基于数字孪生的多维数字全息地图

        随着通信网络规模不断扩大，业务复杂度持续攀升，传统网络管理方式面临数据孤岛、动态响应滞后、故障定位低效等挑战。数字孪生技术通过构建物理网络的虚拟映射，为网络全生命周期管理提供了新思路。基于数字孪生的多维全息地图，不仅实现了网络状态的实时可视化和历史回溯，还支持未来趋势预测与仿真验证，将成为智慧化网络运营的驾驶舱。本文详细介绍了基于数字孪生的网络全息地图，从数字孪生的核心概念和功能出发，探讨了其在网络全息地图中的应用。

网络数字孪生技术与核心能力

        网络数字孪生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。

技术架构

        网络数字孪生创建物理网络实体的虚拟孪生体，并与物理网络实体之间实时交互映射。构建物理网络的动态虚拟镜像，其技术架构包括：

• 数据层：构建统一的数据共享仓库作为数字孪生网络的单一事实源，高效存储物理网络的配置、拓扑、状态、日志、用户业务等历史和实时数据，为网络孪生体提供数据支撑，形成“单一事实源”。
• 模型层：提供多种计算模型，如流转发模型、光物理损耗模型。多种模型可灵活组合，仿真、分析和诊断各种网络行为。
• 映射层：基于孪生数据，使用计算模型，通过实时数据同步，将物理网络状态映射至虚拟空间，如流量分布、质量劣化区域。
• 交互层：实现虚拟网络与物理设备的双向控制，网络孪生体采集物理网络的实时信息，并将孪生体的配置变更同步到物理网络。

核心功能

        网络数字孪生由三大核心功能组成：网络可视化、镜像网络和预测、网络仿真。

        网络可视化功能提供拓扑透视和流量全息展示，使网络结构和流量分布一目了然；基于网络数字孪生的网络可视化就是网络全息可视能力：提供网络静态资源、网络动态流量、质量KPI、网络拓扑、网络协议、网络业务的当前展示和历史回溯。

        网络全息可视化具有以下特点：

• 全网一张图：与地理信息系统（GIS）相结合，实现对全网的直观展示。
• 万能搜索和统一的资源管理：提供便捷的搜索功能和统一的资源管理方式，方便用户快速定位和管理网络资源。
• “多层资源”网络及业务资源模型：构建多层次的网络及业务资源模型，满足不同层次的管理需求。
• “多维数据”体系化数据设计：支持多种维度的数据叠加在资源对象上，为网络的多维度分析提供数据基础。
• “多重时刻”数据及框架支撑：涵盖历史回溯、实时监控和趋势预测的数据及框架，实现对网络的全生命周期管理。
• “多种状态”对象与应用结合及状态迁移：支持规划态、孪生态等不同状态的对象与应用的结合，并实现状态的灵活迁移。
• 应用交互：定义哪些应用功能（覆盖规建维优各场景）的业务流程要基于数字地图作为入口实现，并总结归纳交互设计模式，提升用户与数字地图的交互体验。

        网络镜像功能则提供历史和当前的镜像数据，形成孪生数据，并基于孪生数据进行未来预测。

        镜像网络是实际通信网络的数字镜像，是实际通信网络在数字空间的等价映射，能够记录过去，掌控现在，预测未来，为仿真、分析、预测提供任意时刻的详尽数据。镜像网络具有网络信息完备、历史数据可回溯和未来数据可预测的特点。

        网络仿真功能则在孪生数据基础上，模拟网络操作，对网络的瓶颈进行仿真分析，并输出详细的仿真报告，为网络的优化和改进提供科学依据。

数字全息地图解决方案

        基于网络数字孪生的服务映射模型，中兴通讯提出了通过网络分层建模和KPI多维全息可视化技术构建的“六视九维”网络数字化全息地图，以支持网络全生命周期的智能可视化运维。“六视九维”网络分层模型是对网络中各种类型数据的层次化建模，实现对通信网络的层次化映像和多维度交互。

分层模型

        图1展示了网络数字化全息地图的分层模型。通过分层模型的开放能力和各层级不同模型的灵活组合并结合AI分析等技术，可实现适用于网络全生命周期管理中规划、建设、维护、优化、运营各个阶段的不同网络应用。

