端时延
广东省5G通信网络时延调度周期优化案例总结 2019年9月 目录 5G低时延优化案例...........................................................................................错误!未定义书签。 一、概述 (2) 二、效果展现 (3) 三、问题描述 (4) 四、优化方案 (5) 1.时延优化案例 (5) 2.光信号衰减大导致站点无法开通案例 (9) 五、经验总结 (10)
【摘要】基于5G网络建设初期对于整个网络系统粗浅了解，湛江分公司尝试对5G网络时延优化进行摸索，不断探索当前5G系统存在的种种影响网络时延的因素并通过尝试各种方法让问题最终得以解决，通过对各种问题优化过程的经验总结，给出有效的优化方法，为后续5G网络时延优化提供参考。 【关键字】5G低时延、无线参数、空口资源 【业务类别】优化方法、基础维护、参数优化、核心网、承载网、等其他 一、概述 5G 作为2019年科技主题、湛江由湛江市人民政府主办，中国电信，中国移动，中国联通，中国铁塔公司承办，2019年8月30日在湛江花园酒店开启湛江5G网络时代应用展示和签约，由中国电信承办的赤坎八小学校，雷州学校远程教育帮扶实践方案成为现场的重头戏，本次华为5G厂家的相关技术人员顺利保障现场的5G信号，有利的展示5G的大带宽和低时延在5G时代的优势所在，期间也遇到了一些问题，例如现场传输光衰大，八小开通前时延大，经过仔细分析和方案讨论最终取得一些优化可行方案，先将有关方案细节梳理汇总为后续5G开站方面，时延方面做参考；
第一章概述 1-01 计算机网络向用户可以提供那些服务 答：连通性和共享 1-02 简述分组交换的要点。 答：（1）报文分组，加首部 （2）经路由器储存转发 （3）在目的地合并 1-03 试从多个方面比较电路交换、报文交换和分组交换的主要优缺点。 答：（1）电路交换：端对端通信质量因约定了通信资源获得可靠保障，对连续传送大量数据效率高。 （2）报文交换：无须预约传输带宽，动态逐段利用传输带宽对突发式数据通信效率高，通信迅速。 （3）分组交换：具有报文交换之高效、迅速的要点，且各分组小，路由灵活，网络生存性能好。 1-04 为什么说因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革 答：融合其他通信网络，在信息化过程中起核心作用，提供最好的连通性和信息共享，第一次提供了各种媒体形式的实时交互能力。 1-05 因特网的发展大致分为哪几个阶段请指出这几个阶段的主要特点。 答：从单个网络APPANET向互联网发展；TCP/IP协议的初步成型 建成三级结构的Internet；分为主干网、地区网和校园网； 形成多层次ISP结构的Internet；ISP首次出现。 1-06 简述因特网标准制定的几个阶段 答：（1）因特网草案(Internet Draft) ——在这个阶段还不是RFC 文档。 （2）建议标准(Proposed Standard) ——从这个阶段开始就成为RFC 文档。 （3）草案标准(Draft Standard) （4）因特网标准(Internet Standard) 1-07小写和大写开头的英文名字internet 和Internet在意思上有何重要区别 答：（1）internet（互联网或互连网）：通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。；协议无特指 （2）Internet（因特网）：专用名词，特指采用TCP/IP 协议的互联网络 区别：后者实际上是前者的双向应用 1-08 计算机网络都有哪些类别各种类别的网络都有哪些特点 答：按范围：（1）广域网WAN：远程、高速、是Internet的核心网。 （2）城域网：城市范围，链接多个局域网。 （3）局域网：校园、企业、机关、社区。 （4）个域网PAN：个人电子设备 按用户：公用网：面向公共营运。专用网：面向特定机构。 1-09 计算机网络中的主干网和本地接入网的主要区别是什么 答：主干网：提供远程覆盖\高速传输\和路由器最优化通信
证券交易系统网络需要低延迟 最近几年在证券交易领域最热门的话题不是技术分析，不是交易算法，而是高频交易和高频交易的技术核心，低延迟的交易系统。 在很久以前，所有的交易都是手工完成的。人们买卖股票就是凭证件到券商的窗口去填写表格，券商检查帐户里的股票现金无误后，就派专门跑街的人把这个单子送到他们在交易所的红马甲那里去交易。当天交易结束后，交易所把成箱的交易结果送回券商和清算公司。 如果某公司快要倒闭，你想要经快把手里这家公司的股票脱手，那就当然要尽快的冲到券商那里把表格填完，然后祈祷跑街的小子跑得快些，券商的红马甲动作快些，好让你的股票在价格跌到零之前卖出去。这时候人们最希望的就是股票交易瞬间完成，最好没有跑街的人和红马甲这些过程。可是该死的跑街的小子在路上还去买了杯咖啡，红马甲没把我的单子放在最上面。这太让人无法忍受了，我们需要最快的成交方式。 我们今天讲的就是股票交易的延迟。上面的例子已经是一个世纪以前的交易方式了，电报和电话的出现取代了跑街送单的人，计算机和网络的出现完全取消了交易过程中的人工操作，一个普通人可以在一秒之内完成一个交易，交易速度如此之快，它已经超出了人们的反应速度，让人很难相信更快的交易系统有没有意义。实事上这只是我们要讲的故事的开始... 从上世纪80年代开始，机构交易员用计算机下单已经比较普遍，一些公司开始尝试让计算机自动下单，这就是现在流行的算法交易
