网络技术迅速迭代演进，速率更高、连接更广、时延更低、可靠性更强、灵活性更好，持续赋能千行百业数字化转型。但网络新业务层出不穷，网络规模持续扩大，负载不断增加，导致网络运营维护杂度高，创新技术落地部署困难，制约了网络技术进一步发展。
数字孪生理念应用于垂直行业网络“规、建、运、维、优”全生命周期管理中，创建物理网络设施的虚拟镜像，搭建与物理网络设备一致、拓扑一致、数据一致的数字孪生网络平台，在网络状态实时监测、流量全息透视、故障诊断分析、设备全生命周期管理等场景发挥重要作用，同时，虚拟空间的网络镜像环境可以提供网络配置正确性验证，大大降低现网风险,消除错误配置导致现网故障的可能性。
网络数字孪生概念
中国移动在业界首次提出了数字孪生网络（DTN）的概念，数字孪生网络是以数字化方式创建物理网络实体的虚拟孪生体，且可与物理网络实体之间实时交互映射的网络系统，其核心要素为：数据、模型、交互、映射。
通过实时或者非实时的数据采集方式将物理网络层的数据主要包括物理实体数据、空间数据、资源数据、以及协议、接口、路由、信令、流程、性能、告警、日志、状态等采集存储到数据仓库，为构建网络孪生体以及为网络孪生体赋能提供数据支撑，并且基于这些数据形成功能丰富的数据模型。
通过灵活组合的方式创建多种模型实例，服务于各种网络应用，同时通过网络孪生体以高保真可视化的页面去映射物理网络实体，最终达到可视化页面、孪生网络层、物理网络层的实时交互。同时借住人工智能、AI算法、专家经验、大数据分析等技术实现对物理网络进行全生命周期的分析、诊断、仿真和控制。
网络数字孪生核心价值
数字孪生网络将成为未来网络规划、运行、管理和运营的新方向，成为实现网络智能化、自动化的重要手段，在以下方面实现网络全生命周期管理价值：
一是拓扑透视和流量全息。帮助用户更清晰地感知网络状态、更高效地挖掘网络有价值的信息、以更友好的沉浸交互界面探索网络创新应用，将物理网络由“黑盒”变成“白盒”。
二是从设备到组网的全生命周期管理。在网络的整个生命周期“规划、建设、维护及优化”中，当网络运维中出现故障，不仅能回溯到网络的“过去”，也能通过网元模型回溯到网络设备的“过去”，从而实现网络和设备的生命周期关联分析，通过数字孪生网络将网络和设备的生命周期紧密结合，可实现网络和设备的全流程精细化管理。
三是网络的实时闭环控制。通过网络配置在孪生网络层内进行调整与优化，同时可实现数字孪生网络对物理网络的实时控制、反馈与优化，最终实现网络自学习、自验证、自演进的实时闭环控制。
四是网络风险和成本降低。借助数字孪生网络对网络优化方案高效仿真，充分验证后部署至实体网络，降低现网部署的试错风险和成本，提高方案部署的效率，同时可实现低成本、高效率的网络创新技术研究。
网络数字孪生整体架构
结合数字孪生的技术特点和通信网络的需求，中国移动提出了“三层三域双闭环”的数字孪生网络参考架构。其中三层指构成数字孪生网络系统的物理网络层、孪生网络层和网络应用层；三域指孪生网络层数据域、模型域和管理域，分别对应数据共享仓库、服务映射模型和网络孪生体管理三个子系统；“双闭环”是指孪生网络层内基于服务映射模型的“内闭环”仿真和优化,以及基于三层架构的“外闭环”对网络应用的控制、反馈和优化。
在物理网络层，主要包含构成端到端网络的所有物理实体，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。
在孪生网络层，主要由数据共享仓库、服务映射模型和孪生体管理三个模块组成。其中数据共享仓库子系统负责采集和存储各种网络数据，并向数据映射模型子系统提供数据服务和统一接口；服务映射模型子系统完成基于数据的建模，为各种网络应用提供数据模型实例，最大化网络业务的敏捷性和可编程性；数字孪生体管理子系统负责网络孪生体的全生命周期管理以及可视化呈现。
在网络应用层，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。网络运维优化、网络可视化、意图验证、网络自动驾驶等创新技术及各种应用以更低的成本、更高的效率、更小的现网业务影响快速部署。
网络数字孪生关键技术
网络数字孪生的实现依托五大类关键技术的支撑，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，包括以网络设备基本配置、环境信息、运行状态、链路拓扑等为代表的基础模型，和以网络感知、分析、仿真、推理、决策等为代表的功能模型。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，持续迭代优化孪生体模型直至相关偏离数值处于允差范围之内。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，支撑孪生体与物理网络设备之间的动态交互、关联性交互和沉浸式模拟，辅助认知网络的内部结构，支撑挖掘隐藏在网络内部的价值信息。五是全向接口协议技术，面对大规模数字孪生网络兼容性和扩展性需求，兼顾新应用、新功能的快速引入集成，构建统一的、扩展性强的、易用的标准化接口和协议体系，包括南向、北向和孪生体内部接口。
5G行业网需求特征
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行业网需求存在四大特征。一是可用性，垂直行业用户要求专网网络服务始终在线，以使停机时间几乎为零，并且可以控制任何系统维护，以确保最大的可用性。二是可靠性，要求在预定的持续时间内以高成功概率传输给定数量的业务的能力，需要足够的网络覆盖范围和容量，以及强大的切换功能。三是灵活性，垂直行业客户要求吞吐量、延迟、抖动、丢包率等网络性能参数灵活可变、按需定制、可感可控。四是安全性，特定垂直行业要求极高的端到端安全性，以确保信息，基础架构和人员免受威胁。同时要求利用网络隔离，数据保护和设备/用户身份验证来保护关键资产，保持企业对关键数据的主权，确保敏感信息保留在本地。
基于数字孪生的5G行业网全生命周期管理能力体系
受需求影响，5G行业网在规划、建设、运维、优化等全生命流程管理中现存诸多痛点，主要包括联网方式和终端类型种类繁多、组网方案和配置定制化程度高、客户网络感知意愿强、对网络故障容忍度低等，要求网络运营主体全面提升网络服务品质和运维管理效率。作为助力千行百业实现数智化转型的重要技术，数字孪生也将在5G行业网全生命周期管理中发挥价值。结合数字孪生整体技术架构和理念，依托数字孪生建立的5G行业网全生命周期管理能力体系应包含以下几个方面：
一是5G行业网方案规划及仿真能力。构建基于5G专网、新型无源、新型短距、蓝牙、TSN等网络技术的5G行业网拓扑数字仿真模型，“拖拽式”操作，便捷高效地实现5G行业网方案规划及仿真功能，以快速实现频段专享、上行高速率传输、高精定位、定制全面覆盖、高可靠传输等组网要求，满足行业客户在复杂应用场景下不同生产或管理环节对异构网络架构和组网的需求。
二是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，包含物理空间模型、机理模型、语义模型等，实现数字空间和物理实体的关联，在“规划、建设、运维、优化”网络全生命周期中，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。
三是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，既为行业客户提供定制化和可视化的端到端网络解决方案、网络组网规划及网络建设进度监控等功能，也能提供网络运行状态、网络配置、网络覆盖等可视化能力。
四是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。
中国移动以5G行业网全生命周期管理能力体系为指导理念，兼顾5G行业网在赋能垂直行业时的“信息高速：5G专网”和“最后一百米：行业现场网”两大子领域，分别构建了面向上述两个子领域的网络数字孪生技术体系。
