工業技術研究院 資訊與通訊研究所 吳品萱 方譽荃 温太銘

全球主要電信相關廠商積極投入數位雙生網路技術的實地應用，逐漸展現數位雙生網路於5G／6G網路布建、智慧城市、專網營運及工業場域中的應用潛力。

前言

5G後期和即將來臨的6G時代，網路環境的快速變化使布建規劃與維運管理成為一大挑戰，傳統網路規劃與校調方法依賴於靜態模型與經驗預測，難以應對實際環境中的動態變數，導致布建後的效能與覆蓋範圍與預期差距大，進而造成資源浪費與高昂的維運成本。數位雙生網路（Digital Twin Network, DTN）因應而生，透過建立虛實同步的網路模型，能精準模擬射頻傳播與終端行為對網路的影響，提供從設計規劃、營運管理、調校優化全流程的即時監控、模擬與預測能力，成為6G時代提升網路效率與韌性的關鍵技術。國際標準組織與國際電信設備大廠已積極布局，工業技術研究院（以下簡稱工研院）在6G標準制定前即投入相關技術功能研發與驗證場域的規劃實驗測試及環境建置，協助國內網通產業布局與接軌國際6G技術供應鏈。

數位雙生網路技術概述與價值

隨著通訊技術上的革新或是因電信公司整併帶來的網路整合，使得電信網路愈趨複雜與僵化，網路規劃與維運變得高風險性，一個調整失誤可能導致大規模故障，讓維運人員不敢輕易更動，常折衷於最保守與最低成本的解決方案，僅以有限最大公約數滿足所有人，在此保守策略下難以精準優化網路，更有可能造成新的網路問題。根據華為（Huawei）研究報告[1]指出，40％至70％的網路問題源於網路變更錯誤，這些錯誤可能導致網路故障、服務中斷，甚至影響用戶滿意度與營收表現。當龐大的網路缺乏靈活性時，不僅無法快速應對需求變化，也使得升級網路技術和發展加值應用等各面向步履維艱。

數位雙生（Digital Twin, DT）是現實世界中某一實體在虛擬空間中的數位映射，透過不斷同步的感測資料，虛擬模型可準確呈現實體的狀態與行為，並進行模擬、預測與最佳化操作。在智慧製造、智慧城市與能源管理等領域的廣泛應用驗證其價值後，數位雙生的概念亦逐步延伸至通訊網路領域，發展出「數位雙生網路」（Digital Twin Network, DTN）之新興技術，如圖1所示。數位雙生網路指的是在虛擬空間中建立基地台、核心網路、用戶終端與環境參數等網路構成要素的動態模型，透過實體網路的大數據來進行各網路元件到整體網路行為的建模，以創建出能模擬實體網路的虛擬網路數位雙生和網路模型，所有的網路設計與變更，在虛擬的網路數位雙生中，可以進行無數次的嘗試、驗證結果，協助產生最佳的行動方案，例如可用於進行風險預測、異常診斷與資源優化等，其核心價值可以體現在以下幾個面向：

1. 即時監控：透過與實體網路持續同步，可全面掌握各類網路元素的即時狀態，掌握頻寬使用、設備負載、錯誤率等即時網路狀態，有助快速異常識別與處置。
2. 行為預測：整合歷史與即時資料，預測流量尖峰、設備故障與用戶行為趨勢，便於資源預先調度。
3. 風險降低：模擬不同建置方案對覆蓋與干擾影響，降低設計錯誤與建設失敗風險。
4. 成本優化：避免不必要的過度布建與錯誤設計，提升資源配置效率，降低整體成本。.
5. 自動調適：結合AI控制策略，動態調整網路參數與資源配置，強化網路韌性。
6. 生命周期管理：支援從規劃、部署、維運至升級全階段之智慧化管理，實現預測性維護與虛擬升級驗證。

