当6G网络的设计复杂度远超5G,传统试错式部署成本呈指数级增长时,数字孪生技术正在成为破解这一难题的关键。是德科技与马拉加大学联合成立的6G研究与创新实验室,通过构建**的虚拟网络映射,为研究人员提供了测试和开发的零风险环境,这不仅大幅降低了实验成本,更让原本需要数月的网络验证工作缩短到几天内完成。
6G网络的设计面临前所未有的复杂性挑战。与传统网络不同,6G将集成地面无线与卫星通信,实现全球无缝覆盖,这意味着网络架构的复杂度和规模都将呈指数级增长。数字孪生技术通过创建物理实体的虚拟映射,为工程师提供了零风险的测试环境,可以在实际部署前发现并解决潜在问题。
实时监控与预测能力让网络优化更加精准。是德科技在马拉加实验室建立的监控区可以对5G和6G移动网络实验平台Victoria网络进行实时监控,这种能力延伸到数字孪生系统中,能够预测网络在不同负载和环境下的表现。
多场景模拟减少实地测试成本。通过数字孪生,研究人员可以模拟从城市密集区到偏远山区的各种环境条件,测试网络在极端天气、不同地形条件下的性能,这大大减少了昂贵的实地测试需求。
快速迭代设计加速创新周期。在虚拟环境中,网络配置和架构的修改可以在几分钟内完成并看到结果,而不需要物理重新配置设备,这使得设计迭代速度提高了数十倍。
跨领域协作平台整合多方 expertise。数字孪生平台允许网络架构师、射频工程师、软件开发者等不同领域的专家在统一的虚拟环境中协作,确保所有系统组件的优化和兼容性。
构建真实的6G网络数字孪生需要多项核心技术的支撑。高精度建模技术是基础,需要创建网络设备、无线信道和用户行为的**数学模型。是德科技利用其Channel Studio RaySim射频射线跟踪解决方案,在FR1、FR2和FR3环境中快速、**地创建特定站点的射频传播模型。
实时数据集成确保孪生体与物理世界同步。通过导入各种数据源,包括射线跟踪模型、激光雷达、电信配置、开源数据、实验室测量和实时遥测,构建全面的数字孪生模型。
AI驱动分析实现智能优化。数字孪生系统集成了人工智能和机器学习算法,能够自动分析网络性能,识别瓶颈,并提出优化建议。是德科技实验室的研究重点就包括通过网络感知并与物理世界互动,赋能全新应用场景和服务模式。
多尺度仿真能力应对不同需求。从芯片级的组件仿真到城市级的网络覆盖仿真,数字孪生系统需要支持不同尺度的仿真精度和范围,以满足各种研究和测试需求。
协同仿真接口整合专业工具。通过标准化的API接口,数字孪生平台可以集成各种专业仿真工具,如射频仿真、流量模拟、功耗分析等,提供全面的分析能力。
技术组件 | 功能描述 | 在6G中的应用价值 | 是德科技提供的解决方案 |
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射频传播建模 | **模拟无线信号传播特性 | 预测覆盖质量和容量需求 | Channel Studio RaySim |
网络流量仿真 | 模拟用户行为和数据处理流程 | 优化资源分配和调度算法 | KORA解决方案 |
AI分析引擎 | 自动识别模式和优化机会 | 实现智能网络自优化 | 集成AI/ML的分析平台 |
实时数据接口 | 连接物理网络和数字孪生体 | 确保模型准确性和实时性 | 多种测量和监控工具 |
多物理场仿真 | 分析电磁、热、机械等多领域效应 | 优化设备设计和部署策略 | 综合仿真平台 |
数字孪生技术在6G研发的多个关键领域都有重要应用。新频谱开发受益于虚拟测试环境,6G将使用太赫兹(THz)频段(100GHz-10THz),数字孪生允许研究人员在虚拟环境中测试新频段的传播特性和设备兼容性,降低实际测试的风险和成本。
网络拓扑优化通过仿真实现**配置,6G网络将达到前所未有的"致密化"程度,数字孪生可以帮助确定基站的**位置和配置,*大化覆盖和容量 while *小化干扰和成本。
能耗管理优化实现绿色网络目标,通过数字孪生,工程师可以**模拟不同配置下的能耗情况,优化网络能效,支持可持续发展目标。是德科技参与的UNITY-6G项目就旨在开发可以无缝集成异构网络域的AI原生架构,同时确保可持续性、能效和可扩展性。
安全性与可靠性验证在虚拟环境中进行,6G网络需要实现中断机率小于百万分之一的超高可靠性,数字孪生允许研究人员模拟各种故障场景和网络攻击,测试网络的韧性和恢复能力。
