艾銻知識 |一文讀懂時延敏感網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度整形機(jī)制

2020-03-07 19:52 作者：艾銻無限 瀏覽量：

   
 
我在上學(xué)的時候就看過這樣一個故事,是說豐田汽車公司生產(chǎn)線發(fā)生了事故,他的管理者透過提問的方式找到了這次事故的根本原因,那時候自己還不是教練,只是覺得這個管理者很厲害,可以透過提問就能找到問題的本源,以后如果自己走上了工作崗位也要向他學(xué)習(xí).
 
但后來創(chuàng)業(yè),經(jīng)歷的事越來越多,發(fā)現(xiàn)這種追問方式有時有效,有時也是沒有效的,有效的是能解決當(dāng)下的問題,無效的是問題還會經(jīng)常重復(fù)性發(fā)生.當(dāng)時并沒有領(lǐng)悟到問題的根源是什么,只是覺得可能自己的能力有限,后來學(xué)習(xí)了教練,開始給企業(yè)高管和CEO做教練時,逐漸發(fā)現(xiàn)這樣的提問為什么只能解決當(dāng)下發(fā)生的問題,原因是管理者的焦點(diǎn)只放在這件事情的本身,而沒有真正關(guān)注到人,人是一切問題的根源.
   
 
讓我們來看一下關(guān)注事的提問和關(guān)注人的提問兩個版本到底有什么不同:
 
關(guān)注事的版本:
 
豐田汽車公司前副社長大野耐一，用5Why法追問生產(chǎn)線停機(jī)原因的案例最為典型。
 
一次，大野耐一發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線上的機(jī)器總是停轉(zhuǎn)，工人修過多次但仍不見好轉(zhuǎn)。他忍不住問工人：
 
一問：“為什么機(jī)器停了?”
答：“因?yàn)槌^了負(fù)荷，保險(xiǎn)絲就斷了。”
 
二問：“為什么超負(fù)荷呢?”
答：“因?yàn)檩S承的潤滑不夠。”
 
三問：“為什么潤滑不夠?”
答：“因?yàn)闈櫥梦簧嫌蛠怼?rdquo;
 
四問：“為什么吸不上油來?”
答：“因?yàn)橛捅幂S磨損、松動了。”
 
五問：“為什么磨損了呢?”
再答：“因?yàn)闆]有安裝過濾器，混進(jìn)了鐵屑等雜質(zhì)。噢……我們這就去安裝。”
 
經(jīng)過連續(xù)五次不停地問“為什么”, 工人找到問題的真正原因和解決方法。
 
關(guān)注人的版本:
 
一問：“發(fā)生了什么?”
答：“我們的機(jī)器修過了好多次都沒有解決問題,也不知道怎么了.”
 
二問：“如果你經(jīng)常生病,也經(jīng)常去醫(yī)院,但總還是生病,你會如何思考?”
答：“我可能會想是不是這家醫(yī)院有問題,或者這個醫(yī)生不行,但每次來的時候他都能給冶好,隔幾天又發(fā)生了狀況,這會讓我想想進(jìn)入我身體的食物、水、空氣、還有我居住的環(huán)境等是否有問題,從醫(yī)院和自身兩個方面入手來思考這個問題吧.”
 
三問：“非常好的思考方式,這樣的思考如果放在這臺機(jī)器上,你會有什么發(fā)現(xiàn)?”
答：“我覺得也可以從兩個方面入手,一方面是否我們的修理能力有問題,我們可以找其他師傅來試試,還有一方面,不一定是我們能力問題,有可能是這臺機(jī)器與其它設(shè)備連接原因,可以檢查一下和這臺設(shè)備有關(guān)的所有方面,看是否能找到根本的原因.”
 
四問：“你這樣思考的好處是什么?”
答：“這樣思考就能讓我看清整個問題系統(tǒng)的原因,而不是緊盯在這個問題上,還能讓我打開更多的思路,這樣下次遇到類似問題的時候,我就能立刻找到問題的本質(zhì),而不是在同一個問題上不斷重復(fù)處理浪費(fèi)時間.
 
五問：“還有什么呢?”
答：“這對我自身的能力也是極大的提高,也會讓我從一個修理工的思維變成一個管理工程師的思維,在未來我相信自己也能成為一名團(tuán)隊(duì)的管理人員.”
 
