光网络数字孪生发展新蓝图:中国联通携手烽火通信、北邮发布《光网络数字孪生技术白皮书》

党的二十大明确指出,要推进“网络强国”新型基础设施建设,加快建设“数字中国”,发展“数字经济”。在不久前召开的中国联通合作伙伴大会上,中国联通提出将进一步加速推动数字化、网络化、智能化在更广领域实现更高质量、更深层次的发展以实现中国式现代化。

大会同期,作为“全光自智网技术创新”成果内容之一,中国联通联合烽火通信、北京邮电大学联合发布《中国联通光网络数字孪生技术白皮书》,白皮书分析了现有光网络智能化面临的问题与挑战,结合未来光网络将逐步向“规划、建设、维护、优化、运营”全生命周期的智能化、前瞻化、自动化演进发展的趋势,提出了光网络数字孪生技术体系,并系统阐述了光网络精准感知、仿真建模以及模型编排与数模融合等数字孪生关键技术,并结合光网络全生命周期、全流程闭环互通互动深入分析了数字孪生典型应用场景,通过网络数字化、感知实时化、仿真在线化的共同创新底座,支撑实现“四零四自”的自智光网络。

顶层架构设计描绘数字孪生发展框架

在白皮书中描绘了光网络数字孪生体系架构,自下而上分为光网络层、光网络数字孪生系统层、应用层。

(1)光网络层,是物理空间中需要进行数字孪生仿真建模的物理实体,包括光器件、光模块、板卡、设备、系统及网络等。

(2)光网络数字孪生系统层,是实现光网络从器件、网络和业务的多层次孪生建模的主体,包括数据层、孪生模型层和孪生体管理。

(3)应用层,可以包含规划、建设、维护、优化、运营等多方面的网络创新技术及应用;通过孪生系统输入需求,经过意图翻译后,驱动孪生体管理模块进行模型调用与编排;仿真结果经过充分验证后,反馈给应用层,或者通过管控平台下发至物理实体网络。

光网络数字孪生体系架构

三大重点技术支撑全生命周期智能化需求

光网络是一个庞大复杂的系统,针对光网络物理实体及运行机理构建数字孪生系统面临巨大挑战,应对挑战的关键是突破仿真建模、精准感知、模型编排与数模融合三类重点技术。白皮书认为,上述三类技术突破将从不同维度为构建数字孪生系统奠定基础。

精准感知技术:光网络精准感知的重点与难点在于光网络数据的采集、融合与挖掘。光网络数据既包括业务、配置、性能、告警等光网络运行状态数据,也包括功率谱、噪声谱和增益谱等影响光网络运行状态的光参数据。光网络数字孪生系统可采用统一的数据采集系统/模块,通过传感探测、光性能监测、交互协议等多种采集/感知技术,实现对物理器件、传输系统和光网络等多源异构数据的动态采集和高速传输,实现对光链路衰减、光信噪比、非线性损伤等多种性能指标的感知。

仿真建模技术:从理论上完成物理光网络关键要素之间形式化、数量化描述,将光网络传输机理和规律以算法模型的形式存储在计算机中。评价仿真建模技术的关键指标是误差。光网络物理实体与数理模型之间很难达到百分之百的仿真精确度,对于数字孪生系统而言,通过各种仿真建模技术不断完善孪生模型,确保模型误差小于应用场景所承受的最小仿真误差。

模型编排与数模融合技术:模型编排与数模融合是将业务场景、仿真模型、感知数据联系在一起的关键技术。仿真模型是静态的、理论的、抽象的,感知数据能动态、实时、真实反映光网络运行状况。数字孪生系统根据不同业务场景要求,将不同模型实例进行编排,选用适合的调度算法为仿真模型分配内存和处理器等资源,创建孪生模型实例,完成状态数据与模型实例的融合,将仿真建模结果可视化呈现或通过外部接口提供数字孪生仿真能力。

抓紧光通信网络发展重大新机遇

随着光网络业务量的增多,光网络节点数量的快速增长,传统OPM 逐渐无法满足应用需求。特别是在动态业务场景下,光性能监测时效性不足,将极大影响业务快速开通与恢复。基于数字孪生的快速业务发放,结合实时精准感知能力和在线模拟能力,根据用户意图,通过历史状态及智能分析能力进行最优路径寻找和选择,在孪生域进行在线实时计算分析,综合评估当前路径性能是否满足业务建立的需求,提升最优业务的发放能力。

其次在现网中,由于性能损伤导致光层故障多且影响范围大、故障处理周期长成本高、故障难以提前预测等问题。传统运维手段无法在故障发生之前提前识别网络性能下降的风险。将数字孪生用于光网络性能实时评估,能够快速提前找到性能异常点、提前判断性能趋势,针对已存在或预测性问题构建传输优化模型,给定优化方案,并能够在孪生系统中进行仿真验证,从而大大提升光网络管理运维的效率,提高智能化网络管理水平。

除此之外,光网络数字孪生可以模拟已发生或者未发生故障,根据模拟计算的结果分析可能的故障根源,从而进行溯源或者预防方案的制定,辅助光网络系统具有更快的问题定位能力、更强的自愈能力。

产学研通力合作助力自智光网络

随着时代发展,光网络数字孪生势必会成为网络智能运维的必要手段,国际电信联盟电信标准化部(ITU-T)在面向未来网络的 Network2030 焦点组的技术报告中,将数字孪生作为未来网络12个代表性用例之一。烽火通信基于数字孪生赋能智慧光网,与中国联通开展理论技术研究与现网试点验证,为光网数字孪生的可行性和应用发展提供了重要技术支撑;北京邮电大学与中国联通开展了产学研生态合作,在光通信与数字孪生融合方向上进行创新性探索。目前,光网络数字孪生技术研究和系统研发尚处于起步阶段,许多关键技术需要产业界和学术界协同突破攻关。中国联通将继续携手产业链,深化数字孪生技术合作与应用创新,实现光网络“增智降本”,助力中国联通全面推进“1+9+3”战略规划体系,加快建设四张精品网,为中国式现代化筑牢数字底座的大国“顶梁柱”。

扫码下载《中国联通光网络数字孪生技术白皮书》


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