Попереднє цифрове моделювання телекомунікаційних мереж дає змогу ще до фізичного розгортання оцінити продуктивність, виявити проблеми й перевірити потенційні рішення — до того, як буде прокладено перший кабель чи встановлено першу щоглу. Результат — більш надійні мережі, швидший запуск і масштабування, безпечніше впровадження нових технологій та зниження сукупної вартості володіння (TCO). Це особливо важливо для 5G і майбутніх 6G, які поєднуватимуть відкриті компоненти Open RAN із супутниковими Non-Terrestrial Networks (NTN).

Цифровий двійник — це віртуальна копія живої мережі, що працює безперервно й еволюціонує завдяки даним з реального світу. Він має цінність протягом усього життєвого циклу мережі: діє як оперативний дублер із зворотним зв’язком у реальному часі (оптимізація мережі, предиктивне обслуговування) і водночас як стратегічний «пісочний майданчик» для тестування конфігурацій та сценаріїв. Як показано на рис. 1, цифровий двійник спеціально проєктують і розробляють так, щоб він максимально точно відображав реальну мережу.

Такий підхід дозволяє заздалегідь перевіряти оновлення, альтернативні налаштування та коригувальні дії, підвищуючи продуктивність і енергоефективність, покращуючи QoS, надійність і безпеку, а також переходити до планового обслуговування без аварійних ремонтів і простоїв. Працюючи безперервно, двійник приймає телеметрію в реальному часі — затримки, пропускну здатність, журнали збоїв, показники клієнтського досвіду — аналізує трафік, визначає «вузькі місця» й надає безпечне середовище для випробувань, зокрема для перевірки стійкості до DDoS-атак.

Як створюють цифровий двійник

Реалізація може бути різною — від внутрішньої розробки до співпраці з партнерами на базі перевірених платформ. У будь-якому випадку потрібен набір інструментів для валідації двійника та постановки експериментів, які забезпечують вимірювані результати для ухвалення рішень у живій мережі: інструменти збору реальних вимірювань, засоби накладання умов на двійник і контролю його реакції.

Незалежно від масштабу — моделювання окремих складових чи повної зв’язки від RAN до Core (див. рис. 2) — критично перевіряти точність передбачень двійника порівняннями з реальною мережею і після запуску підтримувати синхронізацію, щоб віртуальна копія лишалася актуальною.

Для створення й експлуатації цифрового двійника зазвичай потрібні деякі або всі такі компоненти:

- емулювання користувацького обладнання (UE)

- генератор сценаріїв RAN (RSG)

- можливості трасування променів (ray tracing)

- емулятор ядра (Core)

- оркестраційний рушій

- валідаційний рушій

- набори тестів безпеки

- засоби захоплення живих даних

- польові бездротові вимірювальні інструменти

Розширені мережі

У міру підключення нових сайтів, сот і edge-вузлів двійник «підтягує» їхню топологію, конфігурацію та телеметрію, розширюючи свою модель. Він може прогнозувати зони покриття, ємність і рівень завад на різних етапах розгортання, а також допомагає дотримуватися регуляторних вимог — від розподілу спектра до лімітів ЕМП.

Оператори, що вже мають цифрові двійники для 5G, зможуть використати їх як трамплін до 6G. Коли 6G принесе нативний ШІ та інтегровані радіолокацію і зв’язок (ISAC), двійник еволюціонуватиме, моделюючи й ці нові можливості без «перезапуску з нуля».

Ключовим для 6G стане діапазон FR3 — як для покриття, так і ємності. Важливо оцінити його спільне використання з FR1, щоб досягти цілей мережі. Для цього застосовують трасування променів (моделює взаємодію радіосигналів зі стінами та перешкодами) у поєднанні з генерацією сценаріїв RAN, що дає масштаб за рахунок моделювання багатьох подібних радіомодулів. Емуляція UE забезпечує сценарії у FR1 і FR3, а цифровий двійник дозволяє інжектувати аномалії й програвати тисячі варіантів. Так інженери проєктують, аналізують і оптимізують системи зв’язку для кращого покриття й продуктивності у різних середовищах.