(Algo Trading)的开始。现在很多公司都有各种高度保密的黑盒子算法交易系统，前几年高盛的一个程序员Sergey Aleynikov因为把高盛的一套算法交易源程序放到互联网上被判了刑，成了街上(Wall Street, Bay Street, JinRongJie Street...)和监管者的热门话题。另一个有关的更莫测的词汇是高频交易(High Frequency Trading, HFT)，想不想试一下一个人每秒交易一千次的感受？ 对于最早出现的基于历史统计数据的算法交易比如TWAP和VWAP等，延迟不是问题，这些交易算法每隔一定时间，比如5分钟，根据历史交易情况安排下一时间段的交易。后来的很多基于机会的交易策略就需要分析行情数据来安排交易，这样的交易策略需要高质量(低延迟的同义词)的行情数据，和低延迟的下单系统。 现在正式进入这一章的主题: 为什么要低延迟？ 低延迟的行情数据：如果行情数据的延迟是三秒钟，那么我们刚收到的行情数据实际上是三秒钟前的市场行情，现在的市场价格可能完全不同。如果我们的交易算法基于这样的行情数据，那结果就完全不可预测。如果我们的行情数据的延迟是零，我们看到的就是当前的真实行情价格，太美妙了！实际上所有的系统都有延迟，这包括交易所系统的延迟和我们自己系统的延迟。我们可以假定交易所的延迟对所有的人都是相同的(实际上不总是这样，但交易所决不会承认，请交易所的技术人员吃个饭可能会了解到一些内幕。有些大玩家花大本钱接到交易所较快的端口上)，我们只要改进自己的系统就可以了。 低延迟的交易算法和下单系统：和行情数据的延迟差不多，如果
长时延丢包网络控制系统的分析与建模 江卷，朱其新 华东交通大学电气学院，南昌（330013） E-mail：broading@https://www.doczj.com/doc/ed483562.html, 摘要：本文分析了网络控制系统中的主要问题，在传感器为时间驱动，控制器和执行器为事件驱动的前提下，提出了在综合考虑网络诱导时延、时序错乱和数据包丢失时网络控制系统的建模方法，并得出了网络控制系统模型。 关键词：网络控制系统；长时延；数据包丢失；建模 1.引言 网络控制系统（networked control systems,简记为NCS）是指通过网络形成闭环的反馈控制系统，是控制科学和飞速发展的计算机网络、以及通讯技术相结合的产物。NCS与传统的点对点结构的系统相比，减少了复杂的物理连接、可以实现资源共享、实现远程操作与控制、具有高的诊断能力、安装与维护简便、能有效减少系统的重量和体积、增加了系统的灵活性和可靠性等诸多优点。正因为这些优点使得网络控制系统得到广泛的应用，网络控制问题也得到了国际控制科学界和计算机科学界的广泛关注。 网络控制系统由传感器、控制器和执行器三部分组成。传感器和控制器以及控制器和执行器之间是通过网络进行数据传输的。网络控制系统（NCS）的结构如图1所示。 图1 网络控制系统结构示意图 由于网络加入控制系统中，给控制系统带来优点的同时，也给控制系统的研究带来了新的机遇和挑战。在网络中由于不可避免地存在网络阻塞和连接中断，这又会导致网络数据包的时序错乱和数据包的丢失。NCS中的网络诱导时延会降低系统性能甚至引起系统不稳定，现在时延系统的分析和建模近年来已取得很大发展。文献【1, 2】提出了通过在系统的数据接收端设置一定长度的缓冲区的方法将ICCS的随机时延转化成一确定性时延，从而将一随机时变的系统转换成一确定性系统，并基于该确定性模型设计了ICCS的多步时延补偿器，并检验了系统模型中含有不确定参数时该补偿算法的鲁棒性。文献【3】出了一种多输入多输出ICCS的时延补偿算法，并将使用下一步预测的标准环路传递再生方法推广到多步预测的情况。由于NCS的确定性控制方法人为地扩大了网络诱导时延，从而降低了系统的性能因此很多学者研究了NCS的随机控制方法。文献【4】分析了ICCS的网络诱导时延，在时延分析中考虑了信号丢失(message rejection)和无效采样(vacant sampling)，并基于控制器的离
高并发低时延需求场景下NB-IOT网络优化实践总结 一、问题描述 NBIOT网络具有大容量的特征，号称单个基站小区可支持5万个NB-IoT终端接入。但实际这个5万是有条件的，是假设了时延不敏感，可大量重传的业务模型后，一天内单小区的最大接入数。 在实际应用中，杭州碰到一个场景：某行业用户的生产车间。该车间需对生产的每一个终端进行入网验证，且该行业用户的目标是年产量100万台NB终端。因此在他们的生产线上会同时有大量的NB终端发起连接请求，且对时延有一定要求，必须在较短的时间内完成入网验证，否则生产效率无法达到要求。 该行业用户反馈在测试模组时，单用户电信模组通过电信NB网络成功通信的时间较长，最短37s，最长2min，且出现通信失败现象，而移动模组通过移动网络通信的时间都小于30s。厂家多终端排产时电信网络效率较低，180s仅能成功交互15部终端。 二、分析处理过程 2.1 单终端性能分析 由于用户反映移动时延较小，而电信时延较大，因此我们先用单个终端对移动和电信网络的时延进行了分析对比。 2.1.1 附着时延分析 在测试中我们发现使用不同的模组对时延是有影响的。
通过分析从终端开机到attach完成各个阶段的所需的时长，我们发现以下特点：?读卡阶段：模组特性，高通模组无，移远模组电信比移动耗时长 ?读MIB消息：整体相差不大，高通模组稍好 ?读SI消息：电信网络无论在哪个模组下，比移动网络耗时长 ?MSG1-MSG5：整体相差不大 ?Atacch时间：电信网络无论在哪个模组下，比移动网络耗时长 在用户所在区域，电信使用的是中兴的基站设备，移动使用的是华为的基站设备，且使用高通芯片比使用海思芯片在电信的nb网络下可以更快的完成attach，因此我们怀疑海思的芯片跟华为的基站适配更好。 2.1.2 业务流程时延分析 除了附着流程，还对终端入网的业务流程进行了测试分析，使用的模组都为移远。
