张海霞｜破题工业5G“信号盲区”

7月(yuè)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)(kējì)强省”科技工作者系列记者见面会第三场，邀请(yāoqǐng)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”的挑战。我想请各位科技工作者(gōngzuòzhě)介绍一下你们在(zài)各自领域科研中最大的突破是什么？过程(guòchéng)中有哪些难忘的经历，又有怎样的感受体会？ 张海霞：谈到科研领域(lǐngyù)最大的突破，我想分享我们团队攻克城市级无线(wúxiàn)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(xuéxiào)、大型活动中心，让城市级无线数据流量精准预测成了(le)业界公认的“老大难”问题。 当时面对这座“数据大山”，我们(wǒmen)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(shíkōng)规律。许多人觉得“太(tài)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。 为了啃下这块硬骨头，我和团队尝试了很多方案(fāngàn)。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(zàiyú)知难不畏难。无数个日夜(rìyè)的挫折(cuòzhé)磨砺后，我们首创的STCNet方案终于脱颖而出，其预测精度实现了学界公认(gōngrèn)的飞跃，成果(chéngguǒ)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)真正部署到基站(jīzhàn)上(shàng)运行时，理论与(yǔ)实践的差距立刻显现。泰安作为旅游和务工大(dà)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(chuántǒng)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(shíjiān)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，对算法参数进行优化调整，终于在除夕(chúxī)前成功完成算法调试并上线。 当基站的(de)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！回想(xiǎng)这次经历，“敢想”是起点，“敢闯”是路径(lùjìng)，“实干”是抵达的唯一方式。 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(miànlín)信号弱等情况，您和团队针对这一困难挑战做了(le)哪些创新性的突破？您的研究对于山东经济社会发展(fāzhǎn)有怎样的意义？ 张海霞：工业环境(huánjìng)下通信(tōngxìn)信号差主要原因有两个：一个是传播环境复杂，另一个是大规模机器突然(tūrán)(tūrán)并发传输大量数据导致通信信道(xìndào)拥塞(yōngsè)，传输可靠性下降。工厂中到处(dàochù)都是金属(jīnshǔ)设备(shèbèi)，对无线传输信道的(de)(de)影响非常大，无线信号经过多次反射后杂乱交织，设备之间的电磁干扰很难分析。针对这个问题(wèntí)，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、重构算法内核，最终在(zài)保证复杂电磁环境下对信道精准估计(gūjì)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。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(shuǐguǎn)同时往一条细管道注水必然(bìrán)造成(zàochéng)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(ǒuhé)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(shēndù)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(shì)工业门类(ménlèi)齐全、基础雄厚的经济大省。当前，山东正深入实施新旧(xīnjiù)动能转换战略，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(wǒmen)研发的面向工业物(wù)联网(liánwǎng)的5G关键技术，其核心价值(jiàzhí)在于(zàiyú)借助无线通信链路打通传统产业数智化升级的“最后一公里”。通过构建低时延、高可(kě)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(shùzì)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(le)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(xíngchéng)一套(yītào)可复制、可移植的解决方案。以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，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，为山东建设科技强省(qiángshěng)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 策划(cèhuà) 陈巨慧）