Que sont les jumeaux numériques ? Trois exemples concrets

Au cours des dernières décennies, ce que nous attendons de nos appareils a changé. Un téléphone n’est plus seulement pour les appels ou les messages, une voiture connaît probablement le chemin vers votre destination mieux que vous, et nos industries et nos villes deviennent de plus en plus intelligentes et connectées de jour en jour, alimentées par la 5G et l’IoT. Nous voyons notre avenir se construire autour de nous – un avenir de réseaux très complexes et d’écosystèmes numériques interconnectés.

Avec d’énormes volumes de données en temps réel générées en permanence par chaque appareil, la gestion de ces réseaux et la garantie de leur fonctionnement efficace et durable dépendront fortement de l’intelligence artificielle (IA) et de l’apprentissage automatique (ML). Mais la formation pose un défi. Après tout, comment former en toute sécurité un algorithme ML pour apprendre et prendre des mesures réactives dans un réseau dynamique en direct où les temps d’arrêt ne sont pas une option ? C’est là que les jumeaux numériques entrent en jeu.

Représentation fidèle d’un site réel dans un jumeau numérique

Qu’est-ce qu’un jumeau numérique ?

Un jumeau numérique est essentiellement une copie – une représentation logicielle de tous les actifs, informations et processus présents dans la version réelle, mais basée dans le cloud. Les jumeaux numériques ouvrent un monde virtuel de possibilités – un environnement de test simulé sûr dans lequel vous pouvez vous entraîner et jouer des scénarios “et si” au contenu de votre cœur (ou du modèle d’entraînement), sans risque pour l’homologue du monde réel.

Explorer des cas d’utilisation de jumeau numérique

Bien qu’ils puissent ressembler à de la science-fiction, les jumeaux numériques sont déjà exploités dans des solutions commerciales, libérant le potentiel de l’IA, des données et de la numérisation pour activer les réseaux mobiles du futur. Ici, nous explorons trois exemples réels de jumeaux numériques et découvrons comment cette technologie ouvre de nouvelles possibilités pour des réseaux optimisés, automatisés et évolutifs.

Cas d’utilisation 1 – Network Digital Twins : une approche sûre de l’automatisation pour les réseaux 5G

Un jumeau numérique de réseau modélise ce que nous considérons comme le réseau invisible : les signaux, la couverture, les interférences et le comportement du trafic, y compris la mobilité des utilisateurs à travers les couches de fréquences. Le jumeau numérique assure une approche sûre de l’optimisation, un facteur essentiel lorsqu’il s’agit de paramètres sensibles, comme la puissance rayonnée, par exemple.

En Suisse, notre client Swisscom exploite le réseau le mieux noté au monde selon le classement international de référence d’umlaut pour 2021. Mais il est également soumis à certaines des réglementations les plus strictes en matière de puissance rayonnée. Sans modification de l’infrastructure existante, la réglementation n’autoriserait le déploiement que de quelques nouveaux sites 5G à faible puissance, ce qui entraînerait une couverture inégale sur une nouvelle couche basse bande qui serait utilisée à la fois par la 4G et la 5G New Radio (NR).

Alors, comment pourrions-nous réduire la puissance transmise pour faire de la place à la nouvelle couche, sans compromettre la couverture ou l’expérience utilisateur ?

Nous savions que la meilleure approche serait d’utiliser l’apprentissage par renforcement (RL) – une méthodologie d’apprentissage automatique où un agent interagit avec l’environnement en observant son état et en prenant des actions itératives qui convergent progressivement vers un objectif à long terme. Notre objectif à long terme était de réduire la puissance transmise. Mais nous ne pouvions pas permettre à l’agent de jouer avec la puissance rayonnée dans le réseau réel, car cela pourrait compromettre l’expérience utilisateur et violer les réglementations mêmes que nous nous efforcions de respecter.


Rapport sur l'amélioration de l'expérience client par l'IA

En savoir plus sur l’apprentissage par renforcement et sur la manière dont l’IA améliore l’expérience client dans un monde 5G complexe

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Nos experts ont développé un jumeau numérique précis du réseau qui modélise la couverture, les interférences et le comportement du trafic, y compris la mobilité des utilisateurs à travers les couches de fréquences, offrant un environnement sûr dans lequel l’agent RL peut jouer et apprendre. Une connaissance approfondie du domaine était cruciale pour sélectionner ce qu’il fallait modéliser et pour trouver l’équilibre entre le jumeau suffisamment précis et détaillé, tout en étant suffisamment simple pour être exécuté dans une application commerciale évolutive.

Une application sûre à l'optimisation alimentée par l'apprentissage par renforcement grâce à l'utilisation de jumeaux numériques de réseau

Figure 1 : Une application sûre à l’optimisation basée sur l’apprentissage par renforcement grâce à l’utilisation de jumeaux numériques de réseau

Après des milliers de cycles d’apprentissage, nous avons mis en œuvre l’ensemble final de recommandations. Presque toutes les cellules de la zone ont vu leur puissance modifiée, à la fois vers le haut et vers le bas, ce qui a entraîné une réduction globale de 20 % de la puissance de transmission avec une consommation électrique de la station de base de 3,4 % inférieure. Fait intéressant, la couverture est restée intacte et l’expérience utilisateur s’est en fait améliorée, avec des vitesses de téléchargement 5% meilleures et des vitesses de téléchargement 30% meilleures.