Цифрові двійники також допомагають інтегрувати в 6G-базові станції та радіо можливості ISAC — високоточне позиціювання, розпізнавання жестів і картографування оточення. Вони дають змогу перевірити алгоритми ISAC завдяки квазіреальному трасуванню променів для ISAC-радіосцени, моделюванню каналу для емулювання цілей (дрони, авто, пішоходи) та емулюванню приймача сенсингу.

Приклади застосування

- США, 6G City-Scale Digital Twin. Проєкт Північно-Східного університету використовує ШІ/ML для навчання компонентів на кшталт 6G AI-Native Air Interface та для розуміння динаміки й продуктивності мережі. Акцент — на ролі ШІ/ML у моделюванні радіопоширення для великомасштабних двійників, що інтегрують реальні вимірювання та KPI вищих рівнів у кооперації з партнерами.

- Велика Британія, TUDOR. Консорціум університетів, операторів і вендорів (зокрема VIAVI) досліджує Open RAN-компоненти, борючись із цифровою нерівністю та оптимізуючи енергоефективність. На базі 5G/6G Innovation Centre Університету Суррея проєкт вивчає нові відкриті елементи мереж і їхню взаємодію в RAN і Core, відкриваючи нові виклики та можливості тестування для 6G. VIAVI надає експертизу й інструменти, включно з 6G 3D-моделюванням каналу та 3D-дизитальним двійником RAN.

- ЄС, 6G-TWIN. Ініціатива формує засади реактивних і предиктивних мережевих двійників для операційних мереж, орієнтуючись на сценарії телеопераційного водіння та енергозбереження. Запропоновано ШІ-нативну референсну архітектуру 6G, де цифрові двійники — ядро для наскрізної оптимізації, управління та контролю мереж у реальному часі. Передбачено методи, моделі та симуляційні рішення для багатошарових віртуальних представлень 6G систем, що охоплюють edge, fog і хмару та різні технології зв’язку — стільникові, оптичні й NTN.

- Велика Британія, Open Networks Ecosystem (ARIANE). Проєкт моделює мультивендорне середовище Open RAN із малими стільниками, кількома RIC і наборами xApps/rApps. Мета — оцінити можливості посилення безпеки, виміряти вплив на продуктивність RAN у різних сценаріях із кількома застосунками, а також надати рекомендації для стандартів O-RAN Alliance. Цифровий двійник із кількома RIC тестує xApps/rApps для енергоменеджменту, керування трафіком (у т.ч. розширеного) та динамічного розподілу ресурсів на основі QoS.

- Сінгапур, O-RAN ALLIANCE Global Plugfest. Університет технологій і дизайну Сінгапуру (SUTD) спільно з VIAVI створив просунутий цифровий двійник для підвищення енергозаощаджень у 5G Open RAN. Розроблено rApp синхронізації, що підтримує двійник у реальному часі на рівні фактичної мережі. Використовуючи AI RAN Scenario Generator (AI RSG), двійник допоміг навчити й протестувати ШІ-стратегії енергозбереження, які потім підтвердили в меншому реальному стенді — рішення легко перенесли у продакшн. Дотримання відкритих інтерфейсів O-RAN забезпечує масштабованість і просту інтеграцію.

Цифрові двійники вже стали стандартним інструментом операторів і виробників обладнання для проєктування з низьким ризиком, тестування та довгострокової експлуатації й еволюції мереж. Перевірені засоби емуляції та тестування — як окремих сегментів (RAN, Core), так і всієї мережі — допомогли у впровадженні 5G і готові еволюціонувати разом з існуючими інфраструктурами, прискорюючи перехід до 6G.

Джерело: VIAVI Perspectives