六問：“好的非常棒,那你覺得這件事你什么時間能處理完呢?”
答：“立刻,馬上來系統(tǒng)全面的檢查,我相信一會就能找到根本原因,徹底的解決這個問題.”
 
七問：“好的,透過這次談話,你最大的學(xué)習(xí)是什么?”
答：“我體驗(yàn)到自己內(nèi)在是有智慧的,這讓我很驚訝,你并沒有告訴我怎么做,卻啟發(fā)了我的思維,讓我看見自己是有能力解決一切的問題,只是以前給了自己太多的限制,在修不好的時候,內(nèi)心里就已經(jīng)下了決定,這個機(jī)器就是壞的,就是有問題的,怎么修都不會修好的,基于結(jié)果我證明自己是對的,但如果我能像您啟發(fā)我的那樣,去想我要什么,去突破內(nèi)在的限制,去打開自己的思維,去看見自己想要的未來,我相信,這對于我一生的成長都是至關(guān)重要的,謝謝您.”
 
八問：“好的,加油,期待你成長過程中的好消息.”
   
?透過上面的案例我們發(fā)現(xiàn),關(guān)注人的提問,焦點(diǎn)始終放在這個人身上,這個人要什么,怎樣幫助他去獲得自己想要的,當(dāng)他發(fā)生改變的時候,他的世界也就變了,他世界里遇到的問題也都不是問題了,我相信下次這個人在遇到類似這些問題時,他就會啟動自主的思考,從而一一化解.
 
關(guān)注事的提問者只能算是個管理者,這個管理者只是運(yùn)用了提問的技巧,機(jī)械式的解決了當(dāng)下遇到的問題.而關(guān)注人的提問,才是真正的教練,因?yàn)樗幢亓私鈾C(jī)器的原理,但他了解人,并啟動了人的生命力,他知道人產(chǎn)生問題最大的根源是自我設(shè)限,所以很多時候我們的困難和挑戰(zhàn),不是沒有能力去實(shí)現(xiàn),而是沒有打開自己的能量,讓自己的能力釋放出來,才會讓我們陷入混沌和迷茫,我們的思維和內(nèi)心的能量一旦打開,每個人都將無所不能.
 
無論是在生活中,還是在企業(yè)中,我們遇到的每個人都是創(chuàng)造力的天才,但很多時候就像掉進(jìn)了泥潭中,有力卻無計(jì)可施,如果是這樣,記得找一位愿意關(guān)注你,關(guān)注你內(nèi)在發(fā)生了什么,關(guān)注你想要成為一個什么樣的人,關(guān)注你渴望的是什么,關(guān)注你內(nèi)心真正的想法的人,也許這個人就能幫你從泥潭中走出來,還能陪你一起箭步如飛的前行.
 
你的生命中有這樣的人嗎?

艾銻知識 |一文讀懂時延敏感網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度整形機(jī)制

一、什么是時延敏感網(wǎng)絡(luò)
時延敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN, Time Sensitive Network)是指能保證時延敏感流的服務(wù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)低時延、低抖動和零丟包率的網(wǎng)絡(luò)。
時延敏感流可分為周期時延敏感流(PTS, Periodic Time Sensitive)，比如工廠里的循環(huán)控制指令、同步信息，和非周期/零星時延敏感流(STS，Sporadic Time Sensitive)，比如事件告警信息。
對于周期時延敏感流，一般采用同步的調(diào)度整形機(jī)制，即要求全網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)的納秒級時鐘同步，其最早的思想來自時間觸發(fā)以太網(wǎng)(TTE, Time-Triggered Ethernet)，當(dāng)前研究的機(jī)制包括時間感知整形(TAS)、循環(huán)排隊(duì)轉(zhuǎn)發(fā)(CQF)、基于信用整形(CBS)。
對于零星時延敏感流，一般采用異步的調(diào)度整形機(jī)制，即不需要全網(wǎng)時鐘同步，當(dāng)前的研究機(jī)制包括基于緊急度的調(diào)度(Urgency-Based Scheduler，UBS)、帕特諾斯特機(jī)制(Paternoster)和幀搶占(Frame Preemption)。 看到這么多機(jī)制和新名詞，它們各自有什么作用，又有什么關(guān)聯(lián)和區(qū)別，大腦已經(jīng)反應(yīng)不過來了對不對?沒關(guān)系，忘掉以上名詞，接下來小編將帶領(lǐng)大家化繁為簡、抽絲剝繭、撥云見日，直擊時延敏感網(wǎng)絡(luò)調(diào)度整形機(jī)制的本質(zhì)。

