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中国移动陆璐:“三体四层五面”的6G架构中孪生体的思考和探索

2022-11-23 15:23:27 来源:移动Labs

当前,全球5G规模化商用已进入快车道,世界主要国家和地区及主流企业均已启动6G研究,多措并举加速6G创新技术研发。有关中国移动对“三体四层五面”的6G架构中孪生体的思考和探索,近日,中国移动研究院基础网络技术研究所副所长陆璐在接受移动Labs专访时表示,孪生体是6G架构设计中的重要创新,中国移动“三体四层五面”6G架构中定义了独立的数字孪生体,实现网络本体和网络孪生的统一,扩展了全新网络空间。

6G时代呼唤新一代网络架构

网络架构的发展是移动通信网络代际发展的核心标志之一,是每一代通信网络的骨骼和中枢。随着5G进入规模商用阶段,6G逐渐成为全球科技创新的焦点领域。在本次专访中,陆璐首先分析了6G网络架构变革的3个驱动力。


【资料图】

1、新场景新需求驱动

6G网络一方面需要增强面向大众用户提供的网络服务,也需要支持典型的6G业务场景,包括沉浸式交互、云XR、全息通信、通感互联、数字孪生等。新业务形态和需求提出灵活弹性组网、支持大规模算网能力、通信能力与感知能力融合、统一的一体化架构等要求,是6G网络架构设计的最直接以及最关键驱动之一。

2、新技术融合驱动

6G是DOICT技术深度融合的新一代移动通信系统,呈现出极强的跨学科、跨领域发展特征,而IP新技术的出现,为6G网络技术发展提供了更多的能力参考,二者的结合可以称为DOI2CT。面向2030,在论证跨界领域新技术发展态势和引入可行性的基础上,需不断推进DOI2CT与6G网络架构技术的融通发展,更好地为上层应用提供服务。

3、新战略驱动

国家对数字化变革发展的战略方向不断对信息通信提出更高要求,6G网络架构需要契合数字经济、双碳、东数西算、安全可信等战略驱动力。例如“东数西算”国家战略对算力布局、数据调度和网络连接提出了进一步要求,需要6G网络实现算力和网络深度协同。

5G向6G发展是从万物互联向“万物智联,数字孪生”的一个过程。在5G商用过程中,也获得了一些对6G网络架构设计的启示。今年6月,中国移动发布了“三体四层五面”的6G架构总体设计。从空间、逻辑和功能三个不同的维度,对整个6G网络进行整体架构的设计。其中在空间维度引入了数字孪生体,由它去实现从物理空间到数字空间的扩展,以及本体和孪生的统一。在逻辑方面,对功能进行了分层,强化了对算力和路由的管理,同时通过分层体现了跨层跨域的技术拉通。功能方面,在经典的控制面和用户面的基础上,增加了数据面、计算面和安全面,进一步强化了功能类别。

6G架构中孪生体的总体思考

中国移动“三体四层五面”6G架构中定义了独立的数字孪生体,实现网络本体和网络孪生的统一,扩展了全新网络空间。

据陆璐介绍,数字孪生体是物理实体对象在虚拟空间中的映射,包含数据、模型、映射和交互四个关键要素,旨在实现网络的低成本试错、智能化决策、高效率创新。6G网络数字孪生体服务于网络本体、网络编排管理体的全生命周期优化,实现网络全方位立体可视,并面向服务提供孪生能力开放,最终助力6G网络实现智能自治。

在孪生体的设计中,需要寻求能力和价值之间的平衡,既要立足能力打造,通过孪生体的完备功能实现网络虚实实时、安全可靠的交互映射;又要充分考虑价值增益,通过成本和效益的平衡,实现网络孪生体的全域高效部署。

陆璐认为,面向6G网络,构建网络数字孪生体需要重点关注三大关键技术

01多源异构数据采集技术

数据是构建孪生体的基础,是网络建模的核心要素,物理网络组网拓扑复杂、设备种类多样、部署位置分散,其数据具有多源异构的鲜明特征。如何进行数据的采集?物理网络数据分为网络设备数据(几何、状态、事件、拓扑)、网络性能数据、网络流量数据3类。孪生体在不同级别对数据采集的要求不同,级别越高,对物理网络的拟真程度越高,对数据的采集要求就越高,对数据采集频率、存储空间、处理实时性要求也越高。为实现高效的数据采集,满足各级别数据需求,数据采集协议应符合精准化、标准化、轻量化“3个准则”。总的来说,在面向多源异构的数据采集过程中,如何用最少的关键数据对网络进行高保真的复现,这是需要进一步研究的问题。