新应用场景测试加速创新落地,从智能城市到工业自动化,数字孪生提供了测试6G在新应用场景中表现的平台,加速这些技术的商业化进程。
实施成功的6G数字孪生项目需要系统化的方法。需求分析与目标定义是**步,明确数字孪生项目要解决的具体问题和期望的成果,例如是优化覆盖、减少能耗还是提高可靠性。
数据收集与处理构建基础,收集网络配置、性能指标、环境数据等多源信息,并进行清洗和标准化处理,确保数据质量和一致性。
模型开发与校准是关键环节,基于物理原理和数据驱动方法开发网络组件和环境的数学模型,并通过实际测量数据持续校准模型精度。
平台集成与部署实现功能,选择或开发合适的数字孪生平台,集成各种模型和分析工具,并部署到研发环境中供团队使用。
验证与迭代优化确保价值实现,通过与实际网络表现的对比验证数字孪生的准确性,并持续收集反馈进行迭代优化,提高预测精度和实用价值。
是德科技与马拉加大学的合作提供了数字孪生应用的典范案例。6G-SANDBOX项目创建了泛欧测试平台,整合数字节点和物理节点,提供可全面配置、管理和控制的端到端网络,用于验证6G新技术和研究成果。
多地实验平台提供多样化测试环境,参与该项目的组织可以在位于西班牙马拉加、德国柏林、芬兰奥卢和希腊雅典的四个实验平台上进行试验,每个平台都有不同的环境和特点。
马拉加数字孪生模型展示技术能力,是德科技展示了一个覆盖西班牙马拉加市的大型专用网络的数字孪生模型,该模型通过导入各种数据源创建,包括射线跟踪模型、激光雷达、电信配置、开源数据、实验室测量和实时遥测。
跨学科合作推动创新,马拉加大学软件工程技术学院(ITIS)从十多年前便开始投入4G和5G软件、协议以及先进配置等领域的研究,现在通过与是德科技的合作,将这些经验扩展到6G数字孪生领域。
开放创新生态加速技术发展,这些测试平台不仅服务于项目参与者,还向更广泛的研究社区开放,促进知识共享和技术扩散,加速6G技术的整体发展。
数字孪生技术在6G中的应用前景广阔但也面临挑战。AI融合将提升孪生体智能水平,人工智能技术将进一步与数字孪生融合,实现更智能的预测、优化和自主决策能力。
实时性要求增加技术难度,随着网络动态性的增加,数字孪生需要接近实时地跟踪和反映物理网络的状态,这对计算和数据处理能力提出了更高要求。
标准化需求日益凸显,为了确保不同系统和平台之间的互操作性,数字孪生技术的标准化变得非常重要,包括数据格式、接口规范和性能指标等方面。
隐私与安全问题需要重视,数字孪生涉及大量网络和用户数据,如何确保这些数据的安全性和隐私保护是一个重要挑战。
计算资源需求可能成为瓶颈,高精度的网络级数字孪生需要大量的计算资源,如何平衡模型精度和计算效率是一个持续的技术挑战。
个人观点
在我看来,数字孪生技术正在成为6G研发的关键使能器,它不仅能够大幅降低研发成本和风险,更重要的是能够加速创新周期,使研究人员能够探索更多可能的设计方案。
然而,数字孪生的准确性始终是核心挑战。再精细的模型也只是现实世界的近似,如何确保数字孪生的预测结果与实际网络行为一致,需要持续的数据验证和模型校准。是德科技与马拉加大学的合作模式——将学术研究机构的创新能力和企业的工程实践能力相结合——为应对这一挑战提供了很好的范例。
从产业发展角度,开源数字孪生平台的出现可能会加速6G技术的整体发展。就像开源软件推动了软件行业的创新一样,开源数字孪生平台可以降低研究门槛,促进更广泛的知识共享和协作创新。
对研发团队而言,建议采取渐进式实施策略。不要试图一开始就构建完整的网络级数字孪生,而是从特定的组件或问题开始,逐步扩展功能和范围,确保每一步都能提供实际价值。
**数据视角
根据是德科技展示的案例,他们的数字孪生模型通过实时测量进行校准,然后用于深入了解整体网络的当前性能,以及部署新的6G候选技术可能带来的改进。
6G-SANDBOX项目得到了欧洲地平线计划的资助,是欧盟委员会智能网络与服务联合体(SNS JU)发起的35个新项目之一,这反映了欧盟对数字孪生技术在6G研发中价值的认可。
是德科技参与的UNITY-6G项目将持续三年,旨在开发可以无缝集成异构网络域的AI原生架构,这显示了数字孪生技术与AI融合的长期趋势。
从技术指标看,6G需要实现室内定位精度达到10厘米,室外为1米,通信时延0.1毫秒,这些苛刻的要求使得数字孪生技术不再是可选而是必需的工具。
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