二、什么是調(diào)度整形機(jī)制
調(diào)度整形機(jī)制是交換機(jī)中的兩種服務(wù)質(zhì)量保障機(jī)制，調(diào)度是指隊(duì)列調(diào)度，一般實(shí)現(xiàn)在交換機(jī)的出端口，包含進(jìn)入隊(duì)列、根據(jù)調(diào)度算法選擇發(fā)送隊(duì)列、出隊(duì)傳輸三個部分;整形是指流量整形，通過限制端口的轉(zhuǎn)發(fā)速率從而防止交換機(jī)內(nèi)部或下一跳出現(xiàn)擁塞。
三、如何實(shí)現(xiàn)低時延、低抖動和零丟包率
那么時延敏感網(wǎng)絡(luò)如何才能實(shí)現(xiàn)低時延呢?首先，網(wǎng)絡(luò)的每跳時延可分為鏈路傳播時延、交換機(jī)處理時延、出端口排隊(duì)時延三部分，而端到端時延為逐跳時延求和。鏈路時延和處理時延基本為固定值，所以減少時延必須要減少排隊(duì)時延，即時延敏感網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)就是不排隊(duì)：先通過優(yōu)先級隊(duì)列將時延敏感流和盡力而為流隔開，再從時間上(劃分時隙)或空間上(規(guī)劃路由)將同樣的時延敏感流隔開。 實(shí)現(xiàn)低時延后，包在交換機(jī)里的停留時間很短，包的累積不會超過隊(duì)列緩沖區(qū)大小，從而實(shí)現(xiàn)零丟包率;同時，抖動是指時延的變化差值，低時延降低了最壞時延，讓時延上界靠近時延下界，減小了時延的變化區(qū)間，從而也實(shí)現(xiàn)了低抖動。

四、PTS的頭號問題：配置時隙
傳統(tǒng)的以太網(wǎng)采用“盡力而為”的轉(zhuǎn)發(fā)，無法保證包的端到端最壞時延，時延敏感網(wǎng)絡(luò)采用類似時分復(fù)用的方式，為每一個包配置時隙，保證其有足夠的時間進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。以下總結(jié)三種基于時間的調(diào)度整形機(jī)制和一個時隙配置模型。

• 時間觸發(fā)以太網(wǎng)(TTE)：把時間戳打在包上，通過時間表控制包的發(fā)送，讓每個包自己知道自己的發(fā)送時間，在發(fā)包側(cè)就將各個包的發(fā)送時間隔開，嚴(yán)格保證時延抖動滿足要求。
• 時間感知整形(TAS)：利用優(yōu)先級門控隊(duì)列，即在優(yōu)先級隊(duì)列后加上門控開關(guān)，通過門控時間表控制門控開關(guān)的打開閉合來保證時延抖動要求。其可以阻斷盡力而為流的持續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，讓高優(yōu)先級的包得到穩(wěn)定的間隔轉(zhuǎn)發(fā)時間，同時PTS流之間依然要將發(fā)包時間隔開，時延抖動保證效果才最好。比如每跳時延為T，共有n跳，則可保證端到端時延最大為nT。和TTE相比，讓優(yōu)先級隊(duì)列決定包何時被轉(zhuǎn)發(fā)，降低了對發(fā)端的要求，同時時延抖動保證粒度也會弱一些。
• 循環(huán)排隊(duì)轉(zhuǎn)發(fā)(CQF)：把TAS里只用一個最高優(yōu)先級隊(duì)列來接收時延敏感流，變?yōu)橛闷媾純蓚€隊(duì)列循環(huán)接收，即所謂的乒乓隊(duì)列。其可以用于解決流聚合問題，如果兩個PTS流同時到達(dá)了，必有一個PTS要等待轉(zhuǎn)發(fā)，循環(huán)排隊(duì)轉(zhuǎn)發(fā)可以保證等待的流只等待前一個PTS流轉(zhuǎn)發(fā)，即一個周期T，自己再轉(zhuǎn)發(fā)一個周期T，假設(shè)共有n跳，則端到端時延可保證最大為2nT。

