最近幾十年來(lái)，我們對(duì)于設(shè)備的功能預(yù)期可謂一路走高。手機(jī)不再單純用于接打電話(huà)和收發(fā)短信，汽車(chē)需要安全可靠地自主行駛在道路之上——在5G與物聯(lián)網(wǎng)的支持下，各行各業(yè)乃至一座座城市都在智能化與互聯(lián)化的方向上一路狂奔。而我們的未來(lái)，也將圍繞這樣一個(gè)高度復(fù)雜、相互連通的網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字生態(tài)逐步構(gòu)建而成。

 

　　而每臺(tái)設(shè)備持續(xù)生成的大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，也要求我們充分運(yùn)用人工智能（AI）與機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）技術(shù)靈活管理網(wǎng)絡(luò)、保證數(shù)據(jù)通道高效且可持續(xù)地穩(wěn)定運(yùn)行。然而，AI與ML不可能憑空而來(lái)，特別是訓(xùn)練階段更是困難重重。那么，我們要如何安全訓(xùn)練ML算法，確保在無(wú)需停機(jī)的前提下實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)并采取響應(yīng)行動(dòng)？數(shù)字孿生給我們帶來(lái)了新的答案。

　　在數(shù)字孿生中準(zhǔn)確表達(dá)實(shí)際站點(diǎn)

 

　　數(shù)字孿生是什么？

 

　　數(shù)字孿生的本質(zhì)，就是一套基于現(xiàn)實(shí)世界中各類(lèi)資產(chǎn)、信息及流程的軟件表達(dá)副本。這套副本立足于云端，并由此開(kāi)辟出一個(gè)充滿(mǎn)可能性的虛擬世界——這是一個(gè)安全的模擬測(cè)試環(huán)境，大家可以在其中訓(xùn)練及播放“假設(shè)”場(chǎng)景、考查其是否匹配預(yù)期，而且整個(gè)過(guò)程不會(huì)對(duì)現(xiàn)實(shí)對(duì)象造成任何影響。

 

　　探索數(shù)字孿生用例

 

　　看似從科幻小說(shuō)中走出的數(shù)字孿生概念，如今已經(jīng)被引入眾多商業(yè)解決方案，配合人工智能、數(shù)據(jù)與數(shù)字化等技術(shù)塑造網(wǎng)絡(luò)新時(shí)代的面貌。在本文中，我們將經(jīng)由三個(gè)實(shí)踐落地的數(shù)字孿生用例，探討這項(xiàng)技術(shù)如何為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化、自動(dòng)化與設(shè)計(jì)開(kāi)啟新的大門(mén)。

 

　　用例一——網(wǎng)絡(luò)數(shù)字孿生：5G網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化安全方法網(wǎng)絡(luò)數(shù)字孿生模擬的是我們身邊看不見(jiàn)、摸不著的網(wǎng)絡(luò)體系：信號(hào)、覆蓋范圍、干擾與流通等，也包括不同頻段間的用戶(hù)轉(zhuǎn)移。數(shù)字孿生帶來(lái)了一種安全優(yōu)化方法，對(duì)輻射功率等敏感參數(shù)加以嚴(yán)格保護(hù)。

 

　　在瑞士，Swisscom運(yùn)行著一套在2021年Umlaut國(guó)際基準(zhǔn)排名中得分最高的網(wǎng)絡(luò)。但在輻射功率方面，Swisscom還需要滿(mǎn)足一系列更為嚴(yán)格的最新規(guī)定。根據(jù)法規(guī)要求，如果不改變現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，Swisscom就只能部署少量新的低功率5G站點(diǎn)，這也直接導(dǎo)致4G與5G新站點(diǎn)在低頻段的覆蓋效果大打折扣。

 

　　那么，我們?nèi)绾尾拍茉诓挥绊懜采w范圍或用戶(hù)體驗(yàn)的前提下，成功降低傳輸功率、為新的頻段層騰出空間？

 

　　目前已知的最佳方案就是強(qiáng)化學(xué)習(xí)（RL）——這是機(jī)器學(xué)習(xí)的一種方法，AI代理能夠通過(guò)觀察狀態(tài)及持續(xù)迭代與環(huán)境保持交互，由此逐漸收斂以逐步完成長(zhǎng)期目標(biāo)。我們的長(zhǎng)期目標(biāo)就是降低傳輸效率，但卻不可能讓AI代理在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中持續(xù)調(diào)整輻射功率，這不僅有損用戶(hù)體驗(yàn)、同時(shí)也違反了企業(yè)致力于滿(mǎn)足的規(guī)定。

 

　　為此，專(zhuān)家們開(kāi)發(fā)出一套精確的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字孿生模型，針對(duì)覆蓋范圍、干擾及數(shù)據(jù)流通（包括跨頻段用戶(hù)切換）進(jìn)行建模，確保RL代理始終擁有一個(gè)能夠靈活操作、從中學(xué)習(xí)的安全環(huán)境。要建立這樣一套精準(zhǔn)的模型，深厚的領(lǐng)域知識(shí)至關(guān)重要。此外，專(zhuān)家們還需要在準(zhǔn)確度與詳盡度之間找到平衡，同時(shí)確保孿生副本不會(huì)因太過(guò)復(fù)雜而無(wú)法在商業(yè)場(chǎng)景下擴(kuò)展運(yùn)行。