        物理连接网络层是基于通信物理网络中的基础实体数据建模，网元可包括各种物理或虚拟的网络设备，如路由器、交换机、防火墙、服务器等，系统能基于设备级、板卡级、模块级、接口级多个层次的信息对物理网络层设备网元进行表征。在此信息模型上支持多个维度的可视化，包括网络资源统计、物理网元状态、物理网络流量、网络时延、网络故障信息、物理网络能耗、物理网络质量、网络时间同步信息等。

        光通道层是OPS、OTS、OMS和OCH端到端路径，并在此信息模型上支持光层资源统计、资源状态监控、光层故障和光层网络质量信息可视。

        电通道层是OTU、ODU、OSU、OAC、RS和MS端到端路径，并在此信息模型上支持电层状态、电层故障、流量、时延和电层网络质量信息可视。

        协议层包括路由协议相关的信息以及三层协议拓扑，包括二三层逻辑拓扑和切片拓扑，以及相关的协议层属性，比如IGP Metric、BGP Peer等。在此信息模型上支持协议层状态、协议层故障、流量、时延、协议层网络质量信息可视。

        业务路径层用于描述L2VPN、L3VPN以及L2+L3业务建模，还包括业务策略。网络路径信息也能描述网络流量从源到目的所经过的转发隧道和路径信息。并在此信息模型上展示业务的状态、业务故障、业务流量、时延和业务质量信息。

        网络应用层用于展示面向用户的网络应用信息，包括ARN识别的应用信息、数据中心VPC应用信息、基站应用信息等。从用户体验角度端到端展示应用的状态、故障、时延和应用质量信息。

功能模型

        全息地图的功能模型是可对外提供的能力服务模型，包括一图可视、一键调优、一键变更、一键诊断、万能搜索、路径导航、仿真验证、路由分析、网络切片过滤、智能运维。

• 一图可视：网络地图全息一图可视支持多层网络资源分层可视，多层关联可视；在此基础上叠加展示多维数据，而且支持历史数据回溯能力和未来数据的预测能力；拓扑展示实现GIS拓扑多级缩放、自动布局。
• 一键调优：网络路径劣化时，提供快速的网络调优方案，在满足业务意图的基础上实现最优网络调优。
• 一键变更：基于可视化的网络展示进行直观的网络变更，比如链路扩容，并配合仿真能力，提供变更意图验证，实现自行变更下发。
• 一键诊断：在网络可视化故障展示界面，能够快速诊断网络和业务层面的故障，分析故障传播链，快速定位故障根因。
• 万能搜索：提供统一的网络资源搜索定位功能，通过统一入口查询管理范围内的网络资源信息，包括网络资源、协议资源、路径资源、业务资源、网络流量、质量等信息。
• 路径导航：叠加GIS地图，根据GIS信息准确定位到设备所在地点，提供多种选路策略，自动规划业务需要的网络路径，在匹配业务意图的基础上实现最优路径计算。
• 仿真验证：在业务配置发放阶段，通过故障仿真、流量仿真，提前识别人工配置错误，从而拦截潜在的重大网络事故，实现错误配置不入网；并提供高精度仿真服务，模拟网络协议、流量的状态和行为，仿真网络设备的路由表与转发表项，为网络变更风险评估提供真实、客观的基础数据。
• 路由分析，BGP路由采集：基于BMP协议实时获取BGP Peer邻居关系和状态，并针对BGP邻居采集路由，呈现BGP邻居及其路由的统计信息；BGP路由分析可视，针对全量BGP路由和重保BGP路由进行监控。
• 网络切片过滤：在网络切片场景，可以按照切片标识对于网络进行过滤；能够让用户在选定切片网络中进行可视化运维。
• 智能运维：全息地图结合AI机器人，用户可以通过和AI机器人的快速交互，实现网络运维的智能闭环。

        基于数字孪生的网络全息地图提供了物理网络多层多维可视的运维模型，可以作为网络规划、建设、维护、优化的数字化底座和可视化载体。数字全息地图为实现网络高阶自智提供了一种创新且高效的解决方案。