网络控制系统的时延估算及补偿 摘要：在网络控制系统中，由于带宽等原因，各个节点在交换数据和通信时会出现时延，导致系统性能下降甚至不稳定。通过时延预估的方法，运用时间戳法估算出时延，将时间戳法和Smith预估补偿控制相结合。通过仿真可观察到比较稳定的输出响应。关键词：网络时延；时间戳法；预估补偿；Smith预估器 在网络控制系统中，传感器、控制器和执行器通过网络交换数据时，由于带宽和数据流量变化不规则等原因，会出现网络拥塞等现象，导致节点与节点间的信息交换出现时间延迟。这种由于网络介入而使控制系统的信息传输产生的时延，称为网络时延。网络时延的产生使得系统控制品质降低，甚至导致系统的不稳定。网络时延由几个部分组成[1]：(1)传感器节点采集数据以及处理数据所需要的时间。(2)传感器节点竞争发送权等待的时间和传感器数据在网络中的传输时间。(3)控制器节点计算控制量、处理数据所需要的时间。(4)控制器节点竞争发送权等待的时间和控制量在网络中的传输时间。(5)执行器节点处理数据所需要的时间。通常，为研究方便，将设备时延和通信时延合并考虑，即传感器到控制器时延τksc和控制器到执行器时延τkca。则网络控制系统的时延为τk=τksc+τkca。1 时延的计算方法网络控制系统由于时延的存在，会给系统的稳定性带来影响。预估控制可以对网络系统的时延进行预先计算，然后对下一步控制做出修正以补偿时延所带来的影响。假设传感器采用时间驱动，控制器与执行器采用事件驱动。则G(s)为不包含纯滞后的被控对象的传递函数，C(s)为控制器，D(s)为干扰信号。。系统传递函数为：有多种方法可估算出τksc和τkca值，例如往返时延动态估计法、平均窗口法[2]、均值法等。本文采用时间戳法对时延进行估计[3]。所谓时间戳法就是将数据产生的时间和数据一起发送出去。在网络间传输的数据包中既有数据信息，也有时间信息。在网络控制系统中，传感器把测量值及其时间放在一个数据包中，使得控制器在收到测量值的同时也得到了时间戳，并将该时戳值与本地时钟比较，很容易计算出时延值。2 时延补偿由于时延会给系统的稳定性和控制指标带来一系列影响，可以使用预估控制算法对系统进行修正，补偿时延带来的影响。比较流行的算法有预估模型算法控制、广义预测控制[6]、内模控制[7]等。本文运用Smith补偿算法，将Smith预估器加入网络控制系统中[8]。 从仿真图中看出，在网络环境下加入史密斯预估器，对时延进行补偿，无论系统里是否有随机干扰，都可使输出响应较为稳定。在网络控制系统中，时延的存在会降低控制的品质，甚至会使系统瘫痪。本文将时间戳法和Smith预估补偿法结合起来，运用时间戳法来估算时延。通过仿真，得到的响应较为稳定。由此，只要采用适合的网络时延动态补偿器，并对网络进行补偿，网络控制系统是可以实现稳定的。
网络控制系统时延研究综述 胡晓娅，朱德森，汪秉文 （华中科技大学控制科学与工程系，武汉430074） 摘要：网络控制系统中由于通讯网络的引入而导致的网络时延在不同程度上降低了系统的控制性能，甚至会造成系统的不稳定。本文就网络控制系统所带来的时延问题进行了详细地分析；根据两种闭环网络控制系统时延模型，对目前关于时延问题的常用分析与研究方法进行了论述和总结。在此基础上，进一步分析了闭环网络控制系统设计中针对时延问题尚待解决的问题以及一些新的研究方向。 关键词：网络控制系统随机时延控制策略调度算法 1 引言 随着计算机网络的广泛使用和网络技术的不断发展，控制系统的结构正在发生变化。使用专用或公用计算机网络代替传统控制系统中的点对点结构，实现传感器、控制器和执行器等系统组件之间的控制信息可以相互传递的系统，不仅在部件散布在大范围区域的广域分布式系统(如大型工业过程控制系统)中，甚至在集中的小型局域系统中(如航天器、舰船以及新型高性能汽车等)都正在或者将要得到使用。在这样的控制系统中，检测、控制、协调和指令等各种信号均可通过公用数据网络进行传输，而估计、控制和诊断等功能也可以在不同的网络节点中分布执行。通过网络形成闭环的反馈控制系统称为网络控制系统(Networked Control Systems，简记为ＮＣＳ)。ＮＣＳ与传统的点对点结构的系统相比，具有可以实现资源共享、远程操作与控制、较高的诊断能力、安装与维护简便、能有效减少系统的重量和体积、增加系统的灵活性和可靠性等诸多优点[１-3]。另外，使用无线网络技术还可以实现用大量广泛散布的廉价传感器与远距离的控制器、执行器构成某些特殊用途的ＮＣＳ，这是传统的点对点结构的控制系统所无法实现的。 但是ＮＣＳ在通过共享网络资源给控制系统带来各种优点的同时，也给系统和控制理论的研究带来了新的机遇和挑战。例如，由于信道竞争、物理信号编码和通信协议处理等带来的额外开销，在控制器、执行器和传感器之间不可避免地引入了不同类型的时延，这些时延统称为网络时延。根据所采用的网络协议和设备的不同，这类时延可能是确定的、有界的或随机的，它们在不同程度上降低了系统的控制性能，甚至造成系统的不稳定。尤其当网络上存在多个控制回路时，网络时延会使各回路之间产生耦合，从而使网络控制系统的分析和设计更加复杂[4，5]。因此，网络通信带来的端到端的时延是研究NCS的关键因素，既要减小时延降低其不确定性，又要克服时延对控制系统的不利影响。 本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金资助（20020487023） - 1 -