02网络建模

模型是数字孪生网络最核心的组件,既要实现对物理网络的高保真模拟,又要准确满足用户需求,如果没有精准的网络模型,数字孪生网络就是空中楼阁。数字孪生网络模型根据实现功能和需求来源分为基础模式和功能模型,两者又可细分为更多类别。对于基础模型建模,相对于仿真技术和模拟技术,数学抽象建模资源消耗低、运行速度快、扩展性稍差。而功能模型可以通过人工智能算法构建,例如利用知识图谱实现网络故障诊断和修复类的功能模型。低资源消耗、高精度、高实时性、支持大规模网络的建模技术是构建DTN的关键,也是重要的研究方向。

03接口协议体系

接口协议体系研究关系到大规模数字孪生网络构建的兼容性和扩展性问题。兼容性的问题在于,不同厂商生产的网络设备及网元所使用的接口及协议千差万别,如何适配各厂商设备,降低数字孪生网络构建成本。而扩展性的问题在于网络新应用层出不穷,如何做到及时扩展,满足新应用需求。面对构建大规模数字孪生网络的兼容性和扩展性需求,数字孪生网络系统需要设计统一的、标准化的接口和协议体系。

陆璐进一步表示,面向6G网络构建网络孪生体首先面临技术挑战,基于规模庞大的通信网络构建的复杂巨系统,数字孪生网络的兼容性、扩展性、网络建模、实时性等技术难题更加突出。其次也面临了新的安全风险挑战,物理网络的数据信息大量存放在孪生平台上,会增加用户数据安全风险,比如泄漏或者遭受攻击等。此外,数据隐私保护或数据合规使用的法律法规也会增加完整数字孪生网络系统的构建难度。

积极推进DTN技术与标准研究

面向孪生体的设计,中国移动提出“三层三域双闭环”DTN架构,以数字化方式创建网络本体的虚拟孪生体,通过与网络本体之间的实时交互映射,实现网络的全过程、全生命周期管理。

陆璐表示,中国移动不光着力于架构的设计,对于构建数字孪生网络技术标准体系上也做了很多推动工作。在ITU,IETF、CCSA和IMT2030等国内外标准组织中完成多个立项和标准输出,包括发布全球首个DTN标准“Y.3090:数字孪生网络架构和需求”,有助于全球范围内形成DTN统一标准。同时,在ITU、IETF国际组织内率先完成DTN项目的立项和标准输出,担任CCSA TC3和IMT2030网络工作组数字孪生网络子组的组长单位,协调国内DTN相关标准化研究和布局。

作为数字孪生网络的首倡者,中国移动近年来多次举办产业及学术研讨会,与业界合作发布多篇白皮书。2021年先后在IEEE DTPI发起首次数字孪生网络国际学术专题会议,在北京通信展组织业内首个数字孪生网络研讨会,2022年分别在IEEE 2022 NOMS、DigiTwin 2022及IEEE DTPI 主导三次数字孪生网络国际学术专题会议,持续推动数字孪生网络技术创新;继去年发布了业界首篇《数字孪生网络(DTN)白皮书》之后,今年联合中信科发布《面向6G的数字孪生技术白皮书》,以及在ODCC上牵头发布《数据中心数字孪生网络技术白皮书》,不断推进技术研究进展,进一步达成更多的产业共识。

此外,中国移动还开放了面向算力网络的运维管理场景的数字孪生网络DTN原型,可大幅提高网络优化策略和智能应用的部署效率,提升网络运维效率并减少运维人力投入。并且也联合业界伙伴共同开展数字孪生技术在现网的试点验证,有效验证了数字孪生在生产网络的应用价值。值得一提的是,在电信管理论坛TMF牵头完成“5G数字孪生网络”催化剂项目,并获得“未来技术探索”奖项,在电信运营管理领域形成广泛影响,为产业界继续探索和验证DTN的应用价值提供了优质示范。

2030年后的社会将是数字孪生社会。陆璐表示,孪生体是6G架构设计中的重要创新,是在技术和需求驱动下,为网络的物理空间扩展了全新的数字空间。面向未来,期待与业界伙伴携手,共同推进数字孪生网络的技术发展,实现6G“智慧泛在、数字孪生”愿景。

标签: 中国移动 三体四层五面

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