光纤通信数字孪生系统架构及关键技术研究

摘要：光纤通信数字孪生系统是智慧全光网的重要数字底座，是增强网络管控能力，实现网络资源最大化利用的重要手段。通过对光纤通信数字孪生系统的相关研究进展进行阐述，给出光纤通信数字孪生系统的架构，重点分析了构建光纤通信数字孪生系统的3个关键技术：灰盒孪生建模、光纤物理层多维融合感知技术、光纤系统在线学习算法和机制。

关键词：全光网；光纤通信；数字孪生系统；灰盒建模；多维融合感知；在线学习

0  引言

信息时代快速发展，通信流量呈现爆发式增长。光纤通信是通信基础设施的主动脉，承担了全球绝大多数的通信流量，因此光通信技术的发展成为推动信息时代持续发展的重要基石。目前，基于传统光纤信道的光纤传输系统的设计已经接近理论极限，然而光网络的管控方法与机制发展相对滞后，这使得频谱资源利用不充分且运行效率较低。因此，需要通过智慧光网络的构建，充分挖掘现有光纤系统的容量，最大化利用网络资源。为了实现全光网的智能化，本文提出的光纤通信数字孪生系统将成为智慧光网络的关键数字底座。该系统基于感知单元采集得到的实时数据，对光纤通信系统中每一条链路进行同步数字化映射，为光网络管控提供实时物理层关键信息，且具备全生命周期的学习推演能力。

1  光纤通信数字孪生系统的相关进展

对光纤链路的精确建模是构建光纤通信数字孪生系统的首要环节。光纤链路的组成包括光收发机、光纤、光放大器、波长选择开关等单元。目前，国内外很多机构对光纤建模进行了深入的研究。在理论模型方面，P.Poggiolini 等[1]提出了高斯噪声（Gaussian Noise，GN）模型，因其复杂度