FlexE分析

概述

FlexE全称为Flex Ethernet,中文译为灵活以太网，它是在传统以太网的基础上提出的一种能够在承载网侧实现接口隔离和网络切片的技术，它基于IEEE 802.3标准在传统以太网网络模型的MAC层和PHY层新添加了一个逻辑子层shim层，将MAC和PHY层解耦，实现了MAC端速率和物理层速率的灵活匹配。FlexE 1.0标准由OIF组织在2015年提出，后于2017年提出了FlexE 2.0标准，增强对移动承载网的叙述。

FlexE的通用架构如下图所示，其中FlexE Client是以太网MAC端的数据流，FlexE Group包含了多组传统标准以太网PHY，而FlexE Shim则将Client端的数据流分发到PHY组上，然后在另一端从PHY组上反映射到Client端。Shim层在映射过程中将Client端的数据流划分为一个个64B/66B的Block，然后将PHY组按照Slot划分,让PHY组的一个或者多个Slot承载Client端的64B/66B Block数据流。这种Client/Group承载映射机制决定了FlexE技术可以实现三个功能，即通道化、捆绑和子速率。

带宽 

煤矿井下存在着多种业务需求，例如煤矿安全监控、矿井监控、人员及车辆定和设备定位、视频监控、语音通信、5G通信等业务^[1]，要能够在切片网络中分配的不同信道上传输，且保证井下发生灾害或者设备断电后依然不影响信道的分配。这要求井下的切片网络隔离性强。而FlexE的分发机制定义了三个功能：捆绑、子速率和通道化。其中通道化可以实现不同端口数据流的物理切片和物理隔离^[2]。通道化可以让多个MAC端数据流经Shim层共享PHY组，各个数据流根据带宽分发到PHY组中划分的一个或者多个Slot上，各个时隙之间且相互隔离。而捆绑功则能实现数据大带宽传输，Client端按需被分配Slot,实现了带宽的灵活划分。

时延与抖动

在时延与抖动上，FlexE切片技术可实现超低时延转发和稳定的抖动。在煤矿井下应用切片技术，不同切片技术主要在处理时延上有很大不同。FlexE技术层次是在传统以太网的MAC层和PHY层之间，属于L1.5层技术，FlexE技术通过时隙交叉技术可以使得数据流在设备上实现低层转发，节点设备无需对数据业务进行解析，降低了设备对数据的处理时延，设备近乎实时完成数据业务的转发，单个设备数据转发时延可小于0.5us^[3],能够承载矿井下工业控制级别的超低时延业务:传输采掘设备的控制命令、高清视频的实时传输等。超稳定的抖动转发，单设备数据转发时延抖动小于0.1us^[3]，保证业务的实时性。

颗粒度

在颗粒度划分上，FlexE 1.0标准规定100GE的PHY划分为20个Slot^[4],每个Slot颗粒度为5G^[4]，而最新FlexE 2.1技术标准在最初版本上对颗粒度进行了更加细致的划分，由原来的5G颗粒度细致为现在的1G^[5]，颗粒度划分更加细致，隔离性能更好。

可靠性

在可靠性上，FlexE Tunnel技术提供保护功能。当业务数据在其中一条Tunnel中出现故障时，可以将业务数据快速的倒换到另一条Tunnel中传输，这种保护方式分为1+1保护和1:1保护。且由于FlexE的保护切换是在物理层实现的，因此保护倒换时间可低至1ms^[6]。