低时延光网络技术白皮书 中国电信集团公司 2016年6月
目录 1概述 (1) 2低时延的业务需求 (1) 2.1金融/交易类业务对低时延的极致需求 (1) 2.24K/8K高清视频/虚拟现实等业务的高吞吐量需求 (3) 2.3实时性云业务的低时延需求 (4) 2.45G移动通信的低时延承载需求 (5) 3光网络的时延优势及构成分析 (6) 3.1光网络的时延优势 (6) 3.2光网络时延构成分析 (8) 3.3光网络设备时延的构成分析 (10) 3.4光网络时延性能的显性化监测 (12) 4光网络时延的优化举措 (13) 4.1光网络时延优化的基本举措 (13) 4.2光网络时延优化的高级举措 (14) 4.3总结 (15)
图表目录 图 1 纽约至芝加哥微波中继电路时延性能示意图 (2) 图 2 ITU-R M. 2083定义的IMT-2020(5G)关键能力指标 (5) 图 3 OSI七层模型时延比较示意图 (7) 表 1 网络电路时延分析 (7) 表 2 非相干光网络电路时延分布量化分析表 (8) 表 3 相干光网络电路时延分布量化分析表 (9) 表 4 SDH承载的FE业务时延测试结果表 (11) 表 5 FEC不同工作模式时延结果 (12) 图 4 OTN时延测试（DM）技术原理示意图 (13)
1概述 近几年来，网络时延（Delay/Latency）性能越来越得到人们的重视，逐渐成为通信业界的新热点。低时延网络也成为运营商所关注的发展方向。 光传送网作为最基础的承载网络，在各类通信技术中拥有最低和最稳定的时延性能。但是随着“互联网+”的深入发展，电信网络开始与各行各业深度融合，某些新兴行业和新兴业务对网络时延提出了近乎苛刻的需求，某些需求甚至到了现有光传送网络技术和组网结构无法满足的程度。因此，非常有必要对低时延业务需求进行深入分析，从而进一步研究光传送网络的低时延优化技术，以更好的满足这些低时延业务的需求。 本白皮书将首先分析低时延业务需求和降低网络时延的现实意义，然后量化分析光传送网络中的时延分布，最后提出光传送网时延性能优化策略。 2低时延的业务需求 目前明确提出低时延需求的业务有四类：第一是金融和电子交易类用户，特别是大家耳熟能详的从事期货等产品高频交易（HFT: High Frequency Trading）的电子交易类用户；第二是基于TCP协议的高清视频类业务，包括4K/8K高清视频直播和点播业务、高清视频会议、以及未来的虚拟现实（VR）等实时性要求极高的大带宽业务；第三是部分云业务，特别是虚机迁移、数据热备份和实时性要求比较高的云桌面、云支付等业务；第四是尚处于研究阶段的未来5G移动网络的传送承载业务，目前5G网络对传送承载层预留的时延指标非常苛刻，需要一些低时延传输新技术加以保障。 2.1金融/交易类业务对低时延的极致需求
网络系统中有哪些产生延迟的因素 互联网系统中是如何减少网络延迟的（技术点分析） （正文）.............................................................................................................. 研究背景 我们喜欢玩大型网游，要求其具有高质量的画面、极速的体验，然而，我们时不时发现游戏加载的速度越来越慢、画面越来越卡。通过查阅资料，我们得知了现象背后的实质原因——网络延迟。随着使用internet的用户数量、规模、对网络依赖度的急剧攀升，人们对网络的高性能、低延迟、模式要求越来越高。网络不仅要承载巨大数据业务，还要承载多媒体语音、视频、金融等实时业务。服务器性能不足、系统设计缺陷和传输等相关问题导致了大量网络延迟严重影响了用户体验。这篇关于网络延迟的分析，是建立在我们对网络延迟的现有了解上的。 ............................................................................................................... 框架（关键点） 1.什么是网络系统的总体架构 1.1概念 1.2构成 2.什么是网络协议 2.1概念 2.2网络协议的形式化分析与设计 2.2.1协议的形式化模型 2.2.2 Petri 网模型 2.2.3 协议的时态逻辑模型 2.2.4 通信进程演算模型 2.3 协议的形式化设计与验证 2.4 协议的性质描述 2.5 网络协议的测试
3.网络延迟 3.1什么是网络延迟 3.1.1概念 3.1.2定义 3.2网络延迟的分类 3.2.1路由延迟 3.2.2排队延迟 3.3产生网络延迟的因素 3.3.1服务器计算能力低 3.3.2传输饱和导致延迟 3.4网络延迟的处理方案 3.4.1优化服务器，调整网络布局 3.4.2提高主干网速度 3.4.3优化服务器系统设计，提高计算能力 4.容迟网络路由算法 4.1概念 4.2分类 4.3性能评价 4.4从容迟网络的角度来考虑减小网络延迟 5.网络软件 5.1 客户端 5.2个人终端 5.3中间件 6.网络硬件加速 6.1高速路由器 6.2技术关键............................................................................................................... 正文 （姚老师提到我们组存在资料简单堆砌的问题，我们组员方面都表示自己在仔细阅读资料的时候，找到很重要的东西，可以连贯起来，但是不知道如何用自己的语言来进行科学的描述，只能将自己觉得对主题很重要的东西来进行串联，再加上自己语言的贯通，希望老师能理解。我们的组员都付出了很多努力。）