圖1 數位雙生網路應用於網路管理示意圖

隨著5G持續演進與6G技術的研發起步，行動通訊網路面臨前所未有的多元化與複雜度。5G網路需支援高速傳輸（eMBB）、低延遲高可靠（URLLC）及大量連結（mMTC）等多元應用場景，網路架構採服務導向架構（Service-Based Architecture, SBA）往分散化、虛擬化演進，而在無線網路端有開放無線接取網路聯盟（O-RAN Alliance）提倡開放式無線網路架構和無線網路智慧管理（RNA Intelligent Controller, RIC）等架構與技術。預期6G亦會依據O-RAN架構與RIC持續發展演進，並且6G兼具包容更多垂直應用領域整合的終端，加上AI技術相助，可以利用數位雙生做網路模擬與沙盒推演，對網路規劃、網路校調優化、網路新技術與應用開發驗證，都可以在數位雙生做網路中先做驗證，故6G是適合發展數位雙生網路技術的時機點，並且預期會是6G時代不可或缺的網路規劃與管理工具。

數位雙生網路全球趨勢

國際標準組織如國際電信聯盟（ITU-T）、3GPP與O-RAN Alliance等，已提出多項草案與技術框架，為數位雙生網路在通訊領域的導入提供參考架構與用例規範。Nokia、Ericsson與華為（Huawei）等國際大廠，也透過白皮書與POC驗證計畫展示其在全網路生命週期中導入數位雙生技術的強烈意圖和實踐成果。從標準與產業兩端的同步投入可見，數位雙生網路正快速成為新世代網路規劃與維運管理的核心技術路徑。

• 標準化布局
  3GPP自Release 18起正式將數位雙生網路納入行動網路標準，將其定位為支援網路從設計、建設到營運全流程的關鍵技術。其定義數位雙生網路生命週期，包含建立、設定、啟用、停用、重新設定與刪除等階段，並強調部署前應透過模擬運算與參數調整進行虛擬推演，以提升部署效率與品質。此外，3GPP提出多項數位雙生網路潛在應用情境，包括無線接取網路政策驗證、信令風暴分析、緊急狀況模擬、風險預測、網路自動化支援、訓練機器學習模型的資料生成、拓樸與流量視覺化、組態驗證與使用者體驗評估等，展現其在智慧化網路管理與自動化營運的高度應用潛力[2]。
  
  ITU-T則於2022年發布數位雙生網路的技術報告與參考架構[3]（如圖2），提出以端到端網路虛實映射為目標的數位雙生系統，包括網路應用層（Network Application）、網路數位雙生層（Network Digital Twin）與實體網路層（Physical Network）三層架構，以及模型、數據與管理三大技術領域。此架構導入雙重閉環設計機制，如內部閉環與虛實互動閉環，以強化虛實同步與即時反饋能力。此外，ITU-T強調南向與北向介面的標準化，有助於促進不同廠商系統間的互通性與模組化發展，提升數位雙生的實用性與部署彈性。

圖２ ITU-T發布的數位雙生網路參考架構
（引用自ITU-T標準文件Y.3090，ITRI整理）

O-RAN Alliance於2024年發表的研究報告中[4]，整合多家國際通訊業者與學研單位的研究成果，提出數位雙生應用於無線接取網路的多項應用場景，涵蓋人工智慧模型訓練與驗證、自動化測試、網路規劃模擬、節能策略設計與分析及場域特定優化等，進一步凸顯數位雙生網路技術對於未來6G網路實現高效率、自主化與智慧化營運的關鍵技術。

綜觀三大國際標準組織的規劃與推進路徑，在架構定義、介面設計及應用場景上已逐步形成相互呼應且互補的發展方向，顯示數位雙生網路技術已從研究走向標準化與實務導入階段。未來隨著跨領域協作與標準整合持續深化，數位雙生網路可望成為智慧網路管理、營運優化與通訊系統自動化的核心支柱。

• 產業現況
  在國際標準逐步成形的同時，全球主要電信相關廠商亦積極投入數位雙生網路技術的實地應用，藉由實際場域驗證其於網路建設與營運層面的可行性與效益，逐漸展現數位雙生網路於5G／6G網路布建、智慧城市、專網營運及工業場域中的應用潛力。多家國際領導廠商均將數位雙生網路技術視為強化網路效率、加速部署流程與降低營運成本的關鍵技術。
  
