陆璐： “三体四层五面”的6G架构中孪生体的思考和探索

“三体四层五面”的6G架构中孪生体的 思考和探索 陆璐2022年11月 1 6G架构中孪生体的总体思考 2 中国移动的DTN探索和进展 3 总结 2 开放使能层 （算力服务，连接服务，功能服务，数据服务，AI服务，安全服务） 管理 编排 体 数字孪生体 三体（网络本体、管理编排体、数字孪生体）、四层（资源与算力层、路由与控制层、服务化功能层、使能层）、五面（控制面、用户面、数据面、计算面、安全面） 体 服务化功能层控制面用户面数据面计算面安全面 路由与连接层 （组网连接，信令路由，全服务化调用，无状态传输，确定性转发 ，网络状态感知，安全连接，无线QoS连接，至简协议） 资源与算力层 （频谱、存储、算力、网络等资源） 架构的空间视图：新定义了独立的数字孪生体，实现本体和孪生的统一，扩展了全新空间 网 络层 本架构的逻辑视图：对功能进行了分 体层，强化了对算力和路由的管理， 体现了跨域拉通 面 架构的功能视图：在经典的控制面和用户面基础上，增加了数据面、计算面和安全面，强化了功能类别 3 数字孪生体是物理实体对象在虚拟空间中的映射，实现网络的低成本试错、智能化决策、高效率创新 对网络本体进行部分或者全部孪生镜像 构建一个网络孪生体需要数据、模型、映射和交互四个关键要素 数据：数字孪生网络的基石，为网络孪生体提供数据支撑 模型：数字孪生网络的能力源，服务于各种网络应用模型 映射：虚实映射实现物理网络的高保真复制以及可视化呈现 交互：通过标准化的接口以虚控实，达成实时虚实同步 开放使能层：能力和服务 数字孪生体 管理编排体 通过虚实结合的闭环控制，助力6G网络达成柔性网络和智慧内生等目标 服务化功能层 路由与连接层 资源与算力层 管理体可与孪生体交互，接受孪生体输出的网络配置参数，对物理网络进行编排 络 管理，从而实现网络自动化运营网 体 通过孪生体的内生闭环，验证网络能力，验证后，孪生体通过南向接口将控制更本 新下发至物理实体网络。 交互 分析、诊断 数字孪生体数据 仿真、控制 映射 4 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；开启网络数字孪生的能力开放；最终助力6G网络实现智能自治 服务网络本体优化 网络策略优化 分布式流量工程 跨层跨域优化 SLA保障优化 …… 实现网络全方位立体可视 网络拓扑可视化 网络流量可视化 网络业务类型可视化 网络资源和状态可视化 …… 服务网络管理编排体优化 业务开通预验证 网络切片预验证 无线参数优化 流控参数优化 …… 开启网络数字孪生的能力开放 为第三方业务提供端到端业务预验证能力 网络可视化能力开放 …… 5 孪生体的设计既要立足能力打造，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 本体和孪生统一 虚实映射 高保真和实时性统一 精准实时 数据和模型安全 安全可信 国内外标准统一 开放兼容 集中和分布式统一 极致扩展 成本和效益平衡 价值创造 6 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 •物理网络数据分为3类：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 •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“3个准则”：精准化，标准化，轻量化 数据类型 数据举例 数据量 采集方式 网络设备数据 几何数据 尺寸、端口数量等 小 手工录入 状态数据 CPU利用率、协议类型等 中等 SNMP/Netconf/... 事件数据 日志、告警等 中等 SNMP/Netconf/... 拓扑数据 设备ID、连接关系等 中等 SNMP/Netconf/... 网络性能数据 时延、丢包、带宽等 中等 SNMP/BGP-LS/Telemetry/... 网络流量数据 流量类型、五 元组信息等 大 Sflow/Netflow/IPFIX /... 数据类型 L1 网络物理可视 L2 网络模拟验证 L3 网络模拟推演 L4 网络智能决策 L5 网络自主孪生 网络设备数据 采集部分数据、非实时采集 采集部分数据、非实时采集 按需抽样、准实时采集 接近全量、实时采集 全量采集、实时采集 网络流量数据 无要求 按需模拟流量、非实时采集 按需抽样、准实时采集 高抽样率、实时采集 全量采集、实时采集 网络性能数据 无要求 无要求 按需抽样、准实时采集 高抽样率（或孪生网络智能计算）、准实时采集 全量采集（或孪生网络自主按需计算）、实时采集 7 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型和功能模型，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 •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 数字孪生网络模型 基础模型 功能模型 网元模型 拓扑模型 网络功能类模型 网络生命周期类模型 网络领域类模型 交换机模型 服务器模型防火墙模型网关模型 ... underlay拓扑 overlay拓扑ISIS协议拓扑BGP协议拓扑 ... 网络规划模型 网络建设模型网络维护模型网络优化模型 ... 