延迟和抖动是网络性能的重要参数，对上层应用都有非常重要的影响。延迟是不可避免的，因为数据在链路中的传输必须经过一定的时间。对于一个特定的网络路径，延迟主要有传输延迟、传播延迟、处理延迟是固定延迟，排队延迟是可变延迟。排队延迟是由网络动态来决定的，网络中的拥塞状况不同，排队延迟有很大的变化。抖动是由数据包到达延迟的不同造成的。避免抖动主要基于缓冲技术。 网络延迟 数据包穿越一个或多个网段所经历的时间称为延迟。从用户的角度讲，延迟即用户发出请求到接收到远端应用系统的响应的时间。基于TCP/IP协议网络传输包括以下处理过程：路由器处理、用户数据单元在网络上传输以及服务器处理过程，相应地将产生路由延迟和用户数据单元在网络上的传输延迟。路由延迟包括域名请求延迟、TCP连接建立和释放延迟以及IP寻径延迟。从测试的角度讲，延迟分为单向延迟和双向延迟。 延迟的分类 在数据传输过程中，一般认为延迟分为如下几个部分：传输延迟，传播延迟，处理延迟和排队延迟。 打包延迟 各层的协议数据单元（PDU）都具有不同的有效负载长度，而应用层产生的响应大小的信息流需要一定的持续时间。协议层等待应用层产生满足PDU有效负载长度的字节流量，然后才能打包成协议数据单元（PDU）。这段等待时间就是打包延迟。打包延迟是实时数据流应用独有的延迟，实时流应用是指对基于时间的信息，如视频、音频和动画等进行实时传送的应用。 传输延迟 传输延迟是将所有分组的比特全部传送到线路上所需要的时间，即PDU的第一个比特从端点传送到线路上直到最后一个比特离开端点的这段时间。传输延迟与PDU大小及线路上的传送速率有关。一个存储转发机制的网络中，数据包将会产生多次的传输延迟，每次将PDU 转发下一跳都将产生一次传输延迟。 传播延迟 一个数据包中的每一个比特被推向链路后，该比特向下一跳路由器进行传播。从该链路的起点到到达下一跳路由器传输所需要的时间是传播时延。传播实验取决于比特穿过介质的速率，即该链路的传播速率，往往是等待或略小于光速的。传输时延等于两个路由器之间的距离除以传播速率，链路上的传播实验可以用PDU的第一个比特穿过链路所用的时间来定义。在局域网中，传播延迟往往不是延迟重要的组成部分，因为它往往很小。但是广域网中的传播延迟可以达到毫秒级。 排队延迟 排队延迟在分组交换网产生的延迟中占主要部分，每一次分组交换将使数据加入到缓冲队列中，每一个PDU的目的输出端可能存在着许多分组排队，这就是排队延迟。在先进先出队列中，新到达的分组的排队延迟等于所有已在该端口上排队的分组传输延迟的总和。所以说，特定分组的排队延迟取决于先期到达的正在排队等待向链路传输的分组的数量，另外也取决于输出端口的传送速度。排队延迟受网络负载的影响很大，是分组交换网中延迟变化的主要因素。排队延迟可以使毫秒级甚至是微秒级。 处理延迟 处理延迟是分组交换过程中发送端和目的端对数据进行处理所需时间的总和，如检查分组首部和决定将该分组导向哪里所需要的时间等，都是属于处理延迟。处理延迟还包括一些其他因素，如检查比特级别差错所需要的时间等。 降低网络延迟的方法：
26 2018年9月 第 9 期（第31卷 总第252期）月刊 2018年 第9期 电信工程技术与标准化 工程与设计 网络时延分析及面向5G 的低时延策略 林何平，高志英，韩剑，康帅 （中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080） 摘 要 5G网络对网络时延提出更高要求，本文通过分析网络时延的组成提出降低时延策略，并针对未来5G对低时延 的需求，提出可能的解决方案。 关键词 网络时延；5G；策略 中图分类号 TN913 文献标识码 A 文章编号 1008-5599（2018）09-0026-05 收稿日期：2018-03-15 1 引言 伴随着5G 技术的来临，网络时延越来越成为关注的焦点，同时为不同需求的客户提供差异化服务成为必然选择。 移动通信网从2G 到5G，时延需求产生了上百倍的变化，具体如表1所示。新型业务层出不穷，其中自动驾驶、增强现实、虚拟现实、感知网络等uRLLC (ultra-Reliable Low latency Communications，超低时延高可靠性网络)类业务基于5G 网络得以实现， 各类业务对网络的需求见图1所示。更低时延的网络为未来应用提供更多可能，甚至将颠覆人类生活。 2 网络时延构成及分析 网络时延由传播时延（Propagation Delay）、传输时延（Transmission Delay）、处理时延（Processing Delay）、调度时延（Queuing Delay）构成，具体如图2所示。2.1 传播时延 传播时延是指信号在传输介质中传播所花费的时间，与传播速度、通信距离有关。对于光传送网来说，传输介质即是光纤，在光纤中光的传播速度与折射率有关。 D prop ＝l ×n /c 其中: l 为光信号传送的距离； c 为光在真空中传播的速度，约为3×105 km/s;n 为光纤折射率。 受物理光速限制，一般通过减少信号传输距离来降低时延，主要的方法包括： （1）选择更直、更短的光传送路由。在进行管线建 应用典型端到端时延（ms） 2G 6003G 2004G 15～1005G 1～10 表1 不同制式移动网络的端到端时延
