IEC 634482025 低延迟和超低延迟通信和控制系统标准立项发展报告

低延迟和超低延迟通信和控制系统标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:LowandUltra-lowLatencyCommunicationandControlSystems摘要随着工业自动化、远程医疗、智能交通、增强现实/虚拟现实（AR/VR）以及沉浸式多媒体交互等应用场景的迅猛发展，传统通信系统在延迟性能上已无法满足日益严苛的实时性需求。在此背景下，低延迟和超低延迟通信与控制技术成为全球信息通信产业竞争的战略制高点。IEC63448:2025《低延迟和超低延迟通信和控制系统》由国际电工委员会（IEC）正式发布，填补了该领域国际标准空白。本报告系统梳理了该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容及其产业应用价值。标准围绕端到端延迟的量化指标体系、系统架构参考模型、同步机制与调度策略、确定性流控及安全可靠性要求等核心维度，构建了覆盖通信与控制一体化场景的通用技术框架。报告指出，该标准的发布为设备制造商、系统集成商及行业用户提供了统一的技术依据，对推动低延迟技术在工业互联网、远程手术、自动驾驶等领域的规模化部署具有重要指导意义。面向未来，随着6G、时间敏感网络（TSN）及边缘智能技术的持续演进，该标准将牵引低延迟通信与控制技术迈入体系化、生态化发展的新阶段。关键词：低延迟通信；超低延迟控制；实时系统；国际标准；IEC63448；时间敏感网络；确定性传输；通信与控制一体化Keywords:Low-latencycommunication;Ultra-lowlatencycontrol;Real-timesystems;Internationalstandard;IEC63448;Time-sensitivenetworking;Deterministictransmission;Communication-controlintegration一、引言1.1标准立项背景进入21世纪第三个十年，数字化浪潮推动物理世界与信息世界加速深度融合。工业4.0、智能制造、远程医疗、自动驾驶、沉浸式交互等前沿应用对通信系统的实时性提出了前所未有的要求。国际电信联盟（ITU）预测，到2030年全球实时交互类业务流量将占整体网络流量的45%以上。然而，传统基于TCP/IP体系的通信架构以"尽力而为"（Best-Effort）为设计理念，其非确定性的端到端延迟特性成为制约实时业务发展的根本瓶颈。在这一技术变革的十字路口，低延迟和超低延迟通信与控制技术应运而生。与传统的低延迟通信概念相比，该领域的研究范畴已超越单纯的数据传输速度优化，延伸至通信与控制的跨域协同设计：不仅要求数据在网络上快速传输，更要求在确定的时限内完成从感知、传输、决策到执行的全链路闭环控制。这种通信与控制一体化（Communication-and-ControlIntegration）的理念，对标准化工作提出了全新的挑战。国际电工委员会（IEC）作为全球最具权威性的国际标准化机构之一，长期以来致力于电子电工领域的国际标准制定。在工业通信标准化领域，IEC/TC65（工业过程测量控制和自动化技术委员会）已发布了IEC61784（工业网络行规）、IEC61158（现场总线）等一系列重要标准。然而，面对新兴的低延迟通信与控制需求，既有标准体系在延迟量化指标、端到端架构模型以及跨域协同机制等方面仍然存在结构性空白。1.2标准立项的必要性首先，从技术发展角度看，5GURLLC（超可靠低延迟通信）技术已确立e2e延迟不超过1ms的空中接口目标，但端到端的全链路延迟控制涉及终端处理、网络传输、边缘计算、云端协同等多个环节，缺乏统一的标准框架对这些环节的延迟贡献进行规范化定义和量化评估。IEEE802.1时间敏感网络（TSN）标准族定义了数据链路层的确定性传输机制，但如何与上层通信协议和应用层控制系统协同工作，尚缺乏跨层、跨域的系统级标准。