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网络数字孪生以数字化方式创建物理网络实体的虚拟孪生体，实现网络全生命周期管理价值，为5G行业网发展提供了重要的支撑。本期移动Labs继续邀请中国移动通信有限公司研究院物联网技术与应用研究所研究员王迪，为大家进一步解读面向数字孪生的5G专业网应用与探索。
Q & A time starts！
01
移动Labs
什么是网络数字孪生？
王迪
网络数字孪生是将数字孪生技术应用到网络的全生命周期管理上，以数字化方式创建物理网络实体的虚拟孪生体，形成与物理网络实体实时交互映射的系统，在此基础上便捷高效的实现网络拓扑透视、流量全息、设备管理、组网管理、实时闭环控制等全生命周期管理价值。
02
移动Labs
网络数字孪生技术产生的背景是什么？
王迪
我们知道，相比于C端公网而言，垂直行业网络在目标客户、技术用途、性能要求、管理方式、终端设备等方面存在较大差异，导致5G行业网在可用性、可靠性、灵活性、和安全性等方面有极致需求。随着千行百业进入数字化转型的时代，面对业务运行对网络故障处理和恢复时间容忍度降低、终端联网规模激增、组网模式复杂多样的新趋势，传统以设备为中心、消防员式的网络运维模式不再适用于以垂直行业生产系统为服务对象的5G行业网管理新需求。受此需求影响，网络数字孪生技术应运而生。
03
移动Labs
网络数字孪生的核心架构和整体技术有哪些？
王迪
网络数字孪生核心架构整体包含三个层级。一是物理层，主要包含构成端到端网络的所有物理实体www.cechina.cn，通过孪生南向接口同网络孪生体交互网络数据和网络控制信息。二是孪生层，主要承载孪生模型、数据仓库、运维算法、场景仿真等核心功能，是网络数字孪生的核心实体。三是应用层www.cechina.cn，各类应用通过北向接口向孪生网络层输入需求，并通过模型化实例在孪生网络层进行业务部署，充分验证后下发至物理实体网络。
在网络数字孪生核心架构中，有四大类关键技术。一是全景数据服务技术，包括网络数据采集、多源异构数据库构建和统一数据服务接口。二是网络全生命周期建模技术www.cechina.cn，包括以设备配置、网络拓扑等基础模型和网络分析、仿真等机理模型。三是全域孪生体管理技术，通过构建数字线程将网络业务全流程数据集成，并持续迭代优化孪生体模型。四是网络可视化技术，基于业务需求构建不同级别的可视化能力，支撑人机交互，辅助管理决策。
04
移动Labs
网络数字孪生为5G行业网发展提供了哪些方面的支撑？
王迪
网络数字孪生技术在以下四个方面支撑5G行业网的全生命周期管理：
● 5G行业网方案规划及仿真能力。构建基于5G专网和5G行业网拓扑数字仿真模型，便捷高效地实现5G行业网方案规划及仿真功能。
● 5G行业网数字孪生建模能力。提供垂直行业运行设备、终端、行业网关等设备的孪生建模，实现数字空间和物理实体的关联，为5G行业网数字孪生的仿真、可视化及智能运维能力提供基础能力支撑。
● 5G行业网数字孪生可视化能力。面向5G行业网全生命周期提供数字孪生多维可视化功能，涵盖网络设计、网络运营和维护等各个阶段。
● 5G行业网数字孪生智能化运维能力。基于智能运维算法，结合5G行业网基础设施运行参数、业务数据、历史故障、告警日志等数据，通过孪生仿真等技术提供5G行业网故障诊断、故障预测及自愈性维护等服务。
05
移动Labs
网络数字孪生技术对于5G专网方面重点解决了哪些问题？根据实践运用案例，取得了哪些成效效果？
王迪
面向5G专网对网络运维管理的新要求，数字孪生基于数据采集、大数据分析、可视化建模等技术，重点解决行业终端的快速接入管理、5G专网通信网络质量保障以及客户产线作业状态直观展示等问题CONTROL ENGINEERING China版权所有，帮助垂直行业客户对其生产作业设备、生产现场工况与专网网络质量情况进行实时监控，以数字可视化方式呈现企业网络质量、业务场景与生产工况，并以风险预警、故障定界等手段支撑客户进行快速排障与业务恢复，提升客户生产管理效率，赋能企业生产管理与运营智能化。