第37卷 第9期2009年 9月 华 中 科 技 大 学 学 报(自然科学版) J.H uazhong U niv.of Sci.&T ech.(N atural Science Edit ion)Vo l.37No.9 Sep. 2009 收稿日期:2009 02 09. 作者简介:王妍萍(1973 ),女,副教授,E mail:wang yp821@https://www.doczj.com/doc/ed483562.html,. 基金项目:国家高技术研究发展计划资助项目(2008A A 04Z129);国家自然科学基金资助项目(60864004, 60804066);教育部科学技术研究重点资助项目(208071). 长时延网络控制系统的H 控制 王妍萍1 朱其新 2 (1北京服装学院信息工程学院,北京100029;2华东交通大学电气与电子工程学院,江西南昌330013) 摘要:研究了具有线性时不变的被控对象的长时延网络控制系统的H 控制问题.基于长时延网络控制系 统的开关系统模型和不确定参数模型,结合李亚普洛夫稳定性原理和鲁棒控制理论,给出了长时延网络控 制系统渐近稳定并具有H 范数界 的存在条件,提出了基于线性矩阵不等式的长时延网络控制系统H 控制器的简便设计方法.最后以网络环境下的不稳定倒立摆为对象进行了仿真研究,结果验证了本文方法 的可行性. 关 键 词:网络控制系统;长时延;状态反馈;镇定;鲁棒控制 中图分类号:T P273 文献标识码:A 文章编号:1671 4512(2009)09 0060 04 H Control of networked control systems with long time delay Wang Yanp ing 1 Zhu Qix in 2 (1Schoo l of I nfo rmatio n Eng ineer ing,Beijing I nstit ute o f Fashion T echno lo gy ,Beijing 100029,China;2Schoo l of Electrical and Electr onics Eng ineer ing,East China Jiaoto ng U niver sity,N anchang 330013,China) Abstract :A contro ller fo r netw orked contr ol systems(NCS)w ith long time delay w as designed and linear time invariant controlled process w as discussed.Based on the sw itched sy stem model and uncer tainty param eters model of netw o rked co ntro l systems,the existing conditions of asy mpto tic stability and w ith no rm bound fo r netw orked co ntro l system w ere pr esented by Lyapuno v metho d and robust control theory.T he sim ple design m ethod o f co ntro ller for netw o rked control sy stem w ith long time delay w as proposed in terms of linear matr ix inequalities.The simulatio n based on the netw or ked con tro l unstable inv erted pendulum w as studied.T he simulation results show that the proposed m ethod is feasible. Key words :netw orked control sy stems;long time delay;state feedback;stabilizatio n;robust contro l 通过实时网络形成闭环的反馈控制系统称为网络控制系统(NCS )[1~4] .随着计算机技术和通信技术的进一步发展,控制系统中传统的点对点的通信结构已越来越不能满足现代控制系统的一些新要求,如分散控制、低成本、易于扩展以及集成的故障诊断与维护等,网络控制系统的出现则使以上问题的解决成为可能.因此NCS 的研究受到越来越多的学者的关注并正成为人们研究的一个热点. 要使NCS 具有较好的性能,NCS 的控制器 就必须对网络诱导时延进行补偿.文献[5]讨论了短时延NCS 的线性二次高斯LQG 控制问题; 文献[6]讨论了有限时间长时延NCS 的LQG 控制问题;文献[7]讨论了无限时间长时延NCS 的LQG 控制问题;文献[8]针对具有伯努利分布的随机时延NCS 给出了H 状态观测器的设计方法;文献[9]讨论了具有网络诱导时延和数据包丢失的NCS 的H 控制问题;文献[10]讨论了通信受限的NCS 的控制与调度相结合的控制方法;文献[11]讨论了具有时延和数据包时序错