其次，从产业应用角度看，低延迟通信与控制系统是一个典型的跨行业通用技术平台，其应用范围覆盖工业自动化（运动控制周期≤1ms）、智能电网（差动保护延迟≤10ms）、远程医疗（触觉反馈延迟≤50ms）、自动驾驶（V2X通信延迟≤20ms）等多个国民经济关键领域。各行业在推进低延迟应用时面临相同的基础性技术问题——如何定义、测量、评估和保障端到端延迟性能。缺乏统一的国际标准将导致各行业重复投入，形成"碎片化"的技术方案，阻碍跨行业协同与规模化部署。第三，从国际贸易角度看，低延迟通信设备与系统的全球贸易规模持续增长。世界贸易组织（WTO）技术性贸易壁垒协定（TBT协定）明确要求各成员国基于国际标准制定技术法规和合格评定程序。IEC63448:2025的发布，为全球低延迟通信与控制产品提供了统一的市场准入门槛和互操作性基础，有助于消除贸易壁垒、促进全球市场融合。综上所述，制定一项涵盖低延迟和超低延迟通信与控制系统的基础性国际标准，既具有迫切的产业需求牵引，也具备坚实的技术积累支撑。IEC63448:2025正是在这一时代背景下应运而生。二、标准主要内容概述IEC63448:2025是全球首项系统性地针对低延迟和超低延迟通信与控制系统制定基础性规范的国际标准。其核心目标在于为各类实时性要求严苛的应用场景建立一个通用的、可量化、可验证的技术框架。标准在结构编排上采用了"指标体系—架构模型—关键技术—安全评估"的递进逻辑，以下从五个核心维度展开阐述。2.1延迟量化指标体系标准在第一章规范性技术内容中系统定义了低延迟与超低延迟的量化边界和衡量方法。经广泛征集各行业应用需求并经多轮国际讨论，标准明确了延迟分类分级体系：-一般低延迟：端到端单向延迟在10ms至100ms区间。适用于远程监控、工业过程优化、音视频交互等对实时性有一定要求但容忍度相对宽松的应用场景。-低延迟：端到端单向延迟在1ms至10ms区间。适用于工业运动控制、电网保护控制、增强现实辅助作业等对实时性要求较高的场景。-超低延迟：端到端单向延迟小于1ms。适用于高频交易、神经外科远程手术、沉浸式虚拟现实交互等对时间极度敏感的前沿应用场景。同时，标准引入了一套多维延迟评估指标体系，包括：标称延迟（NominalLatency）、最差情况延迟（Worst-caseLatency）、延迟抖动（LatencyJitter）和延迟可靠性（LatencyReliability）。值得强调的是，标准明确提出延迟性能评估须结合负载条件、拓扑规模、故障注入等压力情景进行统计性刻画，要求提供延迟累积分布函数（CDF）曲线作为性能声明的基础依据，从而避免单一数值指标在实际复杂运行环境中的局限性。2.2系统架构参考模型标准定义了低延迟和超低延迟通信与控制系统的通用架构参考模型，将系统划分为三个平面和四个层次：三个平面包括：-数据平面：负责业务数据的低延迟传输与转发，核心关注延迟、抖动和吞吐量等性能指标；-控制平面：负责路径计算、资源调度、流控策略的制定与下发，核心关注策略的时效性和一致性；-管理平面：负责设备配置、性能监测、故障管理与运维支撑，核心关注系统的可观测性和可维护性。四个层次包括：-应用层：承载各类低延迟业务逻辑，提供标准化服务接口；-协同层：实现通信资源与控制策略的跨域协同，是该标准区别于传统通信标准的关键创新层次；-网络层：负责端到端路径选择、流量工程和拥塞控制；-接入与物理层：涵盖有线/无线接入技术和物理传输介质。这一"三平面四层次"的架构模型为不同行业、不同技术路线的低延迟系统设计提供了统一的结构化参考，促进了异构系统的互操作性和功能映射的清晰化。2.3时间同步与调度机制精确的时间同步是低延迟和超低延迟通信的基础前提。标准在时间同步方面采纳并扩展了IEEE1588精确时间协议（PTP）的核心机制，并针对低延迟场景提出了增强性要求：对于超低延迟应用，同步精度须优于±100ns；对于低延迟应用，同步精度须优于±1μs。