工业网络的信息化发展先后经历了传感器网络、物联网阶段,正迈向以业务为核心的工业互联网时代。现有运营商网络通过设计冗余的承载路径来保证可靠承载,而工业互联网网络资源跨域且异构,在如何保证冗余路径可靠性的同时兼顾工业业务更高标准的实时可靠、确定性需求方面,需进一步研究。为此本文联合考虑了SFC时空维度的承载能力进行可靠性设计。主要工作如下:（1）研究了工业互联网虚拟化环境下,负责端到端业务承载的服务功能链（Service Function Chains,SFC）概念、需求以及特点,并对现有网络中保障端到端路径可靠承载的几类IP快速重路由（IP Fast Reroute,IPFRR）算法进行分析比较。基于此将冗余SFC的可靠性设计问题,抽象成图论中的多路径染色模型进行研究,在技术上将其归纳成IPFRR的优化问题,并在工程实施中,分为Day0蓝图阶段、Day1部署阶段和Day2运行维护阶段中的预编排、故障检测和故障修复三点内容。（2）研究了冗余SFC可靠性设计中的预编排、故障检测和故障修复三个关键技术。在预编排技术中,为提供冗余SFC的时空统一承载能力,设计了冗余SFC的预编排算法。算法考虑了割点和割边的环境,联合节点的非亲和和路径的非相关性部署以及资源的可靠性和时间性指标,达到主备份SFC间的等价确定非相关效果。在故障检测技术中,为提高冗余SFC保护的持久性,联合双向转发检测机制（Bidirectional Forwarding Detection,BFD）和令牌桶算法设计了业务感知的跨层故障检测算法（Cross-layer Fault Detection,CLFD）。CLFD算法延伸了BFD节点间的单向检测思想来保证端到端检测的时效性,并通过令牌桶提供的缓存能力解决工业业务流突发情况下的检测效率低的问题。在故障修复技术中,考虑到CLFD检测在多染色路径选择存在判决和切换准则不一致的问题,设计了分布式自动控制修复机制,通过设置切换前的随机退避以协商切换主控权的方式提高切换成功率。（3）联合了不同阶段的工程实施方案,本文以采集业务为例对三个关键技术的效果进行了仿真验证。结果显示,相较于其他保护方式,预编排算法提供的冗余SFC路径,在发生故障后体现在端到端业务准确响应的概率、丢包率以及时延变化指标上性能突出。与现有的故障检测方式和切换机制相比,CLFD检测算法在对故障的判决效率以及资源开销方面均表现优异,自动控制修复机制下的切换成功率则表现最优。最后综合三个技术来看,本文所提的确定性保护策略相比其他组合方案在提升业务承载的可靠性上具有显著的提升。