艾銻知識(shí) |一文讀懂時(shí)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(wú)限 瀏覽量：

   
 
我在上學(xué)的時(shí)候就看過(guò)這樣一個(gè)故事,是說(shuō)豐田汽車(chē)公司生產(chǎn)線(xiàn)發(fā)生了事故,他的管理者透過(guò)提問(wèn)的方式找到了這次事故的根本原因,那時(shí)候自己還不是教練,只是覺(jué)得這個(gè)管理者很厲害,可以透過(guò)提問(wèn)就能找到問(wèn)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(lái)創(chuàng)業(yè),經(jīng)歷的事越來(lái)越多,發(fā)現(xiàn)這種追問(wèn)方式有時(shí)有效,有時(shí)也是沒(méi)有效的,有效的是能解決當(dāng)下的問(wèn)題,無(wú)效的是問(wèn)題還會(huì)經(jīng)常重復(fù)性發(fā)生.當(dāng)時(shí)并沒(méi)有領(lǐng)悟到問(wèn)題的根源是什么,只是覺(jué)得可能自己的能力有限,后來(lái)學(xué)習(xí)了教練,開(kāi)始給企業(yè)高管和CEO做教練時(shí),逐漸發(fā)現(xiàn)這樣的提問(wèn)為什么只能解決當(dāng)下發(fā)生的問(wèn)題,原因是管理者的焦點(diǎn)只放在這件事情的本身,而沒(méi)有真正關(guān)注到人,人是一切問(wèn)題的根源.
   
 
讓我們來(lái)看一下關(guān)注事的提問(wèn)和關(guān)注人的提問(wèn)兩個(gè)版本到底有什么不同:
 
關(guān)注事的版本:
 
豐田汽車(chē)公司前副社長(zhǎng)大野耐一，用5Why法追問(wèn)生產(chǎn)線(xiàn)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(xiàn)上的機(jī)器總是停轉(zhuǎn)，工人修過(guò)多次但仍不見(jiàn)好轉(zhuǎn)。他忍不住問(wèn)工人：
 
一問(wèn)：“為什么機(jī)器停了?”
答：“因?yàn)槌^(guò)了負(fù)荷，保險(xiǎn)絲就斷了。”
 
二問(wèn)：“為什么超負(fù)荷呢?”
答：“因?yàn)檩S承的潤(rùn)滑不夠。”
 
三問(wèn)：“為什么潤(rùn)滑不夠?”
答：“因?yàn)闈?rùn)滑泵吸不上油來(lái)。”
 
四問(wèn)：“為什么吸不上油來(lái)?”
答：“因?yàn)橛捅幂S磨損、松動(dòng)了。”
 
五問(wèn)：“為什么磨損了呢?”
再答：“因?yàn)闆](méi)有安裝過(guò)濾器，混進(jìn)了鐵屑等雜質(zhì)。噢……我們這就去安裝。”
 
經(jīng)過(guò)連續(xù)五次不停地問(wèn)“為什么”, 工人找到問(wèn)題的真正原因和解決方法。
 
關(guān)注人的版本:
 
一問(wèn)：“發(fā)生了什么?”
答：“我們的機(jī)器修過(guò)了好多次都沒(méi)有解決問(wèn)題,也不知道怎么了.”
 
二問(wèn)：“如果你經(jīng)常生病,也經(jīng)常去醫(yī)院,但總還是生病,你會(huì)如何思考?”
答：“我可能會(huì)想是不是這家醫(yī)院有問(wèn)題,或者這個(gè)醫(yī)生不行,但每次來(lái)的時(shí)候他都能給冶好,隔幾天又發(fā)生了狀況,這會(huì)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(wèn)題,從醫(yī)院和自身兩個(gè)方面入手來(lái)思考這個(gè)問(wèn)題吧.”
 
三問(wèn)：“非常好的思考方式,這樣的思考如果放在這臺(tái)機(jī)器上,你會(huì)有什么發(fā)現(xiàn)?”
答：“我覺(jué)得也可以從兩個(gè)方面入手,一方面是否我們的修理能力有問(wèn)題,我們可以找其他師傅來(lái)試試,還有一方面,不一定是我們能力問(wèn)題,有可能是這臺(tái)機(jī)器與其它設(shè)備連接原因,可以檢查一下和這臺(tái)設(shè)備有關(guān)的所有方面,看是否能找到根本的原因.”
 
