دوقلوی دیجیتال: تعریف، کاربردها، مزایا و معایب

دوقلوی دیجیتال

دوقلوی دیجیتال (Digital Twin) یک نمایش دیجیتال (‌یک مدل) از سیستم واقعی است که حاوی اطلاعات کافی برای کنترل پارامترهای عملیاتی خاص یا جنبه های زیرساخت فیزیکی هست.

DT ما را قادر می سازد تا هر سیستم فیزیکی را مجازی سازی کنیم و با استفاده از داده های به دست آمده از همتای فیزیکی، پویایی زمان واقعی وضعیت، فرآیندها و عملکردهای آنها را مشاهده کنیم.

اصطلاح دوقلو دیجیتال (DT) توسط ناسا برای اشاره به سیستم یکپارچه ای ابداع شده است که از مدل های فیزیکی موجود، به روز رسانی حسگرها و سایر دارایی ها برای انعکاس رفتار دوقلوی پرنده مربوطه خود استفاده می کند. رویکرد دیجیتال دوقلو برای تسریع صدور گواهینامه و تسهیل مدیریت ناوگان و پایداری وسایل نقلیه هوافضا پیشنهاد شد.

در بحث امنیت سایبری، دوقلوی دیجیتال به عنوان یک «نمونه مجازی از سیستمی تعریف می‌شود که در طول چرخه حیات خود، همتای فیزیکی خود را همراهی می‌کند، در صورت لزوم داده‌ها را بی‌درنگ تحلیل می‌کند، و از وفاداری کافی برای اجرا، آزمایش و شبیه‌سازی اقدامات امنیتی مورد نظر برخوردار است.

تجزیه و تحلیل مقرون به صرفه معمولاً برای یافتن تعادل بین امنیت و قابلیت استفاده، ایمنی، عملکرد و تأثیر مالی انجام می شود. با ایجاد یک دوقلو دیجیتالی خاص امنیت سایبری و به کارگیری رویکرد طراحی امنیتی، تأیید ویژگی‌های امنیتی مورد نظر و تحلیل‌های مقرون‌به‌صرفه بودن و تأثیر، قابل ‌اندازه‌گیری می شوند.

کاربردها :

پس از استقرار یک شبکه و یا در حین انجام ماموریت، برای شبیه سازی یا تست یک حمله سایبری و یا بررسی انواع سناریوهای حملات ، نمی توان شبکه را از مدار خارج کرد یا ماموریت را متوقف کرد، لذا در چنین مواقعی ارایه اقدامات اصلاحی براساس انجام یک آزمایش بر روی مدل واقعی، کاری دشوار یا پرهزینه است.

در چنین مواقعی با ارایه یک مدل شبیه سازی شده از آن شبکه یا یک گره از شبکه، با تمام پارامترهای مشابه در مدل واقعی و فیزیکی، مفهومی به نام دوقلوی دیجیتال نمایان می شود که می تواند به منظور ابداع اقدامات متقابل مناسب، بدون هیچ گونه اخلال در زیرساخت فیزیکی ، مورد استفاده قرار گیرد.

در واقع در دسترس بودن مدل های دیجیتال، استفاده از شبیه سازی ها را برای پیش بینی رفتار سیستم در شرایط و استرس هایی که نمی توان بدون پیامدهای زیان بار بر روی سیستم های واقعی بدست آورد ، را تسهیل می کند.

به عنوان مثال در بحث ساختمان، طبیعتا دوقلوی دیجیتال می تواند جایگزین مناسبی برای آزمایش های مخرب و شبیه سازی اثر رویدادهایی مانند زلزله و سیل را ارایه دهد که آزمایش آن بر روی زیرساخت واقعی غیرممکن است.

با استفاده از حملات شبیه سازی شده بر روی DT، شرکت ها می توانند شکاف های امنیتی را شناسایی کنند که در حال حاضر نادیده گرفته شده اند و یا برای طراحی یک شبکه بی سیم با قابلیت یادگیری آنلاین و خودپیکربندی و فعال، می توانیم یک دوقلوی دیجیتال برای نمایش سیستم ایجاد کنیم.

