低時延的業(yè)務(wù)需求有哪些？

目前明確提出低時延需求的業(yè)務(wù)有四類：第一是金融和電子交易類用戶，特別是大家耳熟能詳?shù)膹氖缕谪浀?a target="_blank">產(chǎn)品高頻交易的電子交易類用戶；第二是基于TCP協(xié)議的高清視頻類業(yè)務(wù)，包括4K/8K高清視頻直播和點播業(yè)務(wù)、高清視頻會議、以及未來的虛擬現(xiàn)實（VR）等實時性要求極高的大帶寬業(yè)務(wù)；第三是部分云業(yè)務(wù)，特別是虛機遷移、數(shù)據(jù)熱備份和實時性要求比較高的云桌面、云支付等業(yè)務(wù)；第四是5G移動網(wǎng)絡(luò)的傳送承載業(yè)務(wù)，目前5G網(wǎng)絡(luò)對傳送承載層預(yù)留的時延指標(biāo)非?？量蹋枰恍┑蜁r延傳輸新技術(shù)加以保障。

金融/交易類業(yè)務(wù)對低時延的極致需求

信息不對稱是交易盈利的不二法則，時延越低，意味著你的信息比別人快，你的訂單比別人先到達交易中心，你也就越容易盈利。在發(fā)達的金融和交易市場中（尤其是美國），高頻交易（HFT: High Frequency Trading）或稱為機器交易、算法交易已經(jīng)興起多年，交易品涵蓋了期貨、股票、外匯等多個領(lǐng)域。有統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,2009年HFT交易量在美國全國總交易量中的比例達到61%，2012這個數(shù)據(jù)攀升到70%，而英國在2011年甚至達到過77%。

早在2008年，美國咨詢公司TABB Group給出的題為《The Value of a Millisecond: Finding the Optimal Speed of a Trading Infrastructure》的研究報告中就指出，對于一個在美國電子交易市場的交易公司而言，如果其交易系統(tǒng)處理時間（包括傳輸時延）比競爭對手慢5毫秒（ms），它將損失1%的利潤，如果慢10ms，則損失擴大到10%。

圖1：紐約至芝加哥微波中繼電路時延性能示意圖

“時間就是金錢”這句諺語在高頻交易業(yè)務(wù)中充分顯示的其現(xiàn)實意義，早在 2007年，Information Week雜志在一篇題為《Wall Street‘s Quest To Process Data At The Speed Of Light 》的報道中，就宣稱在美國電子金融交易市場，1ms的時延優(yōu)勢的價值是1億美元。2014年美國一家名為Virtue Financial的HFT公司準備上市前公開披露的報告顯示其在過去5年共1278個交易日中，只有1個交易日是虧損的。

HFT的發(fā)展使得金融和電子交易公司對低時延的追求達到極致：一方面這些公司的服務(wù)器盡可能部署在交易機構(gòu)（NYSE紐約股票交易所、NASDAQ 納斯達克股票交易所、CME 芝加哥期貨交易所等）的服務(wù)器附近，最好是相同的機房；另一方面，這些公司對低時延傳輸電路的追求也達到了白熱化。

4K/8K/虛擬現(xiàn)實等業(yè)務(wù)的高吞吐量需求

TCP協(xié)議已經(jīng)成為Internet主流，TCP的確認機制保證了可靠性，但也帶來了吞吐量受限的問題，參見如下公式：TCP吞吐量受限于三個因素，帶寬BW、往返時延RTT和丟包率ρ 。假設(shè)帶寬足夠，且良好的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量可以不考慮丟包率，則時延成為決定性因素。如果時延過大，客戶體驗帶寬無法提升，此時僅提高帶寬無法解決問題，形象的稱之為“帶寬黑洞”。

目前TCP協(xié)議包頭表征擁塞窗口（CWND）大小是16位，因此CWND最大值是64K字節(jié)（65536 Bytes）；MSS（Maximum Segment Size）是最大段長度，一般是1460字節(jié)，傳輸網(wǎng)中一般可以假設(shè)丟包率為零，因此最后一項不需要考慮；假設(shè)帶寬（BW）為10Gbps，單向時延10ms（往返時延RTT為20ms）；根據(jù)上述公式，TCP協(xié)議的最大吞吐量只有26.3Mbps，遠低于網(wǎng)絡(luò)帶寬。

考慮到網(wǎng)絡(luò)實際情況，業(yè)界通常認為4K/8K高清視頻等實時大通量業(yè)務(wù)的吞吐量需要達到實際碼流速率的1.5倍，才能保證業(yè)務(wù)質(zhì)量。因此4K高清視頻的吞吐量需求為30~45Mbps，按照上述公式計算，所能容忍的最大往返時延RTT 為12~17ms。

