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(fāzhǎn) 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(shòudào)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。我想请各位科技工作者介绍一下你们在(zài)各自领域科研中最大的突破(tūpò)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：谈到科研领域(lǐngyù)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(jīngzhǔn)预测海量用户的通信(tōngxìn)需求是提升(tíshēng)网络效率的关键，但传统方法(fāngfǎ)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(shùjù)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(tài)理想”——毕竟那时AI在通信领域尚未成熟，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(fēngjǐng)”，关键是要(yào)敢想敢干，踏出(tàchū)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(zài)小场景完美，一放大(fàngdà)就“失灵”，非常困难。但科研探险精神，就在于知难(zhīnán)不畏难。无数个日夜的(de)挫折磨砺后，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的飞跃，成果也登上了通信领域的顶级期刊(qīkān)，成果发表伊始，连续居于期刊前10%热点论文(lùnwén)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，当算法真正(zhēnzhèng)部署到(dào)基站(jīzhàn)上运行时，理论与实践的(de)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(fùzá)，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(shì)，新冠疫情突然暴发，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，对算法参数进行优化调整，终于在除夕前成功完成(wánchéng)算法调试并(bìng)上线。 当基站的(de)资源利用率在STCNet的驱动(qūdòng)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。 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(nín)和(hé)团队针对这一困难挑战做了哪些创新性的突破？您的研究对于山东经济社会发展有怎样的意义？ 张海霞：工业(gōngyè)环境下(xià)通信信号(xìnhào)差主要原因有两个：一个是传播环境复杂(fùzá)，另一个是大规模机器突然并发传输(chuánshū)大量数据(shùjù)导致通信信道(xìndào)拥塞，传输可靠性下降。工厂中到处都是金属设备(shèbèi)，对无线传输信道的(de)(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，我带领团队持续(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(le)近一半，大幅提升了传输效率。其次(qícì)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必然造成堵塞。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(yánfā)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(xùguàn)过程的时空强(qiáng)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(zhīdào)，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(zīyuán)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(shāndōng)是工业门类齐全、基础雄厚的(de)经济大省。当前，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(yǐ)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(yánfā)的面向工业(gōngyè)物(wù)联网的5G关键技术，其核心价值在(zài)于借助无线通信链路打通传统产业数智化(shùzhìhuà)升级(shēngjí)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，实现工厂内部全要素、全流程的数字化互联互通，确保5G网络能够真正可靠地承载工业控制、实时数据(shùjù)传感等(děng)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(tíshēng)了产线效率，实现了设备的“看得更清、反应更快、协作更智能(zhìnéng)”。同时，我们已形成一套可复制、可移植的解决方案。以海尔空调项目为样板，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(lìliàng)。 （大众新闻记者 杨烨莹(yángyèyíng) 摄影 李亚平 崔晗 策划 陈巨慧）