在调度机制方面，标准充分吸收了时间敏感网络（TSN）的IEEE802.1Qbv时间感知整形器（TAS）、IEEE802.1Qbu帧抢占（FramePreemption）和IEEE802.1Qch循环排队与转发（CQF）等关键技术机制，并在此基础上针对通信与控制一体化场景提出了"协同调度"（CooperativeScheduling）的新机制。协同调度的核心创新在于将计算任务的执行时序与网络传输的时间窗口进行联合优化，打破传统"计算完成后才开始传输"的串行模式，实现"边计算、边传输"的流水线处理架构，从而在系统级层面有效压缩端到端的感知-决策-执行闭环总时间。这一机制填补了TSN标准族只关注网络传输环节而缺乏计算与通信联合调度规范的空白。2.4确定性流量控制与可靠性保障低延迟通信系统不仅要求"快"，更要求"确定"。标准在流量控制方面引入了基于流（Flow-based）的细粒度管理机制，每个数据流在入网前需进行流量特征声明（包括周期、帧长、优先级、截止时间等参数），由网络控制器统一进行资源预留和路径计算。在可靠性保障方面，标准提出了多层次冗余机制选择指南：对于超低延迟场景，推荐采用1+1硬件冗余保护配合即时故障切换（切换时间≤50μs）方案；对于一般低延迟场景，允许采用LAG链路聚合、前向纠错（FEC）等轻量级保护方案。同时，标准引入了"确定性延迟预算"（DeterministicLatencyBudget）的分配方法论的规范性附录，指导系统设计者将端到端延迟目标逐级分解为各网络节点、各协议层的延迟预算子目标，确保各环节的设计和验证有据可依。2.5安全性要求标准专辟一章阐述低延迟和超低延迟通信与控制系统的安全性要求，涵盖功能安全与网络安全两个维度。在功能安全方面，标准参考IEC61508（电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全）的框架，对低延迟控制系统提出了安全完整性等级（SIL）的映射要求，明确了不同SIL等级下通信系统的最大允许延迟、最大允许丢包率以及故障反应时间等关键参数。在网络安全方面，标准引入了"零信任"（ZeroTrust）安全架构理念，要求在低延迟系统中实施微隔离策略（Micro-segmentation），将潜在攻击面限制在最小范围。对于涉及物理控制的场景，标准特别强调了对指令注入攻击（CommandInjectionAttack）、重放攻击（ReplayAttack）和拒绝服务攻击（DoSAttack）的防护要求，并要求所有安全机制本身的引入不允许对外宣称的延迟性能产生超过5%的劣化影响——这一量化约束在既有国际标准的网络安全章节中尚属首创。三、主要参与单位介绍IEC63448:2025的制定汇聚了全球多个国家的顶尖科研机构和产业领袖的智慧和力量。标准制定工作主要由IEC/TC65（工业过程测量控制和自动化技术委员会）下设的WG16工作组（低延迟通信与控制）牵头推进，同时与IEC/TC100（音频、视频和多媒体系统与设备技术委员会）、ISO/TC184（自动化系统与集成技术委员会）以及IEEE802.1工作组建立了密切的联络协作机制。在众多参与单位中，德国西门子公司（SiemensAG）作为IEC/TC65的长期核心成员和WG16工作组的联合召集人单位，在标准制定过程中发挥了不可替代的技术引领作用。西门子公司总部位于德国慕尼黑和柏林，是全球领先的工业自动化、数字化和电气化解决方案供应商，业务覆盖工业、基础设施、交通和医疗等广泛领域。在低延迟通信与控制技术领域，西门子积累了超过二十年的深厚技术底蕴。其SIMATIC系列可编程逻辑控制器（PLC）在高速运动控制场景中已实现125μs级的确定性通信周期，代表着当今工业实时控制领域的最高水平之一。