建模方法 实现语言 是否开源 内存消耗 运行速度 扩展性 模拟技术 NS-2 是 * * ** NS-3 是 *** *** *** QualNET 否 ** ** * OPNET 否 ** * *** 仿真技术 MiniNET 是 ** ** *** 数学抽象技术 MimicNet/RouteNet 否 **** **** ** 8 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 问题一：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？ 扩展性 问题二：网络新应用层出不穷，如何做到及时扩展，满足新应用需求？ DTN不同接口需求与功能分析 孪生网络北向接口 网络应用通过孪生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 孪生网络内部接口 通过孪生层内部接口实现孪生层3个关键子系统之间以及与物理网络层 和网络应用层间的交互 孪生网络南向接口 物理实体网络中的网元通过孪生南向接口同孪生网络层交互网络数据和网络控 制信息 •开放性•可移植 •可扩展•灵活易部署 •统一性•可移植 •适配性•灵活可扩展 •可兼容•实时性 •信息交互能力 南北向接口协议适配单元设计 北向接口多协议协同适配单元 协议配置管理 IntentNBI协议解析及转换数据管理 南向多协议协同适配单元 协议解析及转换 协议识别及匹配 数据管理 9 1 6G架构中孪生体的总体思考 2 中国移动的DTN探索和进展 3 总结 10 数字孪生网络（DTN）是实现三体间相互作用的基础，技术架构呈现为“三层三域双闭环”，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 网络应用 网络创新技术验证 网络可视化 意图验证 网络管理 网络维护和优化 能力调用 意图翻译 数字孪生体 数据管理 规划 服务映射模型 建设维护优化 运营 数据共享仓库 数据服务 功能模型 数据存储 用户业务运行状态 网络配置 迭代优化 仿真验证 网络孪生体管理 模型管理 安全管理 基础模型 拓扑管理 数据采集 数据采集 控制下发 网络本体 下 质量保障 … 调度优化 故障诊断 安全建模 流量建模 网络规划 拓扑模型 网元模型 提出数字孪生网络“三层三域双闭环”系统架构，和4个核心要素 三层：物理网络层、孪生网络层和网络应用层 三域： 孪生网络层数据域、模型域和管理域 对应数据共享仓库、服务映射模型和网络孪生体管理三个子系统 双闭环： 内闭环完成配置变更前的仿真验证和迭代优化 外闭环完成对网络应用的控制、反馈和优化 核心要素 数据：数字孪生网络的基石，为网络孪生体提供数据支撑 模型：数字孪生网络的能力源，服务于各种网络应用 映射：虚实映射实现物理网络的高保真复制以及可视化呈现 交互：通过标准化的接口以虚控实，达成实时虚实同步11 构建数字孪生网络技术体系，在国际标准化组织ITU-T、IETF，国内标准化组织CCSA、IMT-2030完成多 个立项，推进数字孪生网络标准化 ITU-T全球首个数字孪生网络标准 •2022年2月，全球首个数字孪生网络标准Y.3090《数字孪生网络需求和架构》正式发布 •DTN能力评级和评估方法、数据服务、DTN安全指引等多个在研项目 IETF完成数字孪生网络立项 •2022年3月，IETFNMRG研究组完成《数字孪生网络概念和架构》立项，中国移动、Telefonica、华为、Orange等共同推进 •DTN数据采集、DTN接口技术、DTN流量模拟、DTN时延测量等多个在研项目 CCSA成立数字孪生网络子工作组 •2021年10月，在TC3牵头成立“数字孪生网络”子工作组，作为DTN子组组长单位，推进DTN技术标准化布局 •2022年，完成数据服务、网络建模、数字地图、DTN路由控制等6项新立项 IMT-2030推进组 •作为DTN子组组长单位，牵头完成组内首个DTN项目“面向6G的数字孪生网络应用场景”立项 12 中国移动作为数字孪生网络的首倡者，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 IEEE2022NOMS—TNTWorkshop 2022年4月29日，IEEENOMS网络管理运维会议，网络数字孪生技术（TNT）Worshop，得到产学界广泛关注。 中国移动、中国电信等专家参与DigiTwin2022—DTNSession2022年9月27日，在第二届数字孪生国 际会议（DigiTwin2022）上，组织了数字孪生网络专题分会 中国移动、华为、爱立信、UPC、西交、成电等专家参与 IEEEDTPI—DTN专题Session 2021，2022连续两年组织IEEE数字孪生和平行智能国际会议（DTPI）-DTNSession 中国移动、华为、中国电信、亚信等专 家参与 2021北京展 组织业内数字孪生网络研讨会，发布业界首篇《数字孪生网络（DTN）白皮书》 13 FutureForum 联合发布《面向6G的数字孪生技术白皮书》 ODCC 牵头发布《数据中心数字孪生网络技术白皮书》 中国移动开发了面向算力网络的运维管理场景的数字孪生网络DTN原型，具备L3级别DTN（支持物理网络- 孪生网络双向交互、配置预验证）能力 基本功能 网络高保真呈现 业务流程 DTN基础平台 •统一数据服务 •孪生体管理 •开放接口 动态虚实交互 内外双闭环控制 •内闭环迭代优化策略 •外闭环验证用户需求 •典型场景验证 网络状态实时监控 网络策略闭环预验证 孪生网络 网络性能预测 网络流量均衡调度 网络配置预验证 网络流量预测 异常流量识别和处理 网络高保真呈现 场景模型可视化物理网络可视化 虚实实时交互映射 外闭环控制 逻辑拓扑可视化 孪生体绑定映射 实时以虚控实 网络流量可视化网络性能可视化流程交互可视化