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2022/2/25 10:58

中国移动研究院郑青碧:“三体”“五态”“双闭环”,基于数字孪生网络的6G无线网络自治

C114通信网  林想

C114讯 2月25日消息(林想)加快推动6G应用基础研究和原创技术攻关,进一步汇聚产学研各方力量,引导产业推进6G发展,提升6G创新的全球化水平和国际影响力,中国移动研究院日前正式举办“遇见未来”——6G协同创新成果发布会

会上,中国移动研究院研究员郑青碧重点解读了《基于数字孪生网络的6G无线网络自治白皮书》。该白皮书全面阐述基于数字孪生网络的6G无线网络自治的概念和内涵;提出三体五态双闭环的6G无线网络自治基本概念;提出多种模型并行交付、按需构建的网络孪生体等四项技术特征;设计孪生的数字化网络端到端架构及数字孪生基本功能;提出数据增广、数据与知识协同驱动的预验证、仿真服务化、预验证结果纠偏等新技术。

数字孪生网络的“三体”“五态”“双闭环”

近年来,各行各业都在利用先进的云平台技术和网络连接服务进行业务的数字化和自动化转型。在移动通信领域,运营商在网络管理和服务提供的自动化上已经进行了多年的探索,但仍然无法有效的解决网络能耗高、多制式互操作繁杂等问题。随着网络向可编程和服务化架构等方向演进,网络运维的复杂性和操作规模达到了前所未有的高度,新业务和新技术的引入对网络的灵敏性提出了更为苛刻的要求,运营商亟需一种更全面、更智能、可扩展且性价比高的高水平网络自治系统。

中国移动前期发布的《数字孪生网络(DTN)白皮书》提出了“三层三域双闭环”的整体架构。在此基础上,面向6G无线网络高水平自治的需求,本白皮书全面阐述了基于数字孪生网络的6G无线网络自治的概念与内涵,提出了数字孪生网络的四大技术特征,并且设计了端到端孪生的数字化网络架构和基本功能,规划了关键技术体系。

据郑青碧介绍,该白皮书是业内首本系统阐述基于数字孪生网络实现6G无线网络自治的理念、特征、架构及技术的白皮书。

首先,基于数字孪生网络的6G无线网络自治需要建立一些新概念。“三体”指的是6G无线网络中资源对象具有的三种形态体,其中,物理实体是物理对象,比如无线网络的基站设备;数字孪生体是物理对象孪生的数字化对象,比如对网元进行孪生生成网元的数字孪生体;数字规划体是网络对物理对象在未来的期望状态进行规划后生成的数字化对象,表示物理对象在未来某时刻的优化目标,网络根据数字规划体对物理对象进行调整。

为了满足6G无线网络自治的需求,网络需要内闭环和外闭环结合来实现“三体”之间的联动。“内闭环”是生成数字规划体的仿真验证和迭代寻优的过程,可以预先在下一时刻的网络状态下,生成理论较优的数字规划体。“外闭环”指数字规划体在物理网络生效后,数字孪生网络评估决策效果与目标效果之间的差距,对内闭环的功能和参数进行优化的过程。

郑青碧指出,为了区分设备在生命周期的不同阶段与孪生数字化网络的不同关系和技术需求,白皮书还提出了“五态”的设计方案:起始态、规划态、服务态、孪生态和节能态。

数字孪生网络需要具有四项技术特征

中国移动认为,6G无线网络的高水平自治有四项关键的技术需求:数据深度开放、数据价值密度提升、自治需求自生成与低成本试错寻优。为此,数字孪生网络需要具有四项主要的技术特征:

首先,由数据类、智能类和仿真类模型按需组合并构成孪生体、规划体和双闭环,其中,数据类模型可以跟踪网络状态的动态变化,仿真类和智能类模型可对新特性或决策动作进行试错和寻优。

其次,数字孪生网络能够自动发掘网络治理的需求和场景,并生成网络自治的用例,网络的数字孪生体和规划体需要根据网络自治的场景和用例的需求来构建,根据网络的动态变化增删模型等,来降低数据采集和传输的成本。

第三,设备供应商向运营商交付产品的物理实体时,需要同时交付产品的数字孪生体和规划体。当产品在网络中部署以后,数字孪生网络会自动的获取这些模型,并扩展已有网络的数字孪生体和规划体。

最后,为了使网络具有效果自动预评估、高效闭环和敏捷迭代的能力,数字孪生网络需要具有仿真场景的自动设计、仿真工作流的自动编排和仿真性能的评估优化等功能。

白皮书同时指出,孪生的数字化网络将具有端到端的、集中式与分布式相结合的、分层跨域的架构。郑青碧表示,这种架构有利于数字孪生体和规划体的按需生成,可以保护设备内部的数据隐私,也能支持不同规模的网络自治的需求,兼顾了网元级孪生的实时性与跨域级孪生的端到端的完整性。

数字孪生网络将依据网络自治场景的性能需求,灵活选择合适的架构,构建、编排并调整各类模型,生成、更新并实施数字孪生体和数字规划体。

数字孪生网络的四大关键技术

此外,白皮书同时选出了多项面向6G无线网络高水平自治的关键技术。

数据与知识协同驱动的预验证技术将传统的理论知识和数据驱动的算法相结合,能够有效的解决传统理论模型与数据驱动算法的局限性,降低算法的数据需求、计算复杂度并提高算法性能。

数字孪生网络可以借助数据增广技术模拟更全面的虚拟场景,提供多样性更好的训练数据,可以生成性能更好、更鲁棒的决策配置。

服务化的仿真架构更灵活、可插拔、可重用 ,可以针对不同的场景灵活组装与联动,更高效的构建预验证环境。

最后,数字孪生网络在长期的运行中,可能出现孪生环境与真实环境存在差异等问题,预验证结果的纠偏技术可以定位差异根因,并对内闭环的模块进行优化。

网络的生命周期一般包括规、建、维、优等阶段。郑青碧表示,现有网络自治水平较低,网络生命周期各阶段相互割裂,较多工作需要在线下依赖人工完成,资源和时间的成本较高。6G将通过数字孪生网络接管网络全生命周期的工作流程,基于“三体”、“五态”和双闭环,对各阶段的技术方案进行线上寻优与验证,大幅降低人力消耗。

在数字孪生网络中,网络的生命周期将主要经历“持续规划”、“虚实对接”和“防愈结合”三个阶段。

郑青碧指出,当前业界对于数字孪生网络的概念和内涵尚未形成共识,统一的数字孪生网络定义和架构有待达成。数字孪生网络在数据、模型和架构方面都存在多项需要攻克的技术难题。

除此之外,面向6G的无线网络自治的数字孪生网络还有如下值得深入探索的关键技术问题,比如,如何构建全网通用的智能数字孪生体,提高孪生网络的泛化能力和迁移能力;如何可控的生成虚拟网络场景,提高数字孪生网络增广数据和预验证结果的可靠性;如何提高真实无线网络数据的使用效率,来降低数字孪生网络的建模成本等问题。未来,中国移动将与业界合作伙伴一起积极探索,共同攻克上述技术难题。

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