中國聯(lián)通攜手烽火通信和北郵發(fā)布《光網(wǎng)絡(luò )數字孿生技術(shù)白皮書(shū)》

  黨的二十大報告提出，要加快建設網(wǎng)絡(luò )強國、數字中國，加快發(fā)展數字經(jīng)濟。在不久前召開(kāi)的中國聯(lián)通合作伙伴大會(huì )上，中國聯(lián)通提出將進(jìn)一步加速推動(dòng)數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化在更廣領(lǐng)域實(shí)現更高質(zhì)量、更深層次的發(fā)展以實(shí)現中國式現代化。

  大會(huì )同期，作為“全光自智網(wǎng)技術(shù)創(chuàng )新”成果內容之一，中國聯(lián)通聯(lián)合烽火通信、北京郵電大學(xué)聯(lián)合發(fā)布《中國聯(lián)通光網(wǎng)絡(luò )數字孿生技術(shù)白皮書(shū)》，白皮書(shū)分析了現有光網(wǎng)絡(luò )智能化面臨的問(wèn)題與挑戰，結合未來(lái)光網(wǎng)絡(luò )將逐步向“規劃、建設、維護、優(yōu)化、運營(yíng)”全生命周期的智能化、前瞻化、自動(dòng)化演進(jìn)發(fā)展的趨勢，提出了光網(wǎng)絡(luò )數字孿生技術(shù)體系，系統闡述了光網(wǎng)絡(luò )精準感知、仿真建模以及模型編排與數模融合等數字孿生關(guān)鍵技術(shù)，并結合光網(wǎng)絡(luò )全生命周期、全流程閉環(huán)互通互動(dòng)深入分析了數字孿生典型應用場(chǎng)景，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )數字化、感知實(shí)時(shí)化、仿真在線(xiàn)化的共同創(chuàng )新底座，支撐實(shí)現“四零四自”的自智光網(wǎng)絡(luò )。

  頂層架構設計描繪數字孿生發(fā)展框架

  在白皮書(shū)中描繪了光網(wǎng)絡(luò )數字孿生體系架構，自下而上分為光網(wǎng)絡(luò )層、光網(wǎng)絡(luò )數字孿生系統層、應用層。

  ? 光網(wǎng)絡(luò )層是物理空間中需要進(jìn)行數字孿生仿真建模的物理實(shí)體，包括光器件、光模塊、板卡、設備、系統及網(wǎng)絡(luò )等。

  ? 光網(wǎng)絡(luò )數字孿生系統層是實(shí)現光網(wǎng)絡(luò )從器件、網(wǎng)絡(luò )和業(yè)務(wù)的多層次孿生建模的主體，包括數據層、孿生模型層和孿生體管理。

  ? 應用層可以包含規劃、建設、維護、優(yōu)化、運營(yíng)等多方面的網(wǎng)絡(luò )創(chuàng )新技術(shù)及應用；通過(guò)孿生系統輸入需求，經(jīng)過(guò)意圖翻譯后，驅動(dòng)孿生體管理模塊進(jìn)行模型調用與編排；仿真結果經(jīng)過(guò)充分驗證后，反饋給應用層，或者通過(guò)管控平臺下發(fā)至物理實(shí)體網(wǎng)絡(luò )。

  光網(wǎng)絡(luò )數字孿生體系架構

  三大重點(diǎn)技術(shù)支撐全生命周期智能化需求

  光網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)龐大復雜的系統，針對光網(wǎng)絡(luò )物理實(shí)體及運行機理構建數字孿生系統面臨巨大挑戰，應對挑戰的關(guān)鍵是突破仿真建模、精準感知、模型編排與數模融合三類(lèi)重點(diǎn)技術(shù)。白皮書(shū)認為，上述三類(lèi)技術(shù)突破將從不同維度為構建數字孿生系統奠定基礎。

  精準感知技術(shù)：光網(wǎng)絡(luò )精準感知的重點(diǎn)與難點(diǎn)在于光網(wǎng)絡(luò )數據的采集、融合與挖掘。光網(wǎng)絡(luò )數據既包括業(yè)務(wù)、配置、性能、告警等光網(wǎng)絡(luò )運行狀態(tài)數據，也包括功率譜、噪聲譜和增益譜等影響光網(wǎng)絡(luò )運行狀態(tài)的光參數據。光網(wǎng)絡(luò )數字孿生系統可采用統一的數據采集系統/模塊，通過(guò)傳感探測、光性能監測、交互協(xié)議等多種采集/感知技術(shù)，實(shí)現對物理器件、傳輸系統和光網(wǎng)絡(luò )等多源異構數據的動(dòng)態(tài)采集和高速傳輸，實(shí)現對光鏈路衰減、光信噪比、非線(xiàn)性損傷等多種性能指標的感知。