四問(wèn)：“你這樣思考的好處是什么?”
答：“這樣思考就能讓我看清整個(gè)問(wèn)題系統(tǒng)的原因,而不是緊盯在這個(gè)問(wèn)題上,還能讓我打開(kāi)更多的思路,這樣下次遇到類(lèi)似問(wèn)題的時(shí)候,我就能立刻找到問(wèn)題的本質(zhì),而不是在同一個(gè)問(wèn)題上不斷重復(fù)處理浪費(fèi)時(shí)間.
 
五問(wèn)：“還有什么呢?”
答：“這對(duì)我自身的能力也是極大的提高,也會(huì)讓我從一個(gè)修理工的思維變成一個(gè)管理工程師的思維,在未來(lái)我相信自己也能成為一名團(tuán)隊(duì)的管理人員.”
 
六問(wèn)：“好的非常棒,那你覺(jué)得這件事你什么時(shí)間能處理完呢?”
答：“立刻,馬上來(lái)系統(tǒng)全面的檢查,我相信一會(huì)就能找到根本原因,徹底的解決這個(gè)問(wèn)題.”
 
七問(wèn)：“好的,透過(guò)這次談話(huà),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(méi)有告訴我怎么做,卻啟發(fā)了我的思維,讓我看見(jiàn)自己是有能力解決一切的問(wèn)題,只是以前給了自己太多的限制,在修不好的時(shí)候,內(nèi)心里就已經(jīng)下了決定,這個(gè)機(jī)器就是壞的,就是有問(wèn)題的,怎么修都不會(huì)修好的,基于結(jié)果我證明自己是對(duì)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(kāi)自己的思維,去看見(jiàn)自己想要的未來(lái),我相信,這對(duì)于我一生的成長(zhǎng)都是至關(guān)重要的,謝謝您.”
 
八問(wèn)：“好的,加油,期待你成長(zhǎng)過(guò)程中的好消息.”
   
?透過(guò)上面的案例我們發(fā)現(xiàn),關(guān)注人的提問(wèn),焦點(diǎn)始終放在這個(gè)人身上,這個(gè)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(shí)候,他的世界也就變了,他世界里遇到的問(wèn)題也都不是問(wèn)題了,我相信下次這個(gè)人在遇到類(lèi)似這些問(wèn)題時(shí),他就會(huì)啟動(dòng)自主的思考,從而一一化解.
 
關(guān)注事的提問(wèn)者只能算是個(gè)管理者,這個(gè)管理者只是運(yùn)用了提問(wèn)的技巧,機(jī)械式的解決了當(dāng)下遇到的問(wèn)題.而關(guān)注人的提問(wèn),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(dòng)了人的生命力,他知道人產(chǎn)生問(wèn)題最大的根源是自我設(shè)限,所以很多時(shí)候我們的困難和挑戰(zhàn),不是沒(méi)有能力去實(shí)現(xiàn),而是沒(méi)有打開(kāi)自己的能量,讓自己的能力釋放出來(lái),才會(huì)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(kāi),每個(gè)人都將無(wú)所不能.
 
無(wú)論是在生活中,還是在企業(yè)中,我們遇到的每個(gè)人都是創(chuàng)造力的天才,但很多時(shí)候就像掉進(jìn)了泥潭中,有力卻無(wú)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(gè)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(gè)人就能幫你從泥潭中走出來(lái),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(shí) |一文讀懂時(shí)延敏感網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度整形機(jī)制