時隙配置模型：時隙的配置問題等同于二進(jìn)制背包問題，是一個NP-hard問題，時延敏感網(wǎng)絡(luò)的流量調(diào)度和時隙配置架構(gòu)流程如下圖所示，首先需要確定合適的轉(zhuǎn)發(fā)平面調(diào)度整形機(jī)制，然后中心化用戶配置(CUC)采集各個發(fā)端的發(fā)包周期、包大小、流大小、對時延抖動的要求等信息，以及網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔?，并將這些信息作為輸入，放入時隙配置模型中;模型包含一系列的多項(xiàng)式約束條件，可采用整數(shù)線性規(guī)劃(ILP)或可滿足性模理論(SMT)等方式進(jìn)行建模，然后用解析器工具或者蟻群算法、模擬退火算法、遺傳算法、禁忌搜索算法等啟發(fā)式算法進(jìn)行求解，最后輸出為滿足這些約束條件的一個時隙配置方案，并可采用離線靜態(tài)或者在線增量式的方法進(jìn)行配置下發(fā)。
五、PTS的衍生問題：流聚合、流增量、流突發(fā)
流聚合：當(dāng)拓?fù)鋸?fù)雜、拓?fù)洳粚ΨQ、存在多個分支節(jié)點(diǎn)時，得到毫無排隊(duì)的時隙配置會非常困難，下游聚合節(jié)點(diǎn)會產(chǎn)生流聚合現(xiàn)象，導(dǎo)致PTS流排隊(duì)。CQF是一種解決流聚合的機(jī)制。
流增量：一般的配置方案是離線的靜態(tài)配置方案，每次計(jì)算出方案可能需要花費(fèi)數(shù)個小時，然后進(jìn)行部署，當(dāng)有新的設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)時，需要考慮逐個的規(guī)劃時延敏感流的時隙配置，同時保證已下發(fā)的配置不受影響。目前結(jié)合SDN進(jìn)行時延敏感網(wǎng)絡(luò)增量調(diào)度是一個比較火的方向，叫TSSDN(Time-sensitive Software-defined Network )。
流突發(fā)：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有零星時延敏感流時，很有可能與周期時延敏感流的轉(zhuǎn)發(fā)產(chǎn)生沖突，擾亂已有的時隙配置。混合時延敏感流調(diào)度是當(dāng)前還沒有解決的一個問題。

六、PTS的共流問題：考慮混合流的QoS和網(wǎng)絡(luò)利用率
共流問題也叫做混合流問題，時延敏感網(wǎng)絡(luò)的流量可以分為三類：時延敏感流(TS)，速率限制流(RT)和盡力而為流(BE)。其中時延敏感流已在第一節(jié)介紹;速率限制流是指專業(yè)音視頻等有一定時延抖動要求，同時占用帶寬大，需要進(jìn)行速率限制的流量;盡力而為流是普通的可以隨意轉(zhuǎn)發(fā)的以太網(wǎng)流量。
優(yōu)先級等級上，TS > RT > BE，一般是轉(zhuǎn)發(fā)完TS流后，剩余的時隙用來轉(zhuǎn)發(fā)RT和BE流，并設(shè)立保護(hù)帶寬隔離三種流量。保證了PTS流的服務(wù)質(zhì)量后，從網(wǎng)絡(luò)整體性能出發(fā)，還需要考慮保證RT和BE流的服務(wù)質(zhì)量，降低其丟包率，并盡量提高整個網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源利用率。

七、PTS的隱藏問題：時鐘漂移、廣域時鐘同步、復(fù)雜度和擴(kuò)展性
PTS調(diào)度整形機(jī)制的實(shí)現(xiàn)都有一個大前提，那就是嚴(yán)格的全網(wǎng)時鐘同步，但由于溫度等原因，時鐘會產(chǎn)生漂移，一次時隙沒有對齊，就會導(dǎo)致包無法在預(yù)計(jì)的時刻被發(fā)送完，導(dǎo)致整個調(diào)度出現(xiàn)嚴(yán)重問題，只能重啟設(shè)備。
同時，當(dāng)前的時鐘同步機(jī)制只能保證7跳以內(nèi)大小的局域網(wǎng)內(nèi)的時鐘同步，如何實(shí)現(xiàn)廣域的時鐘同步，在更大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)時延抖動的保障，同時還要考慮實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)成本，這些問題都有待討論。