在此次标准制定过程中，西门子主要贡献集中在以下三个方面：一是将其在工业实时以太网（ProfinetIRT）领域积累的延迟测量方法和工程实践经验提炼为通用的标准草案文本，特别是在延迟指标的统计评估方法和测试规范方面提供了大量一手实验数据；二是主导了"协同调度"机制的框架设计，将工业实践中验证有效的"PLC程序周期与网络传输周期联合规划"方法论推广为通用架构要求；三是凭借其在全球工业自动化市场的广泛影响力，协调了来自欧洲、亚洲和北美多个国家的立场分歧，有效推动了标准草案在CD（委员会草案）和FDIS（最终国际标准草案）阶段的顺利推进。除西门子外，标准制定过程中的其他关键贡献方还包括：日本横河电机株式会社（YokogawaElectricCorporation）在无线低延迟通信的延迟测量方法方面提供了重要输入，其在工业无线传感器网络（ISA100.11a）领域的丰富实践经验为标准的无线接入部分提供了有力支撑；中国信息通信研究院（CAICT）在5GURLLC与工业控制融合的标准化需求方面贡献了系统性的研究成果，代表中国在标准的技术框架讨论中提出了多项具有建设性的修改意见。各参与方的通力协作确保了该标准既具备技术领先性，又兼顾了不同国家和地区的产业实际。这些来自全球产学研各界的权威专家通过多轮面对面工作会议及线上技术讨论，历时约36个月，从最初的新工作项目提案（NP）到最终国际标准正式出版（FDIS），凝聚了全球在低延迟通信与控制领域最前沿的技术共识与工程智慧。四、标准的特点与创新4.1首创"通信-控制"一体化视角与既有标准往往仅关注通信传输层面的延迟性能不同，IEC63448:2025首次在国际标准层面将通信系统与控制系统纳入统一框架进行考量。这一创新的核心体现在标准中"闭环延迟"（Closed-loopLatency）概念的引入——即从传感器数据采集、经网络传输、到控制器决策、再经网络下发至执行器动作的完整闭环时间。标准明确要求系统的延迟性能评估必须基于全链路闭环视角，而非仅关注单一网段的传输延迟。4.2构建多维延迟指标体系标准打破传统的单一"平均延迟"指标，构建了包含标称延迟、最差情况延迟、延迟抖动和延迟可靠性在内的四维指标矩阵。这一多维体系使不同行业的应用能够根据自身需求选取合适的延迟性能维度进行系统设计和验证。例如，工业运动控制最关注最差情况延迟，而高清视频交互则更关注延迟抖动。这种"分维度定标"的方法论为低延迟系统的研发、测试和验收提供了精细化的技术依据。4.3引入分层级延迟目标框架标准创新性地提出了分层级延迟目标框架（TieredLatencyTargetFramework），将端到端延迟目标划分为"预算层—分配层—验证层"三个层次。在预算层，系统设计者确定端到端延迟的上限目标；在分配层，将该目标逐级分解到各子系统、各节点的延迟预算子目标；在验证层，通过测量和仿真手段验证每个子目标的达成情况。这一框架借鉴了系统工程中"需求-分配-验证"的成熟方法论，为低延迟系统的工程化开发提供了规范化的流程指导。4.4强调部署场景导向的配置指南考虑到不同应用场景对延迟需求的显著差异，标准在规范性附录中提供了面向典型应用场景的配置指南。附录针对工业运动控制、智能电网保护、远程医疗、增强现实/虚拟现实等场景，给出了具体的延迟目标建议值、推荐的技术选型组合以及系统配置示例。这种"场景导向"的标准编写方式，有效降低了标准在实际项目中的落地门槛，提升了标准的可操作性和实用性。4.5兼容并扩展既有技术标准体系标准在制定过程中高度重视与既有国际标准体系的兼容性。在时间同步方面兼容IEEE1588，在数据链路层确定性机制方面兼容IEEE802.1TSN系列标准，在功能安全方面兼容IEC61508，在工业通信应用行规方面兼容IEC61784。这种"站在巨人肩膀上"的标准策略，使得IEC63448:2025能够无缝嵌入现有的技术生态体系，降低了产业界采纳新标准的迁移成本。五、标准发布的影响与应用前景5.1对产业界的引导作用IEC63448:2025的正式发布，为全球低延迟通信与控制设备供应商提供了统一的技术规范和市场准入门槛。标准中明确的多维延迟指标体系、系统架构参考模型和测试评估方法，