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 建设科技强省(qiángshěng)”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(hòuzhí)创新沃土，勇攀科技高峰”为主题与记者见面交流(jiāoliú)。 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各自领域(lǐngyù)科研中最大的突破是什么？过程中有(zhōngyǒu)哪些难忘的经历，又有怎样的感受体会？ 张海霞：谈到科研领域最大的突破，我想(xiǎng)分享我们团队攻克城市(chéngshì)级无线数据流量预测难题的经历。 在5G时代，精准预测(yùcè)海量用户的(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业界公认的“老大难(lǎodànàn)”问题。 当时面对这座“数据大山”，我们(wǒmen)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，到底有没有(yǒuméiyǒu)效果(xiàoguǒ)我们也没有把握。但想着“前人没走过(zǒuguò)的路，往往藏着风景”，关键是要(yào)敢想敢干，踏出第一步。 为了啃下(kěnxià)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(fēicháng)困难。但(dàn)科研探险精神，就在于知难不畏难。无数个(wúshùgè)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，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(qián)夕，我们和运营商合作，在山东泰安开展(kāizhǎn)试点。然而，当算法真正部署到基站上运行时，理论与实践的差距立刻显现。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，导致我们的模型初期表现甚至(shènzhì)未能超越传统方案。雪上加霜(xuěshàngjiāshuāng)的是，新冠(xīnguān)疫情突然暴发，留给(liúgěi)我们调试算法的时间(shíjiān)窗口(chuāngkǒu)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！回想这次经历，“敢(gǎn)想”是起点(qǐdiǎn)，“敢闯”是路径，“实干(shígàn)”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(de)5G通信会面临信号(xìnhào)弱等情况，您和团队针对这一困难(kùnnán)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(huánjìng)下通信信号差主要原因有两个：一个是传播(chuánbō)环境复杂，另一个是大规模(dàguīmó)机器突然(tūrán)并发传输大量数据(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，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(hěnnán)分析。针对这个问题(wèntí)，我带领团队持续攻坚(gōngjiān)工业场景下电磁传播底层模型、分析传统方法短板(duǎnbǎn)、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(diàodù)”的方案破局。主要在两方面进行(jìnxíng)了创新，首先是研发了工业需求导向(dǎoxiàng)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(shíkōng)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、工序逻辑等(děng)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(yǒuxiào)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、基础雄厚的经济大省(dàshěng)。当前，山东正深入实施(shíshī)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(dàibiǎo)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)面向工业物联网的5G关键技术，其核心价值在于借助(jièzhù)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(tōngguò)构建低时延、高可靠、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(chéngzài)工业控制(kòngzhì)、实时(shíshí)数据传感(chuángǎn)等核心应用。在海尔空调胶州工厂的实践中(zhōng)，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(shāndōng)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(yǔ)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(xiétóng)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(shèyǐng) 李亚平 崔晗 策划 陈巨慧）