مزایا :

دوقلوی دیجیتال در ایجاد طرح های امنیتی برای شبکه می تواند بسیار کارآمد باشد. در دسترس بودن یک  DT (Digital Twin) امکان استفاده از تجزیه و تحلیل ریسک احتمالی، استدلال در مورد تهدیدهای احتمالی که به عنوان درختان حمله نشان داده می شوند را ممکن می کند. بر اساس نتایج، اقدامات متقابل استخراج می‌شود و این فرآیند تا زمانی تکرار می‌شود که خطر کلی حمله‌ای که می‌تواند زیرساخت‌های حیاتی را به خطر بیاندازد به سطح قابل قبولی کاهش یابد. هنگامی که یک راه حل رضایت بخش به دست آمد، نتایج به معماری بازگردانده می شوند که منجر به یک طرح اولیه می شود

DT ها ما را قادر می سازند تا محیط داخلی و رفتار سیستم های فیزیکی را از طریق ایجاد کپی های مجازی دقیق منعکس کنیم. ویژگی DT به ما این امکان را می دهد که یک الگوریتم تشخیص نفوذ را در DT تعبیه کنیم و این همتای مجازی را به جای سیستم فیزیکی بدون وقفه در محیط زنده آزمایش کنیم.

همچنین DTها توسعه ارزیابی امنیتی و تکنیک های نظارتی تکامل یافته را امکان پذیر می کنند که مکمل سازوکارهای تشخیص نفوذ و حفاظت (IDPS) موجود هستند.

خوب است بدانیم در بسیاری از سناریوهای شبکه برای راه اندازی دوقلوی دیجیتال هیچ قطعه سخت افزاری اضافی مورد نیاز نیست .

استفاده از Digital Twins مزایایی را از نظر امنیت و همچنین در طراحی و نمونه سازی سیستم هایی با الزامات سخت ارائه می دهد، مانند برنامه های کاربردی کنترل از راه دور بلادرنگ در سناریوهای حیاتی ماموریت که نیاز به تأخیر کم و سطوح بالای امنیت و قابلیت اطمینان دارند. مزیت واقعی Digital Twins به ادغام آن با فناوری‌های دیگر، مانند هوش مصنوعی (AI)، برای تجزیه و تحلیل امنیتی پیشرفته یا پشتیبانی از سیستم‌های پشتیبانی تصمیم (DSS) متکی است. علاوه بر افزایش امنیت، Digital Twins همچنین از طریق تجزیه و تحلیل کلان داده که از تجزیه و تحلیل پیشرفته و همچنین نظارت کارآمد و فعال پشتیبانی می کند، به بهینه سازی فرآیندهای تولید در زمان واقعی کمک می کند.

معایب :

وفاداری دقیق دوقلوی دیجیتال به نسخه فیزیکی خود، فراهم سازی اتصال نسخه فیزیکی به نسخه مجازی و همچنین نگه داری آن در طول چرخه عمر محصول ، نکاتی هستند که باید مدنظر قرار گرفته و چالش برانگیز باشند.

یکی از چالش برانگیزترین وظایف در فرآیند ایجاد دوقلو دیجیتال، تعیین سطح پیاده سازی (مشخصات) اجزای آن است. سطح پیاده سازی اجزا در دوقلو دیجیتال به طور مستقیم بر هزینه کلی ایجاد دوقلو دیجیتال و همچنین میزان بازتاب محیط صنعتی (وفاداری) تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، یک مدل دوقلو که کاملاً با محیط صنعتی واقعی (یعنی یک کلون فیزیکی) یکسان است، بالاترین وفاداری را دارد (زیرا امکان اجرای همه آزمایش‌های ممکن را می‌دهد)، اما اجرای چنین مدلی بسیار گران است.

در سیستم های بیسیم، عدم قطعیت کانال های بیسیم به طور قابل توجهی بر عملکرد برنامه های کاربردی اینترنت اشیا تاثیر می گذارد. بنابراین این عدم قطعیت های کانال های بیسیم ، باید به طور موثر برای دوقلوی دیجیتال در نظر گرفته شود و در مدل کردن، دیده و شود.

چرا دوقلوی دیجیتال :‌

یک دوقلو دیجیتال با ابزارهای شبیه‌سازی سنتی متفاوت است که ما را قادر می‌سازد سیستم‌ها، فرآیندها و مفاهیم و اثرات متغیرهای مختلف سیستم را با استفاده از مدل‌های مبتنی بر کامپیوتر و/یا مفاهیم ریاضی آزمایش کنیم. یک دوقلو دیجیتال می‌تواند از داده‌های بی‌درنگ (یعنی واقعی) تولید شده در حسگرهای متصل به اشیاء فیزیکی استفاده کند و شبیه‌سازی‌ها و تحلیل‌ها را برای کنترل آنلاین سیستم‌های بی‌سیم اجرا کند. جریان دو طرفه اطلاعات بین دوقلو و حسگرها می تواند دقت مدل های تحلیلی پیش بینی را افزایش دهد. یک دوقلو دیجیتال بستر کلی تری برای شبیه سازی و تصمیم گیری فراهم می کند.