近兩年，數(shù)字孿生在工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)小有進(jìn)展。
美國通用電氣、西門子等公司宣稱利用數(shù)字孿生提升工廠運營效率，提升企業(yè)運營成本。
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5G時代的到來，混合組網(wǎng)、多終端，外場環(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，5G智能工廠、遠(yuǎn)程醫(yī)療等行業(yè)應(yīng)用對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，中國移動、華為、愛立信等通信行業(yè)的頭部運營商、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？如何在5G行業(yè)實現(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)對現(xiàn)實對象進(jìn)行動態(tài)的數(shù)字建模，在虛擬空間對物理實體形成一個“孿生體”，兩者在整個生命周期同步發(fā)展，從而更高效的完成產(chǎn)品在設(shè)計、建構(gòu)、運營、監(jiān)控的整個生命周期的發(fā)展。
打個簡單的比喻，就是用在工業(yè)領(lǐng)域，造飛機(jī)的時候，工程師在有新的設(shè)計靈感時，不用親自去擰螺絲，改動物理實體，而是在線上建個一樣的“數(shù)字孿生”模型，在模型上進(jìn)行修改，這樣就更省時、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，公開新聞報道，美國通用電氣在Predix物聯(lián)網(wǎng)平臺上利用數(shù)字孿生技術(shù)，并號稱打造了120萬個數(shù)字孿生體，對飛機(jī)發(fā)動機(jī)進(jìn)行實時監(jiān)控、故障檢測和預(yù)測性維護(hù)，提高工廠的可靠性。
再比如，在上汽通用奧特能超級工廠，電池生產(chǎn)的設(shè)計初期，就會針對涂膠軌跡、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)時則將仿真運行后的最優(yōu)數(shù)據(jù)輸出到現(xiàn)場設(shè)備，并配合3D視覺手段，最終實現(xiàn)測量精度小于0.1mm。
2020年，市場機(jī)構(gòu)統(tǒng)計，數(shù)字孿生市場價值達(dá)到31億美元，而行業(yè)分析師推測，截至2026年，數(shù)字孿生可能會繼續(xù)大幅增長，攀升至約482億美
鑒于此，通信專家也在研究，利用數(shù)字孿生來評估網(wǎng)絡(luò)性能，預(yù)測環(huán)境變化對網(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、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。
舉一個典型場景，熱點區(qū)域覆蓋
在城市街道召開重大節(jié)假日活動，體育場館舉辦大型賽事活動時，一般會有一波用戶的大幅增長，網(wǎng)絡(luò)擁塞壓力比較大，而針對這些熱點區(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)字孿生可以實現(xiàn)：
•還原場景細(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)對用戶的增長
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，實時模擬設(shè)備和真實應(yīng)用，增加網(wǎng)絡(luò)可靠性，節(jié)省運營商、通信企業(yè)、行業(yè)企業(yè)運營成本。