张海霞｜破题工业5G“信号盲区”

7月(yuè)3日(rì)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(xìliè)记者见面会第三场，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(qǐng)各位科技工作者介绍一下你们在各自领域科研中最大(zuìdà)的突破是什么？过程中有哪些难忘的经历，又有怎样的感受体会？ 张海霞(zhānghǎixiá)：谈到科研领域最大的突破(tūpò)，我想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，精准预测海量用户的通信需求(xūqiú)是提升网络效率的关键，但传统方法在城市(chéngshì)(chéngshì)如此大的尺度上，几乎束手无策。人流、节庆、突发事件(tūfāshìjiàn)交织，特殊场景如医院、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。 当时面对这座“数据大山”，我们就大胆设想，用(yòng)人工智能数据驱动的方法来解析城市尺度无线流量(liúliàng)数据的时空(shíkōng)规律。许多人觉得“太理想”——毕竟那时AI在通信领域尚未成熟(chéngshú)，到底有没有效果我们也没有把握。但想着“前人(qiánrén)没走过的路，往往藏着风景”，关键是要敢想敢干，踏出第一步。 为了啃下这块(zhèkuài)硬骨头，我和团队尝试(chángshì)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。但科研探险精神，就在于知难不畏难。无数个日夜的挫折磨砺后，我们首创(shǒuchuàng)的STCNet方案终于脱颖而出，其(qí)预测精度实现了学界公认(gōngrèn)的飞跃，成果也登上了通信领域的顶级(dǐngjí)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(kuāngjià)成型后，我们随即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，在山东泰安开展试点。然而，当算法(suànfǎ)真正部署到(dào)基站上运行(yùnxíng)时，理论与实践的(de)差距(chājù)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(yālì)，我们团队争分夺秒，日夜轮守排查问题，对算法参数进行优化调整，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(chéngjiùgǎn)！回想这次经历，“敢想”是起点，“敢闯(chuǎng)”是路径，“实干”是抵达的唯一(wéiyī)方式。 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(ruò)等情况，您和团队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(zěnyàng)的意义？ 张海霞：工业(gōngyè)(gōngyè)(gōngyè)环境下通信信号(xìnhào)(xìnhào)差主要原因有(yǒu)两个：一个是传播环境复杂，另一个是大(dà)规模机器突然(tūrán)并发传输大量数据导致通信信道(xìndào)拥塞，传输可靠性下降。工厂(gōngchǎng)中到处都是金属设备，对无线传输信道的(de)影响非常大，无线信号经过多次反射后杂乱交织，设备之间的电磁(diàncí)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、分析传统方法短板、重构(zhònggòu)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，将信道估计开销降低了近一半，大幅提升了传输效率。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(zhùshuǐ)必然造成堵塞。我们团队通过(tōngguò)“精准过滤(guòlǜ)+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(gōngxù)逻辑等规律，预测未来可能(kěnéng)存在高并发通信需求的时间(shíjiān)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(gōngyè)门类齐全、基础雄厚的经济(jīngjì)大省。当前，山东正深入(shēnrù)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(de)面向工业(gōngyè)物联网的5G关键技术，其核心价值在于(zàiyú)借助无线通信链路打通传统产业数智化升级的“最后(zuìhòu)一公里”。通过(tōngguò)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、全流程的数字化互联(hùlián)互通，确保5G网络能够真正可靠地承载工业控制、实时数据传感等核心应用。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(gèng)清、反应更快、协作更智能”。同时，我们已(yǐ)形成一套可复制(fùzhì)、可移植的解决方案。以海尔空调项目为(wèi)样板(yàngbǎn)，可以吸引并集聚相关产业链上下游企业在山东落地发展，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(xīn)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，为山东建设科技强省与数字强省贡献智慧与力量。 （大众(dàzhòng)新闻记者 杨烨莹 摄影 李亚平 崔晗 策划 陈巨慧）