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“矢志创新发展 建设科技(kējì)强省”科技工作者系列记者见面会第三场，邀请4位在全省科技大会(dàhuì)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(jiāoliú)。 科技工作常常面临从“0”到“1”的挑战。我想请各位科技工作者介绍(jièshào)一下你们在各自领域(lǐngyù)科研中最大的突破是什么？过程中有哪些难忘的经历，又有怎样(zěnyàng)的感受体会？ 张海霞：谈到科研(kēyán)领域最大的突破，我想(xiǎng)分享我们团队攻克城市级无线数据流量预测难题的经历。 在5G时代，精准预测海量(hǎiliàng)用户的(de)(de)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。人流、节庆、突发事件交织，特殊场景(chǎngjǐng)如医院、学校、大型活动中心，让城市级无线数据流量精准预测成了业界公认的“老大难”问题。 当时面对(miànduì)这座(zhèzuò)“数据大山”，我们就大胆设想，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(dàodǐ)有没有效果我们也没有把握。但想着“前人没走过的路，往往藏着风景”，关键(guānjiàn)是(shì)要敢想敢干，踏出第一步。 为了啃下这块硬骨头，我和团队尝试了很多方案。学习模型在小场景完美，一放大就“失灵”，非常困难。但(dàn)科研探险精神，就在于知难不畏难。无数个日夜的挫折(cuòzhé)磨砺后，我们首创(shǒuchuàng)的STCNet方案终于脱颖而出，其预测精度实现了学界(xuéjiè)公认的飞跃，成果(chéngguǒ)也登上了通信领域(lǐngyù)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，我们随即(suíjí)着手推动其实际应用部署。2020年春节前夕，我们和运营商合作，在山东(shāndōng)泰安开展试点。然而，当算法真正部署到基站(jīzhàn)上运行(yùnxíng)时，理论与实践的差距立刻显现(xiǎnxiàn)。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(bàofā)，留给我们调试算法的时间窗口急剧收窄。面对压力，我们团队争分夺秒，日夜轮守排查问题，对算法参数(cānshù)进行优化调整，终于在除夕前成功完成算法调试并上线。 当基站的资源(zīyuán)利用率在STCNet的驱动下取得显著提升时，团队都很激动，那是一种无以言表的强烈的成就感！回想这次经历，“敢想”是起点，“敢闯”是路径，“实干”是抵达(dǐdá)的唯一方式(fāngshì)。 大众日报·大众新闻记者(xīnwénjìzhě)： 请问张海霞女士，工业环境下的5G通信会面临信号弱等情况，您(nín)和(hé)团队针对这一困难挑战做了哪些创新性的突破？您的研究对于(duìyú)山东经济社会发展有怎样的意义？ 张海霞：工业环境下通信信号差主要原因有两个：一个是(shì)传播环境复杂(fùzá)，另(lìng)一个是大规模机器突然并发传输(chuánshū)大量数据导致通信信道拥塞，传输可靠性下降。工厂中到处都是金属设备，对无线传输信道的(de)(de)影响非常大，无线信号经过多次(duōcì)反射后杂乱交织，设备之间的电磁(diàncí)干扰很难分析。针对(zhēnduì)这个问题，我带领团队(tuánduì)持续(chíxù)攻坚工业场景(chǎngjǐng)下电磁传播底层模型、分析传统方法短板、重构算法内核，最终在(zài)保证复杂电磁环境下对信道精准估计的同时，将信道估计开销降低了近一半(jìnyíbàn)，大幅提升了传输效率。其次(qícì)是大规模设备突发(tūfā)并发传输导致的通信信道拥塞，当数千台设备突然同时传输数据时，就像(xiàng)无数水管同时往一条细管道注水必然(bìrán)造成堵塞。我们团队通过“精准过滤+预测调度”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(xūqiú)导向的数据压缩聚合技术，该技术就像一个智能的滤网，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特性，提出了基于空时双域业务需求预测模型。我们都知道，工业流水线规律(guīlǜ)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深度分析产线节拍、工序逻辑等规律，预测未来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(qíquán)、基础雄厚的经济大省。当前(dāngqián)，山东正深入实施新旧动能(dòngnéng)转换战略，要实现从“制造大省”向“制造强省”的跃升，其关键在于借助以5G为代表的新一代(xīnyídài)信息技术，为传统产业赋能，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，其核心价值在(zài)于借助无线通信(wúxiàntōngxìn)链路打通传统产业数智化升级的“最后(zuìhòu)一公里”。通过构建低时延、高可靠、大连接的工业物联网，实现工厂(gōngchǎng)内部全要素、全流程(liúchéng)的数字化互联互通，确保5G网络能够真正可靠地承载工业控制、实时(shíshí)数据传感等核心应用(yìngyòng)。在海尔空调(kōngtiáo)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(yǐ)海尔空调项目为样板，可以吸引并集聚相关产业链(chǎnyèliàn)上下游企业在山东落地发展(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(yǒulì)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，为山东建设科技强省与数字强省贡献智慧与力量。 （大众新闻记者 杨烨莹 摄影 李亚平 崔晗(cuīhán) 策划 陈巨慧）