  Nokia 於5G專網領域導入數位雙生網路技術，能夠即時監控5G專網的效能，將設備與即時數據視覺化，支援多達 30 個關鍵績效指標（KPI），允許使用者從 Nokia 工業設備的角度查看網路，確保服務等級協議（SLA）的達成，並在網路效能不佳時採取建議行動，和預測維護需求與潛在停機時間[5]。Nokia該項技術已商用，應用在港口與工業場域[6]，讓使用者掌握網路狀態，識別熱點和性能不佳的區域，但即時網路監控、數據視覺化和網路異常診斷僅算是數位雙生網路初階功能，對於整合服務層級的端到端數位雙生網路，網路沙盒推演和納入AI驅動的自動化仍是未來的進階發展方向。
  
  Ericsson則發表了戶外網路大規模多輸入多輸出（massive MIMO）的數位雙生模擬研究結果[7]，將瑞典斯德哥爾摩市的試驗區域建立街道環境和行動網路的虛擬模型，從現實世界收集數據並使用它來創建模型，能模擬真實建物與植栽對訊號傳播造成的遮蔽與衰減效應，在數位雙生網路中，可以呈現真實世界的情景，一輛連接到Ericsson基地台的汽車在斯德哥爾摩街道上行駛，並且動態地展示此時空下massive MIMO基地台的天線和訊號傳播路徑，從而可以對其進行傳輸品質與訊號干擾的分析研究。透過數位雙生網路高擬真度的虛擬環境分析，營運商可於部署前預判潛在訊號死角與覆蓋問題，降低建設風險並提升服務品質。Ericsson表示，未來數位雙生網路技術將廣泛應用於基地台選址、容量預測與預防性維護等方面，是實現網路智慧營運的重要基礎。
  
  華為2023年推出的Network Digital Map是其iMaster NCE系統中的一項關鍵功能，旨在為企業提供即時、可視化的網路數位雙生解決方案[8]。Network Digital Map 能夠即時收集大量網路數據，包括流量、頻寬利用率、延遲、丟包率等，並透過統一的數據建模和多樣化的應用數據管理，提供可靠的網路數據，實現網路狀態的即時可視化。再者，基於不同企業用戶的需求，例如延遲、頻寬和可用性，靈活組合多種路徑計算因素，協助規劃部門在售前階段驗證網路承載能力，並在售後階段確保服務品質。2024年，華為進一步擴展其技術至無線網路領域，推出無線數位雙生產品 RDTS（Real-time Digital Twin System），實現對無線網路的即時多維可視化呈現與管理，該系統強調意圖驅動的互動操作、全網感知與預測、多目標優化決策與場景導向的自我學習與多目標決策，展現數位雙生對於網路智能化營運的支撐能力，冀以智慧賦能協助全球營運商在5.5G時代實現網路生產力的躍進[9]。

全球電信領導廠商已積極展開數位雙生的實地應用與技術驗證，特別著重於高頻段、高密度部署與複雜環境條件下的策略優勢。藉由虛實同步、全局預測與自我優化能力，營運商可迅速迭代網路規劃並實現主動式維運，有效應對未來6G時代對高效能、彈性與可靠性的挑戰。此發展趨勢凸顯產業界對數位雙生技術的高度重視，不僅視其為優化當前營運的重要工具，更是邁向智慧自主管理網路的關鍵基礎。

工研院布局數位雙生網路技術

數位雙生網路結合虛擬模擬推演與實體網路同步能力，可實現智慧化的網路規劃、監控、驗證與預測，是5G延伸至6G網路發展的關鍵支柱。工研院長期深耕於行動網路智慧管理與規劃技術，具備建構數位雙生網路所需的核心能量，正積極投入數位雙生網路平台之研發，協助我國網通產業提前布局全球技術趨勢。

工研院團隊自4G時期即著手於網路管理與自動化優化技術的研發，累積逾十年相關經驗，涵蓋FCAPS網管能力、自我組織網路（Self-Organizing Networks, SON）、及O-RAN SMO與RIC模組等系統關鍵技術。在5G專網應用方面，已實際參與多項場域網路之設計與建置，具備超過數十個5G專網場域的落地經驗，從基地台選址、參數優化到後續維運監控等流程，並熟稔多廠牌設備之互通整合與管理。同時，工研院已開發多項具國際競爭力的智慧網管與規劃工具Athena Orchestrator系列產品，包括網路布建規劃建議工具Athena Planner、自動化網路部署工具Athena EMS、Athena RIC智慧網路優化維運工具。該系列產品整合AI輔助分析、環境建模、射頻覆蓋模擬與基地台選址功能，支援客製化網路需求目標之網路布建規劃建議與管理，為企業與政府提供精準、高效率的專網部署管理參考。工研院之技術不僅榮獲愛迪生獎（Edison Awards）、全球百大科技研發獎（R&D 100 Awards）的肯定，亦連年榮獲 Small Cell Forum Awards等國際獎項，也已成功技轉予國內主要網通設備商與系統整合業者採用。

