近兩年，數(shù)字孿生在工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)小有進(jìn)展。

美國(guó)通用電氣、西門子等公司宣稱利用數(shù)字孿生提升工廠運(yùn)營(yíng)效率，提升企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本。

5G時(shí)代的到來，混合組網(wǎng)、多終端，外場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜等因素影響下，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度與日俱增，同時(shí)，5G智能工廠、遠(yuǎn)程醫(yī)療等行業(yè)應(yīng)用對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的安全性、可靠性要求也提高到更嚴(yán)苛水平。

“數(shù)字孿生在幫助開發(fā)和部署環(huán)境復(fù)雜的5G網(wǎng)絡(luò)方面具有明顯的潛力?！?IEEE學(xué)者在相關(guān)研究提出這樣的看法。

與此同時(shí)，中國(guó)移動(dòng)、華為、愛立信等通信行業(yè)的頭部運(yùn)營(yíng)商、通信企業(yè)也在研究數(shù)字孿生助力5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。

那么，到底什么是數(shù)字孿生？數(shù)字孿生與5G有哪些結(jié)合點(diǎn)？如何在5G行業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生？

什么是數(shù)字孿生？

數(shù)字孿生（Digital Twin）誕生于1991年，由耶魯大學(xué)教授David Gelernter在《鏡像世界》書中首次提出。

數(shù)字孿生，是利用人工智能、大數(shù)據(jù)、傳感器等技術(shù)對(duì)現(xiàn)實(shí)對(duì)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)的數(shù)字建模，在虛擬空間對(duì)物理實(shí)體形成一個(gè)“孿生體”，兩者在整個(gè)生命周期同步發(fā)展，從而更高效的完成產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、建構(gòu)、運(yùn)營(yíng)、監(jiān)控的整個(gè)生命周期的發(fā)展。

打個(gè)簡(jiǎn)單的比喻，就是用在工業(yè)領(lǐng)域，造飛機(jī)的時(shí)候，工程師在有新的設(shè)計(jì)靈感時(shí)，不用親自去擰螺絲，改動(dòng)物理實(shí)體，而是在線上建個(gè)一樣的“數(shù)字孿生”模型，在模型上進(jìn)行修改，這樣就更省時(shí)、省力了。

在2017年之后，數(shù)字孿生在智能工廠、礦業(yè)、能源、生物工程、汽車等領(lǐng)域得到飛速發(fā)展。

比如，公開新聞報(bào)道，美國(guó)通用電氣在Predix物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上利用數(shù)字孿生技術(shù)，并號(hào)稱打造了120萬個(gè)數(shù)字孿生體，對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障檢測(cè)和預(yù)測(cè)性維護(hù)，提高工廠的可靠性。

再比如，在上汽通用奧特能超級(jí)工廠，電池生產(chǎn)的設(shè)計(jì)初期，就會(huì)針對(duì)涂膠軌跡、速度、出膠量等工藝進(jìn)行數(shù)百次虛擬仿真，利用大數(shù)據(jù)形成最優(yōu)參數(shù)，在正式生產(chǎn)時(shí)則將仿真運(yùn)行后的最優(yōu)數(shù)據(jù)輸出到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，并配合3D視覺手段，最終實(shí)現(xiàn)測(cè)量精度小于0.1mm。

2020年，市場(chǎng)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，數(shù)字孿生市場(chǎng)價(jià)值達(dá)到31億美元，而行業(yè)分析師推測(cè)，截至2026年，數(shù)字孿生可能會(huì)繼續(xù)大幅增長(zhǎng)，攀升至約482億美

鑒于此，通信專家也在研究，利用數(shù)字孿生來評(píng)估網(wǎng)絡(luò)性能，預(yù)測(cè)環(huán)境變化對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響，并相應(yīng)地優(yōu)化5G網(wǎng)絡(luò)流程和決策。

5G如何利用數(shù)字孿生？

數(shù)字孿生可以應(yīng)用在5G系統(tǒng)的方方面面，可以覆蓋5G核心網(wǎng)、Mac、PHY層等，比如，在物理層，數(shù)字孿生可以模擬路徑損耗、干擾、衰落、地形、移動(dòng)、天氣、天線、頻率、調(diào)制、數(shù)據(jù)速率等；而在更高的協(xié)議層，甚至可以模擬波形、協(xié)議、帶寬、QoS等。

舉一個(gè)典型場(chǎng)景，熱點(diǎn)區(qū)域覆蓋

在城市街道召開重大節(jié)假日活動(dòng)，體育場(chǎng)館舉辦大型賽事活動(dòng)時(shí)，一般會(huì)有一波用戶的大幅增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)擁塞壓力比較大，而針對(duì)這些熱點(diǎn)區(qū)域，可以利用數(shù)字孿生提前規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)部署。

利用數(shù)字孿生可以實(shí)現(xiàn)：

?還原場(chǎng)景細(xì)節(jié)

3D城市地形（建筑物，街道…）和城市頻道傳播

視距（LoS）傳輸和非視距傳輸（NLoS）通信

行人流動(dòng)性+用戶行為模型、交通模式

可以模擬超過 2萬人的用戶

兼顧語音+數(shù)據(jù)蜂窩網(wǎng)絡(luò)

?隨著用戶的增加，分析基站的資源（流量、帶寬）分配

?改進(jìn)通道分配和呼叫準(zhǔn)入流程，以應(yīng)對(duì)用戶的增長(zhǎng)

此外，數(shù)字孿生可以仿真5G行業(yè)專網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星通信等，實(shí)時(shí)模擬設(shè)備和真實(shí)應(yīng)用，增加網(wǎng)絡(luò)可靠性，節(jié)省運(yùn)營(yíng)商、通信企業(yè)、行業(yè)企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本。

是德科技可以提供將高保真設(shè)備、子系統(tǒng)模型和測(cè)量集成到端到端應(yīng)用層的數(shù)字孿生。

審核編輯 ：李倩