网络数字孪生生态系统

Digital Twins to Model 和 Visualize Communication Networks 和 网络 Threats

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自1999年成立以来, the team at SCALABLE has been focused on developing simulation technology 和 products to replicate live networks using high fidelity software models to create network digital twins.

A network digital twin refers to a computer simulation model of the communication network, along with its 操作环境 和 the 应用程序流量 that it carries. The digital twin can be used to study the behavior of its physical counterpart under a diverse set of operating conditions, 包括网络攻击, 在低成本和零风险的环境中. 然而, 为了有效地做到这一点, the digital twin must have sufficient fidelity to accurately reflect the network dynamics that can cause networks to behave unpredictably. The network dynamics are typically created by the interplay among the communication protocol, 设备配置, 网络拓扑结构, 应用程序流量, 物理环境, 任何网络威胁.

除了, 实时的硬件和软件应用程序可以无缝地交互, 或集成到, 实时执行的网络数字孪生. 这些实时网络数字孪生可以用来改善管理, 性能, 以及各个领域的网络弹性, from commercial enterprise IoT to military networked systems operating from seabed to space.

网络数字孪生:产品生态系统

The use of the network digital twin reduces recurring costs 和 lead times 和 provides an easier way to perform analysis, 测试, 和优化. 该框架能够以低成本测试大量的网络, lab-based setting with a small hardware footprint while reducing risk in fielding frequently changing network devices 和 programs. The network digital twin’s ability to respond exactly like a live network can play a key role in 测试 网络security 和 helping to defend the networked systems against evolving 网络 threats.

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创建一个网络数字孪生兄弟

考虑到大多数网络的复杂性, 创建一个数字孪生,准确地表示拓扑, 配置, 而现有物理网络的流量可能具有挑战性. SCALABLE has developed an ecosystem of tools to assist the user in automatically creating network digital twins, 以及修改, 执行, 可视化, 分析他们的表现:

场景设计 用于配置网络数字孪生,包括:

  • 网络拓扑、设备特性和流量
  • 无线网络(子), 网络数字孪生还包括地形, 环境条件,如天气, 和平台移动
  • 用于网络弹性评估, 网络数字孪生还可能包括网络设备配置, 漏洞, 防火墙规则, 和网络攻击

The 场景设计 includes two major components: 场景进口国 和 the SCALABLE GUI. The 场景进口国 automatically creates the network digital twin from external sources. The SCALABLE GUI can create a network digital twin from scratch or modify any part of an automatically-created network digital twin for what-if analysis.

场景进口国 can import device, 交通, 和 网络 characteristics from an existing (As Is) network.

  • The 场景进口国 may use the Topology Converter to convert a 网络拓扑结构 specified in other formats that include live network scans, MBSE工具, Visio图表, 和网络模拟器
  • The 场景进口国 may use the Extractor to retrieve (a subset of) the relevant topology 和 device information from an external simulation (e.g.、OneSAF、AFSIM、STK、VR-Forces、STAGE、ASCOT和其他任务模拟

The 场景设计 stores multiple 配置s in libraries to facilitate mixing 和 matching in 实验设计

实验设计

  • Chooses 配置s from the libraries created by 场景设计 (network, 交通, 网络, 环境, 移动)来创造实验, e.g.,在各种无线拓扑上运行实时流量记录
  • Defines analysis objectives, including key 性能 parameters (KPPs) of interest (e.g.、延迟、包丢弃、吞吐量、抖动)
  • Specifies the execution 环境 for the network digital twin (local machine, 服务器, 云……)和连接到现场设备或外部模拟

EXata引擎

  • 创建网络数字孪生并执行实验, 连接到指定的带电设备, 生活应用, 和外部的模拟

检查员

  • Interacts with the network digital twin at run-time to provide the ability to inspect 和 debug experiment 配置s

视觉型的人

  • Superimposes networks on 3D 环境s to create a dynamic operational picture for 可视化 entities, 运动, 地形(包括海底), 活跃的网络连接, 包路由, 交付, 数据速率, 网络状态
  • Enables human-in-the-loop interactions 和 launching of electronic warfare 和网络攻击

分析仪

  • Used to display a variety of statistical measures (including the KPPs specified in the 实验设计)
  • 显示热图,统计数据随时间推移
  • 比较不同实验的结果

报告生成器

  • 方便从实验统计数据中生成有用的报告.
  • Reports in tabular 和 graphical form can be generated using external tools such as Excel or Tableau

网络数字孪生:自动创建

The following sections outline the steps 和 tools for creating network digital twins. 虽然其中许多步骤对所有类型的网络数字孪生兄弟都是通用的, some steps 和 tools depend on the type of network that the twin represents (a physical or constructive network) 和 its intended use (network 性能 or 网络 resilience assessment).

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