围绕此需求导向，中国移动研发了5G专网数字孪生平台，搭载多源数据接入、网络态势感知、网络模型构建、2D/3D数字可视化等核心技术，已在离散制造、园区管理、环境水文、煤炭等行业交付落地，帮助客户大幅提升网络资源、设施设备和生产环节的数字化管理能力，打通业务“数据孤岛”，高效释放5G专网的经济效用和技术价值。
06
移动Labs
请简要介绍一下面向数字孪生的5G+现场网体系架构最核心的要素都有哪些？
王迪
我们用一个提法来概括面向数字孪生的5G+现场网体系架构，即“Cube365”体系架构。其中，
● “3”表示面向数字孪生的行业现场网三层架构，包括实体层、能力层、应用层。
● “6”蕴含两层含义www.cechina.cn，一是6化，包括扁平化、无线化、IP化、智能化、可控化、精细化的六个发展趋势；二是6大现场网技术体系，“感、通、算、数、智、用”六个技术维度。
● “5”代表面向数字孪生行业现场网的五个连接技术，即5G+新型无源通信、5G+新型短距通信、5G+确定性传输、5G+高精度定位、5G与中低速通信。
07
移动Labs
刚才提到的“Cube365”，您能展开说明一下“3”，即面向数字孪生的行业现场网三层架构吗？
王迪
三层架构展开来看，底层为实体层也是基础层，可通过数据采集实体和数据传输实体提供“感知”和“通信”能力。数据采集实体包括传感器、摄像头、机械臂、无源物联标签等行业现场生产和管理物理终端，可采集温度、粉尘等环境数据，产线设备运行数据，物料信息及位置数据，设备缺陷等图像数据等反应物理世界运行情况的数据原料；数据采集实体和新型无源、新型短距、确定性传输、中低速传输、高精度定位等数数据传输实体，是感知数据北向传输及控制指令南向传输的连接纽带。
中间为能力层，可通过边缘计算、协议适配、AI等技术为下层的物理实体和上层的应用提供“计算”、“数据”和“智能”三大能力，从而实现数据集成、仿真分析、智能处理、孪生模型构建与融合等。
上层为应用层，可通过数字孪生等技术为行业应用提供更高效便捷的网络及业务全生命周期管理服务，是与用户的直接界面和接口。
08
移动Labs
《面向数字孪生的5G+现场网体系架构白皮书》中提到数字孪生与5G+行业现场网是互相促进、协同发展的关系，那么该需求牵引下，5G+行业现场网的发展趋势是什么呢？
王迪
随着产业数字化转型不断推进，5G+行业现场网正朝着扁平化、无线化、IP化、智能化、可控化、精准化的发展趋势演进。
● 网络架构更加扁平化。现场网络结构复杂，设备、协议、网络技术碎片化，信息系统出现“烟囱式”特征，未来应朝着扁平化方向发展，数据按照统一的协议进行采集和传输，有利于数据归一化管理。
● 网络连接更加无线化。随着对设备“剪辫子”的需求逐渐增加，无线网络开始替代有线网络。无线取代有线在带来便利性的同时，也引入了不可靠因素， 5G+现场网技术有望融合多重通信技术优势，促进网络连接向无线化发展。
● 网络传输更加IP化。工业生产对网络的可扩展性、高质量、可运维性、可靠性、稳定性和安全性都提出了很高的诉求，网络IP化改造需求已越来越迫切。IPv6有丰富的地址资源，可为每个网络设备分配IP地址。IPv6还提供了对流量和业务的管理能力，便于实现网络SLA保障。
● 行业应用更加智能化。部分工业场景如安全生产、工业质检等对大带宽、低时延和数据隐私要求较高，需要实现关键数据与业务的现场级智能分析和处理，利用边缘智能技术，可以实现预测性维护、故障检测、人脸识别、工业质检等智能业务在工业网关上“就近”处理。
● 现场网络更加可控化。通过将质量探针部署在端侧，提供现场级的设备状态、网络覆盖、业务质量等关键信息的监测、分析和告警，有效弥补网管数据的不足，使“端侧不再黑盒”，有助于快速进行故障的定位定界，保证现场客户的网络感知。
● 设备控制更加精准化。随着5G和确定性网络技术发展，网络时延和抖动大大缩短，使设备分布式部署，控制集中化管理成为可能。在远程设备操作、设备协同作业等场景中，通过5G网络采集传输现场数据，基于软件实现工业控制功能，实现设备远程精准控制。
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