為掌握未來6G自主網管關鍵技術，工研院正依據ITU-T建議的數位雙生網路架構，規劃開發具模組化與擴充性的數位雙生網路平台，架構如圖3所示，包含以下三大組件：

1. 數位雙生網路設計平台（DTN Design Studio）：提供友善的使用者操作介面，支援數位雙生網路之拓撲結構與網路元件模型設計，協助使用者快速建立虛擬網路藍圖。
2. 數位雙生網路平台管理系統（DTN Platform Manager）：負責各類網路元件如基地台、終端、核心網之生命週期管理，並實現實體與虛擬網路的即時監控，確保運行精確與穩定。
3. 虛擬端到端數位雙生網路執行單元（Virtual E2E DTN Instance）：於虛擬環境中啟動完整的數位雙身，模擬核心網、基地台與終端等網路元件，並執行如故障檢測、流量分析等網路功能的高精度模擬分析與場景沙盒推演驗證。

使用者可透過DTN Design Studio 設計網路拓撲與網路元件模型，DTN Platform Manager 則依據此設計，自動生成對應的DTN Instance。該DTN Instance啟動後，將透過南向介面接收實體網路之即時運作資料，並持續保持虛實同步。同時，各類網路應用（Network Applications）可透過北向介面傳送應用需求（如配置變更）至 DTN Instance，進行虛擬預演與結果回饋。

圖3 ITRI數位雙生網路平台架構示意圖

依據此數位雙生網路平台架構，預計將實現以下核心功能：

1. 多網路元件數位雙生模型建構：針對不同廠牌型號網路元件，透過如特徵學習AI演算法與行為建模演算法等技術開發獨立數位雙生模型，以支援多樣化供應商之整合與模擬。面對設備間介面定義不一與行為邏輯差異顯著的挑戰，模型需具備高度模組化與異質整合能力，方能精準映射實體網路元件特性。
2. 端到端網路數位雙生模型：建構橫跨終端、基地台至核心網路的網路結構與服務流程模擬，呈現端到端系統互動關係與網路行為分析。涵蓋多層通訊協定與跨域資料串聯，對模型精度與資料即時同步機制提出高度要求，亦使AI演算法面臨異質資料處理與上下文理解的挑戰。
3. 虛實同步機制開發：發展可即時對應實體網路狀態的虛擬數位雙生模型更新機制。鑒於實體網路資料來源分散且更新頻率不一，如何確保虛實映射的準確性與即時性，對資料處理架構與模型泛化能力皆為嚴峻挑戰。
4. 沙盒演練與效能預測模組：於6G實驗網環境中建構虛擬網路，運用AI模型模擬不同網路配置對效能與穩定性的影響，支援異常演練、網路升級／變更驗證、效能與延遲分析等應用場景，提升網路部署前的可行性評估與風險控管能力。

除了數位雙生網路平台，工研院計畫逐步建構6G數位雙生網路實驗網，如圖4所示，提供5G／6G網路元件（例如基地台）建模、端到端網路行為模擬、虛實網路整合映射同步等技術與測試方法，並建立可供模擬推演與動態分析的沙盒測試驗證環境，加速產業生態系聯盟與技術落地，可望為未來6G網路部署與智慧營運奠定技術基礎，協助台灣掌握下一代網路自主管理的戰略優勢。另一方面，以數位雙生網路實驗網為產業鏈結起點，將5G夥伴聯盟精神繼續延伸，不僅協助國內網通廠布局6G技術，亦帶領國內廠商搶占國際6G技術供應鏈，例如6G Sandbox、6G SNS、JOINER等合作計畫，直接對接西班牙、英國等各國6G研發廠商與國際實驗網，找到供應鏈的合作夥伴。透過數位雙生網路平台的推進與國內首個支援5G／6G網路的數位雙生示範場域建構，工研院將實現三大應用價值：虛實整合、AI輔助決策、快速沙盒驗證。舉例而言，可利用數位雙生技術模擬不同負載情境下的基地台性能，協助營運商優化網路資源配置；或在部署與升級基站前進行虛擬設計與規劃，預測評估不同架構配置的影響；更可透過數據模擬分析潛在故障風險，並提前採取預防措施。最終目標是協助台灣從「建置導向」的傳統模式，邁向「預測驅動」的新一代智慧網路營運模式，掌握未來通訊網路的核心競爭與技術自主優勢。