2015年3月Journal on Communications March 2015 第36卷第3期通信学报V ol.36No.3 互联网网络时延特征研究 林川，赵海，毕远国，贾思媛 （东北大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳110819） 摘 要：互联网宏观拓扑结构下时延特征的研究对互联网结构与性能的理解具有重要作用。择取CAIDA Ark项目下分别位于4个不同地区的探测数据，提取网络时延与通信直径，发现网络时延与通信直径关系很小且超过70%的有效路径中存在支配时延。经分析，正是支配时延的存在影响了网络时延与通信直径的关系。对支配时延链路两端进行地理映射，发现支配时延以较高概率出现在同一国家同一城市某一链路传输之间。在此基础上,得出链路两端距离小于5 000 km的支配时延主要由排队时延组成，而链路两端距离大于5 000 km的支配时延主要由传播时延组成的结论。 关键词：互联网；宏观拓扑结构；网络时延；通信直径；支配时延 中图分类号：TP393.6 文献标识码：A Reasearch on network delay of Internet LIN Chuan, ZHAO Hai, BI Yuan-guo, JIA Si-yuan (College of Information Science and Engineering, Northeastern University, Shenyang 110819, China) Abstract: Research on the delay of the Internet under marcrotopology plays an important role in comprehension of Inter-net architecture structure and performance. Using effective samples in four different regions authorized by CAIDA Ark and getting network delay, there is little relationship between network delay and communication diameter and the number of the effective paths happening dominant delay is over 70%. The analysis presents that it is dominant delay that affects the relationship between the network delay and the communication diameter. The geographic mapping of the link hap-pening dominant delay supposes that the dominant delay happens frequently in the link across one city in a country. Fi-nally, the conclusion is draw that queue delay is the major composition of the dominant delay for a short range(less than 5 000 km),whereas the propagation delay is the main factor for a long distance(greater than 5 000 km). Key words: Internet; macro topology; network delay; communication diameter; dominant delay 1引言 互联网作为大型复杂系统，其宏观拓扑结构表现为极大的复杂网络特性[1~3]。随着现代社会对互联网的依赖性不断增强，互联网作为大型实时系统的通信媒介，其反馈时间即网络时延的特征备受人们关切。 早期，对互联网时延的研究主要通过对单一通信链路或特定某几条链路发送探测数据分组，获得目的端的反馈时间，继而计算网络时延或评价探测方法的优劣[4~6]。由于互联网研究的复杂性，单一链路探测或单一数据源分析已无法对互联网相关特征进行解释。运用统计学，从宏观拓扑结构上分析互联网的复杂性成为解决问题的关键[7,8]。文献[9]对可探测的2 000条路径进行分析，发现互联网中存在大量的支配时延。文献[10]的研究成果表明互联网中的支配时延主要由传播时延决定，且多出现在AS自治域内部。文献[11]结合复杂网络理论，对CAIDA机构授权的海量样本进行分析，认为RTT 与从源节点到目的节点经过的中转路由器个数成正比。 本文在基于CAIDA同时期的Ark探测项目 收稿日期：2013-11-15；修回日期：2014-04-02 基金项目：国家自然科学基金资助项目（61101121, 61373159） Foundation Item: The National Natural Science Foundation of China (61101121, 61373159) doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2015069