一、什么是時(shí)延敏感網(wǎng)絡(luò)
時(shí)延敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN, Time Sensitive Network)是指能保證時(shí)延敏感流的服務(wù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)低時(shí)延、低抖動(dòng)和零丟包率的網(wǎng)絡(luò)。
時(shí)延敏感流可分為周期時(shí)延敏感流(PTS, Periodic Time Sensitive)，比如工廠(chǎng)里的循環(huán)控制指令、同步信息，和非周期/零星時(shí)延敏感流(STS，Sporadic Time Sensitive)，比如事件告警信息。
對(duì)于周期時(shí)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(jí)時(shí)鐘同步，其最早的思想來(lái)自時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)(TTE, Time-Triggered Ethernet)，當(dāng)前研究的機(jī)制包括時(shí)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(duì)于零星時(shí)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(shí)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(guò)來(lái)了對(duì)不對(duì)?沒(méi)關(guān)系，忘掉以上名詞，接下來(lái)小編將帶領(lǐng)大家化繁為簡(jiǎn)、抽絲剝繭、撥云見(jiàn)日，直擊時(shí)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(gè)部分;整形是指流量整形，通過(guò)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(shí)延、低抖動(dòng)和零丟包率
那么時(shí)延敏感網(wǎng)絡(luò)如何才能實(shí)現(xiàn)低時(shí)延呢?首先，網(wǎng)絡(luò)的每跳時(shí)延可分為鏈路傳播時(shí)延、交換機(jī)處理時(shí)延、出端口排隊(duì)時(shí)延三部分，而端到端時(shí)延為逐跳時(shí)延求和。鏈路時(shí)延和處理時(shí)延基本為固定值，所以減少時(shí)延必須要減少排隊(duì)時(shí)延，即時(shí)延敏感網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)就是不排隊(duì)：先通過(guò)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列將時(shí)延敏感流和盡力而為流隔開(kāi)，再?gòu)臅r(shí)間上(劃分時(shí)隙)或空間上(規(guī)劃路由)將同樣的時(shí)延敏感流隔開(kāi)。 實(shí)現(xiàn)低時(shí)延后，包在交換機(jī)里的停留時(shí)間很短，包的累積不會(huì)超過(guò)隊(duì)列緩沖區(qū)大小，從而實(shí)現(xiàn)零丟包率;同時(shí)，抖動(dòng)是指時(shí)延的變化差值，低時(shí)延降低了最壞時(shí)延，讓時(shí)延上界靠近時(shí)延下界，減小了時(shí)延的變化區(qū)間，從而也實(shí)現(xiàn)了低抖動(dòng)。

四、PTS的頭號(hào)問(wèn)題：配置時(shí)隙
傳統(tǒng)的以太網(wǎng)采用“盡力而為”的轉(zhuǎn)發(fā)，無(wú)法保證包的端到端最壞時(shí)延，時(shí)延敏感網(wǎng)絡(luò)采用類(lèi)似時(shí)分復(fù)用的方式，為每一個(gè)包配置時(shí)隙，保證其有足夠的時(shí)間進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。以下總結(jié)三種基于時(shí)間的調(diào)度整形機(jī)制和一個(gè)時(shí)隙配置模型。

• 時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)(TTE)：把時(shí)間戳打在包上，通過(guò)時(shí)間表控制包的發(fā)送，讓每個(gè)包自己知道自己的發(fā)送時(shí)間，在發(fā)包側(cè)就將各個(gè)包的發(fā)送時(shí)間隔開(kāi)，嚴(yán)格保證時(shí)延抖動(dòng)滿(mǎn)足要求。
• 時(shí)間感知整形(TAS)：利用優(yōu)先級(jí)門(mén)控隊(duì)列，即在優(yōu)先級(jí)隊(duì)列后加上門(mén)控開(kāi)關(guān)，通過(guò)門(mén)控時(shí)間表控制門(mén)控開(kāi)關(guān)的打開(kāi)閉合來(lái)保證時(shí)延抖動(dòng)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(jí)的包得到穩(wěn)定的間隔轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間，同時(shí)PTS流之間依然要將發(fā)包時(shí)間隔開(kāi)，時(shí)延抖動(dòng)保證效果才最好。比如每跳時(shí)延為T(mén)，共有n跳，則可保證端到端時(shí)延最大為nT。和TTE相比，讓優(yōu)先級(jí)隊(duì)列決定包何時(shí)被轉(zhuǎn)發(fā)，降低了對(duì)發(fā)端的要求，同時(shí)時(shí)延抖動(dòng)保證粒度也會(huì)弱一些。
• 循環(huán)排隊(duì)轉(zhuǎn)發(fā)(CQF)：把TAS里只用一個(gè)最高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列來(lái)接收時(shí)延敏感流，變?yōu)橛闷媾純蓚€(gè)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(wèn)題，如果兩個(gè)PTS流同時(shí)到達(dá)了，必有一個(gè)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(gè)PTS流轉(zhuǎn)發(fā)，即一個(gè)周期T，自己再轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)周期T，假設(shè)共有n跳，則端到端時(shí)延可保證最大為2nT。

