精準(zhǔn)高效的數(shù)字孿生光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)探討和實(shí)踐

精準(zhǔn)高效的數(shù)字孿生光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)探討和實(shí)踐中國移動(dòng)研究院 李允博2023年12月29日目錄數(shù)字孿生光網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)及實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生光網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景總結(jié)與展望理想XX公司2018年7月在廣州番禺光纜單點(diǎn)故障（XX云出口全部中斷城域骨干傳送網(wǎng)核心節(jié)點(diǎn)匯聚節(jié)點(diǎn)家庭寬帶集客專線基站有線接入網(wǎng)省際骨干傳送網(wǎng)骨干傳送網(wǎng)省內(nèi)骨干傳送網(wǎng)體檢很重要現(xiàn)實(shí)設(shè)備數(shù)量多光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備超過3億端光通信設(shè)備占有率全球最高5.4億+家庭寬帶4000萬+政企支撐用戶與流量巨大16億+移動(dòng)用戶網(wǎng)絡(luò)容效差離線規(guī)劃，效率低離線人工調(diào)優(yōu)不精確、不實(shí)時(shí)調(diào)優(yōu)30min以上性能冗余>2dB可靠性難保障運(yùn)營商光纖中斷統(tǒng)計(jì)（骨干網(wǎng)光纖5萬公里、站點(diǎn)數(shù)1000+）小時(shí)光纖中斷次數(shù)光纖中斷恢復(fù)時(shí)長故障頻發(fā)、難預(yù)測、難定位斷纖事件300次/星期網(wǎng)絡(luò)故障100%

被動(dòng)響應(yīng)劣化故障>50%難預(yù)測突變故障>40%難定位2019.07.01–2019.07.15管控效率低人工巡檢誤差大、耗時(shí)長業(yè)務(wù)開通周期長、不智能調(diào)測月級、開通周級、擴(kuò)容16-60天同纜風(fēng)險(xiǎn)>20%、巡檢耗時(shí)數(shù)月光網(wǎng)絡(luò)規(guī)模日益龐大我國建成全球最大規(guī)模光纖網(wǎng)絡(luò)，光纜總長超過6300萬公里承載98%以上的信息傳輸流量鑰匙WDM物理實(shí)體仿真物理器件仿真模型數(shù)字孿生模型平臺構(gòu)建真實(shí)系統(tǒng)孿生

數(shù)字孿生系統(tǒng)系統(tǒng)場景應(yīng)用精準(zhǔn)仿真性能預(yù)測采集仿真模型改進(jìn)場景驗(yàn)證場景1：故障溯源場景2：性能優(yōu)化場景3：業(yè)務(wù)發(fā)放。。。管控融合管控系統(tǒng)數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)系統(tǒng)智能運(yùn)維全生命周期管理規(guī)劃、建設(shè)、維護(hù)、優(yōu)化、運(yùn)營機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)指標(biāo)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)深度融合仿真結(jié)果數(shù)字孿生光網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生：用于光網(wǎng)絡(luò)性能實(shí)時(shí)評估，快速定位網(wǎng)絡(luò)異常，提前判斷性能趨勢，保障光網(wǎng)絡(luò)健康度數(shù)字孿生光網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)：通過增加數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)信息模型平臺，采集光網(wǎng)絡(luò)物理空間器件、模塊、單盤、網(wǎng)元、網(wǎng)絡(luò)等要素的數(shù)據(jù)信息，根據(jù)數(shù)據(jù)信息的關(guān)聯(lián)關(guān)系、規(guī)則、約束條件、策略等融合各原子模型建立具備評估網(wǎng)絡(luò)資源和業(yè)務(wù)運(yùn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)模型，并在信息空間高度仿真、精準(zhǔn)模擬、實(shí)時(shí)反映，高效支持光網(wǎng)絡(luò)全生命周期的網(wǎng)絡(luò)資源規(guī)劃、智能建維和健康度評估。健康度評估模型采集參數(shù)實(shí)時(shí)仿真/預(yù)測質(zhì)量評估參數(shù)光纖放大器放大器實(shí)際運(yùn)行參數(shù)業(yè)務(wù)配置參數(shù)參數(shù) 長度