　　圖一：以網(wǎng)絡(luò)數(shù)字孿生為基礎(chǔ)，建立起強(qiáng)化學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化型安全應(yīng)用經(jīng)過(guò)數(shù)千輪學(xué)習(xí)，專(zhuān)家們最終獲得了一組可靠建議。據(jù)此對(duì)當(dāng)?shù)馗餍^(qū)進(jìn)行功率調(diào)整之后，使得發(fā)射總功率降低20%，基站功耗也降低了3.4%。更有趣的是，信號(hào)的覆蓋范圍沒(méi)有受到任何影響，用戶(hù)體驗(yàn)反而有所改善——下載速度提高了5%、上傳速度更是提高達(dá)30%。

 

　　事實(shí)證明，網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境就如同在熱鬧的餐廳里談話(huà)一樣——大喊大叫雖然能讓我們的聲音傳得更遠(yuǎn)，但如果每個(gè)人都能放低聲音，交流體驗(yàn)反而會(huì)顯著提升。

 

　　用例二——站點(diǎn)數(shù)字孿生：站點(diǎn)與設(shè)備管理的新時(shí)代站點(diǎn)數(shù)字孿生是對(duì)可見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模——包括物理站點(diǎn)中的信號(hào)塔、設(shè)備及其他相關(guān)資產(chǎn)。隨著5G技術(shù)的加速發(fā)展，我們需要保證網(wǎng)絡(luò)能夠有效擴(kuò)展、易于維護(hù)。但實(shí)際上，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的生命周期管理還遠(yuǎn)不夠敏捷。管理員往往需要參考20多份文檔才能搞清單一物理站點(diǎn)中的已安裝設(shè)備——包括CAD設(shè)計(jì)與圖像、電子表格、產(chǎn)品數(shù)據(jù)表等等。這樣的手動(dòng)操作過(guò)程緩慢且極易出錯(cuò)，而且往往迫使工作人員不斷爬上爬下、工作風(fēng)險(xiǎn)大大增加。

　　圖二：站點(diǎn)數(shù)字孿生

 

　　通過(guò)使用數(shù)字孿生技術(shù)，專(zhuān)家們將祝宜家出口的廚房規(guī)劃程序引入電信行業(yè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全數(shù)字化場(chǎng)景及設(shè)備的設(shè)計(jì)與管理。企業(yè)為各個(gè)站點(diǎn)建立起數(shù)字孿生副本，并使用激光掃描儀（LiDAR）、攝像頭與無(wú)人機(jī)等捕捉到精確的3D模型。孿生副本中包含生命周期管理所必需的各類(lèi)關(guān)鍵元數(shù)據(jù)，例如設(shè)備重量、功率、組件間兼容性等信息。

 

　　專(zhuān)家們還開(kāi)發(fā)出一套包含40000個(gè)組件的強(qiáng)大工具庫(kù)，其中每個(gè)組件都能輕松“拖放”到位，由此將設(shè)計(jì)時(shí)間縮短50%，同時(shí)將維護(hù)及返工需求由10%降低至0.1%。由于返工比例大降、維護(hù)工程師不必反復(fù)爬上爬下，企業(yè)獲得了更安全、更可預(yù)測(cè)、更可持續(xù)的運(yùn)營(yíng)能力。

 

　　用例三——用戶(hù)數(shù)字孿生：將5G帶入

 

　　除了網(wǎng)絡(luò)數(shù)字孿生與站點(diǎn)數(shù)字孿生之外，Swisscom的數(shù)字孿生三重奏還缺少最關(guān)鍵的環(huán)——訂閱用戶(hù)。為此，公司研究團(tuán)隊(duì)與英偉達(dá)Omniverse團(tuán)隊(duì)開(kāi)展合作，將游戲與電影CGI技術(shù)引入電信行業(yè)，利用Unity游戲引擎對(duì)用戶(hù)進(jìn)行實(shí)時(shí)建模。

 

　　這種顛覆性的技術(shù)交叉推動(dòng)著企業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)模型演變，也讓現(xiàn)實(shí)世界中的測(cè)量能力獲得了前所未有的準(zhǔn)確性保障。從本質(zhì)上講，Swisscom決定將3D游戲技術(shù)及其計(jì)算復(fù)雜度極高的物理精確模型作為基準(zhǔn)，用于部署5G信號(hào)傳播模型。

 

　　這項(xiàng)技術(shù)讓企業(yè)能夠?qū)?fù)雜的城市及室內(nèi)幾何形態(tài)進(jìn)行高分辨率建模，具體涵蓋橋梁、隧道、灌木叢等各類(lèi)可能影響射頻傳播的目標(biāo)，同時(shí)也兼顧到用戶(hù)移動(dòng)行為與動(dòng)態(tài)場(chǎng)景特征（例如乘車(chē)場(chǎng)景）。此外，Omniverse還使用Pixar工作室提供的通用場(chǎng)景描述格式實(shí)現(xiàn)了詳盡城市網(wǎng)格與地理數(shù)據(jù)的重用性，有效解決了高精度建模環(huán)境下的一大核心挑戰(zhàn)。

 

　　毫無(wú)疑問(wèn)，未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境只會(huì)變得更加復(fù)雜，因此模型必須有能力提供廣泛的可視化支持。英偉達(dá)Omniverse Create將最先進(jìn)的光線(xiàn)追蹤引擎與交互式工具集成起來(lái)，幫助電信企業(yè)操縱并探索復(fù)雜場(chǎng)景、并在其中充分測(cè)試電信產(chǎn)品與變更影響。這，也代表著新一代產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的基本形式。

 

　　技術(shù)擁有著光明的未來(lái)，我們也期待探索這片充滿(mǎn)可能性的虛擬世界。