雖然業(yè)界也提出了一些新技術(shù)來解決TCP協(xié)議的滑動窗口受限問題，例如 RFC7323 將滑動窗口的總大小擴展為30bit（230=1073725440Bytes），應(yīng)用層軟件采用UDP傳輸或者多TCP線程也可以改善滑動窗口帶來的吞吐量限制；但是這些解決方案需要網(wǎng)絡(luò)整體的升級改造，短期內(nèi)難以全面部署?；诂F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，降低時延是解決TCP協(xié)議滑動窗口受限問題的最直接和最有效的手段。IDC和CDN的部署需要考慮到4K/8K高清視頻等高吞吐量業(yè)務(wù)的時延需求，合理部署。

實時性云業(yè)務(wù)的低時延需求

云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等發(fā)展趨勢使得越來越多的業(yè)務(wù)運行在云上，云已經(jīng)成為通信網(wǎng)絡(luò)無法回避的趨勢，而作為云的物理載體——數(shù)據(jù)中心逐漸成為網(wǎng)絡(luò)流量的核心，數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部以及數(shù)據(jù)中心之間(DCI)的遷移越來越頻繁，我們稱之為云通信業(yè)務(wù)。部分云通信業(yè)務(wù)有嚴格的實時性要求，此類業(yè)務(wù)也提出了低時延需求。

最典型的實時性云通信業(yè)務(wù)是虛擬機遷移，例如熱遷移通常要求時延低于 10ms。此外，云數(shù)據(jù)熱備份、云災(zāi)備、高通量協(xié)同計算等云通信業(yè)務(wù)也有著嚴格的實時性要求。

隨著越來越多的上層業(yè)務(wù)遷移到云上，為了滿足用戶體驗，同樣也會對云承載網(wǎng)絡(luò)提出嚴格的時延需求，例如云支付業(yè)務(wù)的最佳體驗需要時延低于10ms、云桌面業(yè)務(wù)的最佳體驗需要時延低于20ms，等等。

5G移動通信的低時延承載需求

5G目前處于起步階段，提出了非常遠大的愿景。ITU已將5G標(biāo)準正式命名為 IMT-2020，我國IMT-2020(5G)推進組在2014年發(fā)布的題為《5G愿景與需求》白皮書中提出了5G的關(guān)鍵技術(shù)能力，包括：0.1~1Gbps的用戶體驗速率、每平方公里一百萬的連接數(shù)密度、毫秒（ms）級的端到端時延、每平方公里數(shù)十Tbps的流量密度、每小時500公里（km）以上的移動性和數(shù)十 Gbps以上的峰值速率，參考圖2。該白皮書明確了用戶體驗速率、連接數(shù)密度和時延等5G網(wǎng)絡(luò)的三大基本性能指標(biāo)。

圖2：ITU-R M. 2083定義的IMT-2020(5G)關(guān)鍵能力指標(biāo)

5G相對于4G/LTE，對時延的要求更加苛刻。在5G后續(xù)發(fā)展中，需要無線網(wǎng)絡(luò)和承載網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)專家深入合作，制定更加明確和合理的時延指標(biāo)，更好支撐5G的發(fā)展。

綜上所述，隨著電子交易、高清視頻、云計算和未來5G等業(yè)務(wù)的發(fā)展，時延已經(jīng)成為通信網(wǎng)絡(luò)的重要性能指標(biāo)，低時延也將成為未來運營商網(wǎng)絡(luò)能力競爭的重要手段。在發(fā)達國家和國際市場的專線市場中，低時延電路已經(jīng)是一個專門的產(chǎn)品門類，時延已成為各大運營商專線業(yè)務(wù)的重要SLA和差異化指標(biāo)。

例如隸屬澳大利亞電信（Telstra）的海纜公司PACNET就將其兩個節(jié)點間的傳輸海纜專項按照時延性能分成低時延（Low Latency）、標(biāo)準時延（Standard Latency）和盡力而為（Best Effort）三個等級，并提供差異化定價。塔塔電信（TATA Communications）于2012年宣布建成全球低時延網(wǎng)絡(luò)，重點服務(wù)于全球的金融公司和高頻交易公司。Verizon也專門成立了服務(wù)于金融公司的部門（VFN:Verizon Financial Network），并與2012年推出了紐約、新澤西、芝加哥六大金融和交易數(shù)據(jù)中心之間的專用低時延網(wǎng)絡(luò)，其中最具有代表意義的CME芝加哥Cermak 路數(shù)據(jù)中心和新澤西Carteret 數(shù)據(jù)中心之間的傳輸專線雙向時延是14.5ms，比普通電路減少了40%。

審核編輯黃昊宇