衰減譜類型 參數(shù)合波輸入輸出功率業(yè)務(wù)路徑OTU波長發(fā)端功率Gain NF實(shí)際增益實(shí)際衰減調(diào)制格式波特率誤碼率各節(jié)點(diǎn)/波道單波輸出功率業(yè)務(wù)路徑每個(gè)OMS段OSNR端到端業(yè)務(wù)段OSNR業(yè)務(wù)BER時(shí)延抖動(dòng)傳輸質(zhì)量評估預(yù)測模型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼霸O(shè)備配置光網(wǎng)絡(luò)健康度衡量光網(wǎng)絡(luò)：可靠性+可維護(hù)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和恢復(fù)規(guī)定狀態(tài)的能力；通過容量預(yù)測覆蓋率、故障預(yù)防覆蓋率、故障平均修復(fù)時(shí)長等指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)?？删S護(hù)可靠性網(wǎng)絡(luò)在規(guī)定的條件下和時(shí)間內(nèi)，完成(或保持)目標(biāo)功能的能力；一般通過故障率、冗余保護(hù)率等指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)。架構(gòu)數(shù)字孿生技術(shù)理論認(rèn)為，數(shù)字孿生體是面向?qū)ο蟮哪Ｐ汀?shù)據(jù)、服務(wù)的有機(jī)組合，最重要的是要產(chǎn)生洞察，形成決策，實(shí)現(xiàn)物理對象的控制與優(yōu)化。通過南向接口從傳送網(wǎng)絡(luò)層采集網(wǎng)絡(luò)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)通過東西向接口從管控系統(tǒng)采集網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、業(yè)務(wù)配置通過東西向接口和北向接口向管控系統(tǒng)和孿生應(yīng)用層提供服務(wù)。設(shè)計(jì)支持跨域協(xié)同的數(shù)字孿生光網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)基于數(shù)字孿生具備網(wǎng)絡(luò)全生命周期閉環(huán)遞進(jìn)的運(yùn)維體系基于標(biāo)準(zhǔn)化模型及接口的兼容多廠商多域數(shù)字孿生架構(gòu)融合數(shù)字孿生的管控系統(tǒng)的云管端協(xié)同架構(gòu)層次化架構(gòu)，跨域協(xié)同優(yōu)化分層采集建模和云管端協(xié)同訓(xùn)練技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)采集層和層次化多協(xié)議協(xié)同技術(shù)模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)接口數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)字孿生系統(tǒng)智能管控系統(tǒng)A超級控制器SC智能管控系統(tǒng)B基于數(shù)字孿生的全生命周期運(yùn)維體系規(guī)劃 建設(shè)

維護(hù) 優(yōu)化 運(yùn)營數(shù)字孿生系統(tǒng)B拓?fù)?資源業(yè)務(wù)控制性能監(jiān)控告警管理拓?fù)?資源業(yè)務(wù)控制性能監(jiān)控告警管理模型管理智能診斷智能預(yù)測仿真分析數(shù)字孿生系統(tǒng)A模型管理智能診斷智能預(yù)測仿真分析數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)字模型物理網(wǎng)絡(luò)材料器件設(shè)備單板數(shù)字化建模全生命兼容融合層次化云側(cè)訓(xùn)練平臺數(shù)據(jù)服務(wù)訓(xùn)練服務(wù)云端仿真知識庫共享模型倉庫架構(gòu)升級實(shí)現(xiàn)方式數(shù)字孿生的實(shí)現(xiàn)-映射實(shí)現(xiàn)方式-續(xù)數(shù)字孿生的實(shí)現(xiàn)-接口實(shí)時(shí)感知光纖靜態(tài)特征參量（長度、衰減、熔接點(diǎn)）和動(dòng)態(tài)特征（車輛、施工等引發(fā)的振動(dòng)）參量對江西現(xiàn)網(wǎng)4297對同路由光纖采用隨機(jī)森林模型自動(dòng)識別，準(zhǔn)確識別4122對，準(zhǔn)確率95.93%應(yīng)用實(shí)踐1光纖同路由深度識別通過專用技術(shù)或DSP采集光纖靜態(tài)特征、動(dòng)態(tài)特征、光性能特征、環(huán)境特征等數(shù)據(jù)?；诖竽Ｐ图夹g(shù)的多模態(tài)深度孿生神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行同路由識別、施工挖斷風(fēng)險(xiǎn)識別，實(shí)現(xiàn)隨路在線路由風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)評估上報(bào)偏振態(tài)（SOP）檢測，可充分利用現(xiàn)有相干傳輸系統(tǒng)DSP的極化狀態(tài)及其他參數(shù)，可精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)對城域、骨干相關(guān)光纜路由各種環(huán)境變化事件的檢測，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)變化事件的定位。通過系統(tǒng)兩端的DSP相關(guān)參數(shù)的檢測，實(shí)現(xiàn)事件地理位置的準(zhǔn)確定位應(yīng)用實(shí)踐2三個(gè)關(guān)鍵實(shí)施例及時(shí)上報(bào)、高精度預(yù)測，提前仿真預(yù)測為網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)運(yùn)維提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)性能余量智能評估與優(yōu)化創(chuàng)建光信噪比、光纖、光放大器等數(shù)字孿生模型；基于實(shí)際數(shù)據(jù)（光功率、OSNR、誤碼率等）驅(qū)動(dòng)建模閉環(huán)擬合優(yōu)化；在系統(tǒng)運(yùn)維操作前，對已有波長在運(yùn)維操作后的OSNR余量進(jìn)行預(yù)測；提升光網(wǎng)絡(luò)加掉波效率，保障業(yè)務(wù)安全；自動(dòng)檢測OSNR劣化點(diǎn)，準(zhǔn)確率99%。加掉波余量預(yù)測備路徑余量預(yù)測OCh

劣化故障自動(dòng)定界數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)與應(yīng)