圖4 ITRI 6G數位雙生網路實驗網架構示意圖

（圖示引用自Keysight、NVIDIA、Qualcomm、Philipps AI Hub等產品與技術文件，ITRI編製整理）

結論

數位雙生網路透過虛實同步建模，有效回應電信網路日益龐大與複雜所帶來的調整困難。此技術可即時監控網路狀態、預測行為變化並進行虛擬模擬，全面提升網路布建精準度、部署效率與營運彈性，成為5G與未來6G時代不可或缺的技術工具。國際標準組織如3GPP、ITU-T與O-RAN已陸續制定數位雙生網路的架構框架、資料同步機制與應用場景標準，推動數位雙生網路由概念驗證邁向標準化。同時，全球主要電信設備商也積極探索運用數位雙生網路技術進行城市網路規劃模擬、基地台布建密度優化與工業專網即時調整等應用場景，藉此降低建設成本並提升網路效能。

隨著相關技術持續發展，數位雙生網路將成為未來智慧網路規劃與營運管理的核心支柱，工研院長期深耕於行動網路智慧管理與優化技術，積極投入數位雙生網路平台開發和6G數位雙生網路實驗網建構，協助國內網通廠商研發6G技術，亦帶領國內廠商參與國際合作專案（如6G Sandbox、JOINER等）以強化全球供應鏈連結。透過技術領先與策略聯盟，台灣有望搶占未來網路智慧賦能市場的發展先機，開啟下世代6G智慧網路系統的新篇章。

參考文獻

[1] Huawei, “Digital Twins Enable the Intelligent Verification of Network Changes,” Huawei Enterprise Blogs, 2022. [Online]. Available at https://e.huawei.com/ae/blogs/enterprise-networking/2022/digital-intelligent-verification-network-changes
[2] 3GPP, “Study on Network Digital Twin (NDT),” 3GPP TR 28.915, Dec. 2024.
[3] ITU-T, “Digital twin network – Requirements and architecture,” ITU-T Recommendation Y.3090, Feb. 2022. [Online]. Available at https://handle.itu.int/11.1002/1000/14852
[4] O-RAN Alliance, “Research Report on Digital Twin RAN Use Cases,” Version 1.0. [Online]. Available at https://mediastorage.o-ran.org/ngrg-rr/nGRG%20RS01%20Digital%20Twin%20Use%20Case%20Research%20Report%20v1.0.pdf
[5] Nokia, “Use a virtual replica of your network to make your industrial site more efficient and productive.” [Online]. Available at https://www.dac.nokia.com/nokia-network-digital-twin/
[6] Nokia, “Reliable connectivity helps port terminals realize their digital ambitions.” [Online]. Available at https://www.nokia.com/blog/reliable-connectivity-helps-port-terminals-realize-their-digital-ambitions/
[7] Ericsson, “Network digital twins – outlook and opportunities.” [Online]. Available at https://www.ericsson.com/en/reports-and-papers/ericsson-technology-review/articles/network-digital-twins-outlook-and-opportunities
[8] Huawei, “What Is Network Digital Map?” [Online]. Available at https://info.support.huawei.com/info-finder/encyclopedia/en/Network+digital+map.html
[9] Huawei, “Huawei Proposes the Idea of RAN Intelligent Agents in Efforts to Illuminate 5.5G with Intelligence” [Online]. Available at https://www.huawei.com/en/news/2024/4/has-ran-intelligent-agents?utm_source=chatgpt.com