時(shí)隙配置模型：時(shí)隙的配置問(wèn)題等同于二進(jìn)制背包問(wèn)題，是一個(gè)NP-hard問(wèn)題，時(shí)延敏感網(wǎng)絡(luò)的流量調(diào)度和時(shí)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(hù)配置(CUC)采集各個(gè)發(fā)端的發(fā)包周期、包大小、流大小、對(duì)時(shí)延抖動(dòng)的要求等信息，以及網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔ⅲ⑦@些信息作為輸入，放入時(shí)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(xiàn)性規(guī)劃(ILP)或可滿(mǎn)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(mǎn)足這些約束條件的一個(gè)時(shí)隙配置方案，并可采用離線(xiàn)靜態(tài)或者在線(xiàn)增量式的方法進(jìn)行配置下發(fā)。
五、PTS的衍生問(wèn)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?duì)稱(chēng)、存在多個(gè)分支節(jié)點(diǎn)時(shí)，得到毫無(wú)排隊(duì)的時(shí)隙配置會(huì)非常困難，下游聚合節(jié)點(diǎn)會(huì)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(xiàn)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(gè)小時(shí)，然后進(jìn)行部署，當(dāng)有新的設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要考慮逐個(gè)的規(guī)劃時(shí)延敏感流的時(shí)隙配置，同時(shí)保證已下發(fā)的配置不受影響。目前結(jié)合SDN進(jìn)行時(shí)延敏感網(wǎng)絡(luò)增量調(diào)度是一個(gè)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(shí)延敏感流時(shí)，很有可能與周期時(shí)延敏感流的轉(zhuǎn)發(fā)產(chǎn)生沖突，擾亂已有的時(shí)隙配置。混合時(shí)延敏感流調(diào)度是當(dāng)前還沒(méi)有解決的一個(gè)問(wèn)題。

六、PTS的共流問(wèn)題：考慮混合流的QoS和網(wǎng)絡(luò)利用率
共流問(wèn)題也叫做混合流問(wèn)題，時(shí)延敏感網(wǎng)絡(luò)的流量可以分為三類(lèi)：時(shí)延敏感流(TS)，速率限制流(RT)和盡力而為流(BE)。其中時(shí)延敏感流已在第一節(jié)介紹;速率限制流是指專(zhuān)業(yè)音視頻等有一定時(shí)延抖動(dòng)要求，同時(shí)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(jí)等級(jí)上，TS > RT > BE，一般是轉(zhuǎn)發(fā)完TS流后，剩余的時(shí)隙用來(lái)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(gè)網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源利用率。

七、PTS的隱藏問(wèn)題：時(shí)鐘漂移、廣域時(shí)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(gè)大前提，那就是嚴(yán)格的全網(wǎng)時(shí)鐘同步，但由于溫度等原因，時(shí)鐘會(huì)產(chǎn)生漂移，一次時(shí)隙沒(méi)有對(duì)齊，就會(huì)導(dǎo)致包無(wú)法在預(yù)計(jì)的時(shí)刻被發(fā)送完，導(dǎo)致整個(gè)調(diào)度出現(xiàn)嚴(yán)重問(wèn)題，只能重啟設(shè)備。
同時(shí)，當(dāng)前的時(shí)鐘同步機(jī)制只能保證7跳以?xún)?nèi)大小的局域網(wǎng)內(nèi)的時(shí)鐘同步，如何實(shí)現(xiàn)廣域的時(shí)鐘同步，在更大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)時(shí)延抖動(dòng)的保障，同時(shí)還要考慮實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)成本，這些問(wèn)題都有待討論。