  仿真建模技術(shù)：從理論上完成物理光網(wǎng)絡(luò )關(guān)鍵要素之間形式化、數量化描述，將光網(wǎng)絡(luò )傳輸機理和規律以算法模型的形式存儲在計算機中。評價(jià)仿真建模技術(shù)的關(guān)鍵指標是誤差。光網(wǎng)絡(luò )物理實(shí)體與數理模型之間很難達到百分之百的仿真精確度，對于數字孿生系統而言，通過(guò)各種仿真建模技術(shù)不斷完善孿生模型，確保模型誤差小于應用場(chǎng)景所承受的最小仿真誤差。

  模型編排與數模融合技術(shù)：模型編排與數模融合是將業(yè)務(wù)場(chǎng)景、仿真模型、感知數據聯(lián)系在一起的關(guān)鍵技術(shù)。仿真模型是靜態(tài)的、理論的、抽象的，感知數據能動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、真實(shí)反映光網(wǎng)絡(luò )運行狀況。數字孿生系統根據不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景要求，將不同模型實(shí)例進(jìn)行編排，選用適合的調度算法為仿真模型分配內存和處理器等資源，創(chuàng )建孿生模型實(shí)例，完成狀態(tài)數據與模型實(shí)例的融合，將仿真建模結果可視化呈現或通過(guò)外部接口提供數字孿生仿真能力。

  抓緊光通信網(wǎng)絡(luò )發(fā)展重大新機遇

  隨著(zhù)光網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)量的增多，光網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)數量的快速增長(cháng)，傳統OPM 逐漸無(wú)法滿(mǎn)足應用需求。特別是在動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)場(chǎng)景下，光性能監測時(shí)效性不足，將極大影響業(yè)務(wù)快速開(kāi)通與恢復?；跀底謱\生的快速業(yè)務(wù)發(fā)放，結合實(shí)時(shí)精準感知能力和在線(xiàn)模擬能力，根據用戶(hù)意圖，通過(guò)歷史狀態(tài)及智能分析能力進(jìn)行最優(yōu)路徑尋找和選擇，在孿生域進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)計算分析，綜合評估當前路徑性能是否滿(mǎn)足業(yè)務(wù)建立的需求，提升最優(yōu)業(yè)務(wù)的發(fā)放能力。

  其次在現網(wǎng)中，由于性能損傷導致光層故障多且影響范圍大、故障處理周期長(cháng)成本高、故障難以提前預測等問(wèn)題。傳統運維手段無(wú)法在故障發(fā)生之前提前識別網(wǎng)絡(luò )性能下降的風(fēng)險。將數字孿生用于光網(wǎng)絡(luò )性能實(shí)時(shí)評估，能夠快速提前找到性能異常點(diǎn)、提前判斷性能趨勢,針對已存在或預測性問(wèn)題構建傳輸優(yōu)化模型，給定優(yōu)化方案，并能夠在孿生系統中進(jìn)行仿真驗證，從而大大提升光網(wǎng)絡(luò )管理運維的效率，提高智能化網(wǎng)絡(luò )管理水平。

  除此之外，光網(wǎng)絡(luò )數字孿生可以模擬已發(fā)生或者未發(fā)生故障，根據模擬計算的結果分析可能的故障根源，從而進(jìn)行溯源或者預防方案的制定，輔助光網(wǎng)絡(luò )系統具有更快的問(wèn)題定位能力、更強的自愈能力。

  產(chǎn)學(xué)研通力合作助力自智光網(wǎng)絡(luò )

  隨著(zhù)時(shí)代發(fā)展，光網(wǎng)絡(luò )數字孿生勢必會(huì )成為網(wǎng)絡(luò )智能運維的必要手段，國際電信聯(lián)盟電信標準化部（ITU-T）在面向未來(lái)網(wǎng)絡(luò )的 Network2030 焦點(diǎn)組的技術(shù)報告中，將數字孿生作為未來(lái)網(wǎng)絡(luò )12個(gè)代表性用例之一。烽火通信基于數字孿生賦能智慧光網(wǎng)，與中國聯(lián)通開(kāi)展理論技術(shù)研究與現網(wǎng)試點(diǎn)驗證，為光網(wǎng)數字孿生的可行性和應用發(fā)展提供了重要技術(shù)支撐；北京郵電大學(xué)與中國聯(lián)通開(kāi)展了產(chǎn)學(xué)研生態(tài)合作，在光通信與數字孿生融合方向上進(jìn)行創(chuàng )新性探索。目前，光網(wǎng)絡(luò )數字孿生技術(shù)研究和系統研發(fā)尚處于起步階段，許多關(guān)鍵技術(shù)需要產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界協(xié)同突破攻關(guān)。中國聯(lián)通將繼續攜手產(chǎn)業(yè)鏈，深化數字孿生技術(shù)合作與應用創(chuàng )新，實(shí)現光網(wǎng)絡(luò )“增智降本”，助力中國聯(lián)通全面推進(jìn)“1+9+3”戰略規劃體系，加快建設四張精品網(wǎng)，為中國式現代化筑牢數字底座的大國“頂梁柱”。

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