张海霞|破题工业5G“信号盲区”
张海霞|破题工业5G“信号盲区”
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)
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)






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