张海霞｜破题工业5G“信号盲区”

7月3日上午，山东省人民政府新闻办公室举行“矢志(shǐzhì)创新(chuàngxīn)发展 建设科技强省”科技工作者系列记者(jìzhě)见面会第三场，邀请4位在全省科技大会上受到表彰的科技工作者以“厚植创新沃土，勇攀科技高峰”为(wèi)主题与记者见面交流。 科技工作常常面临从“0”到“1”的(de)挑战。我想请各位科技工作者介绍一下你们在各自领域科研中最大的突破是什么？过程中有哪些(něixiē)难忘(nánwàng)的经历，又有怎样的感受体会？ 张海霞：谈到科研领域最大的(de)突破，我想分享我们团队攻克城市级无线数据流量预测难题(nántí)的经历。 在(zài)5G时代，精准预测海量用户的通信需求是提升网络效率的关键，但传统方法在城市如此大的尺度上，几乎束手无策(shùshǒuwúcè)。人流、节庆、突发事件交织，特殊场景如医院、学校、大型活动中心(huódòngzhōngxīn)，让城市级无线数据(shùjù)流量精准预测成了业界公认的“老大难”问题。 当时面对这座“数据大山”，我们就(jiù)大胆设想，用人工智能数据驱动的方法来解析城市尺度无线流量数据的时空规律。许多人觉得“太理想”——毕竟那时AI在通信领域尚未成熟，到底有没有(méiyǒu)效果我们也没有把握。但想着“前人没走过的路，往往藏(cáng)着风景(fēngjǐng)”，关键(guānjiàn)是要敢想敢干，踏出第一步。 为了(le)啃下这块硬骨头，我(wǒ)和团队尝试了很多方案。学习模型在小场景(chǎngjǐng)完美，一放大就“失灵”，非常困难。但科研探险精神，就在于知难不畏难。无数个日夜(rìyè)的挫折磨砺后(hòu)，我们首创的STCNet方案终于(zhōngyú)脱颖而出，其预测精度实现了学界公认的飞跃，成果也登上了通信领域的顶级期刊，成果发表伊始，连续居于期刊前10%热点论文行列。 STCNet框架成型后，我们(wǒmen)随即着手推动其实际应用(yìngyòng)部署。2020年春节前夕，我们和运营商合作，在山东泰安开展试点。然而，当算法真正部署到基站上运行时，理论与实践(shíjiàn)的差距立刻显现。泰安作为旅游和务工大市，流动人口多，通信流量变化规律异常复杂，导致我们的模型初期表现甚至未能(wèinéng)超越传统方案。雪上加霜的是，新冠疫情突然暴发，留给我们调试算法的时间窗口急剧(jíjù)收窄。面对压力，我们团队争分夺秒(zhēngfēnduómiǎo)，日夜轮守排查问题，对算法参数进行优化(yōuhuà)调整，终于在除夕前成功完成(wánchéng)算法调试并上线。 当基站的资源利用率在STCNet的驱动下(xià)取得显著提升时，团队都很激动，那是(shì)一种无以言表的强烈的成就感！回想这次经历，“敢(gǎn)想”是起点，“敢闯”是路径，“实干”是抵达的唯一方式。 大众日报(dàzhòngrìbào)·大众新闻记者： 请问张海霞女士，工业环境下的5G通信会面临信号弱(ruò)等情况，您和团队(tuánduì)针对这一困难挑战做了哪些创新性的突破？您的研究(yánjiū)对于山东经济社会发展有怎样的意义？ 张海霞：工业环境下通信(tōngxìn)信号差(chà)主要原因有两个(liǎnggè)：一个是传播环境复杂，另一个是大规模机器突然并发(bìngfā)传输大量数据导致通信信道(xìndào)拥塞，传输可靠性下降。工厂中(zhōng)到处都是金属设备，对无线传输信道的影响非常(fēicháng)大，无线信号经过多次(duōcì)反射后杂乱交织，设备之间的电磁干扰很难分析(fēnxī)。针对这个问题，我带领团队持续攻坚工业场景下电磁传播底层模型、分析传统(chuántǒng)方法短板、重构算法内核，最终在保证复杂电磁环境下对信道精准估计的同时(tóngshí)，将信道估计开销降低了近一半，大幅提升了传输效率(xiàolǜ)。其次是大规模设备突发并发传输导致的通信信道拥塞，当数千台(shùqiāntái)设备突然同时传输数据时，就像无数水管同时往一条细管道注水必然造成堵塞。我们团队通过“精准过滤+预测调度(diàodù)”的方案破局。主要在两方面进行了创新，首先是研发了工业需求导向的数据压缩聚合技术，该技术就像一个智能(zhìnéng)的滤网，将工业场景中繁杂、冗余的数据压缩、剔除，只传输关键信息，在源头上降低传输数据量；针对工业序贯过程的时空强耦合(ǒuhé)特性，提出了基于空时双域(shuāngyù)业务需求预测模型。我们都知道，工业流水线规律性很强，可预测性非常高。为此，我们团队在车间通过采集大量的工业数据，通过人工智能的方式(fāngshì)深度分析产线节拍(jiépāi)、工序逻辑等规律，预测未来(wèilái)可能存在高并发通信需求的时间和位置，并提前进行资源的分配与部署，有效地缓解突发情况导致的拥塞问题。从而解决了工业场景下的5G通信服务质量需求不能满足的问题。 山东是工业门类齐全、基础雄厚的经济大省(dàshěng)。当前，山东正深入实施新旧动能转换战略，要实现从(cóng)“制造大省”向“制造强省”的跃升，其关键在于借助以5G为(wèi)代表的新一代信息技术，为传统产业赋能(fùnéng)，破解数智化转型的关键瓶颈。 我们研发的面向工业(gōngyè)物联网的5G关键技术(jìshù)，其核心价值在于借助(jièzhù)无线通信链路打通传统产业(chuántǒngchǎnyè)数智化升级的“最后一公里(gōnglǐ)”。通过构建低时延、高可靠、大连接的工业物联网，实现工厂内部全(quán)要素、全流程的数字化互联互通，确保(quèbǎo)5G网络能够真正可靠地承载工业控制、实时数据传感(chuángǎn)等核心应用。在海尔空调胶州工厂的实践中，5G技术的应用有效提升了产线效率，实现了设备的“看得更清、反应更快、协作更智能”。同时，我们已形成一套可复制、可移植的解决方案。以海尔空调项目为(wèi)样板，可以吸引并集聚相关产业链上下游企业在山东(shāndōng)落地发展(fāzhǎn)，构建繁荣的5G工业物联网生态圈，为山东经济高质量发展注入新动能。通过5G与工业的深度融合，将有力推动山东构建起万物互联、智能协同的未来工厂新范式，助力山东省经济社会的高质量发展。我们将持续深耕这一领域(lǐngyù)，为山东建设科技强省与数字强省贡献智慧与力量(lìliàng)。 （大众新闻记者 杨烨莹 摄影 李亚平 崔晗 策划(cèhuà) 陈巨慧）