信息理论学者的视点
杨伟豪革新网络编码技术 创建智慧未来
《走进中大》走访中大七个获选香港政府「产学研1+计划」(RAISe+)项目的主要研究人员。该计划旨在协助本地大学将研发成果转化及商品化，并为每个获批项目提供高达港币一亿元的等额资助。此为报道系列之七。
互联网就好像信息的高速公路，现代人参加视讯会议、观看韩剧、线上购物等，都需要这条高速公路来传输信息。信息流量激增会令高速公路频繁堵塞，导致数据遗失和影像失真。杨伟豪教授提出的网路编码理论有助应对此现象。
杨教授的研究「网络编码在新一代网络的应用」于本年获选首批「产学研1+计划」。该项目专注于应用「分批稀疏编码」（Batched Sparse Code）简称「BATS」，可有效提高网络传输速率，减少数据丢失造成的失真。
他的专案应对三个关键领域：手机网路、智慧城市和数据中心。除了必要的研发工作外，其团队亦希望与业界伙伴协力加快将创新产品推出市场，冀BATS有助香港实现智慧城市的愿景，推进5G基建的发展，促使香港成为世界级的智慧城市。
提升数据品质的灼见
网络的数据传输相当于通过网路节点传递数据包，而这些节点就像邮政中转站。「当两个『包裹』」传输到同一个交汇点，就会被储存和分类，然后转发到下一个节点。」杨教授如是说。无线网络的包裹经过的节点越多，数据遗失的情况越严重。
他补充说：「增加无线讯号的传输功率以扩大传输距离，可以减少传递数据包的次数，但会干扰其他类型的无线通讯讯号。」网络研究员一直寻找在不影响传输功率的情况下，减少资料遗失的解决方案。
杨教授1991年离开美国顶尖的AT&T贝尔实验室，加入中大信息工程学系，埋首钻研网络研究。网络研究人员过往认为，透过网路发送信息的最佳方式是将其编码，以数据包形式高速传输，而不改变网络数据包本身的内容。但他证明了在网络使用混合数据包可以传输更多信息，并创作「网络编码」一词形容该崭新概念。
「我花了七至八年的时间，与中大和海外的合作伙伴一起开发理论」。他的远见和毅力催生了范式转变，使更多数据在网络高速传输，例如从互联网下载资料的速度更快，串流视讯播放得更顺畅。
触发网络传播技术蜕变的蝴蝶效应
为了将网络通讯的潜在传递量发挥到极致，杨教授和同事李硕彦教授想出了一个名为「蝴蝶网络」的新颖点子，证明了利用网路编码传输信息的速度可以比传统「储存、转寄」的模式更快。
他说：「数据以编码包的形式在蝴蝶网络中传送。中间网络节点接收到的数据包会被编码成新的包，然后发送到下一个节点，最终在目的地节点重建原始信息。」
这项技术后来演变成为BATS编码，是杨教授及其博士生、中大（深圳）理工学院杨升浩教授共同努力的成果。BATS编码简化了编码和解码过程，以提高网络信息传输吐量、减少数据延误，并增强网络的稳定性。他们的研究项目「网络编码在新一代网络的应用」于本年获选首批「产学研1+计划」，计划旨在促进产业合作并商业化其创新解决方案。
透过研发商业化，开创无限可能
杨教授的梦想是扩展通讯网络和数据储存系统，以提高网络的效率、可靠度和安全性，从而促进智慧城市的发展。因此，他与杨升浩教授于2018年共同创立安眺科技有限公司，这家初创科技公司的名字意味着BATS的优点：传输的信息在经过大量无线链接后仍然保持完整。在创立三年后，初创公司获得了第一轮风险投资资金。
2019年夏季，安眺科技成功在香港政府的试点智慧灯柱系统中应用BATS技术。铺设新的光纤不仅成本高昂，还会对交通和行人造成很大干扰。BATS为智慧型灯柱提供无线网际网路连线，无须为逐一铺设光纤。其优势包括低运营成本、增强的安全性和稳定的带宽，为政府部署智慧城市，大规模应用该技术提供了一个便捷且经济的解决方案。
安眺科技亦有与政府协力在大屿山郊野公园开展试点项目，利用BATS在信号较弱的地区提供WiFi服务。WiFi相较于行动网络有一个优势，即所有手机都可以使用，不受网络限制。他补充道：「除了为登山者提供WiFi网络外，BATS还可用于气象标志、紧急按钮、野火检测、环境数据搜集等。」
愿景、专注与清晰
截至目前为止，BATS相关技术共有三项，共拥有11项专利，应用范围相当广泛，例如推动航太科技发展的共用卫星广播通讯网络，以及监控水下基础设施运作以克服海洋资料传输障碍的水下声纳传输网络等。
网路编码理论是资讯科学的一大突破，有赖于杨教授在1990年代尾高瞻远瞩的理论假设。他的贡献赢得了无数的荣誉，包括电机电子工程师学会 (IEEE) 的 Richard W. Hamming 奖章 (电机工程界的最高奖项之一)，以及Claude E. Shannon奖 (信息理论领域的最高荣誉)。他还获选为美国国家发明家学院院士。
杨教授在重新演绎数学概念方面作大胆尝试，其网络编码理论或许成为影响最深远的电讯应用之一。全球各地大学已开设相关理论的研究生课程，杨教授的团队现正与多个标准组织合作，让BATS编码成为国际通讯标准之一，但他指出，从理论到应用可能需要数十年的时间。
他也喜欢摄影、吹口琴和练太极，这些嗜好的共通点是专注，有助他思考严谨的研究时保持思维清晰。「我深受当年的博士导师Toby Berger教授启发，他擅于透过文字解释艰深的概念。」
文：刘婉瑜
图：LCT
