中國聯通攜手烽火通信和北郵發(fā)布《光網絡數字孿生技術白皮書》

  黨的二十大報告提出，要加快建設網絡強國、數字中國，加快發(fā)展數字經濟。在不久前召開的中國聯通合作伙伴大會上，中國聯通提出將進一步加速推動數字化、網絡化、智能化在更廣領域實現更高質量、更深層次的發(fā)展以實現中國式現代化。

  大會同期，作為“全光自智網技術創(chuàng)新”成果內容之一，中國聯通聯合烽火通信、北京郵電大學聯合發(fā)布《中國聯通光網絡數字孿生技術白皮書》，白皮書分析了現有光網絡智能化面臨的問題與挑戰(zhàn)，結合未來光網絡將逐步向“規(guī)劃、建設、維護、優(yōu)化、運營”全生命周期的智能化、前瞻化、自動化演進發(fā)展的趨勢，提出了光網絡數字孿生技術體系，系統(tǒng)闡述了光網絡精準感知、仿真建模以及模型編排與數模融合等數字孿生關鍵技術，并結合光網絡全生命周期、全流程閉環(huán)互通互動深入分析了數字孿生典型應用場景，通過網絡數字化、感知實時化、仿真在線化的共同創(chuàng)新底座，支撐實現“四零四自”的自智光網絡。

  頂層架構設計描繪數字孿生發(fā)展框架

  在白皮書中描繪了光網絡數字孿生體系架構，自下而上分為光網絡層、光網絡數字孿生系統(tǒng)層、應用層。

  ? 光網絡層是物理空間中需要進行數字孿生仿真建模的物理實體，包括光器件、光模塊、板卡、設備、系統(tǒng)及網絡等。

  ? 光網絡數字孿生系統(tǒng)層是實現光網絡從器件、網絡和業(yè)務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(guī)劃、建設、維護、優(yōu)化、運營等多方面的網絡創(chuàng)新技術及應用；通過孿生系統(tǒng)輸入需求，經過意圖翻譯后，驅動孿生體管理模塊進行模型調用與編排；仿真結果經過充分驗證后，反饋給應用層，或者通過管控平臺下發(fā)至物理實體網絡。

  光網絡數字孿生體系架構

  三大重點技術支撐全生命周期智能化需求

  光網絡是一個龐大復雜的系統(tǒng)，針對光網絡物理實體及運行機理構建數字孿生系統(tǒng)面臨巨大挑戰(zhàn)，應對挑戰(zhàn)的關鍵是突破仿真建模、精準感知、模型編排與數模融合三類重點技術。白皮書認為，上述三類技術突破將從不同維度為構建數字孿生系統(tǒng)奠定基礎。

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

  仿真建模技術：從理論上完成物理光網絡關鍵要素之間形式化、數量化描述，將光網絡傳輸機理和規(guī)律以算法模型的形式存儲在計算機中。評價仿真建模技術的關鍵指標是誤差。光網絡物理實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(tǒng)而言，通過各種仿真建模技術不斷完善孿生模型，確保模型誤差小于應用場景所承受的最小仿真誤差。

  模型編排與數模融合技術：模型編排與數模融合是將業(yè)務場景、仿真模型、感知數據聯系在一起的關鍵技術。仿真模型是靜態(tài)的、理論的、抽象的，感知數據能動態(tài)、實時、真實反映光網絡運行狀況。數字孿生系統(tǒng)根據不同業(yè)務場景要求，將不同模型實例進行編排，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)建孿生模型實例，完成狀態(tài)數據與模型實例的融合，將仿真建模結果可視化呈現或通過外部接口提供數字孿生仿真能力。

  抓緊光通信網絡發(fā)展重大新機遇

  隨著光網絡業(yè)務量的增多，光網絡節(jié)點數量的快速增長，傳統(tǒng)OPM 逐漸無法滿足應用需求。特別是在動態(tài)業(yè)務場景下，光性能監(jiān)測時效性不足，將極大影響業(yè)務快速開通與恢復?；跀底謱\生的快速業(yè)務發(fā)放，結合實時精準感知能力和在線模擬能力，根據用戶意圖，通過歷史狀態(tài)及智能分析能力進行最優(yōu)路徑尋找和選擇，在孿生域進行在線實時計算分析，綜合評估當前路徑性能是否滿足業(yè)務建立的需求，提升最優(yōu)業(yè)務的發(fā)放能力。

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

  除此之外，光網絡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，從而進行溯源或者預防方案的制定，輔助光網絡系統(tǒng)具有更快的問題定位能力、更強的自愈能力。

  產學研通力合作助力自智光網絡

  隨著時代發(fā)展，光網絡數字孿生勢必會成為網絡智能運維的必要手段，國際電信聯盟電信標準化部（ITU-T）在面向未來網絡的 Network2030 焦點組的技術報告中，將數字孿生作為未來網絡12個代表性用例之一。烽火通信基于數字孿生賦能智慧光網，與中國聯通開展理論技術研究與現網試點驗證，為光網數字孿生的可行性和應用發(fā)展提供了重要技術支撐；北京郵電大學與中國聯通開展了產學研生態(tài)合作，在光通信與數字孿生融合方向上進行創(chuàng)新性探索。目前，光網絡數字孿生技術研究和系統(tǒng)研發(fā)尚處于起步階段，許多關鍵技術需要產業(yè)界和學術界協(xié)同突破攻關。中國聯通將繼續(xù)攜手產業(yè)鏈，深化數字孿生技術合作與應用創(chuàng)新，實現光網絡“增智降本”，助力中國聯通全面推進“1+9+3”戰(zhàn)略規(guī)劃體系，加快建設四張精品網，為中國式現代化筑牢數字底座的大國“頂梁柱”。

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