几代通信技术带给用户的感受，让人更容易解读为无线通信技术在传输速率上的突飞猛进。然而与3G、4G网络相比，5G还有一个非常重要的特性是数据传输中的超低时延。在5G开始研究之初，便明确了5G问世的一个非常重要使命就是充分激发并释放垂直行业应用的潜力。从自动驾驶到工业控制，这些美好的梦想一一照进照现实都离不开5G的超低时延特性。更有业界专家认为如果没有超低时延特性，5G只能算是4G+。 对于5G超低时延，读者一定会有这样那样的疑问，让我们一边提问一边尝试回答，希望能够带给大家一些有意义的信息。 为什么4G时延无法满足这些应用的要求？ 举个例子，对于自动驾驶，时延直接影响车辆在响应操作前移动的距离。现有4G 网络平均50ms时延条件之下，时速100公里的汽车，从发现障碍到启动制动系统仍需要移动约1.4米。不要小看这1米多的距离，在危急时刻，每增加一厘米都意味着多一分生命危险。因此由于道路交通事关人身安全，控制指令，尤其是制动指令抵达车辆的时间要求达到1毫秒的级别，即控制指令自发出到抵达车辆仅前进了3cm。 5G究竟需要多低的时延？ ITU、IMT-2020推进组等国内外5G研究组织机构均对5G提出了毫秒级的端到端时延要求，理想情况下端到端时延为1ms，典型端到端时延为5-10ms 左右。我们目前使用的4G网络，端到端理想时延是10毫秒左右，LTE的端到端典型时延是50-100ms，这意味着5G将端到端时延缩短为4G的十分之一。而3G的端到端时延是几百毫秒量级。 这里，端到端时延的定义是：数据包从离开源节点的应用层时算起一直到抵达并被目的节点的应用层成功接收一共经历的时间长度。并且，根据业务模型不同，端到端时延还可分为单程时延和回程时延，其中回程时延还需加上发射
文章编号：1005-8451（2012）03-0042-04 面向不同运营商的网络时延性能分析 张 琪1，李兴华1，姜 华2 （1.北京交通大学 电子信息工程学院，北京 100044 ； 2.工业和信息化部电信研究院 信息网络部，北京 100037） 摘 要：本文的研究依据是工业和信息化部电信研究院的互联网优化平台项目，根据平台项 目测量得到的网络性能数据，主要是时延和时延抖动这些重要网络性能参数，结合自治域的信息 和跳数进行统计分析。通过对不同的运营商的跳数、时延分布进行对比分析，发现运营商之间性 能存在的差异。在对各地区时延和时延抖动分析，验证了我国互联网发展的地区不平衡性。 关键词：跳数；往返时延；时延抖动 中图分类号：U29∶TP393 文献标识码：A 互联网是当代信息社会的重要基础设施，通 过对互联网进行测量和分析，可以使行业管理者 了解网络运行状况，及时发现和处理网络重大安 全事件，对网间的互联互通方案进行设计和评价。 本文根据工业和信息化部电信研究院互联网 优化平台项目所测量的相关数据，通过对大量网 络性能数据的统计分析，发现了网络时延的性能 特征和不同运营商的性能差异，以及网络互联互 通存在的问题。 由具体的 4 部分组成[1]：传输时延，传播时延，处 理时延，排队时延。 1.2 时延抖动 当相同时间间隔发送数据包时，在目的端收 到数据包会出现不同时间间隔，即为时延抖动。时 延抖动受很多因素影响，由于网络中的路由拥塞， 并且瞬间拥塞的时间和长度变化，导致各分组数 据包的处理时延不同[2]，TCP 窗口行为的变化，时 延抖动也是反映网络负载特征的重要指标，网络 中存在的平均网络负载周期性和非周期性变化会 引起时延抖动，另外，路由更新也会引起时延抖 动，即当路径发生变化并收敛到新的路由路径过 程中，时延增加，会有大量的丢包，并伴随剧烈的 时延抖动。 评估时延抖动有多个方法[3]，有前后参考，首 包参考，平均值参考。平均值参考不具有实时性， 是在一段时间测量结束后计算完成，但是平均值 1 时延与时延抖动 1.1 时延 当数据包到达一个路由器，经过路由器的处 理并发送到下一个路由器时，数据包经历的时延 收稿日期：2011-05-18 作者简介：张 琪，在读硕士研究生；李兴华，副教授。 Analysis of delay performance of network to different I n te r net Service P r ov ide r s (I S P s ) ZHANG Qi 1, LI Xing-hua 1, JIANG Hua 2 ( 1.School of Electronics and Information Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, C hin a ; https://www.doczj.com/doc/ed483562.html,rmation Network Research Department, T elecom Planning & Designing Research Institute, Mini s t r y of Industry and Information Technology , B e ijing 100037, China ) Abstract: This paper was b a s e d on the optimization platform of the Internet project in Mini s t ry of I nd u s t r y and Information Technology. Through a wide area m e a s ur e m ent, including the Autonomous Sy s tem(AS) in f o r m ation, it w as analyzed th e n etwork p erformance on hop s , d elay a n d delay jitter. Up on the before a n a ly s i s , this paper found out the different features between I SP s , proved the unbalance development of the different ar e a s . Key wo r d s: hop s ; round-trip delay; delay jitter