Il s’avère que, dans les réseaux, tout comme les conversations dans un restaurant bondé, crier plus fort ne vous mènera que jusqu’à présent – mais si tout le monde baisse la voix, nous pouvons mieux nous entendre.



Conception et optimisation de réseaux basés sur l'apprentissage automatique


Use case 2 – Site Digital Twins : une nouvelle ère pour la gestion des sites et des équipements

Un jumeau numérique de site modélise le réseau visible – les tours, les équipements et tous les autres actifs inclus dans un site physique. À mesure que la technologie 5G s’accélère, nous devons nous assurer que nous pouvons étendre et maintenir les réseaux rapidement et efficacement. Mais en réalité, la gestion du cycle de vie des équipements sur site est souvent loin d’être agile. Il peut y avoir plus de 20 documents décrivant ce qui est installé sur un seul site physique – des conceptions CAO et des images aux feuilles de calcul et aux fiches techniques des produits. Cette documentation manuelle rend le processus lent et sujet à, et se termine souvent par des revisites inutiles du site et des ascensions de mât.

Embrasser "Jumeaux numériques"

Figure 2 : Jumeau numérique du site

En utilisant un jumeau numérique, nous apportons le planificateur de cuisine IKEA à l’industrie des télécommunications, permettant une conception et une gestion entièrement numérisées des sites et des équipements. Nous avons un seul jumeau numérique pour chaque site, avec un modèle 3D précis capturé avec des scanners laser (LiDAR), des caméras et des drones. Le jumeau comprend toutes les métadonnées clés nécessaires à une gestion efficace et efficiente du cycle de vie, y compris des contraintes telles que le poids, la puissance et la compatibilité entre les composants.

Nous avons également développé une bibliothèque de 40 000 composants, avec chaque composant disponible pour être facilement « glissé-déposé » en place. Cela a permis de réduire le temps de conception de 50 % et d’améliorer la maintenance, réduisant ainsi le nombre de visites sur site d’une sur dix à une sur mille. Cela signifie moins de déplacements vers le site et moins de personnes devant escalader des mâts, pour des opérations plus sûres, plus prévisibles et plus durables dans l’ensemble.

Cas d’utilisation 3 – Jumeaux numériques abonnés : faire entrer la 5G dans l’Omnivers

Nous avons un jumeau pour le réseau, nous avons des jumeaux pour les sites, mais il manque encore une troisième dimension clé dans notre trifecta jumeau numérique – l’abonné. Notre équipe de recherche a collaboré avec NVIDIA Omniverse pour apporter la technologie CGI de jeux et de films à l’industrie des télécommunications, permettant la modélisation en temps réel des abonnés à l’aide du moteur de jeu Unity.

Ce croisement révolutionnaire impliquera l’évolution des modèles de réseau internes avec une précision jamais vue auparavant dans les mesures du monde réel. Essentiellement, nous prenons la technologie de jeu 3D – et sa complexité de calcul extrêmement élevée de modèles physiquement précis – comme base, puis nous déployons des modèles de propagation pour la 5G en plus.



Bienvenue dans l'Omnivers


Bienvenue dans l’Omnivers : l’expertise d’Ericsson en matière de simulation de réseaux radio rencontre les technologies de NVIDIA en matière de rendu et de conception collaborative.

La technologie permet la modélisation d’une géométrie urbaine et intérieure complexe à haute résolution, y compris les ponts, les tunnels, le feuillage et la modélisation détaillée des matériaux de surface qui influencent la propagation des radiofréquences (RF), et la modélisation de la mobilité des utilisateurs et des caractéristiques dynamiques de la scène telles que l’automobile circulation. Il utilise également le format ouvert Universal Scene de Pixar, qui permet de réutiliser des maillages et des géodonnées détaillés de la ville, ce qui est parfois l’un des plus grands défis pour modéliser un environnement avec précision.

Comme nous le savons, les futurs réseaux ne feront que devenir plus complexes, de sorte que les modèles auront besoin d’un support de visualisation étendu pour être significatifs. NVIDIA Omniverse Create intègre un moteur de traçage de rayons à la pointe de la technologie avec des outils interactifs pour manipuler et explorer des scènes complexes, nous permettant d’expérimenter le placement des produits Ericsson et d’explorer leur en temps réel – un véritable catalyseur pour des performances optimales. développement de produits.

L’avenir de la 5G est brillant et regorge de mondes virtuels pleins de possibilités.

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Découvrez comment les jumeaux numériques modernisent l’industrie pétrolière et gazière et transforment les opérations portuaires.

En savoir plus sur l’avenir des jumeaux numériques dans les réseaux mobiles dans notre article de blog.

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